Caucho natural
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El caucho natural, también llamada la India goma o caucho, tal como se produce inicialmente, consiste adecuado polímeros del compuesto orgánico isopreno con impurezas menores de otros compuestos orgánicos más agua. Formas de poliisopreno que son útiles como cauchos naturales se clasifican como elastómeros. Actualmente el caucho se cosecha principalmente en la forma de la látex de ciertos árboles. El látex es una pegajosa, lechosa coloide extrae haciendo incisiones en la corteza y recoger el líquido en los vasos. Este proceso se llama "tapping". El látex luego se refina en el caucho listo para el procesamiento comercial. El caucho natural se utiliza ampliamente en muchas aplicaciones y productos, ya sea solos o en combinación con otros materiales. En la mayoría de sus formas útiles que tiene un gran relación de estiramiento, alta la capacidad de recuperación, y es extremadamente resistente al agua.
Variedades
La fuente comercial principal de látex de caucho natural es el Pará árbol del caucho (Hevea brasiliensis), un miembro de la familia de tártago, Euphorbiaceae. Esta especie es ampliamente utilizado, ya que crece bien en cultivo y un árbol gestionado correctamente responde a heridas produciendo más de látex durante varios años.
Muchas otras plantas producen formas de látex rico en polímeros de isopreno, aunque no todos producen formas utilizables de polímero tan fácilmente como el látex de caucho Pará hace; algunos de ellos requieren un procesamiento más elaborado para producir algo como goma utilizable, y la mayoría son más difíciles de tocar. Algunas producen otros materiales deseables, por ejemplo gutapercha (Palaquium gutta) y chicle de Especies Manilkara. Otros que han sido objeto de explotación comercial, o al menos han mostrado prometedores como fuentes de caucho, incluyen el higo de goma ( Ficus elastica), árbol del caucho Panamá ( Castilla elastica), varios tabaibas ( Euphorbia spp.), lechuga ( Lactuca especies), la relacionada Scorzonera tau-saghyz, varios Taraxacum especies, incluyendo el diente de león común ( Taraxacum officinale) y diente de león ruso ( Taraxacum kok-saghyz), y guayule (Parthenium argentatum). Para distinguir la versión obtenida de árboles de caucho natural de la versión sintética, la goma de caucho término se utiliza a veces.
Descubrimiento de potencial comercial
El árbol de goma de para es autóctona de América del Sur. Charles Marie de La Condamine se le atribuye la introducción de muestras de goma para el Academia Real de Ciencias de Francia en 1736. En 1751, se presentó un documento por François Fresneau a la Académie (publicado finalmente en 1755), que describe muchas de las propiedades del caucho. Esto se ha denominado el primer artículo científico sobre el caucho. En Inglaterra, se observó por Joseph Priestley, en 1770, que un pedazo del material era muy bueno para frotar apagado marcas de lápiz sobre papel, de ahí el nombre de goma. Más tarde se hizo lentamente su camino alrededor de Inglaterra.
América del Sur sigue siendo la principal fuente de las cantidades limitadas de goma de látex que se utilizaron durante gran parte del siglo 19. En 1876, Henry Wickham se reunieron miles de semillas de árboles de caucho párrafo de Brasil, y estos fueron germinadas en Jardines de Kew, Inglaterra. Las plántulas fueron enviados a la India , Ceilán ( Sri Lanka ), Indonesia , Singapur y Malaya británica. Malaya (ahora Malasia ) luego se convertiría en el mayor productor de caucho. A principios de 1900, el Estado Libre del Congo en África fue también una importante fuente de látex de caucho natural, en su mayoría recogidos por el trabajo forzado. Liberia y Nigeria también comenzaron la producción de goma.
En la India, el cultivo comercial de caucho natural fue introducido por los colonos británicos, aunque se iniciaron ya en 1873 en el Jardín Botánico, los esfuerzos experimentales para crecer caucho a escala comercial en la India Calcuta . Las primeras plantaciones de Hevea comerciales en la India se establecieron en Thattekadu en Kerala en 1902.
En Singapur y Malasia, la producción comercial de goma fue fuertemente promovida por Sir Henry Nicholas Ridley, quien se desempeñó como el primer Director Científico de la Jardines Botánicos de Singapur de 1888 a 1911. Él distribuyó semillas de caucho a muchos plantadores y desarrollaron la primera técnica para aprovechar los árboles de látex sin causar daños graves al árbol. Debido a su muy ferviente promoción de este cultivo, que es popularmente recordado por el apodo de "Mad Ridley".
Propiedades
Caucho exhibe propiedades físicas y químicas únicas. Comportamiento tensión-deformación del caucho exhibe la Mullins efecto, la Efecto Payne, y con frecuencia se modela como hiperelástica. Caucho cepa cristaliza.
Debido a la presencia de una doble enlace en cada unidad de repetición, el caucho natural es susceptible de vulcanización y sensible a craqueo de ozono.
Hay dos principales disolventes para caucho: trementina y nafta (petróleo). El primero ha estado en uso desde 1764, cuando François Fresnau hizo el descubrimiento. Giovanni Fabbroni se le atribuye el descubrimiento de nafta como un caucho solvente en 1779. Debido a que el caucho no se disuelve fácilmente, el material se divide finamente mediante trituración antes de su inmersión.
Un amoniaco solución se puede utilizar para evitar que el coagulación del látex crudo mientras está siendo transportada desde su lugar de recogida.
Elasticidad
En materiales más elásticos, tales como metales utilizados en Springs, el comportamiento elástico es causada por bonos distorsiones. Cuando se aplica una fuerza, longitudes de enlace se desvían de la (energía mínima) de equilibrio y la energía de deformación se almacenan electrostáticamente. Caucho menudo se supone que se comporten de la misma manera, pero resulta que esto es una descripción pobre. El caucho es un material curioso porque, a diferencia de los metales, energía de deformación se almacena térmicamente.
En su estado relajado, el caucho se compone de cadenas largas, enrollada. Cuando se estira el caucho, las cadenas están tensas. Su energía cinética se libera en forma de calor. Los entropía aumenta y la temperatura durante la elongación pero disminuye durante la relajación. Este cambio en la entropía está relacionada con los cambios en los grados de libertad. La relajación de un estirado banda de goma está por lo tanto impulsado por una disminución de la entropía y la temperatura, y la fuerza experimentada es el resultado de la refrigeración del material que se convierte en energía potencial. Relajación caucho es endotérmica, y por esta razón la fuerza ejercida por una pieza estirada de caucho aumenta con la temperatura. El material experimenta enfriamiento adiabático durante la contracción. Esta propiedad de goma puede verificarse fácilmente mediante la celebración de una cinta de goma estirada a sus labios y relajarlo. El estiramiento de una banda de goma es en cierto modo opuestos a de compresión (aunque ambos se someten a niveles más altos de energía térmica de una gas ideal, y la relajación se opone a la expansión de gas (Nota gomas duran más en el frío. Un gas comprimido y calentado también exhibe propiedades "elásticos", por ejemplo el interior de un coche inflado neumático. El hecho de que el estiramiento es equivalente a la compresión es contrario a la intuición, pero tiene sentido si el caucho se ve como un gas de una dimensión y que se une a otras moléculas. El estiramiento y calor aumentar el "espacio" disponible para cada sección de la cadena, debido a que las moléculas se separan o incluso derretido.
La vulcanización del caucho crea enlaces disulfuro entre cadenas, por lo que limita los grados de libertad. El resultado es que las cadenas de apriete más rápidamente para una determinada cepa, aumentando así la fuerza constante elástica de caucho y haciendo más difícil y menos extensible.
Cuando se enfría por debajo de la temperatura de transición vítrea, los segmentos de cadena cuasi-fluido "congelación" en geometrías fijos y el caucho pierde bruscamente sus propiedades elásticas, aunque el proceso es reversible. Esta propiedad es compartida por la mayoría de los elastómeros. A temperaturas muy bajas, el caucho es más bien frágil. Esta temperatura crítica es la razón neumáticos de invierno utilizan una versión más suave de goma de los neumáticos normales. El caucho no juntas tóricas que contribuyeron a la causa de la Challenger desastre se cree que han enfriado por debajo de su temperatura crítica; el desastre que ocurrió en un día inusualmente frío. Las moléculas de gas en la goma estaban demasiado cerca de sus moléculas sólidas encuadernados (A cambio de fase parcial que separan pueden haber producido las moléculas de caucho), permitiendo que el caucho de asumir una forma más sólida (A cambio de fase parcial a una mayor liquidez y molecularmente forma separada no sería bueno. gas climatizada tiene una energía más alta y Caucho debe mantenerse a temperaturas específicas y, probablemente, no se debe utilizar en los vehículos que se someten a cambios extremos de temperatura.
Composición química
El látex es la cis-1,4-poliisopreno) - polímero con un peso molecular de 100.000 a 1.000.000. Típicamente, un pequeño porcentaje (hasta 5% de la masa en seco) de otros materiales, tales como proteínas , ácidos grasos , resinas y materiales inorgánicos (sales) se encuentran en el caucho natural. Poliisopreno También se puede crear sintéticamente, produciendo lo que se refiere a veces como "caucho natural sintético", pero las rutas sintéticas y naturales son completamente diferentes
Algunas fuentes de goma naturales llamadas gutapercha se componen de trans-1,4-poliisopreno, un isómero estructural que tiene similar, pero no idéntica, propiedades.
El caucho natural es un elastómero y una termoplástico. Una vez que el caucho es vulcanizado, que se convertirá en un termoestable. La mayoría de caucho en el uso diario es vulcanizado a un punto en el que comparte propiedades de ambos; es decir, si se calienta y se enfría, se degrada pero no destruido.
Las propiedades finales de un elemento de caucho no dependen sólo en el polímero, sino también de modificadores y rellenos como negro de carbono, facticio, pescadilla, y un anfitrión de otros.
Biosíntesis
Las partículas de caucho se forman en el citoplasma de las células productoras de látex especializados llama lacticíferos dentro de las plantas sintetizadoras de goma. Las partículas de caucho están rodeados por un solo membrana fosfolipídica con colas hidrofóbicas apuntando hacia adentro. La membrana permite proteínas biosintéticas para ser secuestrados en la superficie de la partícula de caucho creciente, que permite nuevas unidades monoméricas que se añaden desde fuera del biomembrana pero dentro de la lacticifer. La partícula de caucho es una entidad enzimáticamente activa que contiene tres capas de material, la partícula de caucho, un biomembrana, y las unidades monoméricas libres. El biomembrana se mantenga firmemente al núcleo de caucho debido a la alta carga negativa a lo largo de los dobles enlaces de la cadena principal del polímero de caucho. Unidades monoméricas libres y proteínas conjugadas constituyen la capa exterior. El precursor de goma es pirofosfato de isopentenilo (un compuesto alílico), que se alarga por Mg 2+ dependiente de la condensación por la acción de transferasa de goma. El monómero se añade al final de pirofosfato del polímero en crecimiento. El proceso desplaza el pirofosfato de alta energía terminal. La reacción produce un polímero cis. La etapa de iniciación es catalizada por preniltransferasa, que convierte tres monómeros de pirofosfato de isopentenilo en farnesil pirofosfato. El pirofosfato de farnesilo puede unirse a transferasa de caucho para alargar un nuevo polímero de caucho.
El pirofosfato de isopentenilo requerida se obtiene a partir de la mevalonato (MVA) vía, que es deriva de acetil-CoA en el citosol. En las plantas, pirofosfato de isopreno también se puede obtener a partir de 1-Deox-D-xyulose-5-fosfato / vía 2-C-metil-D-eritritol-4-fosfato dentro de plásmidos. La proporción relativa de la unidad de iniciador de pirofosfato de farnesilo y pirofosfato de isoprenilo monómero alargamiento determina la tasa de nueva síntesis de partículas frente a la elongación de las partículas existentes. Aunque se conoce de caucho a ser producido por una sola enzima, extractos de látex han mostrado numerosas proteínas pequeñas de peso molecular con función desconocida. Es posible que las proteínas sirven como cofactores ya que hay una reducción de la tasa sintética con eliminación completa.
Usos
El uso de caucho está muy extendida, que van desde los hogares a los productos industriales, entrando en la corriente de producción en la fase intermedia o como productos finales. Los neumáticos y los tubos son los mayores consumidores de goma. El 44% restante está ocupado por el sector de bienes de caucho en general (GRG), que incluye todos los productos excepto neumáticos y cámaras.
Usos prehistóricos
El primer uso de la goma fue por los olmecas , que siglos después transmiten el conocimiento de látex natural del árbol Hevea en 1600 antes de Cristo por los antiguos mayas . Se hierven el látex cosechada para hacer una bola para un Juego de pelota mesoamericano.
Fabricación
Otros usos importantes del caucho son perfiles para puertas y ventanas, mangueras, correas, esteras, pavimentos y amortiguadores (soportes antivibratorios) para el industria del automóvil. Guantes (médicos, domésticos e industriales) y juguete globos son también grandes consumidores de caucho, aunque el tipo de caucho utilizado es el de el látex concentrado. Tonelaje significativo de caucho se utiliza como adhesivos en muchos fabricación industrias y productos, aunque las dos más obvias son la papel y la industrias de alfombras. Caucho también se usa comúnmente para hacer bandas de goma y lápiz gomas de borrar. Muchos neumáticos de los aviones y cámaras de aire todavía están hechos de caucho natural, debido al alto costo de la certificación para el uso de aviones de reemplazos sintéticos.
Aplicaciones textiles
Caucho producido como una fibra elástica a veces se llama, tiene un valor significativo para su uso en la industria textil debido a sus excelentes propiedades de alargamiento y recuperación. A estos efectos, la fibra de caucho fabricada se hizo como fibras o bien una fibra redonda extruido o rectangulares que se cortan en tiras de película extruida. Debido a su baja aceptación de tinte, la sensación y apariencia, la fibra de caucho está bien cubierto por hilo de otra fibra o directamente teje con otros hilos en el tejido. En el año 1900, por ejemplo, se utilizan hilos de caucho en corsetería. Mientras goma todavía se utiliza en la fabricación de textiles, su baja tenacidad limita su uso en prendas ligeras porque carece de látex resistencia a los agentes oxidantes y es dañado por el envejecimiento, la luz del sol, el aceite y el sudor. Buscando una manera de abordar estas deficiencias, la industria textil ha vuelto a neopreno (polímero de cloropreno), un tipo de caucho sintético, así como otra fibra elastómero más comúnmente utilizado, spandex (también conocido como elastano), debido a su superioridad al caucho tanto en resistencia y durabilidad.
Vulcanización
El caucho natural es a menudo vulcanizado, un proceso por el cual el caucho se calienta y azufre , peróxido o bisfenol se añaden para mejorar la resistencia y elasticidad, y para evitar que perece. El desarrollo de la vulcanización está más estrechamente relacionada con Charles Goodyear en 1839. El negro de carbón se utiliza a menudo como un aditivo para caucho para mejorar su resistencia, especialmente en neumáticos de vehículos.
Las reacciones alérgicas
Algunas personas tienen una grave alergia al látex, y la exposición a ciertos productos de látex de caucho natural, tales como guantes de látex pueden causar choque anafiláctico. Dependiendo de cómo se procesa el látex, la proteínas antigénicas encuentran en el látex de Hevea pueden ser significativamente reducidos, como en Vytex látex de caucho natural o Talalay espuma de goma.
Látex de guayule es hipoalergénico y está siendo investigado como un sustituto para la provocan alergias Látex de Hevea. A diferencia del árbol Hevea tappable, estos relativamente pequeños arbustos deben cosecharse conjunto y látex extraído de cada célula.
Algunas reacciones alérgicas no son a partir del látex pero a partir de residuos de otros ingredientes usados para procesar el látex en la ropa, guantes, espuma, etc. Estas alergias se refieren generalmente como sensibilidad química múltiple (SQM).
