La gomma naturale

La gomma è un materiale che ha la possibilità di essere allungato notevolmente e che torna rapidamente alla lunghezza iniziale quando cessa l’azione che ne aveva causato l’allungamento, è quindi un materiale dotato di elevata elasticità. E’ costituita da sostanze chimiche chiamate elastomeri; tali sostanze determinano il comportamento elastico delle gomme; gli elastomeri sono costituiti da molecole di elevatissima lunghezza, che sono quindi delle “macromolecole”; tali macromolecole in condizioni di riposo sono ripiegate su loro stesse, mentre se sottoposte a trazione sono capaci di distendersi, per poi riprendere la configurazione originaria al cessare della sollecitazione. A differenza delle macromolecole dei polimeri termoplastici, le macromolecole che compongono la gomma hanno un certo grado di reticolazione, cioè le macromolecole non hanno una struttura “filiforme”, ma più “intrecciata” (come una rete), e questo permette alle macromolecole di essere vincolate a muoversi attorno a dei “punti fissi” (i “nodi” della rete), in modo da ripristinare la configurazione antecedente alla sollecitazione. La gomma naturale (altra definizione): Il latice è una dispersione colloidale di particelle del polimero fondamentale, insieme a piccole quantità di grassi, resine, zuccheri e proteine. Formalmente la sostanza polimerica viene considerata come il polimero di un diene, l’isoprene o 2-metil-butadiene. Ciascuna pianta di Hevea brasiliensis è in grado di fornire 3 kg di g. essiccata all’anno. Talvolta il termine “gomma” viene utilizzato per indicare lo pneumatico, che invece è un particolare utilizzo della gomma. La storia e l’evoluzione della gomma L’Hevea Brasiliensis: da Colombo a Goodyear. Agli inizi dell’XI sec. alcune tribù di indigeni dell’America del sud raccoglievano una resina bianca come il latte da un albero, l’Hevea Brasiliensis, per farne oggetti diversi di culto o di svago. L’albero “Hevea Brasiliensis”, è il caa-o-chu, detto anche albero che piange. Originario del Brasile si è diffuso fino al Medio Oriente in particolare in Malesia e Nuova Guinea. Nel 1493 Cristoforo Colombo porta in Europa i primi pezzi di gomma cruda. Bisogna però attendere il 1747 quando uno scienziato, Charles Marie de la Condamine (1701-1774), fornisce all’Accademia delle Scienze di Parigi informazioni preziose sia sulla provenienza e sulle proprietà del lattice di gomma, sia sul suo possibile uso per la fabbricazione di oggetti utili. Qualche anno più tardi, nel 1790, Fourcroy scopre che l’aggiunta di alcali impedisce la coagulazione del lattice di gomma durante il trasporto. Nel 1839 Goodyear scopre la vulcanizzazione, ovvero la capacità del lattice di gomma di unirsi allo zolfo ad alta temperatura e di trasformarsi in un prodotto dotato di proprietà meccaniche e fisiche superiori a quelle del caucciù allo stato grezzo. E’ la svolta che determina la nascita dell’industria della gomma in Europa e negli Stati Uniti. Da quel momento la crescente applicazione industriale del nuovo materiale e gli interessi degli europei in Estremo Oriente spinsero gli inglesi a trapiantare i semi della pianta (Hevea Brasiliensis) dall’Amazzonia a Ceylon, e a razionalizzare la cultura delle piantagioni e la raccolta del lattice (H. Wickam, 1876; H. Ridley, 1888) in una vasta area che comprendeva le Indie Orientali Olandesi, Sumatra, Malacca ecc. Con la scoperta del petrolio negli Stati Uniti (1859) e la fabbricazione del motore a scoppio (1885) iniziò alla fine del secolo scorso la motorizzazione, con conseguente richiesta di grandi quantitativi di gomma naturale. La formazione dello “Stevenson Restriction Scheme” (Cartello della Gomma inglese) all’inizio negli anni venti di questo secolo spinse gli Stati Uniti, divenuti i più grandi consumatori di gomma ad estendere le piantagioni di gomma in altre aree -Panama, Costarica, Liberia, Filippine – ma essi rimasero comunque totalmente dipendenti dall’estero e soprattutto dall’Estremo Oriente fino all’inizio delle ostilità col Giappone nel 1941. Classificazione Vi sono attualmente in commercio due tipi di gomme: quelle naturali e quelle sintetiche. Le gomme sintetiche di più antico impiego sono il cloroprene (Neoprene), la gomma stirolica e la gomma nitrilica, introdotte inizialmente in Germania con il nome di Buna-S e Buna-N. Le gomme naturali, secondo la normativa UNI 7703, si ottengono coagulando il lattice ricavato da alcune piante tropicali e raccolte tramite incisione del tronco della pianta. Hanno ottime caratteristiche meccaniche, ma scarsa resistenza agli agenti atmosferici, alla temperatura ed a molti composti chimici. Le gomme sintetiche vengono prodotte a partire da semplici idrocarburi generando tramite polimerizzazione lattici artificiali successivamente coagulati, sono attualmente disponibili molti elastomeri artificiali, aventi caratteristiche meccaniche e di resistenza chimica assai diversificate. Estrazione della gomma naturale Il poliisoprene naturale è anche detto gomma naturale o caucciù. Lattici gommosi si possono ottenere da numerose piante: se ne contano più di trecento, tutte viventi nei territori tropicali. Quella di gran lunga più importante è Hevea brasiliensis, originaria del bacino del Rio delle Amazzoni (Parà), attualmente coltivata in tutte le regioni tropicali e sub-tropicali adatte, che da sola fornisce circa il 90% della produzione mondiale di gomma naturale. La gomma naturale, pur avendo molte utili proprietà, presenta anche alcuni inconvenienti. Un tempo i manufatti di gomma risultavano appiccicaticci e maleodoranti, rammollivano con il caldo e indurivano con il freddo. Si cercò allora, mediante trattamenti meccanici e miscele di opportuni additivi, di rendere stabili le proprietà della gomma. Un primo successo si ottenne con il masticatore a cilindri concentrici di Th. Hancock che, snervando il materiale, lo rendeva plastico e idoneo ad assorbire gli additivi (1820); ci si rivolse quindi alla ricerca di metodi di lavorazione chimico-fisici delle mescole e, con solventi idonei (etere, trementina, petrolio), si giunse a ottenere soluzioni gommose relativamente stabili adatte a impermeabilizzare tessuti (Ch. MacIntosh, 1823) e a ottenere fili elastici (Th. Hancock, 1837). La completa stabilità delle proprietà della gomma fu ottenuta nel 1839 da Charles Goodyear che inventò la vulcanizzazione , un processo mediante il quale si creano delle reticolazioni fra le catene polimeriche per riscaldamento della gomma in presenza di zolfo. Le reticolazioni aumentano la resistenza della gomma e fungono in un certo senso da “memoria” che aiuta il polimero a riprendere la forma originale dopo uno stiramento. Il lattice estratto dalle piante viene coagulato con fumi di legni resinosi per ottenere la “para”, oppure con aggiunta di acido acetico o acido formico e successivamente essiccate a caldo per ottenere il “crèpe”. La gomma essiccata si ricava per diluizione del lattice al 15% e acidificazione con acido formico con conseguente coagulazione e precipitazione sul fondo; un successivo passaggio attraverso una calandra a cilindri rotanti le impartisce la forma di fogli lisci o crespati. Il prodotto è poi inviato all’essiccamento in stufe in presenza di fumo di legna. Negli ultimi tempi la gomma è stata immessa sul mercato anche sotto forma di balle ricavate per granulazione del coagulo, essiccamento e compressione in stampi. La gomma essiccata, in balle, se ha subito un lungo processo di immagazzinamento che può aver indotto cristallinità, viene tagliata e riscaldata a 30 °C e quindi inviata ad un masticatore dove viene sminuzzata sia per poterla mescolare ad altre qualità di gomma sia per ridurne la viscosità che durante l’immagazzinamento può essersi eccessivamente innalzata a causa dei processi di reticolazione. Segue una fase di miscelazione, che permette di aggiungere i componenti necessari a ottenere la resilienza e la resistenza meccanica proprie della gomma: i riempitivi per diminuire il costo e impartire resistenza meccanica, antiossidanti e antiozonanti per ridurre l’effetto dell’invecchiamento; plastificanti, oli per diminuire la viscosità; composti di zolfo e acceleranti necessari per la vulcanizzazione. Lavorazione della gomma Il ciclo di lavorazione che porta dal polimero al prodotto finito può essere suddiviso in quattro fasi: lavorazione preparatoria del polimero, o masticazione mescola formatura vulcanizzazione La lavorazione o masticazione ha lo scopo di rendere l’elastomero molle e plastico, abbassandone il peso molecolare, cosicché sia più facile incorporare gli additivi e le cariche. Si esegue in mescolatori chiusi a ruote dentate (Banbury), in macchine a cilindri o in estrusori (Gordon). La temperatura tende a innalzarsi e deve essere mantenuta attorno a 100-120 °C mediante raffreddamento. La mescola si esegue nella stessa macchina, aggiungendo nell’ordine e nelle quantità prestabilite i vari additivi quali cariche, rinforzanti, stabilizzanti, protettivi, antiossidanti, plastificanti, l’agente vulcanizzante e i relativi acceleranti. Nel frattempo si procede con la masticazione per ottenere una massa omogenea. La formatura si fa per: calandratura per le lastre; estrusione per tubi e profilati; stampaggio a compressione o stampaggio a riferimento o stampaggio a iniezione per pezzi di forma più complicata. Durante la calandratura e l’estrusione la temperatura viene mantenuta intorno ai 100 °C per mantenere plastico il materiale; nello stampaggio la formatura è contemporanea alla vulcanizzazione. Normalmente i lattici coagulati non vengono utilizzati tali e quali, ma vengono sottoposti a vulcnizzazione, che consiste in un trattamento a caldo (alla temperatura di 140-180 °C) della gomma miscelata con opportuni additivi, quali zolfo, nero-fumo, cariche inerti, plastificanti ecc; la miscela meccanica da vulcanizzare si dice mescola. Durante questa operazione si ha la reticolazionedella gomma, cioè si creano legami tra le catene molecolari che ne impediscono lo scorrimento reciproco, la gomma perde così la plasticità e l’appiccicosità. Durante la vulcanizzazione, la cui durata può variare da 1 a 30 minuti a seconda della mescola e delle dimensioni del manufatto, il manufatto assume la forma definitiva. A seconda del tipo di oggetto che si vuole ottenere, la vulcanizzazione si effettua in stampi chiusi (stampaggio), o tra cilindri rotanti (calandratura), o in bagno di sali fusi dopo che il profilato è stato estruso. Gli estrusi e i calandrati vengono riscaldati per azione di aria calda o di vapore surriscaldato, oppure per immersione in acqua surriscaldata o in sali fusi. In certi casi si utilizza il riscaldamento a radiofrequenza o con radiazioni ad alta energia. Nello stampaggio si usa riscaldare lo stampo (generalmente per mezzo dei piani della pressa che lo contiene) con vapore o più facilmente tramite resistenze elettriche. La gomma si può trovare in commercio sotto forma di stampati, trafilati, fustellati ottenuti da fogli, lastre, blocchi o accoppiati. Utilizzi della gomma Le gomme sono ampiamente utilizzate per attenuare vibrazioni (ad esempio negli antivibranti, nelle sospensioni e negli ammortizzatori), per guarnizioni di tenuta, per elementi di appoggio autobloccanti, tappeti antiscivolo, elementi elastici, calzature, pneumatici, isolamento dei cavi elettrici, palle, palline da tennis, tubi per varie applicazioni, nastri trasportatori, borse per l’acqua calda, canotti, galleggianti e altri manufatti.

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