Polimery. Są to związki wielocząsteczkowe, których cząsteczki (makrocząsteczki) składają się z dużej liczby (od kilku tysięcy do kilku milionów) powtarzających się ugrupowań chemicznych (merów) jednakowych (homopolimery), dwu różnych (bipolimery), dwu lub kilku różnych (kopolimery).
Polimery mają budowę liniową (łańcuchową), rozgałęzioną, gwiaździstą, usieciowaną. Mery w kopolimerze mogą następować po sobie w kolejności przemiennej, nieregularnej (kopolimery statystyczne) lub mogą być zgromadzone w skupiskach (domenach) jednakowych merów (kopolimery blokowe). Polimery otrzymuje się ze związków małocząsteczkowych przez ich połączenie (polimeryzację) w reakcjach polikondensacji (polimeryzacji kondensacyjnej) z wydzieleniem małocząsteczkowych produktów ubocznych lub poliaddycji (polimeryzacji addycyjnej), np. przez rozerwanie podwójnego wiązania, pierścienia, lub przegrupowania atomów. Polimeryzację można przeprowadzać w masie monomeru (ów), w rozpuszczalniku – polimeryzacja w roztworze, w emulsji – polimeryzacja emulsyjna, w suspensji – polimeryzacja suspensyjna (perełkowa).
Polimery żyjące. Są to polimery mające na końcach liniowej makrocząsteczki atomy lub ośrodki aktywne zdolne do przyłączenia takich samych lub innych merów. Na przykład z polibutadieniu żyjącego otrzymuje się blokowe, termoplastyczne kauczuki SBS (styren – butadien – styren).
Elastomery. Jest to grupa polimerów, które wykazują elastyczność w szerokim zakresie temperatury zwykle od – 70 C do ok. 60 C. Nieusieciowane elastomery podobnie jak plastomery są sztywne (zwykle w stanie zeszklonym) poniżej temperatury stanu elastycznego i plastyczne powyżej tej temperatury. Usieciowane w niewielkim stopniu elastomery zachowują stan wysokiej elastyczności w zakresie temperatury od – 70 C dochodzącej niekiedy do 250 C. Nie prze chodzą one zwykle w stan plastyczny, lek ulegają rozkładowi.
Kauczuk. Jest to substancja wielkocząsteczkowa z grupy elastomerów pochodzenia naturalnego lub otrzymywana syntetycznie. Pojęcie kauczuki syntetyczne jest znacznie starsze niż elastomery i miało oznaczać tworzywa, których własności są zbliżone do kauczuku naturalnego. W miarę otrzymywania kauczuków syntetycznych, odmiennych od kauczuku naturalnego, w nauce przyjmuje się coraz powszechniej określenie elastomery.
Guma. Jest to materiał otrzymywany przez usieciowanie (wulkanizację) kauczuków małymi ilościami substancji sieciujących (na ogół 0,3 – 5 % wag.) lub pod działaniem promieni o wysokiej energii. Guma charakteryzuje się wysoką elastycznością w szerokim zakresie temperatury. Stan wysokiej elastyczności utrwalony w gumie przez usieciowanie chemiczne kauczuków przejawiają również nieusieciowane kopolimery blokowe np. butadienu ze styrenem, dzięki obecności skupisk (domen) sztywnych merów jednego ze składników kopolimeru.
Wulkanizat. Określa się tak zwulkanizowany kauczuk, szczególnie wówczas gdy nie bierze się pod uwagę postaci i kształtu materiału. W ten sposób często nazywa się gumę składającą się z usieciowanego kauczuku bez zawartości innych składników oprócz substancji wulkanizujących.
Ebonit. Jest to twardy, rogowaty materiał otrzymywany z kauczuku naturalnego i niektórych kauczuków syntetycznych przy zastosowaniu dużych ilości siarki (do 50 cz. wag.) lub substancji sieciujących wydzielających siarkę. Przyjmuje się, że w ebonicie wszystkie podwójne wiązania w cząsteczce kauczuku wysycone są siarką. Niekiedy ebonit jest nazywany mylnie gumą twardą. Ebonit ogrzany do temp. 80 C i wyżej staje się giętki, dający się w pewnym stopniu kształtować.
Ebonitu nie można otrzymać z kauczuku butylowego, etylenowo – propylenowego i wielu innych kauczuków syntetycznych.
Mieszanka gumowa. Tym terminem określa się materiał plastyczny składający się z jednego lub większej liczby kauczuków i innych składników niezbędnych do otrzymywania gumy o określonych własnościach. Niezbędnymi składnikami mieszanki gumowej prócz kauczuków są substancje wulkanizujące , a powszechnie stosowanymi – przyspieszacze i aktywatory wulkanizacji, plastyfikatory, napełniacze i substancje przeciwstarzeniowe. Mieszanki gumowe mogą zawierać substancje barwiące, regenerat, środki porotwórcze, peptyzatory, opóźniacze początku wulkanizacji, opóźniacze palenia i inne składniki specjalne.
Substancje wulkanizujące. Od początku istnienia przemysłu gumowego siarka elementarna jest podstawowym środkiem wulkanizującym, chociaż zyskują na znaczeniu niektóre substancje zawierające siarkę, np. dwu- i czterosiarczek tiuramu, dwusiarczek morfoliny, dwusiarczki alkilofenolu i inne. Rzadziej jako substancje sieciujące są stosowane nadtlenki organiczne (nadtlenek benzoilu, kumylu, III – rz. butylu), dwuoksym benzochinonu, pochodne amin dwufunkcyjnych, tlenki metali (magnezu, ołowiu), dwuizocyjaniany, wielofunkcyjne dwuestry i inne.
Przyspieszacze wulkanizacji. Są to składniki mieszanki gumowej przyspieszające reakcję sieciowania, umożliwiające przeprowadzenie jej w krótszym czasie i w niższej temperaturze oraz przy użyciu mniejszych ilości siarki.
Stosowane są w ilościach 0,2 – 4 cz. wag (niekiedy więcej w klejach szybko wulkanizujących). Przyspieszacze wywierają dodatni wpływ na fizyczne własności gumy i opóźniają często jej starzenie. Najważniejszymi przyspieszaczami są tiazole, sulfenamidy, tiuramy, dwutiokarbaminiany i inne związki.
Aktywatory wulkanizacji. Zwiększają one skuteczność działania przyspieszaczy. Do aktywatorów zalicza się tlenki cynku, ołowiu, magnezu, kwasy tłuszczowe (najczęściej kwas stearynowy).
Opóźniacze wulkanizacji. Są to składniki mieszanek gumowych zapobiegające przedwczesnej, niepożądanej, podwulkanizacji.
Dodawane są w przypadku stosowania bardzo aktywnych zespołów sieciujących i umożliwiają zarówno bezpieczny przerób mieszanki (walcowanie, wytłaczanie, kalandrowanie, przetłaczanie), jak i jej składowanie. Najważniejsze są opóźniacze organiczne, jak N – cykloheksylotioftalimid, bezwodnik ftalowy, kwas benzoesowy, kwas salicylowy i N – nitrozodwufenyloamina.
Napełniacze. Są to silnie rozdrobnione substancje mineralne i organiczne, a niekiedy krótkie włókna (lintersy, santoweb) stanowiące zdyspergowaną i nierozpuszczalną fazę w kauczuku i w mieszance gumowej. Napełniacze dodaje się w celu uzyskania gumy o pożądanych własnościach fizycznych jak np. wytrzymałość, trwałość, odporność na ścieranie i obniżenia jej ceny.
Napełniacze wzmacniające (aktywne) drobnoziarniste (wielkość cząstek 0,01 – 1 μm) np. sadza, krzemionka, krzemiany, żywice, niektóre sproszkowane polimery, są szczególnie skuteczne w przypadku kauczuków niekrystalizujących. Napełniacze nieaktywne lub małoaktywne o cząstkach 1 μm, np. węglany wapnia, magnezu, tlenek cynku, siarczan baru, kaolin, krzemiany wapnia i glinu, pył ebonitowy, są stosowane przede wszystkim w celu obniżenia kosztu produkcji mieszanek gumowych. Niektóre napełniacze zwiększają odporność chemiczną gumy, przewodność cieplną i elektryczną, a większość z nich ułatwia operacje przetwórcze mieszanek (kalandrowanie, wytłaczanie). Stosowane są do produkcji większości wyrobów gumowych w ilości od kilkunastu do kilkuset procent.
Plastyfikatory. Są to substancje mało lotne, dodawane do kauczuku i mieszanek gumowych w celu zwiększenia plastyczności, ułatwienia operacji przetwórczych oraz obniżenia kosztów produkcji wyrobu, szczególnie w przypadku znacznego udziału napełniaczy w mieszance. Plastyfikatory zmniejszają twardość i wytrzymałość na rozciąganie, obniżają temperaturę kruchości i zmieniają stopień pęcznienia gumy w środowisku pęcznienia gumy w środowisku cieczy organicznych. Większość stosowanych plastyfikatorów zalicza się do zmiękczaczy, czyli substancji, które nie rozszerzają przedziału wysokiej elastyczności gumy. Plastyfikatory dobiera się do rodzaju kauczuku pod względem podobieństwa chemicznego, polarności i zbliżonego parametru rozpuszczalności. Są nimi substancje różnego pochodzenia i o różnym składzie.
Peptyzatory. Można je zaliczyć do plastyfikatorów o działaniu chemicznym. Peptyzatory powodują bardzo skuteczną mastykację kauczuku lub regenerację gumy. Zmniejszają masę cząsteczkową kauczuku głównie w wyniku degradacji przez utlenianie. Substancjami peptyzującymi są tiofenole (pięciochlorotiofenol i jego sól cynkowa), niektóre dwusiarczki (dwusiarczek o,o’ – benzoamidodwufenylowy), tiazole (merkaptobenzotiazol) i inne, obecnie o niewielkim znaczeniu (sole fenylohydrazyny, 1 – nitrozo – 2 – naftol). Działają one ochronnie na powierzchni gumy, izolując ją od dostępu szkodliwych substancji i promieniowania, oraz w całej masie, zmieniając przebieg działania substancji szkodliwych, lub reagując z nimi łatwiej niż kauczuk. Zmniejszanie rozpuszczalności substancji przeciwstarzeniowych w temperaturze przechowywania mieszanek i wyrobów gumowych powoduje ich migrację i tworzenie się na powierzchni tzw. wykwitów. Podobnie zachowują się środki sieciujące i przyspieszacze oraz niektóre zmiękczacze (szczególnie parafina).
Antyrady. Są to substancje zwiększające odporność elastomerów na działanie promieniowania jonizującego. Najskuteczniejsze są różne węglowodory aromatyczne (naftalen, antracen, fenantren), aminy i fenole. Działanie ich polega na rozpraszaniu promieniowania lub jego pochłanianiu i wtórnym wypromieniowaniu.
Antystatyki. Obniżają one statyczną elektryzację kauczuków i gumy występują na powierzchni podczas tarcia lub przez oddzielanie gumy i kauczuków od materiałów przewodzących i dielektryków. Antystatykami są substancje przewodzące prąd elektrycznym jak metale, ich tlenki i sole, sadza i substancje powierzchniowo czynne.
Środki porotwórcze (porofory).Są to składniki mieszanek wydzielające gaz podczas rozkładu w wyższej temperaturze. Najczęściej wydzielany jest azot i dwutlenek węgla, a niekiedy równocześnie para wodna. Wydzielający się gaz powoduje powstawanie porów i zwiększenie objętości gumy podczas lub po wulkanizacji. Jeśli mieszanka gumowa jest wulkanizowana w zamkniętej formie lub pod ciśnieniem, wzrost objętości gumy następuje po otwarciu formy wulkanizacyjnej. W celu uzyskania gumy porowatej mieszankę gumową lub lateksową można ponadto napełniać gazem i następnie zwulkanizować.
Opóźniacze palenia (antypireny). Są to substancje zmniejszające palność przez zwiększenie pojemności cieplnej układu (tlenki żelaza, cynku, antymonu, ołowiu), wytworzenie warstwy izolującej w czasie palenia (borany i fosforany wapnia, glinu, chlorowcowęglowodory) lub pochłanianie wydzielającego się podczas przemiany ciepła (uwodniony tlenek glinu, mocznik, węglany). Opóźniacze palenia mogą działać synergicznie, np. tlenki metali z chloroparafiną tworzą tlenochlorki o skutecznym działaniu gaszącym. Po dodaniu opóźniaczy do mieszanki z kauczuków palnych otrzymuje się gumę samogasnącą.
Substancje barwiące. Służą do otrzymywania gumy barwnej. Do nieorganicznych pigmentów należą: biel cynkowa, żółcień kadmowa, biel tytanowa, zieleń chromowa, siarczek antymonu, litopon, sadza. Pigmenty organiczne mogą być częściowo rozpuszczalne w kauczuku i zmiękczaczach.
Przedmieszka. Zawiera ona część składników mieszanki gumowej. Są przedmieszki kauczuku z sadzą, przyspieszaczami, siarką, pigmentami lub innymi składnikami. Ułatwiają one sporządzenie mieszanek gumowych, umożliwiają polepszenie warunków pracy (przygotowanie mieszanek bez pylenia), lepszą dyspersję składników oraz uniknięcie podwulkanizowania.
Lateks. Jest to wodna koloidalna zawiesina kauczuku naturalnego, kauczuków syntetycznych lub innych polimerów. Lateksy kauczuków butadienowo – styrenowego, butadienowo – akrylonitrylowego i chloroprenowego otrzymuje się bezpośrednio w polimeryzacji emulsyjnej, a kauczuku butylowego i izoprenowego przez mechaniczne zdyspergowanie w wodzie (z dodatkiem emulgatorów) roztworów tych kauczuków uzyskanych w polimeryzacji roztworowej. Faza dyspergująca (ciągła) lateksu kauczuku naturalnego jest zwana serum.
Lateks zatężony otrzymuje się poprzez częściowe usunięcie z niego serum lub wody w skutek odwirowania, śmietankowania, odparowania, wymrażania lub przez elektrodekantację. Lateks kauczuku naturalnego ok. 30 % substancji stałych (głównie kauczuku), z zatężony – ok. 60%, a nawet 80 %.
Flokulacja i koagulacja lateksu polegają na tworzeniu się luźnych aglomeratów cząstek kauczuku w fazie ciągłej. Flokulacja może być odwracalna w odróżnieniu do nieodwracalnej koagulacji.
Lateks wulkanizowany jest to częściowo usieciowany, lecz ciągle zdyspergowany w wodzie kauczuk.
Otrzymuje się go przez odpowiednie traktowanie lateksu substancjami wulkanizującymi i ostrożne ogrzewanie lub pod działaniem promieniowania jonizującego, tak ażeby nie wywołać koagulacji. Z lateksu wulkanizowanego można otrzymywać wyroby lateksowe przez maczanie, odlewanie lub powlekanie bez dodatkowej wulkanizacji po ukształtowaniu wyrobu i odparowaniu wody. Lateks zwulkanizowany nie zawiera praktycznie wolnej siarki i przyspieszaczy, gdyż są one oddzielone z dyspersji przez dekantację lub odwirowanie. Z takiego lateksu produkuje się wyroby gumowe stosowane w lecznictwie oraz stykające się ze środkami spożywczymi.
Dyspersja. W ten sposób określa się potocznie zawiesiny wodną stałych składników, jak siarki, napełniaczy, tlenku cynku, przyspieszaczy i innych, przygotowaną zwykle przez ucieranie w młynie kulowym. Dyspersje stosuje się do sporządzania mieszanek lateksowych.
Regenerat. Jest to plastyczny materiał zawierający prawie wszystkie składniki gumy, z której otrzymuje się go wskutek działania dużych sił mechanicznych (ścinanie), ciepła i chemikaliów (głównie peptyzatorów). W tym celu zużyte wyroby gumowe po usunięciu części metalowych rozdrabnia się i usuwa części włókniste. Regenerat jest dodawany do mieszanek gumowych jako namiastka kauczuku orz w celu ułatwienia ich przetwórstwa (kalandrowania, wytłaczania). Wodne dyspersje regeneratu mogą być stosowane do impregnowania tkanin oraz jako kleje. Przy opracowywaniu recept mieszanek gumowych z regeneratem należy uwzględnić składniki wulkanizujące, zmiękczacze i inne znajdujące się w nim składniki, przyjmując zwykle, ze można najwyżej 1/3 kauczuku zastąpić przez regenerat w proporcjach wagowych.
Dotychczas nie udało się regeneratu z wulkanizatu kauczuku chloroprenowego.
Źródło: Guma – Poradnik Inżyniera i Technika, Wydanie 2 poprawione i uaktualnione. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne 1981 Warszawa. ISBN 83-204-0201-8
