라텍스

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배경

라텍스는 물에 있는 매우 작은 폴리머 입자의 콜로이드 현탁액이며 고무를 만드는 데 사용됩니다.

내츄럴

담근 제품(의료 및 수술 용품, 가정 및 산업용 장갑, 부츠, 풍선)은 미국에서 소비되는 전체 천연 라텍스의 절반 이상을 사용합니다. 접착제 산업은 신발, 봉투, 라벨 및 감압 테이프와 같은 제품에서 두 번째로 큰 천연 라텍스 사용자입니다.

고형분 함량이 높은 천연 라텍스는 또한 석고, 시멘트, 왁스, 저온 금속 및 제한된 가동 폴리에스터 제품을 주조하기 위한 주형을 만드는 데 사용됩니다. 천연 라텍스는 재현할 대상 주위를 축소하는 능력이 있으므로 캐스트에서 가장 작은 세부 사항이 재현됩니다. 라텍스는 사막 토양을 안정화시켜 농업용으로 적합하게 만드는 데에도 사용됩니다.

천연 라텍스는 Hevea brasilienesis 에서 생산됩니다. 고무 나무이며 나무 껍질 아래에 포함된 보호액입니다. 그것은 우유와 비슷한 모양의 탁한 흰색 액체입니다. 나무에서 얇은 껍질 조각을 자르고 라텍스가 몇 시간 동안 수집 용기로 스며들도록 하여 수집합니다.

Hevea 나무는 5년에서 7년 사이에 성숙하며 최대 30년 동안 두드릴 수 있습니다. 더 큰 농장에서 고무 생산량은 에이커당 톤(헥타르당 2.5톤) 정도이지만 이론적으로는 4배의 생산량이 가능합니다. 나무는 세게 두드린 후 일정 기간 동안 쉬는 경우가 많습니다.

천연 라텍스는 한때 아마존에서 대량으로 상업적으로 생산되었습니다. 최근에는 천연라텍스 생산이 말레이시아, 인도네시아 및 기타 극동 지역으로 이전되었습니다. 현재 전 세계 천연고무 생산량의 90% 이상이 아시아에서 생산되고 있으며 그 중 절반 이상이 아시아에서 생산됩니다. 다른 주요 아시아 생산자로는 태국, 인도 및 스리랑카가 있습니다. 중국과 필리핀도 고무 생산량을 크게 늘렸습니다.

합성

대부분의 합성 고무는 스티렌과 부타디엔의 두 가지 재료로 만들어집니다. 둘 다 현재 석유에서 얻습니다. 1992년에 이러한 유형의 고무가 10억 파운드(454,000,000kg) 이상 제조되었습니다. 기타 합성 고무는 내화학성 및 내열성 응용 분야를 위한 특수 재료로 만들어집니다.

타이어는 사용되는 모든 천연 고무 및 합성 고무의 60~70%를 차지합니다. 고무가 포함된 기타 제품에는 신발, 산업용 컨베이어 벨트, 자동차 팬 벨트, 호스, 바닥재 및 케이블이 있습니다. 장갑이나 피임약과 같은 제품은 고무 라텍스에서 직접 만들어집니다. 라텍스 페인트는 기본적으로 유색 안료와 고무 라텍스의 용액입니다. 라텍스 폼은 라텍스를 응고시키기 전에 라텍스에 공기를 넣어 만들어집니다.

연혁

중남미의 인디언들은 11세기 초에 천을 ​​코팅하거나 공을 만들기 위해 고무를 사용했지만 프랑스 과학자 Charles de la Condamine이 남아메리카를 방문하기 전까지는 그렇지 않았습니다. 첫 번째 샘플이 유럽으로 다시 보내진 1700년대. 고무는 1770년경 영국의 화학자 Joseph Priestley에 의해 현재의 영어 이름이 되었습니다. 고무의 최초의 현대적 용도는 1818년 James Syme라는 영국 의대생에 의해 발견되었습니다. 그는 1823년 Charles Macintosh가 특허를 취득한 최초의 비옷을 만들기 위해 천을 방수 처리하는 데 사용했습니다. Thomas Hancock은 고무를 기계적으로 가공하여 모양을 만드는 방법을 고안하여 1820년에 영국 최초의 고무 공장을 건설했습니다. 또한 이 기간 동안 Michael Faraday는 천연 고무가 이소프렌이라는 화합물의 단위로 구성되어 있음을 발견했습니다.

19세기 중반에 Charles Goodyear는 온도 변화에 따라 고무의 탄성을 유지하는 과정인 가황을 발견했습니다. 이 공정은 고무를 황으로 가열하여 가교를 일으켜 고무의 점착성과 열과 냉기에 대한 민감성을 감소시킵니다.

1882년 아일랜드의 John Boyd Dunlop은 공기 타이어에 대한 특허를 받았습니다. 타이어 수요가 천연 고무 공급을 고갈시키기 시작하자 영국인들은 싱가포르, 말레이시아, 실론(스리랑카)에서 거대한 고무 농장을 경작했습니다. 브라질에서 종자를 채취하여 영국에서 먼저 발아시킨 다음 이들 국가로 운송했습니다. 오늘날 아시아에서 생산되는 모든 천연 고무는 브라질 종자의 후손인 나무에서 나옵니다.

1900년대 초반까지 여러 국가에서 고무 화합물을 개선하고 합성 재료를 개발하는 방법을 모색했습니다. 1910년에 나트륨이 중합을 촉매하는 것으로 밝혀졌습니다. 제1차 세계 대전 중 독일인들이 천연 고무 공급을 중단했을 때, 그들은 이 발견을 사용하여 디메틸부타디엔으로 만든 고무 약 2,500톤(2,540미터톤)을 만들었습니다.

제2차 세계대전 동안 일본은 아시아의 주요 천연고무 공급원을 장악했습니다. 이에 대응하여 미국의 합성고무 산업은 1941년 7,967톤(8,130톤)에서 1944년 984,000톤(100만톤) 이상으로 생산량을 무려 10,000%나 늘렸습니다. 해외 고무 공급에 의존하지 않기 위해 자체 합성 고무 공장.

합성고무의 개량은 계속되고 있으며, 또한 기존의 것보다 2배의 천연라텍스를 생산하는 더 높은 수확량의 잡종 나무가 개발되었습니다. 1971년에 나무 자극제가 개발되어 라텍스 생산량이 평균 30% 증가했으며 나무에 명백한 해가 없었습니다.

원자재

라텍스 수액의 구성은 고무 입자 30-40%, 물 55-65% 및 소량의 단백질, 스테롤 배당체, 수지, 회분 및 설탕으로 구성됩니다. 고무는 높은 탄성과 고분자 분자 구조를 가지고 있습니다. 이 구조는 함께 연결된 단량체라고 하는 수만 개의 더 작은 단위로 구성된 긴 사슬로 구성됩니다. 각 단량체 단위는 설탕과 같은 단순 물질의 분자 크기와 비슷합니다. 다른 특수 화학 물질은 수확 과정에서 방부제나 각성제로 사용됩니다.

합성 고무와 천연 고무 생산 모두 가황 화학 물질, 주로 황을 사용해야 합니다. 카본 블랙과 같은 충전재도 추가되어 강도와 강성을 높입니다. 오일은 종종 가공을 돕고 비용을 줄이는 데 사용됩니다.

제조
프로세스

천연고무의 재배 및 가공은 가장 복잡한 농업 산업 중 하나이며 몇 년이 필요합니다. 그것은 식물학, 화학 및 정교한 기계와 나무를 수확하는 사람들의 손재주를 결합합니다. 이것을 화학 반응과 컴퓨터에 의해 자동으로 제어되는 정교한 화학 처리 기계를 포함하는 합성 고무 생산과 대조하십시오. 천연라텍스의 생산은 다음과 같다.

심기

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1 새싹이 묘목에 접붙이기 전에 고급 나무의 종자를 심고 묘목에서 약 12~18개월 동안 자랍니다. 새싹 접목 후, 1년생 묘목을 잘라내고 이식할 준비를 합니다. 이식 직후 새싹이 돋아 더 나은 특성을 가진 새로운 나무가 됩니다. 에이커당 약 150그루의 나무(헥타르당 375그루)가 심어져 있으며, 약 6~7년 후에 도청할 준비가 될 때까지 경작되고 관리됩니다.

탭핑

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2 라텍스를 수확하기 위해 작업자는 나무 둘레의 비스듬한 껍질을 약 0.84cm(1/3인치) 깊이로 깎아냅니다. 나무를 너무 깊게 베면 돌이킬 수 없을 정도로 손상되기 때문에 정밀한 기술이 필요합니다. 컷이 너무 얕으면 라텍스의 최대량이 흐르지 않습니다. 그런 다음 라텍스는 절단된 혈관에서 흘러 나와 주둥이에 도달할 때까지 절단부를 따라 흐르다가 나중에 배수될 수집 컵에 떨어집니다.

3 이전 컷 바로 아래에 얇은 부스러기를 만들어 이틀에 한 번 두드리는 작업을 반복합니다. 절단에 의해 생성된 마지막 흉터가 지면에서 약 0.3m 높이일 때 나무의 다른 쪽도 비슷한 방식으로 두드리고 첫 번째 쪽은 스스로 재생됩니다. 각 탭핑에는 약 3시간이 소요되며 라텍스는 1컵 미만입니다.

4 테이퍼는 먼저 컵에 라텍스가 응고된 절단 덩어리와 오래된 절단을 따라 라텍스가 응고된 나무 레이스를 수집합니다. 다음으로, 태퍼는 새로운 절단을 합니다. 라텍스는 처음에는 빠르게 흐르다가 몇 시간 동안 일정한 속도로 감소한 다음 다시 느려집니다. 다음날까지, 절단된 혈관이 응고된 라텍스에 의해 막히면서 흐름이 거의 멈췄습니다.

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5 액체 라텍스의 대부분이 편리하게 모아서 운반하기 전에 응고되는 것을 방지하기 위해 태퍼는 암모니아 또는 포름알데히드와 같은 방부제를 수집 컵에 첨가합니다. 액체 및 응고된 라텍스는 모두 처리를 위해 공장으로 보내집니다.

6 나무 수확량을 늘리고 두드리는 시간을 줄이기 위해 화학적 자극제가 사용됩니다. 날카로운 바늘로 재빨리 나무 껍질을 꿰뚫는 천자 두드리기는 같은 작업자가 하루에 더 많은 나무를 두드릴 수 있어 생산성을 높일 수 있는 또 다른 방법입니다.

농축액 생산

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7 약 10%의 라텍스는 일부 물을 제거하고 고무 함량을 60%까지 증가시켜 액체 농축물로 처리됩니다. 이것은 원심력, 증발 또는 크리밍(creaming)으로 알려진 방법을 통해 라텍스에서 물을 회전시켜 이루어집니다. 이 방법에서는 고무 입자가 팽창하여 액체 표면으로 올라가도록 하는 화학 물질이 라텍스에 첨가됩니다. 농축액은 액체 형태로 공장으로 배송되어 코팅, 접착제 및 기타 응용 분야에 사용됩니다.

건조 재고 생산

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8 기타 고무 및 현장 라텍스는 산으로 응고됩니다. 시간당 최대 4,000파운드(1,816kg)를 생산할 수 있는 거대한 압출 건조기가 물을 제거하여 부스러기와 같은 물질을 만듭니다. 그런 다음 건조된 고무를 곤포로 압축하고 상자에 담아 선적합니다.

시트 형성

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9 늑골이 있는 훈제 시트는 먼저 라텍스를 희석하고 산을 첨가하여 만듭니다. 산은 고무 입자가 부유되어 있는 수분 혈청 위에 함께 뭉치게 만듭니다. 몇 시간 후, 라텍스 3파운드(1.35kg)당 약 1파운드(0.45kg)의 부드러운 젤라틴질 고무가 응고됩니다.

10 고무를 1~18시간 동안 방치한 다음, 과도한 액체를 짜내는 롤러 시스템을 통해 슬래브를 눌러 얇은 시트로 만듭니다. 롤러의 최종 세트는 표면적을 늘리고 건조를 촉진하는 골이 있는 패턴을 시트에 남깁니다. 시트는 포장 및 배송되기 전에 훈제실에서 최대 일주일 동안 건조됩니다.

기타 제품 생산

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11 고무 제품을 만들기 위해 혼합물을 가열된 금형에 넣어 성형합니다. 이는 재료의 모양을 만들고 가황하는 데 도움이 됩니다. 타이어와 같은 더 복잡한 제품의 경우 여러 구성 요소가 만들어지며 일부는 섬유 또는 강철 코드 보강재로 만들어진 다음 함께 결합됩니다. 수술용 장갑은 세라믹 폼을 라텍스에 담그고 폼을 빼낸 후 라텍스 모양을 건조시켜 만듭니다.

품질 관리

라텍스를 수확한 후 여러 가지 품질 검사가 이루어집니다. 탭핑 후 라텍스의 순도 및 기타 특성을 확인합니다. 생산 공정의 각 단계 후에 기술자들은 다양한 분석 장비를 사용하여 물리적 특성과 화학적 조성을 확인합니다.

미래

천연 고무의 생산은 고무에 대한 증가하는 수요를 충족시키지 못했으며, 따라서 오늘날 세계 고무의 2/3가 합성 고무입니다. 그러나 천연고무를 화학적으로 처리하여 생산하는 에폭시화 천연고무의 발명과 같은 발전은 이러한 경향을 역전시킬 수 있습니다. 합성 고무 산업은 또한 새로운 첨가제, 화합물 및 응용 프로그램을 개발할 뿐만 아니라 공정을 보다 효율적이고 비용이 적게 들고 오염을 줄이기 위해 계속해서 노력하고 있습니다.

고무를 생산하는 다른 공장이 2,500개나 있지만 수익성이 있을 만큼 빨리 만들어지지는 않습니다. 미국 농무부 연구원들은 더 큰 개시제 분자를 만들기 위해 식물을 유전적으로 조작함으로써 이 과정을 가속화하는 방법을 찾고 있습니다. 이 분자는 고무 제조 과정을 시작하며, 분자가 더 크면 고무를 최대 6배 더 빠르게 생산할 수 있습니다.