Menü
Gumigyártás története - Hogyan vált a gumi hétköznapjaink részévé?
tomites@..KATTINTS
Nehéz elképzelni egy mai világot gumi nélkül. Az ebből a nyersanyagból készült termékek annyira mindenütt jelen vannak az életünkben, hogy gyakorlatilag már nem is figyelünk rájuk. Képzeljük el, ha a gumi hirtelen eltűnne a világ színéről. Milyen következményekkel járna? Végül is mindenütt jelen van a gépekben, eszközökben és tárgyakban – nemcsak a környezetünkben, hanem azokban is, amelyektől a társadalom és a gazdaság függ. Az orvostudományban, a közlekedésben, az automatizálásban, az energiaiparban, a víz- és szennyvízkezelésben. Mindezek az iparágak nem létezhetnének e látszólag jelentéktelen nyersanyag nélkül. Nem is tudjuk, hogy az általunk ismert élet mennyiben függ a gumiból készült elemektől. Vessünk egy közelebbi pillantást ennek a rendkívüli anyagnak a történetére.
Minden polimer anyagot, mind a természetes, mind a mesterséges anyagokat, elasztomereknek nevezzük. Jellemzőjük, hogy mechanikai erők hatására visszafordíthatóan deformálódnak anélkül, hogy szerkezeti integritásukat megzavarnák. Nyújtás vagy összenyomás esetén az elasztomerek visszanyerik korábbi méreteiket, ami egyedülálló tulajdonság, és számos lehetséges alkalmazási lehetőséget kínál. Egyes gumitípusok valóban rendkívüli tulajdonságokkal rendelkeznek. Például a szilikon gumi még eredeti méreteinek 1000 százalékos nyújtás után sem törik. Ez a széleskörű méretváltozási képesség teszi a gumit olyan praktikussá és széles körben használttá az iparban.
Az elasztomerek közé tartozik a természetes gumi és származékai, valamint a szintetikus gumi és a hőre lágyuló elasztomer, azaz a gumihoz hasonló tulajdonságokkal rendelkező, de hő hatására megolvadó anyagok.
Az elasztikus anyagokra leggyakrabban használt általános kifejezés a gumi. A gumi valójában elasztomerekből előállított késztermék. Fő összetevője a gumi (természetes vagy szintetikus, vagy ezek megfelelő keveréke). A gumik más összetevőket is tartalmaznak, például lágyítókat, antioxidánsokat, töltőanyagokat, színezékeket, térhálósító szereket, égésgátlókat, vulkanizációs aktivátorokat és olyan szereket, amelyek javítják a tapadást más anyagokhoz.
A természetes kaucsuk volt az emberiség által ismert első elasztomer, egy rugalmas tulajdonságokkal rendelkező anyag, amelyet termékek gyártására lehetett használni. A természetes kaucsukot kaucsukot tartalmazó növényekből nyerik – elsősorban a brazil kaucsukfából (Hevea brasiliensis). A sérült növényi szövetek tejszerű anyagot választanak ki, amely egyfajta vakolatként működik – lezárja a sérült kérget, és védi a fát a kártevőktől és a parazitáktól. Ez az anyag, amelyet természetes latexnek neveznek, a természetes kaucsuk (kb. 36%), víz (kb. 60%), gyantafehérjék, ásványi sók és cukrok kolloid oldata.
A felszabaduló latex koagulál, puhává és rugalmassá válik. A kereskedelmi forgalomban kapható természetes kaucsukot a latexből a víz centrifugálásával vagy elpárologtatásával nyerik. A késztermék egyenletes állagú és sárga színű. A kaucsuk minősége a színéből határozható meg. Minél sötétebb a latex, annál gyengébb a minősége.
Az elasztomerek meteorikus térnyerése, amely forradalmasította az ipart, a 19. században kezdődött. Történetük azonban sokkal régebbre nyúlik vissza. Mindez akkor kezdődött, amikor az ókori indiánok felfedezték a sérült fakéregből kifolyó fehér tejet és annak különös tulajdonságait. Ebből a tejből, az úgynevezett természetes latexből nyerték ki az Amazonas-medence lakói a természetes kaucsukot, amely sok évvel később megváltoztatta a világot.
Közép- és Dél-Amerika ősi őslakos amerikaiai felfedezték és értékelték a gumi egyedi tulajdonságait, amelyeket a mindennapi életükben is hasznosítottak. A kutatások azt mutatják, hogy az amerikai őslakosok gumit használtak többek között edények, építési ragasztók, övek és kerek labdák készítésére, amelyek rugalmasságuknak köszönhetően tökéletesek voltak játékokhoz és játékhoz. A nyugati világ csak 1492 és 1496 között, Kolumbusz második útjának köszönhetően találkozott az új anyaggal.
Az európaiak azonban nem ismerték fel a gumit, és inkább kuriózumnak tekintették, mint valami gyakorlati alkalmazású dolognak. Ez annak volt köszönhető, hogy a nyers gumi puha volt, és ütésre szétmorzsolódott. A tengerentúlról érkező látogatók nem tekintették gyakorlatilag hasznos anyagnak. Csak kétszáz évvel később kezdtek el érdeklődni az európai botanikusok a növény által kiválasztott latex iránt, és ezzel megkezdték a brazil gumifáról szóló első tudományos tanulmányokat. A gumi első gyakorlati felhasználása az Öreg Kontinensen 1770-ben történt, amikor Joseph Priestley egy radírt készített belőle. A tudós váratlan felfedezést tett, amikor véletlenül megfigyelte, hogy a gumi kitörli a grafitnyomokat. Ekkor vezették be először a gumit kereskedelmi forgalomba íróanyagként. Érdekes módon a gumi angol neve, rubber, a "rub" szóból származik, ami dörzsölni jelent.
El kell ismerni, hogy a radír – egy egyébként praktikus és széles körben használt termék – szerény kezdet volt egy olyan anyag számára, amely végül is megrengette a globális ipar alapjait. Az európaiak számára azonban ilyenek voltak a gumi korai napjai, akik további fél évszázadig nem fedeztek fel jobb felhasználási módját. Csak 1823-ban szabadalmaztatta Charles Macintosh a gumival laminált kabátot, az első vízálló ruhadarabot. Bár az új termék széles körben népszerűvé vált, jelentős hátrányai voltak. A gumikabát hideg időben megkeményedett, melegben pedig megolvadt, kellemetlen, sőt visszataszító szagot árasztva. A gumi ezen hiányosságai megakadályozták, hogy az anyag elérje ipari potenciálját. 
Minden 1839-ben megváltozott. Ekkor fedezte fel Charles Goodyear a vulkanizálási eljárást, amely latex kénnel való hevítéséből állt. Az eredmény egy tartós és rugalmas anyag lett, mentes a Macintosh burkolatát sújtó hibáktól. Maga a vulkanizálási eljárás felfedezése, amelyet Vulcanusról, a tűz, a kovácsok és a vulkánok római istenéről neveztek el, szintén véletlen volt. Nem teljesen világos, hogyan jutott Goodyear legnagyobb felfedezésére, mivel különböző források eltérő beszámolókat közölnek. Az egyik állítás szerint Charles Goodyear véletlenül egy adag kénnel kevert gumit ejtett egy forró tűzhelyre. Maga a feltaláló állítólag elhatárolódott ettől a beszámolótól, azt állítva, hogy a feleségétől való félelem miatt rejtette el a gumi-kén keveréket a forró tűzhelyben, akinek elege lett a kísérleteiből. Bármi is legyen az igazság, ebben a pillanatban nyílt meg a gumi számára a jelentős iparosodás kapuja. Goodyear felfedezése később a gumiabroncs feltalálásához vezetett. Úgy tartják, hogy a vulkanizálás és a gumiabroncs az a két találmány, amelyek széles körben elismertté és nagymértékben bevezették a gumit az iparban, olyan megoldások létrehozásához vezetve, amelyek megváltoztatták az emberek mindennapjait világszerte.
A kaucsuk népszerűségének robbanásszerű növekedése a nyersanyag iránti kereslet hirtelen növekedéséhez vezetett, amelyet addig kizárólag Brazília vadfáiból nyertek. Az adatok magukért beszélnek – az 1840-es években az éves kaucsukfogyasztás elérte a 400 tonnát, tíz évvel később pedig a 4000 tonnát. A brazil hatóságok, látva a hatalmas profit lehetőségét, gyorsan megemelték a kaucsuk árát. Legendássá váltak az úgynevezett kaucsukbárókról, a földbirtokosokról szóló történetek, akik üzletüknek köszönhetően hatalmas gazdagságban és luxusban éltek, miközben a kaucsukfák közelében fekvő kis falvak nagyvárosokká alakultak. A brazilok igyekeztek fenntartani monopóliumukat. Végül is ők voltak a világot lenyűgöző nyersanyag egyedüli szállítói. Állítólag halálbüntetés terhe mellett még a Hewea brasiliensis magok exportját is betiltották az országból, bár nem világos, hogy ez igaz-e vagy csak legenda. A bárók meg voltak győződve arról, hogy a csodálatos kaucsukfák csak az ő földjeiken nőhetnek. Ez békességet adott nekik, és a termelési folyamat tökéletesítése, a befektetés és a piacok fejlesztése helyett inkább a vagyonukban sütkéreztek.
A vadfákból kinyert nyersanyag már nem elégítette ki az egyre növekvő keresletet, így 1876-ban új ültetvények kezdtek megjelenni Brazíliában, amelyek a latextej kinyerésére szakosodtak. Ez a kinyerés a fák kérgének minden reggel történő levágását jelentette. A V-alakú vágás miatt a tej az alatta elhelyezett tartályokba folyt, amelyeket a nap végén összegyűjtöttek, és tartalmukat gyűjtőedényekbe öntötték. Brazília monopóliumi törekvései kudarcot vallottak, mivel már 1876-ban egy bizonyos Henry Wikham 70 000 brazil kaucsukfa magot csempészett Angliába – állítólag aligátorbőrbe csomagolva. Ezért a tettéért a csempészt pénzzel és lovaggá ütéssel jutalmazták. Az angolok megpróbáltak kaucsukfákat termeszteni, de ez nehezebbnek bizonyult, mint amire számítottak. A teljes beszerzett magkészletnek csak 10%-a csírázott ki. Az európai éghajlat egyértelműen nem kedvezett a kaucsukfáknak. Az értékes palántákat ezért ázsiai brit gyarmatokra küldték, ahol az éghajlat kedvezőbb volt. 1905-ben megérkezett Londonba az első kaucsukszállítmány a saját ültetvényeikről. Ettől a pillanattól kezdve Nagy-Britannia átvette az irányítást a kaucsukpiac felett, és az ázsiai nyersanyag kezdte uralni a világpiacokat. 1914-ben az ázsiai ültetvények a globális kaucsuktermelés 60%-át tették ki, ami 1938-ra 97%-ra emelkedett. Ezzel kezdődött a brit monopólium erre az értékes nyersanyagra, amelynek csak a háború és a szintetikus kaucsuk feltalálása vetett véget.
A gumitermékek iránti folyamatosan növekvő kereslet és Nagy-Britannia monopolhelyzete a természetes kaucsuk ellátásában a nyersanyag szintetikus megfelelőjének kidolgozásához vezetett. 1909-ben a Fritz Hofmann vezette német Bayer csapat polimerizálta az izoprént, létrehozva a természetes kaucsuk első szintetikus megfelelőjét. Ez a termék azonban nagyon tökéletlen volt.
Az első világháború alatt a gumitermékek iránti katonai kereslet drámaian megnőtt. Ez arra késztette a németeket, hogy nagymértékű tömeggyártásba kezdjenek a szintetikus megfelelőjükből. Az eredmények azonban olyan gyengék voltak, hogy a háború befejezése után gyorsan visszatértek a természetes gumi használatához.
Míg az első világháború nem rendítette meg a természetes kaucsuk helyzetét, a második világháború drámaian megváltoztatta az erőviszonyokat a globális piacon. Katonai akciók eredményeként Japán elfoglalta az ázsiai ültetvényeket, így a világ kaucsukkészletének 95 százaléka feletti ellenőrzést ők irányították. Pánik tört ki az Egyesült Államokban. Ez volt az a pillanat, amikor az amerikaiak felismerték a látszólag jelentéktelen gumi hatalmas szerepét a globális gazdaságban. Minden egyes tank megépítéséhez fél tonna gumira volt szükség. A hajókhoz is több tízezer gumialkatrészre volt szükség. Gumira volt szükség minden gyárban, minden katonai bázison és minden otthonban. És most gyakorlatilag minden japán kézben volt. A gumi megváltoztathatta a háború menetét, tovább bizonyítva, hogy mennyire fontos ez az erőforrás a modern világban. A Pearl Harbor elleni támadás után az Egyesült Államok kormánya országos megszorító tervet vezetett be. Minden városban kampányt indítottak gumijátékok, dísztárgyak és egyéb termékek vásárlására, amelyeket aztán a hadsereg számára alkatrészekké dolgoztak fel. A gumiabroncsok kopásának minimalizálása érdekében 56 km/h sebességgel betiltották a közúti sebességet. Ezen intézkedések ellenére a gumikészletek riasztó mértékben apadtak, és a háború sorsa a téten múlott.
Az oroszok reményt adtak a nyugati világnak, amikor elkezdték kivonni a gumitejet a pitypangból. Ennek eredményeként az amerikaiak tömegesen kezdtek gumit termeszteni minden államukban. Továbbá a tudósok folyamatosan dolgoztak a szintetikus gumi tökéletesítésén, amely akkoriban még új és fejletlen találmány volt. Ha kudarcot vallottak volna, Amerika elvesztette volna a háborút Japánnal. Szerencsére a tudósok tökéletesítették a szintetikus gumit, és képesek voltak kielégíteni a hadsereg igényeit. Ennek eredményeként az Egyesült Államok támogatta a szövetségeseket, és hozzájárult a náci Németország és Japán vezette tengelyhatalmak feletti győzelemhez.
Napjainkban körülbelül 50 000 különféle terméket gyártanak természetes kaucsuk felhasználásával. Ennek a nyersanyagnak a nagy részét a gumiabroncs- (70%) és a lábbeli- (6%) ipar használja fel. A természetes kaucsukot különféle termékek előállítására használják, beleértve a vízálló ruházatot, gumitömlőket, erőátviteli szíjakat, tömítéseket, sportfelszereléseket és háztartási cikkeket. Bár ezt a természetes nyersanyagot ma is sikeresen használják, egy szintetikus helyettesítő kifejlesztése csak idő kérdése volt.
A kaucsukgyártást, más természeti erőforrásokhoz hasonlóan, természeti tényezők korlátozzák. Az aszályok, hurrikánok és kártevők támadásai befolyásolják a termés mennyiségét és az árakat. A geopolitikai körülmények is hatással voltak az iparágra. Mindez a szintetikus kaucsuk előállítására irányuló kísérletekhez vezetett. A siker 1929-ben jött el, amikor az emulziós polimerizáció mesterséges latexet eredményezett.
A szintetikus kaucsuk petrolkémiai alapanyagokból készül, így leggyakrabban az olaj- és gumiabroncsipar vállalatai állítják elő. Érdekes módon a világ harmadik legnagyobb szintetikus kaucsukgyárát (Németország és a Szovjetunió után) Lengyelországban alapították. Ez 1938-ban történt Dębicában, ahol megalapították a Zakłady Chemiczne "Dębica" SA-t. A gyár nagy mennyiségben gyártotta a KER nevű anyagot, az első lengyel szintetikus kaucsukot, amelyet először 1935-ben állítottak elő.
A szintetikus kaucsukot jellemzően dién monomerek (izoprén, butadién, kloroprén) polimerizációjával vagy más monomerekkel (sztirol, akrilnitril, izobutén) való kopolimerizációjával állítják elő. A szintetikus kaucsukokat leggyakrabban két csoportra osztják:
Az általános célú szintetikus kaucsukok első csoportjába a következők tartoznak:
A második csoportba tartoznak például:
Hogyan lehetséges, hogy az amerikai őslakosok négyezer évvel a vulkanizálás feltalálása előtt tartós tárgyakat tudtak létrehozni gumiból? Az európaiak négyszáz évig, miután találkoztak ezzel a nyersanyaggal, nem tudták felfedezni a gumiban rejlő lehetőségeket. Úgy tűnik, hogy az ősi amerikai őslakosok ismerték a gumi mechanikai tulajdonságainak manipulálásának titkát. Sajnos civilizációjuk összeomlásával minden tudásuk elveszett.
Az őslakos amerikaiak kaucsukmanipulációjának titkát csak 1999-ben fedezték fel Dorothy Hosler, Sandra Burkett és Michael Tarkanian professzorok, a Massachusetts Institute of Technology kutatásainak köszönhetően. A tudósok felfedezték, hogy a titok a latex és más növények nedvének kombinálásában rejlik. A korai felfedezők és konkvisztádorok leírásainak aprólékos áttekintése, a tárgyak tanulmányozása és a legendák elemzése végül az ősi receptek rekonstruálásához vezetett.
Az amerikai őslakosok olyan mértékben elsajátították a kaucsuk manipulálásának művészetét, hogy olyan tulajdonságokkal rendelkező kaucsukot tudtak előállítani, amelyek az igényeiknek megfeleltek. Massachusetts állam tudósai felfedezték, hogy a dél-amerikaiak a hajnalka (Ipomoea alba) nedvét adták a latextejhez. Az arányok manipulálása a kaucsuk tulajdonságainak megváltozását eredményezte. Például egy labda előállításához nagy rugalmasságú kaucsukra volt szükség, amelyet a latex és a hajnalka nedvének 1:1 arányú keverésével biztosítottak. Az 1:3 arányú keverék nagy kopásállóságú kaucsukot eredményezett, amelyet az amerikai őslakosok például cipőtalpak készítéséhez használtak. A latex és a hajnalka nedvének más arányait ragasztók vagy rugalmas övek előállítására használták.
A környezetünkben található, jól ismert és naponta használt anyagokat és tárgyakat leggyakrabban egyszerűen guminak nevezzük. Már tudjuk, hogy a gumi elasztomerekből és adalékanyagokból álló késztermék.
A legtöbb gumiterméket a következőképpen gyártják:
A megfelelő gumikeverék-összetevők kiválasztása határozza meg a kész gumitermékek végső tulajdonságait. A megfelelő alapanyagok és adalékanyagok kombinálásával a következő tulajdonságokkal rendelkező gumikat kapjuk:
A gumi az egyik legfontosabb ipari anyag. Kulcsszerepet játszik az autóiparban, a repülőgépiparban, a vegyiparban és a gépiparban, sok más mellett. A gumi ősidők óta szolgálja az embereket. Először az indiánok szelídítették meg, majd elfelejtették és félreértették, és évszázadok után újjászületett, hogy mai iparunk alapját képezze.