Żyjąc w świecie, w którym mamy do dyspozycji ogromną ilość materiałów syntetycznych o rozmaitych właściwościach trudno wyobrazić sobie skalę problemów, jakich nastręczały tak proste dziś czynności, jak ochrona przed deszczem czy uszczelnianie. W XIX wieku ilość surowców, jakich można użyć do tych celów, była mocno ograniczona i sprowadzała się do wykorzystania skór lub grubego płótna impregnowanego tłuszczem. Pojawienie się nowości w postaci kauczuku wydawało się znakomitym rozwiązaniem wielu problemów, niestety dość szybko okazało się, że ma on wiele wad mocno ograniczających jego użyteczność. Dopiero rozpowszechnienie się opatentowanej przez Charlesa Goodyeara metody wulkanizacji kauczuku sprawiły, że wyroby gumowe mogły odpowiedzieć na oczekiwania klientów, którzy potrzebowali materiału, który będzie odporny na wodę, ale jednocześnie elastyczny, lekki i trwały. Zobaczmy, jakie były początki wykorzystania kauczuku i jak na czym polegał wynalazek Goodyeara.


Właściwości i zastosowanie kauczuku
Kauczuk naturalny to mleczko wytwarzane przez rośliny kauczukodajne – drzewa, ale także krzewy czy zioła. Najważniejszymi źródłami mleczka będącego roztworem kauczuku są kauczukowce, ale również byliny, choćby mniszek gumodajny. Rośliny, z których można pozyskiwać kauczuk naturalny, rosną dziko zarówno w Azji, jak i w Ameryce Południowej. To właśnie z tym obszarem związane są pierwsze znane nam zastosowania praktyczne tego surowca. Z kauczuku korzystali już Aztekowie, wytwarzając z niego choćby piłki używane podczas rytualnych rozgrywek.

Europejczycy zainteresowali się kauczukiem stosunkowo późno, bo dopiero pod koniec XVIII wieku. Materiału zaczęto używać do wytwarzania ubrań chroniących przed deszczem – przede wszystkim kapturów i opończy. Uszczelniano za jego pomocą także różne połączenia. Dzięki temu możliwy był między innymi pierwszy lot balonu braci Montgolfier.

Pierwszym prawdziwie udanym eksperymentem z użyciem kauczuku było produkowanie z niego gumek pozwalających na wycieranie ołówkowego grafitu. Pozostałe próby związane z tworzeniem z niego uszczelnianej odzieży oraz wodoodpornych butów nie skończyły się jednak powodzeniem. Problemem było to, że kauczuk w niskich temperaturach mocno twardniał i stawał się kruchy. Gdy robiło się ciepło, materiał ulegał stopieniu, a w dodatku zaczynał gnić, powodując trudny do zniesienia smród. Mimo tych niedogodności produkcję kontynuowano, ponieważ mimo swych wad, kauczuk nie miał żadnych konkurentów.

Wulkanizacja kauczuku i odkrycie gumy
Możliwość ulepszenia kauczuku i poprawy jego właściwości zainteresowała Amerykanina Charlesa Goodyeara. Pochodzący ze stanu Connecticut Goodyear zajmował się handlem narzędziami rolniczymi, zafascynowany nowym materiałem oddał się jednak poszukiwaniom metody wyeliminowania jego największej wady, tj. nadmiernej lepkości. W ramach eksperymentów łączył kauczuk naturalny z kolejnymi substancjami, zaczynając od tlenku magnezu. Niestety, osiągane efekty nie były zadowalające, a sprawdzane nowe składniki mieszanki, np. zawierająca duże ilości węgla sadza nie spełniały pokładanych w nich oczekiwań. Pewnym postępem było odkrycie metody utwardzenia powierzchni kauczuku za pomocą kwasu azotowego, jednak i to nie poprawiło znacząco charakterystyki wytwarzanych z kauczuku produktów.

Przełomem dla poszukiwań Goodyeara było połączenie kauczuku z siarką oraz zastosowanie wysokiej temperatury. Jak głosi legenda, wynalazca po sprawdzeniu nowej mieszanki nie był wcale zadowolony z osiągniętego rezultatu. Przerwał więc pracę nad dalszym mieszaniem kauczuku i siarki, zauważając, że mocno się pobrudził powstającą masą. Zniecierpliwiony machnął energicznie rękoma, by pozbyć się lepkiej mazi. Gwałtowne ruchy sprawiły, że odrywające się kawałki mieszaniny spadły na powierzchnie rozgrzanego pieca, po chwili zmieniając się w substancję, której przez tyle lat bezskutecznie poszukiwał – twardą, choć elastyczną gumę.

Uzyskiwana w wyniku wulkanizacji guma szybko zrobiła błyskawiczną karierę. Zaczęto ją stosować nie tylko do produkcji kaloszy czy ubrań przeciwdeszczowych, ale również jako uszczelek i elementów amortyzujących. Najbardziej rozpowszechniła się jednak jako materiał do pokrywania obręczy kół, a niebawem również na dętki i opony.

Charles Goodyear uzyskał patent na swój wynalazek w 1844 roku. Wulkanizacja polegająca na łączeniu atomów węgla z siarką i uzyskaniu struktury sieciowej jest przeprowadzana przez podgrzewanie masy do temperatury około 150–200°. Dzięki usieciowieniu struktury materiału łańcuchy polimerów tworzących kauczuk naturalny zachowując swą zdolność do częściowego przemieszczania się względem siebie, zyskują jednocześnie sprężystość, która pozwala na powrót do wcześniejszego kształtu.

Dziś produkcja gumy jest nieco bardziej skomplikowana. Poza kauczukiem naturalnym i siarką do mieszaniny dodaje się przeciwutleniacze, wypełniacze oraz wiele barwników i dodatków wpływających na poszczególne właściwości gumy. Umożliwia to wytwarzanie wyrobów, które są lepiej dostosowane do poszczególnych zastosowań, np. o podwyższonej odporności na temperaturę, działanie oleju czy ścieranie.

LARKIS © 2021