Le caoutchouc naturel
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Caoutchouc naturel, aussi appel?? l'Inde caoutchouc ou caoutchouc, tel que produit initialement, se compose de appropri??e polym??res de l' compos?? organique isopr??ne avec des impuret??s mineures d'autres compos??s organiques en plus de l'eau. Les formes de polyisopr??ne qui sont utiles en tant que caoutchoucs naturels sont class??s comme ??lastom??res. Actuellement, le caoutchouc est r??colt?? principalement sous la forme de la latex de certains arbres. Le latex est un collant, laiteuse collo??de soutir?? en faisant des incisions dans l'??corce et collecter le fluide dans les vaisseaux. Ce processus est appel?? ??tapping??. Le latex est ensuite raffin??e en caoutchouc pr??t pour la transformation commerciale. Le caoutchouc naturel est largement utilis?? dans de nombreuses applications et de produits, soit seuls soit en combinaison avec d'autres mat??riaux. Dans la plupart de ses formes utiles il a une grande rapport d'??tirement, haute r??silience, et est extr??mement imperm??able.
Vari??t??s
La principale source commerciale de latex de caoutchouc naturel est le Arbre Par?? en caoutchouc (Hevea brasiliensis), un membre de la famille euphorbe, Euphorbiaceae. Cette esp??ce est largement utilis??e car elle pousse bien en culture et un arbre correctement g??r?? r??pond ?? blessant en produisant plus de latex pour plusieurs ann??es.
Beaucoup d'autres plantes produisent des formes de latex riche en polym??res isopr??ne, mais pas tous produire des formes utilisables de polym??re aussi facilement que le latex de caoutchouc Par?? fait; certains d'entre eux n??cessitent un traitement plus ??labor?? pour produire quelque chose comme caoutchouc utilisable, et la plupart sont plus difficiles ?? exploiter. Certains produisent d'autres mat??riaux souhaitables, par exemple gutta-percha (Palaquium gutta) et chicle partir Manilkara esp??ces. D'autres qui ont ??t?? exploit??es commercialement, ou au moins se sont r??v??l??s prometteurs comme sources de caoutchouc, comprennent la figue de caoutchouc ( Ficus elastica), Panama arbre ?? caoutchouc ( Castilla elastica), divers euphorbes ( Euphorbia spp.), la laitue ( Lactuca esp??ces), le connexes Scorzonera tau-saghyz, divers Taraxacum esp??ces, y compris le pissenlit commun ( Taraxacum officinale) et le pissenlit russe ( Taraxacum kok-saghyz), et guayule (Guayule). Pour distinguer la version d'arbres de caoutchouc naturel obtenu ?? partir de la version synth??tique, le caoutchouc de gomme de terme est parfois utilis??.
D??couverte du potentiel commercial
L'arbre h??v??a est originaire d'Am??rique du Sud. Charles Marie de La Condamine est cr??dit?? de pr??senter des ??chantillons de caoutchouc ?? la Acad??mie Royale des Sciences de France en 1736. En 1751, il a pr??sent?? un document par Fran??ois Fresneau ?? l'Acad??mie (??ventuellement publi?? en 1755), qui d??crit un grand nombre des propri??t??s du caoutchouc. Cela a ??t?? d??sign?? comme le premier article scientifique sur le caoutchouc. En Angleterre, il a ??t?? observ?? par Joseph Priestley, en 1770, qu'un morceau de la mati??re ??tait extr??mement bon pour se frotter au large les marques de crayon sur le papier, d'o?? le nom caoutchouc. Plus tard, il a lentement fait son chemin autour de l'Angleterre.
Am??rique du Sud est rest??e la principale source des quantit??s limit??es de latex de caoutchouc qui ont ??t?? utilis??s pendant une grande partie du 19??me si??cle. En 1876, Henry Wickham a rassembl?? des milliers de graines d'h??v??as para du Br??sil, et ceux-ci ont ??t?? germ?? dans Kew Gardens, en Angleterre. Les plants ont ensuite ??t?? envoy??s ?? l'Inde , ?? Ceylan ( Sri Lanka ), l'Indon??sie , Singapour et Malaisie britannique. Malaya (maintenant la Malaisie ) devait plus tard devenir le plus grand producteur de caoutchouc. Dans les ann??es 1900, le ??tat libre du Congo en Afrique a ??galement ??t?? une source importante de latex de caoutchouc naturel, principalement recueillies par travail forc??. Liberia et le Nigeria ont ??galement commenc?? la production de caoutchouc.
En Inde, la culture commerciale du caoutchouc naturel a ??t?? introduit par les planteurs britanniques, bien que les efforts exp??rimentaux pour d??velopper caoutchouc sur une ??chelle commerciale en Inde ont ??t?? initi??es d??s 1873 au Jardin botanique, Calcutta . Les premi??res plantations d'h??v??as commerciales en Inde ont ??t?? ??tablis ?? Thattekadu au Kerala en 1902.
A Singapour et en Malaisie, la production commerciale du caoutchouc a ??t?? fortement encourag??e par Sir Henry Nicholas Ridley, qui a servi comme le premier directeur scientifique de la Jardins botaniques de Singapour de 1888 ?? 1911. Il a distribu?? des semences de caoutchouc ?? de nombreux planteurs et d??velopp?? la premi??re technique pour l'entaillage de latex sans causer un pr??judice grave ?? l'arbre. En raison de sa promotion tr??s fervente de cette culture, il est populairement rappel?? par le surnom de ??Mad Ridley".
Propri??t??s
Caoutchouc pr??sente des propri??t??s physiques et chimiques uniques. Le comportement stress de contrainte de caoutchouc pr??sente la Mullins effet, le Effet Payne, et est souvent mod??lis?? comme hyper??lastique. Caoutchouc souche cristallise.
En raison de la pr??sence d'un double liaison dans chaque unit?? de r??p??tition, le caoutchouc naturel est sensible ?? vulcanisation et sensible ?? craquage d'ozone.
Il existe deux principaux solvants pour caoutchouc: t??r??benthine et naphta (p??trole). L'ancien a ??t?? en usage depuis 1764 lorsque Fran??ois Fresnau fait la d??couverte. Giovanni Fabbroni est cr??dit?? de la d??couverte de naphta comme solvant en 1779. caoutchouc parce que le caoutchouc ne se dissout pas facilement, le mat??riau est finement divis??e par d??chiquetage avant son immersion.
Un ammoniac solution peut ??tre utilis??e pour emp??cher la coagulation du latex brut pendant qu'il est transport?? ?? partir de son lieu de pr??l??vement.
??lasticit??
Dans la plupart des mat??riaux ??lastiques, tels que les m??taux utilis??s dans ressorts, le comportement ??lastique est caus??e par obligataires distorsions. Lorsqu'une force est appliqu??e, les longueurs de liaison se ??cartent de la (??nergie minimale) ??quilibre et l'??nergie de d??formation est stock??e ??lectrostatique. Le caoutchouc est souvent suppos?? se comporter de la m??me mani??re, mais il se av??re que ce est une mauvaise description. Le caoutchouc est un mat??riau curieux parce que, contrairement ?? m??taux, ??nergie de d??formation est stock??e thermiquement.
Dans son ??tat d??tendu, se compose de caoutchouc, des cha??nes enroul??s-up longues. Lorsque le caoutchouc est ??tir??, les cha??nes sont tendus. Leur ??nergie cin??tique est lib??r??e sous forme de chaleur. Les entropie augmente et la temp??rature pendant l'allongement mais diminue pendant la relaxation. Ce changement d'entropie est li?? aux changements dans les degr??s de libert??. Relaxation d'un ??tir?? bande de caoutchouc est ainsi entra??n?? par un diminution de l'entropie et de la temp??rature, et la force subie est le r??sultat du refroidissement de la mati??re ??tant convertie en ??nergie potentielle. Le caoutchouc est de d??tente endothermique, et pour cette raison, la force exerc??e par une pi??ce allong??e de caoutchouc avec des augmentations de la temp??rature. Le mat??riau subit refroidissement adiabatique pendant la contraction. Cette propri??t?? de caoutchouc peut ??tre facilement v??rifi??e en tenant un ??lastique ??tir?? ?? vos l??vres et relaxant il. Stretching d'une bande de caoutchouc est ?? certains ??gards oppos??es compression (bien que les deux subissent des niveaux plus ??lev??s de l'??nergie thermique d'un gaz parfait, et la d??tente se oppose ?? l'expansion de gaz (Remarque bandes caoutchouc durent plus longtemps dans le froid. Un gaz comprim?? et chauff?? pr??sente ??galement des propri??t??s "??lastiques", par exemple ?? l'int??rieur d'une voiture gonfl??e pneu. Le fait que l'??tirement est ??quivalent ?? la compression est contre-intuitif, mais il a un sens si le caoutchouc est consid??r?? comme un gaz ?? une dimension plus il est attach?? ?? d'autres mol??cules. Stretching et de la chaleur augmenter la ??espace?? ?? la disposition de chaque section de la cha??ne, parce que les mol??cules sont s??par??s ou m??me fondu.
Vulcanisation du caoutchouc cr??e ponts disulfure entre les cha??nes, donc il limite les degr??s de libert??. Le r??sultat est que les cha??nes serrer plus rapidement pour une donn??e souche, ce qui augmente la constante de force ??lastique et en faisant en caoutchouc plus dur et moins extensibles.
Lorsqu'il est refroidi au-dessous de la temp??rature de transition vitreuse, les segments de la cha??ne quasi-fluide "gel" en g??om??tries fixes et le caoutchouc perd brutalement ses propri??t??s ??lastiques, m??me si le processus est r??versible. Cette propri??t?? a partag?? par la plupart des ??lastom??res. ?? tr??s basse temp??rature, le caoutchouc est plut??t fragile. Cette temp??rature critique est la raison pour pneus d'hiver utilisent une version plus douce de caoutchouc que les pneumatiques normaux. Le caoutchouc ne joints toriques qui ont contribu?? ?? la cause de la Catastrophe de Challenger ont ??t?? pens?? pour avoir refroidi en dessous de leur temp??rature critique; la catastrophe qui se est pass?? sur une journ??e exceptionnellement froid. Les mol??cules de gaz dans le caoutchouc ??taient trop proches de leurs mol??cules solides consolid??s (Un changement de phase partielle qui s??pare les mol??cules de caoutchouc peuvent avoir eu lieu), permettant le caoutchouc pour prendre une forme plus solide (Un changement de phase partielle ?? un plus liquide et mol??culaire forme s??par??e ne serait pas bon non plus. chauff?? au gaz a une ??nergie plus ??lev??e et caoutchouc doit ??tre conserv?? ?? des temp??ratures sp??cifiques et probablement ne devrait pas ??tre utilis?? sur les v??hicules qui subissent des changements de temp??rature extr??mes.
Composition chimique
Le latex est le cis-1,4-polyisopr??ne) - polym??re avec un poids mol??culaire de 100.000 ?? 1.000.000. En r??gle g??n??rale, un faible pourcentage (jusqu'?? 5% de la masse s??che) d'autres mat??riaux, tels que des prot??ines , des acides gras , des r??sines et des mati??res inorganiques (sels) se trouvent dans le caoutchouc naturel. Polyisopr??ne peut ??galement ??tre cr????e synth??tiquement, la production de ce qui est parfois appel?? ??caoutchouc naturel synth??tique", mais les routes synth??tiques et naturels sont compl??tement diff??rents
Certaines sources de caoutchouc naturels appel??s gutta-percha se composent de trans-1,4-polyisopr??ne, un isom??re structurel qui a similaire, mais pas identique, propri??t??s.
Le caoutchouc naturel est un un ??lastom??re et thermoplastique. Une fois que le caoutchouc est vulcanis??, il va se transformer en un thermodurci. La plupart caoutchouc dans une utilisation quotidienne est vulcanis?? ?? un point o?? il part propri??t??s ?? la fois; ce est ?? dire, se il est chauff?? et refroidi, il est d??grad?? mais pas d??truit.
Les propri??t??s finales d'un article en caoutchouc d??pendent pas seulement sur le polym??re, mais aussi sur les modificateurs et des charges comme noir de carbone, factice, le merlan, et une foule d'autres.
Biosynth??se
Les particules de caoutchouc sont form??s dans la cytoplasme des cellules productrices de latex sp??cialis??es appel?? laticif??res dans les usines de synth??se de caoutchouc. Les particules de caoutchouc sont entour??s par une seule avec membrane phospholipidique queues hydrophobes fait vers l'int??rieur. La membrane permet de biosynth??se des prot??ines ?? ??tre s??questr??s ?? la surface de la particule de caoutchouc de plus en plus, ce qui permet de nouveaux motifs monom??res ajout??s ?? partir de l'ext??rieur de la biomembrane, mais dans le lacticifer. La particule de caoutchouc est une entit?? ?? activit?? enzymatique qui contient trois couches de mat??riau, la particule de caoutchouc, un biomembrane, et les unit??s monom??res libres. Le biomembrane est tenu fermement ?? la base de caoutchouc en raison de la forte charge n??gative sur les doubles liaisons du squelette de polym??re de caoutchouc. Des unit??s monom??res libres et des prot??ines conjugu??es constituent la couche ext??rieure. Le pr??curseur de caoutchouc est isopent??nyl pyrophosphate (un compos?? allylique), qui se allonge par Mg 2+ d??pendant de condensation sous l'action de transferase de caoutchouc. Le monom??re ajoute ?? la fin du pyrophosphate de polym??re en croissance. Le processus d??place le terminal pyrophosphate de haute ??nergie. La r??action produit un polym??re cis. L'??tape d'initiation est catalys??e par pr??nyltransf??rase, qui convertit trois monom??res de isopent??nyl pyrophosphate en farn??syl pyrophosphate. Le pyrophosphate de farn??syle transf??rase peut se lier ?? de caoutchouc allong?? ?? un nouveau polym??re du type caoutchouc.
Le pyrophosphate de isopent??nyle requis est obtenu ?? partir du m??valonate (MVA) voie, qui est d??coule de l'ac??tyl-CoA dans le cytosol. Chez les plantes, l'isopr??ne pyrophosphate peut aussi ??tre obtenu ?? partir de 1-Deox-D-xyulose-5-phosphate / voie 2-C-m??thyl-D-??rythritol 4-phosphate ?? l'int??rieur de plasmides. Le rapport relatif de l'unit?? farn??syle pyrophosphate d'initiateur et de monom??re isopr??nyle pyrophosphate d'allongement d??termine le taux de synth??se des particules nouveau par rapport ?? l'allongement des particules existantes. Bien que le caoutchouc est connue pour ??tre produite par une seule enzyme, les extraits de latex ont montr?? de nombreuses petites prot??ines de poids mol??culaire de fonction inconnue. Il est possible que les prot??ines servent de cofacteurs comme il ya une r??duction de la vitesse de synth??se avec une ??limination compl??te.
Utilisations
L'utilisation de caoutchouc est tr??s r??pandue, allant de m??nages aux produits industriels, entrant dans le flux de production au stade interm??diaire ou comme produits finaux. Les pneus et les tubes sont les plus grands consommateurs de caoutchouc. Les 44% restants sont absorb??s par le secteur marchandises g??n??rales en caoutchouc (GRG), qui comprend tous les produits sauf les pneus et les tubes.
Usages pr??historiques
La premi??re utilisation de caoutchouc ??tait par les Olm??ques , qui plus tard si??cles pass??s sur la connaissance de latex naturel de l'arbre h??v??a en 1600 BC les anciens Mayas . Ils bouillir le latex r??colt?? pour faire une boule pour un Jeu de balle.
Fabrication
D'autres utilisations importantes de caoutchouc sont de portes et fen??tres profils, tuyaux, courroies, nattes, rev??tements de sol et des amortisseurs (supports antivibratoires) pour la industrie automobile. Gants (m??dicaux, m??nagers et industriels) et jouets les ballons sont ??galement de grands consommateurs de caoutchouc, bien que le type de caoutchouc utilis?? est celui du latex concentr??. Un tonnage important de caoutchouc est utilis?? comme adh??sifs dans de nombreux fabrication industries et les produits, m??me si les deux plus importantes sont celles le papier et industries du tapis. Le caoutchouc est aussi couramment utilis?? pour faire bandes de caoutchouc et crayon gommes ?? effacer. Beaucoup de pneus d'avion et chambres ?? air sont toujours faites de caoutchouc naturel en raison du co??t ??lev?? de la certification pour l'utilisation de l'avion de substituts synth??tiques.
applications textiles
Caoutchouc produite en tant que fibre parfois appel?? ??lastique, a une valeur significative pour l'utilisation dans l'industrie textile en raison de ses excellentes propri??t??s d'allongement et de r??manence. ?? ces fins, de fibres fabriqu?? en caoutchouc est r??alis??e soit comme une fibre extrud??e ronde ou rectangulaire des fibres qui sont coup??es en bandes de film extrud??. En raison de sa faible acceptation de colorant, sentir et l'apparence, la fibre de caoutchouc est soit couvert par un fil d'une autre fibre ou directement tiss?? avec d'autres fils dans le tissu. Dans les ann??es 1900, par exemple, des fils de caoutchouc ont ??t?? utilis??s dans des v??tements de fondation. Tandis que le caoutchouc est encore utilis?? dans la fabrication textile, sa faible t??nacit?? limite son utilisation dans des v??tements l??gers parce latex manque de r??sistance aux agents oxydants et est endommag?? par le vieillissement, la lumi??re du soleil, de l'huile, et la transpiration. Cherchant un moyen de rem??dier ?? ces lacunes, l'industrie textile se est tourn?? vers n??opr??ne (polym??re de chloropr??ne), un type de caoutchouc synth??tique, ainsi que d'une autre fibre ??lastom??re plus couramment utilis??, spandex (aussi connu comme ??lasthanne), en raison de leur sup??riorit?? au caoutchouc ?? la fois force et la durabilit??.
Vulcanisation
Le caoutchouc naturel est souvent vulcanis??, un processus par lequel le caoutchouc est chauff?? et le soufre , peroxyde ou bisph??nol sont ajout??s pour am??liorer la r??sistance et ??lasticit??, et pour l'emp??cher de p??rir. Le d??veloppement de la vulcanisation est le plus ??troitement associ?? ?? Charles Goodyear en 1839. Le noir de carbone est souvent utilis?? comme un additif pour caoutchouc pour am??liorer sa r??sistance, en particulier dans les pneumatiques.
Les r??actions allergiques
Certaines personnes ont un grave allergie au latex, et de l'exposition ?? certains produits en latex de caoutchouc naturel, tels que gants en latex peuvent causer choc anaphylactique. Selon la fa??on dont le latex est trait??, la prot??ines antig??niques trouv??s dans Hevea latex peuvent ??tre consid??rablement r??duites, comme dans Vytex latex de caoutchouc naturel ou Talalay caoutchouc mousse.
Guayule latex est hypoallerg??nique et est l'objet de recherches comme un substitut ?? l'allergie induisant latex d'h??v??a. Contrairement ?? l'arbre Hevea tappable, ces relativement petites arbustes doivent ??tre r??colt??es ensemble et latex extrait de chaque cellule.
Certaines r??actions allergiques ne sont pas du latex, mais ?? partir des r??sidus d'autres ingr??dients utilis??s pour traiter le latex dans des v??tements, des gants, de la mousse, etc. Ces allergies sont g??n??ralement appel??s sensibilit?? chimique multiple (MCS).
