Le caoutchouc naturel
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Caoutchouc naturel, aussi appelé l'Inde caoutchouc ou caoutchouc, tel que produit initialement, se compose de appropriée polymères de l' composé organique isoprène avec des impuretés mineures d'autres composés organiques en plus de l'eau. Les formes de polyisoprène qui sont utiles en tant que caoutchoucs naturels sont classés comme élastomères. Actuellement, le caoutchouc est récolté principalement sous la forme de la latex de certains arbres. Le latex est un collant, laiteuse colloïde soutiré en faisant des incisions dans l'écorce et collecter le fluide dans les vaisseaux. Ce processus est appelé «tapping». Le latex est ensuite raffinée en caoutchouc prêt pour la transformation commerciale. Le caoutchouc naturel est largement utilisé dans de nombreuses applications et de produits, soit seuls soit en combinaison avec d'autres matériaux. Dans la plupart de ses formes utiles il a une grande rapport d'étirement, haute résilience, et est extrêmement imperméable.
Variétés
La principale source commerciale de latex de caoutchouc naturel est le Arbre Pará en caoutchouc (Hevea brasiliensis), un membre de la famille euphorbe, Euphorbiaceae. Cette espèce est largement utilisée car elle pousse bien en culture et un arbre correctement géré répond à blessant en produisant plus de latex pour plusieurs années.
Beaucoup d'autres plantes produisent des formes de latex riche en polymères isoprène, mais pas tous produire des formes utilisables de polymère aussi facilement que le latex de caoutchouc Pará fait; certains d'entre eux nécessitent un traitement plus élaboré pour produire quelque chose comme caoutchouc utilisable, et la plupart sont plus difficiles à exploiter. Certains produisent d'autres matériaux souhaitables, par exemple gutta-percha (Palaquium gutta) et chicle partir Manilkara espèces. D'autres qui ont été exploitées commercialement, ou au moins se sont révélés prometteurs comme sources de caoutchouc, comprennent la figue de caoutchouc ( Ficus elastica), Panama arbre à caoutchouc ( Castilla elastica), divers euphorbes ( Euphorbia spp.), la laitue ( Lactuca espèces), le connexes Scorzonera tau-saghyz, divers Taraxacum espèces, 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 à partir de la version synthétique, le caoutchouc de gomme de terme est parfois utilisé.
Découverte du potentiel commercial
L'arbre hévéa est originaire d'Amérique du Sud. Charles Marie de La Condamine est crédité de présenter des échantillons de caoutchouc à la Académie Royale des Sciences de France en 1736. En 1751, il a présenté un document par François Fresneau à l'Académie (éventuellement publié en 1755), qui décrit un grand nombre des propriétés du caoutchouc. Cela a été désigné comme le premier article scientifique sur le caoutchouc. En Angleterre, il a été observé par Joseph Priestley, en 1770, qu'un morceau de la matière était extrêmement bon pour se frotter au large les marques de crayon sur le papier, d'où le nom caoutchouc. Plus tard, il a lentement fait son chemin autour de l'Angleterre.
Amérique du Sud est restée la principale source des quantités limitées de latex de caoutchouc qui ont été utilisés pendant une grande partie du 19ème siècle. En 1876, Henry Wickham a rassemblé des milliers de graines d'hévéas para du Brésil, et ceux-ci ont été germé dans Kew Gardens, en Angleterre. Les plants ont ensuite été envoyés à l'Inde , à Ceylan ( Sri Lanka ), l'Indonésie , Singapour et Malaisie britannique. Malaya (maintenant la Malaisie ) devait plus tard devenir le plus grand producteur de caoutchouc. Dans les années 1900, le État libre du Congo en Afrique a également été une source importante de latex de caoutchouc naturel, principalement recueillies par travail forcé. Liberia et le Nigeria ont également commencé la production de caoutchouc.
En Inde, la culture commerciale du caoutchouc naturel a été introduit par les planteurs britanniques, bien que les efforts expérimentaux pour développer caoutchouc sur une échelle commerciale en Inde ont été initiées dès 1873 au Jardin botanique, Calcutta . Les premières plantations d'hévéas commerciales en Inde ont été établis à Thattekadu au Kerala en 1902.
A Singapour et en Malaisie, la production commerciale du caoutchouc a été fortement encouragée par Sir Henry Nicholas Ridley, qui a servi comme le premier directeur scientifique de la Jardins botaniques de Singapour de 1888 à 1911. Il a distribué des semences de caoutchouc à de nombreux planteurs et développé la première technique pour l'entaillage de latex sans causer un préjudice grave à l'arbre. En raison de sa promotion très fervente de cette culture, il est populairement rappelé par le surnom de «Mad Ridley".
Propriétés
Caoutchouc présente des propriétés physiques et chimiques uniques. Le comportement stress de contrainte de caoutchouc présente la Mullins effet, le Effet Payne, et est souvent modélisé comme hyperélastique. Caoutchouc souche cristallise.
En raison de la présence d'un double liaison dans chaque unité de répétition, le caoutchouc naturel est sensible à vulcanisation et sensible à craquage d'ozone.
Il existe deux principaux solvants pour caoutchouc: térébenthine et naphta (pétrole). L'ancien a été en usage depuis 1764 lorsque François Fresnau fait la découverte. Giovanni Fabbroni est crédité de la découverte de naphta comme solvant en 1779. caoutchouc parce que le caoutchouc ne se dissout pas facilement, le matériau est finement divisée par déchiquetage avant son immersion.
Un ammoniac solution peut être utilisée pour empêcher la coagulation du latex brut pendant qu'il est transporté à partir de son lieu de prélèvement.
Élasticité
Dans la plupart des matériaux élastiques, tels que les métaux utilisés dans ressorts, le comportement élastique est causée par obligataires distorsions. Lorsqu'une force est appliquée, les longueurs de liaison se écartent de la (énergie minimale) équilibre et l'énergie de déformation est stockée électrostatique. Le caoutchouc est souvent supposé se comporter de la même manière, mais il se avère que ce est une mauvaise description. Le caoutchouc est un matériau curieux parce que, contrairement à métaux, énergie de déformation est stockée thermiquement.
Dans son état détendu, se compose de caoutchouc, des chaînes enroulés-up longues. Lorsque le caoutchouc est étiré, les chaînes sont tendus. Leur énergie cinétique est libérée sous forme de chaleur. Les entropie augmente et la température pendant l'allongement mais diminue pendant la relaxation. Ce changement d'entropie est lié aux changements dans les degrés de liberté. Relaxation d'un étiré bande de caoutchouc est ainsi entraîné par un diminution de l'entropie et de la température, et la force subie est le résultat du refroidissement de la matière étant convertie en énergie potentielle. Le caoutchouc est de détente endothermique, et pour cette raison, la force exercée par une pièce allongée de caoutchouc avec des augmentations de la température. Le matériau subit refroidissement adiabatique pendant la contraction. Cette propriété de caoutchouc peut être facilement vérifiée en tenant un élastique étiré à vos lèvres et relaxant il. Stretching d'une bande de caoutchouc est à certains égards opposées compression (bien que les deux subissent des niveaux plus élevés de l'énergie thermique d'un gaz parfait, et la détente se oppose à l'expansion de gaz (Remarque bandes caoutchouc durent plus longtemps dans le froid. Un gaz comprimé et chauffé présente également des propriétés "élastiques", par exemple à l'intérieur d'une voiture gonflée pneu. Le fait que l'étirement est équivalent à la compression est contre-intuitif, mais il a un sens si le caoutchouc est considéré comme un gaz à une dimension plus il est attaché à d'autres molécules. Stretching et de la chaleur augmenter la «espace» à la disposition de chaque section de la chaîne, parce que les molécules sont séparés ou même fondu.
Vulcanisation du caoutchouc crée ponts disulfure entre les chaînes, donc il limite les degrés de liberté. Le résultat est que les chaînes serrer plus rapidement pour une donnée souche, ce qui augmente la constante de force élastique et en faisant en caoutchouc plus dur et moins extensibles.
Lorsqu'il est refroidi au-dessous de la température de transition vitreuse, les segments de la chaîne quasi-fluide "gel" en géométries fixes et le caoutchouc perd brutalement ses propriétés élastiques, même si le processus est réversible. Cette propriété a partagé par la plupart des élastomères. À très basse température, le caoutchouc est plutôt fragile. Cette température 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 contribué à la cause de la Catastrophe de Challenger ont été pensé pour avoir refroidi en dessous de leur température critique; la catastrophe qui se est passé sur une journée exceptionnellement froid. Les molécules de gaz dans le caoutchouc étaient trop proches de leurs molécules solides consolidés (Un changement de phase partielle qui sépare les molécules de caoutchouc peuvent avoir eu lieu), permettant le caoutchouc pour prendre une forme plus solide (Un changement de phase partielle à un plus liquide et moléculaire forme séparée ne serait pas bon non plus. chauffé au gaz a une énergie plus élevée et caoutchouc doit être conservé à des températures spécifiques et probablement ne devrait pas être utilisé sur les véhicules qui subissent des changements de température extrêmes.
Composition chimique
Le latex est le cis-1,4-polyisoprène) - polymère avec un poids moléculaire de 100.000 à 1.000.000. En règle générale, un faible pourcentage (jusqu'à 5% de la masse sèche) d'autres matériaux, tels que des protéines , des acides gras , des résines et des matières inorganiques (sels) se trouvent dans le caoutchouc naturel. Polyisoprène peut également être créée synthétiquement, la production de ce qui est parfois appelé «caoutchouc naturel synthétique", mais les routes synthétiques et naturels sont complètement différents
Certaines sources de caoutchouc naturels appelés gutta-percha se composent de trans-1,4-polyisoprène, un isomère structurel qui a similaire, mais pas identique, propriétés.
Le caoutchouc naturel est un un élastomère et thermoplastique. Une fois que le caoutchouc est vulcanisé, il va se transformer en un thermodurci. La plupart caoutchouc dans une utilisation quotidienne est vulcanisé à un point où il part propriétés à la fois; ce est à dire, se il est chauffé et refroidi, il est dégradé mais pas détruit.
Les propriétés finales d'un article en caoutchouc dépendent pas seulement sur le polymère, mais aussi sur les modificateurs et des charges comme noir de carbone, factice, le merlan, et une foule d'autres.
Biosynthèse
Les particules de caoutchouc sont formés dans la cytoplasme des cellules productrices de latex spécialisées appelé laticifères dans les usines de synthèse de caoutchouc. Les particules de caoutchouc sont entourés par une seule avec membrane phospholipidique queues hydrophobes fait vers l'intérieur. La membrane permet de biosynthèse des protéines à être séquestrés à la surface de la particule de caoutchouc de plus en plus, ce qui permet de nouveaux motifs monomères ajoutés à partir de l'extérieur de la biomembrane, mais dans le lacticifer. La particule de caoutchouc est une entité à activité enzymatique qui contient trois couches de matériau, la particule de caoutchouc, un biomembrane, et les unités monomères libres. Le biomembrane est tenu fermement à la base de caoutchouc en raison de la forte charge négative sur les doubles liaisons du squelette de polymère de caoutchouc. Des unités monomères libres et des protéines conjuguées constituent la couche extérieure. Le précurseur de caoutchouc est isopentènyl pyrophosphate (un composé allylique), qui se allonge par Mg 2+ dépendant de condensation sous l'action de transferase de caoutchouc. Le monomère ajoute à la fin du pyrophosphate de polymère en croissance. Le processus déplace le terminal pyrophosphate de haute énergie. La réaction produit un polymère cis. L'étape d'initiation est catalysée par prényltransférase, qui convertit trois monomères de isopentényl pyrophosphate en farnésyl pyrophosphate. Le pyrophosphate de farnésyle transférase peut se lier à de caoutchouc allongé à un nouveau polymère du type caoutchouc.
Le pyrophosphate de isopentényle requis est obtenu à partir du mévalonate (MVA) voie, qui est découle de l'acétyl-CoA dans le cytosol. Chez les plantes, l'isoprène pyrophosphate peut aussi être obtenu à partir de 1-Deox-D-xyulose-5-phosphate / voie 2-C-méthyl-D-érythritol 4-phosphate à l'intérieur de plasmides. Le rapport relatif de l'unité farnésyle pyrophosphate d'initiateur et de monomère isoprényle pyrophosphate d'allongement détermine le taux de synthèse des particules nouveau par rapport à l'allongement des particules existantes. Bien que le caoutchouc est connue pour être produite par une seule enzyme, les extraits de latex ont montré de nombreuses petites protéines de poids moléculaire de fonction inconnue. Il est possible que les protéines servent de cofacteurs comme il ya une réduction de la vitesse de synthèse avec une élimination complète.
Utilisations
L'utilisation de caoutchouc est très répandue, allant de ménages aux produits industriels, entrant dans le flux de production au stade intermédiaire ou comme produits finaux. Les pneus et les tubes sont les plus grands consommateurs de caoutchouc. Les 44% restants sont absorbés par le secteur marchandises générales en caoutchouc (GRG), qui comprend tous les produits sauf les pneus et les tubes.
Usages préhistoriques
La première utilisation de caoutchouc était par les Olmèques , qui plus tard siècles passés sur la connaissance de latex naturel de l'arbre hévéa en 1600 BC les anciens Mayas . Ils bouillir le latex récolté pour faire une boule pour un Jeu de balle.
Fabrication
D'autres utilisations importantes de caoutchouc sont de portes et fenêtres profils, tuyaux, courroies, nattes, revêtements de sol et des amortisseurs (supports antivibratoires) pour la industrie automobile. Gants (médicaux, ménagers et industriels) et jouets les ballons sont également de grands consommateurs de caoutchouc, bien que le type de caoutchouc utilisé est celui du latex concentré. Un tonnage important de caoutchouc est utilisé comme adhésifs dans de nombreux fabrication industries et les produits, même si les deux plus importantes sont celles le papier et industries du tapis. Le caoutchouc est aussi couramment utilisé pour faire bandes de caoutchouc et crayon gommes à effacer. Beaucoup de pneus d'avion et chambres à air sont toujours faites de caoutchouc naturel en raison du coût élevé de la certification pour l'utilisation de l'avion de substituts synthétiques.
applications textiles
Caoutchouc produite en tant que fibre parfois appelé élastique, a une valeur significative pour l'utilisation dans l'industrie textile en raison de ses excellentes propriétés d'allongement et de rémanence. À ces fins, de fibres fabriqué en caoutchouc est réalisée soit comme une fibre extrudée ronde ou rectangulaire des fibres qui sont coupées en bandes de film extrudé. 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 tissé avec d'autres fils dans le tissu. Dans les années 1900, par exemple, des fils de caoutchouc ont été utilisés dans des vêtements de fondation. Tandis que le caoutchouc est encore utilisé dans la fabrication textile, sa faible ténacité limite son utilisation dans des vêtements légers parce latex manque de résistance aux agents oxydants et est endommagé par le vieillissement, la lumière du soleil, de l'huile, et la transpiration. Cherchant un moyen de remédier à ces lacunes, l'industrie textile se est tourné vers néoprène (polymère de chloroprène), un type de caoutchouc synthétique, ainsi que d'une autre fibre élastomère plus couramment utilisé, spandex (aussi connu comme élasthanne), en raison de leur supériorité au caoutchouc à la fois force et la durabilité.
Vulcanisation
Le caoutchouc naturel est souvent vulcanisé, un processus par lequel le caoutchouc est chauffé et le soufre , peroxyde ou bisphénol sont ajoutés pour améliorer la résistance et élasticité, et pour l'empêcher de périr. Le développement de la vulcanisation est le plus étroitement associé à Charles Goodyear en 1839. Le noir de carbone est souvent utilisé comme un additif pour caoutchouc pour améliorer sa résistance, en particulier dans les pneumatiques.
Les réactions allergiques
Certaines personnes ont un grave allergie au latex, et de l'exposition à certains produits en latex de caoutchouc naturel, tels que gants en latex peuvent causer choc anaphylactique. Selon la façon dont le latex est traité, la protéines antigéniques trouvés dans Hevea latex peuvent être considérablement réduites, comme dans Vytex latex de caoutchouc naturel ou Talalay caoutchouc mousse.
Guayule latex est hypoallergénique et est l'objet de recherches comme un substitut à l'allergie induisant latex d'hévéa. Contrairement à l'arbre Hevea tappable, ces relativement petites arbustes doivent être récoltées ensemble et latex extrait de chaque cellule.
Certaines réactions allergiques ne sont pas du latex, mais à partir des résidus d'autres ingrédients utilisés pour traiter le latex dans des vêtements, des gants, de la mousse, etc. Ces allergies sont généralement appelés sensibilité chimique multiple (MCS).
