Латекс

<час />

Фон

Латекс - это коллоидная суспензия очень мелких частиц полимера в воде, используемая для изготовления резины.

Натуральный

В изделиях, пропитанных окунанием (медицинские и хирургические предметы, хозяйственные и промышленные перчатки, обувь и воздушные шары), используется более половины всего натурального латекса, потребляемого в Соединенных Штатах. Промышленность по производству клеев является вторым по величине потребителем натурального латекса в таких продуктах, как обувь, конверты, этикетки и самоклеящаяся лента.

Натуральный латекс с высоким содержанием твердых веществ также используется для изготовления форм для отливки гипса, цемента, воска, низкотемпературных металлов и изделий из полиэстера ограниченным тиражом. Натуральный латекс имеет способность сжиматься вокруг воспроизводимого объекта, так что мельчайшие детали будут воспроизведены в слепке. Латекс даже используется для стабилизации пустынных почв, чтобы сделать их пригодными для использования в сельском хозяйстве.

Натуральный латекс производится из Hevea brasilienesis . каучуковое дерево и является защитной жидкостью, содержащейся под корой. Это мутная белая жидкость, внешне похожая на коровье молоко. Его собирают, отрезая от дерева тонкую полоску коры и позволяя латексу вытекать в сборный сосуд в течение нескольких часов.

Деревья гевеи созревают в возрасте от пяти до семи лет, и их можно использовать до 30 лет. Урожайность каучука составляет около тонны с акра (2,5 тонны с га) на более крупных плантациях, но теоретически возможна урожайность в четыре раза больше. Деревья часто остаются на некоторое время после сильных постукиваний.

Когда-то натуральный латекс в больших количествах производился на Амазонке. В последнее время производство натурального латекса переместилось в Малайзию, Индонезию и другие регионы Дальнего Востока. В настоящее время более 90% мирового производства натурального каучука приходится на Азию, причем более половины этого объема приходится на эти страны. Другие ведущие азиатские производители включают Таиланд, Индию и Шри-Ланку. Китай и Филиппины также существенно увеличили производство каучука.

Синтетический

Большинство синтетических каучуков создается из двух материалов:стирола и бутадиена. Оба в настоящее время добываются из нефти. В 1992 году в Соединенных Штатах было произведено более миллиарда фунтов (454 000 000 кг) этого типа каучука. Другие синтетические каучуки производятся из специальных материалов для химически стойких и термостойких материалов.

Шины составляют 60-70% всего используемого натурального и синтетического каучука. Другие продукты, содержащие резину, включают обувь, промышленные конвейерные ленты, ремни автомобильных вентиляторов, шланги, полы и кабели. Такие продукты, как перчатки или противозачаточные средства, изготавливаются непосредственно из латекса. Латексные краски по сути представляют собой раствор цветного пигмента и каучукового латекса. Латексная пена создается путем вдувания воздуха в латекс перед его коагуляцией.

История

Индейцы Центральной и Южной Америки использовали каучук еще в XI веке для покрытия ткани или изготовления мячей, но только когда французский ученый Шарль де ла Кондамин посетил Южную Америку во время 1700-е годы, когда первые образцы были отправлены обратно в Европу. Настоящее английское название каучук получил от британского химика Джозефа Пристли примерно в 1770 году. Первое современное применение каучука было обнаружено в 1818 году британским студентом-медиком по имени Джеймс Сайм. Он использовал его для создания водонепроницаемой ткани, чтобы сделать первые плащи - процесс, запатентованный в 1823 году Чарльзом Макинтошем. Томас Хэнкок разработал методы механической обработки резины, чтобы ей можно было придать форму, и он построил первую в Англии фабрику по производству каучука в 1820 году. Также в этот период Майкл Фарадей обнаружил, что натуральный каучук состоит из единиц химического соединения, называемого изопреном.

В середине девятнадцатого века Чарльз Гудиер открыл вулканизацию, процесс, который сохраняет эластичность резины при изменении температуры. В этом процессе резина нагревается с серой, что вызывает образование поперечных связей, снижая липкость резины и ее чувствительность к теплу и холоду.

В 1882 году Джон Бойд Данлоп из Ирландии получил патент на свою пневматическую шину. Поскольку спрос на шины начал истощать запасы натурального каучука, британцы возделывали огромные каучуковые плантации в Сингапуре, Малайзии и Цейлоне (Шри-Ланка). Семена были привезены из Бразилии и сначала проращены в Англии, а затем отправлены в эти страны. Сегодня весь натуральный каучук, производимый в Азии, получают из деревьев, которые являются потомками бразильских семян.

К началу 1900-х годов разные страны искали способы улучшить резиновые смеси и разработать синтетические материалы. В 1910 году было обнаружено, что натрий катализирует полимеризацию. Когда немцы были отрезаны от поставок натурального каучука во время Первой мировой войны, они использовали это открытие, чтобы произвести около 2500 тонн (2540 метрических тонн) каучука, сделанного из диметилбутадиена.

Во время Второй мировой войны японцы получили контроль над основными источниками натурального каучука в Азии. В ответ промышленность синтетического каучука США увеличила производство на поразительные 10 000%, с 7 967 тонн (8130 метрических тонн) в 1941 году до более чем 984 000 тонн (1 миллион метрических тонн) в 1944 году. После войны развивались другие страны. собственные заводы по производству синтетического каучука, чтобы не зависеть от зарубежных поставок каучука.

Продолжается совершенствование синтетического каучука, и, кроме того, были разработаны более урожайные гибридные деревья, которые дают вдвое больше натурального латекса, чем обычные. В 1971 году был разработан стимулятор деревьев, который привел к увеличению производства латекса в среднем на 30% без видимого вреда для деревьев.

Сырье

Состав латексного сока состоит из 30-40% частиц каучука, 55-65% воды и небольшого количества белка, стероловых гликозидов, смол, золы и сахаров. Каучук обладает высокой эластичностью и полимерной молекулярной структурой. Эта структура состоит из длинной цепи, состоящей из десятков тысяч более мелких звеньев, называемых мономерами, соединенных вместе. Каждая мономерная единица имеет размер молекулы, сравнимый с размером молекулы простого вещества, такого как сахар. Другие специальные химические вещества используются в качестве консервантов или стимуляторов во время сбора урожая.

Производство как синтетического, так и натурального каучука требует использования вулканизирующих химикатов, в первую очередь серы. Наполнители, такие как технический углерод, также добавляются для обеспечения дополнительной прочности и жесткости. Масло часто используется для облегчения обработки и снижения затрат.

Производственный
процесс

Выращивание и переработка натурального каучука является одной из самых сложных отраслей сельского хозяйства и требует нескольких лет. Он сочетает в себе ботанику, химию и сложную технику с ловкими навыками людей, которые собирают деревья. Сравните это с производством синтетического каучука, которое включает химические реакции и сложное оборудование для химической обработки, которое автоматически контролируется компьютерами. Ниже описано производство натурального латекса.

Посадка

• 1 Высаживают семена высокосортных деревьев и дают им прорасти в течение 12–18 месяцев в питомнике, прежде чем к саженцу привита новая почка. После прививки почек годовалый саженец деревца обрезают и готов к пересадке. Бутон прорастает вскоре после пересадки, в результате получается новое дерево с лучшими свойствами. Приблизительно 150 деревьев высаживаются на акр (375 на га), за которыми ухаживают и выращивают до тех пор, пока они не будут готовы к вырубке примерно через шесть-семь лет.

Нажатие

• 2 Для сбора латекса рабочий сбривает полоску коры на полпути вокруг дерева на глубину примерно 0,84 см (треть дюйма). Требуется точное умение, так как если дерево будет разрезано слишком глубоко, дерево будет непоправимо повреждено. Если разрез слишком неглубокий, максимальное количество латекса не потечет. Затем латекс истекает из разорванных сосудов, стекает вниз по разрезу, пока не достигнет носика, и, наконец, попадает в сборную чашу, которая позже будет опорожнена.
• 3 Постукивание повторяют через день, делая тонкую стружку чуть ниже предыдущего надреза. Когда последний шрам, образовавшийся в результате разрезов, оказывается на высоте около 1 фута (0,3 м) над землей, аналогичным образом постукивают по другой стороне дерева, в то время как первая сторона обновляется. Каждое постукивание занимает около трех часов и дает меньше чашки латекса.
• 4 Метчик сначала собирает разрезанный комок, который представляет собой коагулированный латекс в чашке, и шнурок, который представляет собой латекс, коагулированный по старому разрезу. Затем метчик делает новый разрез. Латекс сначала течет быстро, затем снижается до постоянной скорости в течение нескольких часов, после чего снова замедляется. На следующий день поток почти прекратился, так как разорванный сосуд закупоривается коагулированным латексом.

• 5 Чтобы предотвратить коагуляцию большей части жидкого латекса до того, как его можно будет удобно собрать и транспортировать, разливное устройство добавляет консервант, такой как аммиак или формальдегид, в сборную чашу. И жидкий, и коагулированный латекс отправляется на фабрики для обработки.

  

• 6 Для увеличения урожайности деревьев и сокращения времени обработки используются химические стимуляторы. Прокол, при котором кору быстро протыкают острыми иглами, - это еще один метод, который может повысить производительность, поскольку он позволяет одному и тому же рабочему обрабатывать больше деревьев в день.

Производство жидкого концентрата

• 7 Около 10% латекса перерабатывается в жидкий концентрат путем удаления некоторого количества воды и увеличения содержания каучука до 60%. Это достигается либо путем вытягивания воды из латекса под действием центробежной силы, либо путем испарения, либо с помощью метода, известного как вспенивание. В этом методе к латексу добавляется химический агент, который заставляет частицы резины набухать и подниматься на поверхность жидкости. Концентрат отправляется в жидком виде на заводы, где он используется для покрытий, клеев и других применений.

Производство сухого сырья

• 8 Прочая резина и полевой латекс коагулируются кислотой. Гигантская экструзионная сушилка, которая может производить до 4000 фунтов (1816 кг) в час, удаляет воду, создавая материал, похожий на крошку. Затем высушенный каучук прессуют в тюки и упаковывают в ящики для отправки.

Формование листов

• 9 Ребристые дымчатые листы получают путем разбавления латекса и добавления кислоты. Кислота заставляет частицы каучука собираться вместе над водянистой сывороткой, в которой они находятся во взвешенном состоянии. Через несколько часов коагулируется примерно один фунт (0,45 кг) мягкого гелеобразного каучука на каждые три фунта (1,35 кг) латекса.
• 10 Резине дают постоять от одного до 18 часов, затем плиты прессуют в тонкие листы с помощью системы роликов, которые отжимают лишнюю жидкость. Последний набор валиков оставляет на листах ребристый рисунок, который увеличивает площадь поверхности и ускоряет сушку. Листы сушат до недели в коптильнях перед упаковкой и отправкой.

Производство прочей продукции

• 11 Для изготовления резиновых изделий смеси придают форму, помещая ее в нагретую форму, которая помогает формировать и вулканизировать материал. Для более сложных продуктов, таких как шины, производится ряд компонентов, некоторые из которых армированы волокном или металлокордом, которые затем соединяются вместе. Хирургические перчатки изготавливаются путем погружения керамической формы в латекс, извлечения формы и затем сушки латексной формы.

Контроль качества

После сбора латекса проводится ряд проверок качества. После простукивания латекс проверяется на чистоту и другие свойства. После каждого этапа производственного процесса техники проверяют физические свойства и химический состав, используя различное аналитическое оборудование.

Будущее

Производство натурального каучука не смогло удовлетворить растущий спрос на каучук, и, следовательно, сегодня две трети каучука в мире являются синтетическими. Однако такие разработки, как изобретение эпоксидированного натурального каучука, который получают путем химической обработки натурального каучука, могут обратить эту тенденцию вспять. Промышленность синтетического каучука также продолжает делать процессы более эффективными, менее дорогостоящими и менее загрязняющими, а также разрабатывает новые добавки, компаунды и области применения.

Хотя существует около 2500 других заводов, производящих каучук, производство каучука недостаточно быстрое, чтобы приносить прибыль. Исследователи Министерства сельского хозяйства США ищут способы ускорить этот процесс путем генетической инженерии растения, чтобы производить более крупные молекулы-инициаторы. Эти молекулы запускают процесс производства резины, и если бы такие молекулы были больше, резину можно было бы производить в шесть раз быстрее.