Vulcanisation

La vulcanisation se rapporte à un processus de traitement spécifique du caoutchouc comportant la chaleur élevée et l'addition du soufre. C'est un processus chimique dans lequel des molécules du polymère sont liées à d'autres molécules de polymère par les ponts atomiques composés d'atomes de soufre. Le résultat final est que les molécules en caoutchouc souples deviennent réticulés par dans une plus ou moins large mesure. Il également fait la surface du lissoir matériel et l'empêche de coller aux catalyseurs chimiques en métal ou de plastique.

Ce polymère fortement réticulé a les liaisons covalentes fort, avec la grande force entre les chaînes, et est donc un insoluble et infusible, le polymère thermodurcissable .

Le processus est baptisé du nom de Vulcan , un dieu romain du feu.

Une vaste rangée de produits sont faites avec le caoutchouc vulcanisé comprenant des galets d'hockey, des pneus, des semelles de chaussure, des tuyaux et beaucoup plus.

Raison de la vulcanisation

Le caoutchouc normal frais est collant et peut facilement déformer quand chaud, et est fragile quand froid. Dans cet état il ne peut pas être employé pour faire des articles avec un bon niveau d'élasticité (où l'élasticité est définie comme possibilité pour retourner à la forme originale après une déformation). La raison de la déformation unelastic du caoutchouc unvulcanized peut être trouvée dans la nature chimique : le caoutchouc est fait de longues chaînes de polymère. Ces chaînes de polymère peuvent se déplacer indépendamment vers l'un l'autre, et ceci aura comme conséquence un changement de forme irréversible. Par le processus de la vulcanisation des réticulations sont formées entre les chaînes de polymère, ainsi les chaînes ne peuvent se déplacer indépendamment plus. En conséquence, quand l'effort est appliqué le caoutchouc vulcanisé déformera, mais sur le dégagement de l'effort, l'article en caoutchouc retournera à sa forme originale.

Description

La vulcanisation est généralement considérée un processus irréversible (le voient au-dessous de ), semblables à d'autres thermosets et doit être contrastée fortement avec les processus thermoplastiques du (fondre-geler le processus) qui caractérisent le comportement de la plupart de moderne réaction irréversible de traitement des polymères cette définissent les composés en caoutchouc traités comme matériaux Thermoset du , qui ne fondent pas sur le chauffage, et les placent en dehors de la classe des matériaux thermoplastiques du (comme polyéthylène et polypropylène ). C'est une différence fondamentale entre les caoutchoucs et le thermoplastique, et place les conditions pour leurs applications dans le monde réel, leurs coûts, et les sciences économiques de la leur offre et la demande .

Habituellement, l'édition absolue chimique réelle est faite avec du soufre , mais il y a d'autres technologies, y compris le peroxyde - systèmes basés de . Le paquet combiné de traitement dans un composé typique en caoutchouc comporte l'agent de traitement lui-même, (soufre ou peroxyde), ainsi que les accélérateurs , les activateurs comme l'oxyde de zinc et l'acide stéarique et les antidegradants. La prévention de la vulcanisation commençant trop tôt est faite par l'addition de retarder des agents. Antidegradants sont employés pour empêcher la dégradation par la chaleur, l'oxygène et l'ozone.

Le long de la molécule en caoutchouc , il y a un certain nombre d'emplacements qui sont attrayants aux atomes de soufre. Ceux-ci s'appellent les emplacements de traitement, et sont généralement des emplacements avec un lien insaturé de carbone-carbone, comme en le polyisoprène, la matière première du caoutchouc normal, et en caoutchouc de styrène-butadiène (SBR), la matière première pour des pneus de passager. Les emplacements actifs sont les atomes d'hydrogène allylic ; cela signifie qu'ils sont des atomes d'hydrogène reliés au premier atome de carbone saturé relié au lien double de carbone-carbone. Pendant la vulcanisation l'anneau huit-membered du soufre décompose dans de plus petites parties avec un à huit atomes de soufre. Ces petites chaînes de soufre sont tout à fait réactives. À chaque emplacement de traitement sur la molécule en caoutchouc, une telle chaîne courte de soufre peut s'attacher, et réagit par la suite avec un emplacement de traitement d'une autre molécule en caoutchouc, et de former ainsi un lien entre deux chaînes. Ceci est appelé une réticulation. Ces ponts en soufre sont typiquement entre deux et huit atomes longtemps. Le nombre d'atomes de soufre dans une réticulation de soufre a une influence forte sur les propriétés physiques de l'article en caoutchouc final. Les réticulations courtes de soufre, avec juste un ou deux atomes de soufre dans la réticulation, donnent au caoutchouc une résistance thermique très bonne. Les réticulations avec un nombre plus élevé des atomes de soufre, jusqu'à six ou sept, donnent les propriétés dynamiques très bonnes en caoutchouc mais avec peu de résistance thermique. Les propriétés dynamiques sont importantes pour fléchir des mouvements de l'article en caoutchouc, par exemple, le mouvement d'une paroi latérale d'un pneu courant. Sans bon fléchissant des propriétés ces mouvements mèneront rapidement à la formation des fissures et, finalement, à l'échec de l'article en caoutchouc.

Méthodes de vulcanisation

Il y a de diverses méthodes de vulcanisation. La méthode économiquement la plus importante c. la vulcanisation des pneus emploie la pression et la température accrues. Une température typique de vulcanisation pour un pneu de passager est de 10 minutes à 170 dgrees C. Ce type de vulcanisation est un exemple de la méthode générale de vulcanisation appelée bâti de compression. L'article en caoutchouc est prévu pour adopter la forme du moule. D'autres méthodes par exemple ceux employés pour faire des profils de porte pour des voitures employer la vulcanisation d'air chaud ou la vulcanisation chauffée par micro-ondes (les deux processus continus).

Vue d'ensemble et histoire

Bien que la vulcanisation soit une invention du 19ème siècle, l'histoire du caoutchouc traitée par des autres moyens retourne aux temps préhistoriques du . Le " nommé ; Olmec " signifie le " ; people" en caoutchouc ; dans la langue aztèque du . Le antique Mesoamericans enjambant du antique Olmecs aux Aztèques a extrait le latex à partir de l'elastica , un type de la Castille de d'arbre en caoutchouc dans le secteur. Le jus d'une vigne locale, l'Ipomoea alba de , a été alors mélangé à ce latex pour créer un caoutchouc traité antique dès le 1600 AVANT JÉSUS CHRIST .

La première référence au caoutchouc dans le l'Europe semble avoir lieu en 1770, quand Edouard Nairne vendait des cubes du caoutchouc normal de son magasin 20 au Cornhill, Londres . Les cubes, censés pour être les gommes à effacer se sont vendus pour le prix étonnant élevé de 3 shillings par cube en demi-pouce.

Au 19ème siècle tôt le caoutchouc était un matériel de nouveauté, mais il n'a pas trouvé beaucoup d'application dans les pays industrialisés. Il a été employé d'abord comme gommes à effacer, et puis comme appareils médicaux pour relier des tubes et pour inhaler les gaz médicinaux du à la découverte que le caoutchouc était soluble en éther , il a trouvé des applications dans les enduits imperméables à l'eau , notamment pour des chaussures et peu après ceci, le manteau caoutchouté de Mackintosh est devenu très populaire.

Néanmoins, la plupart de ces applications étaient en petits volumes et le matériel n'a pas duré longtemps. La raison par ce manque d'applications sérieuses était le fait que le matériel n'était pas durable, était le mauvais collant et souvent décomposé et senti parce qu'elle est demeurée dans son état frais.

La contribution de Goodyear

La plupart des manuels précisent ce Charles Goodyear (&ndash de 1800 ; vulcanisation inventée du 1860 ) du caoutchouc comme employé aujourd'hui par l'addition du soufre dans la chaleur élevée. Selon ce que vous lisez, l'histoire de Goodyear est une de chance pure ou de recherche soigneuse. Goodyear insiste sur le fait que c'était ce dernier, bien que beaucoup de comptes contemporains indiquent l'ancien.

Goodyear a réclamé qu'il a découvert la vulcanisation en 1839, mais n'a pas breveté l'invention jusqu'au 15 juin 1844, et n'a pas écrit l'histoire de la découverte jusqu'en 1853 dans sa Gomme-Elastica autobiographique livre. En attendant, le Thomas Hancock (1786-1865), un scientifique et machinent , breveté le processus au R-U le 21 novembre 1843, huit semaines avant Goodyear appliqué pour son propre brevet BRITANNIQUE .

Le Goodyear Tire et Rubber Company a adopté le nom de Goodyear en raison de ses activités dans l'industrie en caoutchouc, mais il n'a aucun autre lien à Charles Goodyear et son famille.

Voici le compte de Goodyear de l'invention , pris de la Gomme-Elastica de . Bien que le livre soit une autobiographie , Goodyear a choisi de l'écrire chez personne la troisième, de sorte que « l'inventeur » et « lui » visé au texte soient en fait l'auteur. Il décrit la scène dans une usine en caoutchouc du où son frère a travaillé :

… L'inventeur a fait quelques expériences pour établir l'effet de la chaleur sur le même composé qui s'était décomposé en sacs postaux et d'autres articles. Il était étonné de constater que le spécimen, étant négligemment mis en contact avec un fourneau chaud, s'est carbonisé comme leather.

Goodyear continue pour décrire comment il a essayé d'attirer l'attention de son frère et d'autres ouvriers à l'usine qui étaient au courant du comportement du caoutchouc dissous, mais ils ont écarté son appel comme indigne de leur attention, la pensant pour être l'un des nombreux appels qu'il leur a faits à cause d'une certaine expérience étrange. Réclamations de Goodyear qu'il a essayé de leur dire que le caoutchouc dissous a habituellement fondu une fois de chauffage excessivement, mais ils l'ignoraient toujours.

He a directement impliqué que si le processus de la carbonisation pourrait être arrêté au bon point, il pourrait priver la gomme de son adhérence indigène partout, qui le ferait mieux que la gomme indigène. Sur davantage d'épreuve avec la chaleur, il en outre a été convaincu de l'exactitude de cette inférence, en constatant que le caoutchouc d'Inde ne pourrait pas être fondu en soufre de ébullition à aucune chaleur toujours si grande, mais toujours carbonisé.
Il a fait une autre épreuve de chauffer un tissu semblable avant un feu ouvert. Le même effet, celui de carboniser la gomme, a suivi ; mais il y avait des indications plus loin et très satisfaisantes de succès en produisant le résultat désiré, comme sur le bord de la partie carbonisée étaient évident une ligne ou une frontière, qui n'ont pas été carbonisées, mais parfaitement cured.

Goodyear continue alors pour décrire comment il s'est déplacé au Woburn, le Massachusetts et a effectué une série d'expériences systématiques pour découvrir les bonnes conditions pour traiter le caoutchouc.

… Sur s'assurer à une certitude qu'il avait trouvé l'objet de sa recherche et beaucoup de plus, et que la nouvelle substance était preuve contre froid et le dissolvant de la gomme indigène, il s'est senti qu'a amplement remboursé de passé, et tout à fait indifférent aux épreuves du future.

Goodyear n'a jamais gagné n'importe quel argent hors de son invention. Il a mis en gage les possessions de toute sa famille dans un effort de réunir l'argent, mais le 1er juillet 1860, il est mort avec des dettes de plus de $200.

Derniers développements

Celui qui l'histoire vraie, la découverte de la réaction de caoutchouc-soufre ait révolutionné les applications d'utiliser-et du caoutchouc, et ait changé le visage du monde industriel du .

Jusqu'à ce temps, la seule manière de sceller un petit espace entre les pièces mobiles de machine, telles qu'entre un piston et son cylindre dans une machine à vapeur, était d'employer le en cuir imbibée en huile. C'était acceptable jusqu'aux pressions modérées, mais au-dessus d'un certain point, les concepteurs de machine ont dû compromettre entre le frottement supplémentaire produit en emballant le cuir plus étroitement et une plus grande fuite de vapeur précieuse.

Le caoutchouc vulcanisé a offert la solution idéale . Avec le caoutchouc vulcanisé, les ingénieurs ont eu un matériel qui pourrait être shaped et formé pour préciser les formes et les dimensions, et qui accepteraient le moderate à de grandes déformations sous la charge et récupéreraient rapidement à ses dimensions originales par le passé la charge ont été enlevées. Ce, combiné avec la bons longévité et manque de viscosité, sont les conditions critiques pour un matériel de cachetage efficace.

D'autres expériences dans le traitement et la composition du caoutchouc ont été effectuées, la plupart du temps au R-U par Hancock et ses collègues. Celles-ci ont mené à un processus plus qu'on peut répéter et plus stable.

En 1905, cependant, le George Oenslager a découvert qu'un dérivé de l'aniline appelée le Thiocarbanilide pouvait en mesure au accélèrent l'action du soufre sur le caoutchouc, menant à des temps de traitement beaucoup plus courts et à la consommation d'énergie réduite . Ce travail, cependant beaucoup moins bien connu, est presque aussi fondamental au développement de l'industrie en caoutchouc du que celui de Goodyear en découvrant le traitement du soufre . Les accélérateurs ont préparé le traitement traiter beaucoup plus fiable et plus qu'on peut répéter. Un an après sa découverte, Oenslager avait trouvé des centaines de demandes potentielles de son additif.

Ainsi, la science des accélérateurs et des retardateurs était née. Un accélérateur accélère la réaction de traitement, alors qu'un retardateur la retarde. En siècle suivant, les divers chimistes ont développé d'autres accélérateurs, et soi-disant ultra-accélérateurs, qui rendent la réaction très rapide, et sont habitués à faire la plupart des marchandises en caoutchouc modernes.

Devulcanization

L'industrie en caoutchouc avait recherché le devulcanization du caoutchouc pendant beaucoup d'années. La difficulté principale en réutilisant le caoutchouc devulcanizing le caoutchouc sans compromettre ses propriétés souhaitables. Le processus du devulcanization implique de traiter le caoutchouc en forme granulaire avec la chaleur et/ou de ramollir des agents afin de reconstituer ses qualités élastiques, afin de permettre au caoutchouc d'être réutilisé. Plusieurs processus expérimentaux ont réalisé des divers niveaux de succès dans le laboratoire, mais ont été moins réussis une fois mesurés jusqu'aux niveaux de production commerciale. En outre, les différents processus ont comme conséquence différents niveaux de devulcanization : par exemple, l'utilisation très d'un fin granulent et un processus qui produit le devulcanization extérieur rapportera un produit avec certaines des qualités désirées du caoutchouc non-recyclé. Le processus de réutilisation en caoutchouc commence par la collection et le déchiquetage des pneus jetés ceci ramène le caoutchouc à un matériel granulaire, et tout l'acier et renforcement de des fibres sont enlevés. Après un meulage secondaire, la poudre en caoutchouc en résultant est prête pour le remanufacture de produit. Cependant, les applications de fabrication qui peuvent utiliser ce matériel inerte sont limitées à ceux qui n'exigent pas sa vulcanisation.

Dans le processus de réutilisation en caoutchouc, le devulcanization commence par delinking des molécules de soufre des molécules en caoutchouc, facilitant de ce fait la formation de nouvelles réticulations. Le caoutchouc deux principal réutilisant des processus ont été développés : le a modifié l'huile de processus et le processus d'eau-huile de . Avec chacun de ces processus, l'huile et un agent de reprise sont ajoutés à la poudre en caoutchouc reprise, qui est soumise à la température et à la pression pendant une longue période (5-12 heures) dans l'équipement spécial et exige également le post-traitement mécanique étendu. Le caoutchouc repris de ces processus a changé des propriétés et est peu convenable pour l'usage dans beaucoup de produits, y compris des pneus. Typiquement, ces divers processus de devulcanization n'ont pas eu comme conséquence le devulcanization significatif, pour atteindre à qualité conformée, ou avoir été prohibitivement chers.

Au milieu des années 90, les chercheurs à l'institut de recherche de recherche de Guangzhou de pour l'utilisation des ressources réutilisables dans le Chine ont breveté une méthode pour la récupération et devulcanizing du caoutchouc réutilisé. Leur technologie, connue sous le nom d'Amr de processus de , est prétendue produire un nouveau polymère avec à propriétés conformées qui sont proches de ceux du caoutchouc normal et synthétique, et à un coût potentiel sensiblement inférieur. L'Amr de processus de exploite les caractéristiques moléculaires du de la poudre en caoutchouc vulcanisée en même temps que l'utilisation d'un activateur, d'un modificateur et d'un accélérateur réagissant homogènement avec des particules du caoutchouc. La réaction chimique qui se produit dans le procédé de mélange facilite delinking des molécules de soufre, permettant de ce fait les caractéristiques du caoutchouc normal ou synthétique à recréer. Un mélange des additifs chimiques est ajouté à la poudre en caoutchouc réutilisée dans un mélangeur pendant approximativement cinq minutes, après quoi la poudre traverse un procédé de refroidissement et est alors prête pour l'empaquetage. Les partisans du processus réclament également que le processus ne libère aucune toxine , sous-produits ou contaminants . Le caoutchouc réactivé peut alors être composé et traité pour répondre à des exigences spécifiques.

Actuellement, le caoutchouc de Landstar, qui détient la licence nord-américaine pour l'Amr de processus de , a construit une installation de retraitement et un laboratoire en caoutchouc de recherches/contrôle de qualité à Columbus, Ohio. L'usine effectue des cadences de production sur une base de démonstration ou à de petits niveaux commerciaux. Le caoutchouc réutilisé de l'usine de l'Ohio actuellement est examiné par un laboratoire indépendant pour établir ses propriétés physiques et chimiques.

Si l'Amr de processus de réussit, le marché pour le nouveau caoutchouc cru ou l'équivalent demeure énorme, avec le Amérique du Nord seul employant plus de 10 livres du milliard (circa 4.5 millions de tonnes chaque année. L'industrie automobile consomme approximativement 79% du nouveau caoutchouc et 57% du caoutchouc synthétique. Jusqu'ici, le caoutchouc réutilisé n'a pas été employé comme remplacement pour le nouveau ou synthétique caoutchouc en quantité significative, en grande partie parce que les propriétés désirées n'ont pas été réalisées. Les pneus utilisés sont les plus évidents des déchets faits à partir du caoutchouc ; on l'estime que seule l'Amérique du Nord produit d'approximativement 300 millions de pneus de rebut annuellement, avec la moitié finie étant ajoutée aux réserves qui sont déjà énormes. On l'estime que plus moins de 10% du caoutchouc de rebut est réutilisé dans n'importe quel genre de nouveau produit. En outre, les Etats-Unis, l'Union européenne , le Europe de l'Est , le Amérique latine , le Japon et le Moyen-Orient produisent collectivement environ un milliard de pneus annuellement, avec des accumulations prévues de trois milliards en Europe et de six milliards en Amérique du Nord.

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