1930 के दशक के अंत में, संयुक्त राज्य अमेरिका ने दुनिया की आधे से अधिक प्राकृतिक रबर आपूर्ति का उपयोग किया। आज, संयुक्त राज्य अमेरिका में 50,000 से अधिक निर्मित उत्पादों में प्राकृतिक रबर पाया जा सकता है, और यू.एस. हर साल 3 बिलियन पाउंड से अधिक प्राकृतिक रबर का आयात करता है। हालाँकि, आधुनिक निर्माण प्रक्रियाओं में उपयोग किए जाने वाले 70 प्रतिशत से अधिक रबर सिंथेटिक रबर है।
प्राकृतिक रबड़ की पृष्ठभूमि
प्राकृतिक रबर लेटेक्स के रूप में शुरू होता है। लेटेक्स में पानी में निलंबित पॉलीसोप्रीन नामक बहुलक होता है। लंबी-श्रृंखला के अणु कई (पॉली) व्यक्तिगत इकाइयों (मेर्स) से बने होते हैं जो एक साथ जुड़े होते हैं, पॉलिमर बनाते हैं। रबड़ बहुलक का एक विशेष रूप है जिसे इलास्टोमेर कहा जाता है, जिसका अर्थ है कि बहुलक अणु खिंचाव और फ्लेक्स करते हैं।
2,500 से अधिक पौधे लेटेक्स का उत्पादन करते हैं, जो दूध जैसी सैप-प्रकार की सामग्री है। मिल्कवीड कई लोगों के लिए सबसे परिचित लेटेक्स-उत्पादक संयंत्र हो सकता है, लेकिन वाणिज्यिक लेटेक्स एक उष्णकटिबंधीय पेड़, हेविया ब्रासिलिएन्सिस से आता है। जैसा कि नाम से पता चलता है, रबर के पेड़ की उत्पत्ति उष्णकटिबंधीय दक्षिण अमेरिका में हुई थी। 3,000 साल पहले, मेसोअमेरिकन सभ्यताओं ने रबर बनाने के लिए लेटेक्स को मॉर्निंग ग्लोरी जूस के साथ मिलाया था। लेटेक्स के अनुपात को मॉर्निंग ग्लोरी जूस में बदलने से रबर के गुण बदल गए। उछालभरी गेंदों से लेकर रबर के सैंडल तक, मेसोअमेरिकन रबर को जानते और इस्तेमाल करते थे।
1900 से पहले, अधिकांश प्राकृतिक रबर ब्राजील में जंगली पेड़ों से आता था। 20वीं सदी की शुरुआत के साथ, साइकिल और ऑटोमोबाइल की बढ़ती लोकप्रियता के साथ आपूर्ति और मांग ने उत्पादन को पीछे छोड़ दिया। ब्राजील से तस्करी कर लाए गए बीजों के कारण दक्षिण-पूर्व एशिया में रबर के वृक्षारोपण हुए। 1930 के दशक तक, प्राकृतिक रबर का उपयोग वाहनों और विमानों के टायरों से लेकर एक सैनिक के जूते, कपड़ों और उपकरणों में पाए जाने वाले 32 पाउंड तक होता था। तब तक, अधिकांश अमेरिकी रबर आपूर्ति दक्षिण पूर्व एशिया से आती थी, लेकिन द्वितीय विश्व युद्ध ने अमेरिका को इसकी अधिकांश आपूर्ति से काट दिया।
प्राकृतिक रबड़ निर्माण प्रक्रिया
प्राकृतिक रबर निर्माण प्रक्रिया रबर के पेड़ों से लेटेक्स की कटाई के साथ शुरू होती है। रबर के पेड़ों से लेटेक्स की कटाई पेड़ की छाल में काटने या काटने से शुरू होती है। लेटेक्स पेड़ में कट के नीचे से जुड़े कप में बहता है। कई पेड़ों से लेटेक्स सामग्री बड़े टैंकों में जमा हो जाती है।
लेटेक्स से रबर निकालने का सबसे आम तरीका जमावट का उपयोग करता है, एक प्रक्रिया जो पॉलीसोप्रीन को एक द्रव्यमान में कर्ल या गाढ़ा करती है। लेटेक्स में फॉर्मिक एसिड जैसे एसिड को मिलाकर यह प्रक्रिया पूरी की जाती है। जमावट प्रक्रिया में लगभग 12 घंटे लगते हैं।
रोलर्स की एक श्रृंखला का उपयोग करके रबर के कोगुलम से पानी को निचोड़ा जाता है। परिणामस्वरूप पतली चादरें, लगभग 1/8 इंच मोटी, स्मोकहाउस में लकड़ी के रैक पर सूख जाती हैं। सुखाने की प्रक्रिया में आमतौर पर कई दिनों की आवश्यकता होती है। परिणामस्वरूप गहरे-भूरे रंग का रबर, जिसे अब रिब्ड स्मोक शीट कहा जाता है, को प्रोसेसर में शिपिंग के लिए गांठों में बदल दिया जाता है।
हालांकि, सभी रबड़ धूम्रपान नहीं करते हैं। धूम्रपान के बजाय गर्म हवा का उपयोग करके सुखाए गए रबड़ को हवा में सुखाया जाने वाला चादर कहा जाता है। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप रबर का बेहतर ग्रेड प्राप्त होता है। एक और भी उच्च गुणवत्ता वाले रबर को पेल क्रेप रबर कहा जाता है, इसके लिए दो जमावट चरणों की आवश्यकता होती है, जिसके बाद हवा में सुखाना होता है।
सिंथेटिक रबड़ बनाना
पिछले कुछ वर्षों में कई अलग-अलग प्रकार के सिंथेटिक रबर विकसित किए गए हैं। सभी अणुओं के पोलीमराइजेशन (लिंकिंग) के परिणामस्वरूप होते हैं। अतिरिक्त पोलीमराइजेशन नामक एक प्रक्रिया अणुओं को लंबी श्रृंखलाओं में एक साथ जोड़ देती है। एक अन्य प्रक्रिया, जिसे संघनन पोलीमराइज़ेशन कहा जाता है, अणु के एक हिस्से को समाप्त कर देती है क्योंकि अणु एक साथ जुड़े होते हैं। अतिरिक्त पॉलिमर के उदाहरणों में पॉलीक्लोरोप्रीन (नियोप्रीन रबर) से बने सिंथेटिक घिसने शामिल हैं तेल- और गैसोलीन-प्रतिरोधी रबर, और स्टाइरीन ब्यूटाडीन रबर (SBR), गैर-बाउंस रबर के लिए उपयोग किया जाता है टायर।
प्रथम विश्व युद्ध के दौरान जर्मनी में सिंथेटिक रबर की पहली गंभीर खोज शुरू हुई। ब्रिटिश नाकेबंदी ने जर्मनी को प्राकृतिक रबर प्राप्त करने से रोक दिया। जर्मन रसायनज्ञों ने 3-मिथाइलिसोप्रीन (2,3-डाइमिथाइल-1,3-ब्यूटाडीन) इकाइयों से एक बहुलक विकसित किया, [सीएच2=सी(सीएच3)सी(सीएच3)=CH2], एसीटोन से। हालांकि यह विकल्प, मिथाइल रबर, प्राकृतिक रबर से कमतर था, जर्मनी ने WWI के अंत तक प्रति माह 15 टन का निर्माण किया।
निरंतर अनुसंधान ने बेहतर गुणवत्ता वाले सिंथेटिक घिसने का नेतृत्व किया। वर्तमान में उपयोग में आने वाला सबसे सामान्य प्रकार का सिंथेटिक रबर, बुना एस (स्टाइरीन ब्यूटाडीन रबर या एसबीआर), 1929 में जर्मन कंपनी I.G. द्वारा विकसित किया गया था। फारबेन। 1955 में, अमेरिकी रसायनज्ञ सैमुअल एम्मेट हॉर्न, जूनियर ने 98 प्रतिशत सीआईएस-1,4-पॉलीसोप्रीन का एक बहुलक विकसित किया जो प्राकृतिक रबर की तरह व्यवहार करता है। एसबीआर के साथ संयुक्त इस पदार्थ का उपयोग 1961 से टायरों के लिए किया जा रहा है।
प्रसंस्करण रबड़
रबर, चाहे प्राकृतिक हो या सिंथेटिक, बड़ी गांठों में प्रोसेसर (फैब्रिकेटर) संयंत्रों में आता है। एक बार जब रबर कारखाने में आ जाता है, तो प्रसंस्करण चार चरणों से होकर गुजरता है: कंपाउंडिंग, मिक्सिंग, शेपिंग और वल्केनाइजिंग। रबर कंपाउंडिंग फॉर्मूलेशन और विधि रबर फैब्रिकेशन प्रक्रिया के इच्छित परिणाम पर निर्भर करती है।
कंपाउंडिंग
कंपाउंडिंग रबर को इच्छित उपयोग के लिए अनुकूलित करने के लिए रसायन और अन्य योजक जोड़ता है। प्राकृतिक रबर तापमान के साथ बदलता है, ठंड के साथ भंगुर हो जाता है और गर्मी के साथ चिपचिपा, चिपचिपा गड़बड़ हो जाता है। कंपाउंडिंग के दौरान जोड़े गए रसायन रबर पॉलिमर को स्थिर करने के लिए वल्केनाइजिंग प्रक्रिया के दौरान रबर के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। अतिरिक्त एडिटिव्स में रबर के गुणों को बढ़ाने के लिए रीइन्फोर्सिंग फिलर्स या रबर को बढ़ाने के लिए नॉन-रीइन्फोर्सिंग फिलर्स शामिल हो सकते हैं, जिससे लागत कम हो जाती है। उपयोग किए जाने वाले भराव का प्रकार अंतिम उत्पाद पर निर्भर करता है।
सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला रीइन्फोर्सिंग फिलर कार्बन ब्लैक है, जो कालिख से प्राप्त होता है। कार्बन ब्लैक रबर की तन्य शक्ति और घर्षण और फाड़ के प्रतिरोध को बढ़ाता है। कार्बन ब्लैक पराबैंगनी अवक्रमण के लिए रबर के प्रतिरोध में भी सुधार करता है। अधिकांश रबर उत्पाद कार्बन ब्लैक फिलर के कारण काले होते हैं।
रबर के नियोजित उपयोग के आधार पर, उपयोग किए जाने वाले अन्य योजकों में निर्जल एल्यूमीनियम सिलिकेट शामिल हो सकते हैं जैसे कि भराव, अन्य पॉलिमर, पुनर्नवीनीकरण रबर (आमतौर पर 10 प्रतिशत से कम), थकान कम करने वाले यौगिक, एंटीऑक्सिडेंट, ओजोन प्रतिरोधी रसायन, रंग भरने वाले पिगमेंट, प्लास्टिसाइज़र, नरम करने वाले तेल और मोल्ड-रिलीज़ यौगिक।
मिश्रण
एडिटिव्स को रबर में अच्छी तरह मिलाया जाना चाहिए। रबर की उच्च चिपचिपाहट (प्रवाह का प्रतिरोध) बिना मिश्रण को पूरा करना मुश्किल बना देती है रबर के तापमान को काफी अधिक (300 डिग्री फ़ारेनहाइट तक) बढ़ाने के कारण वल्केनाइजेशन समय से पहले वल्केनाइजेशन को रोकने के लिए, मिश्रण आमतौर पर दो चरणों में होता है। पहले चरण के दौरान, कार्बन ब्लैक जैसे एडिटिव्स को रबर में मिलाया जाता है। इस मिश्रण को मास्टरबैच कहा जाता है। रबड़ के ठंडा होने के बाद, वल्केनाइजेशन के लिए रसायनों को जोड़ा जाता है और रबर में मिलाया जाता है।
आकार देने
रबर उत्पादों को आकार देने के लिए चार सामान्य तकनीकों का उपयोग किया जाता है: एक्सट्रूज़न, कैलेंडरिंग, कोटिंग या मोल्डिंग, और कास्टिंग। अंतिम उत्पाद के आधार पर एक से अधिक आकार देने की तकनीक का उपयोग किया जा सकता है।
एक्सट्रूज़न में स्क्रू एक्सट्रूडर की एक श्रृंखला के माध्यम से अत्यधिक प्लास्टिक रबर को मजबूर करना शामिल है। रोलर्स के बीच तेजी से छोटे अंतराल की एक श्रृंखला के माध्यम से कैलेंडरिंग रबर को पास करता है। रोलर-डाई प्रक्रिया एक्सट्रूज़न और कैलेंडरिंग को जोड़ती है, जिससे व्यक्तिगत प्रक्रिया से बेहतर उत्पाद तैयार होता है।
कोटिंग रबर के एक कोट को लागू करने के लिए या कपड़े या अन्य सामग्री में रबर को मजबूर करने के लिए कैलेंडरिंग प्रक्रिया का उपयोग करती है। टायर, वाटरप्रूफ कपड़े के टेंट और रेनकोट, कन्वेयर बेल्ट के साथ-साथ inflatable राफ्ट रबर के साथ कोटिंग सामग्री द्वारा बनाए जाते हैं।
जूते के तलवों और एड़ी, गास्केट, सील, सक्शन कप और बोतल स्टॉप जैसे रबर उत्पादों को मोल्ड का उपयोग करके कास्ट किया जाता है। टायर बनाने की दिशा में मोल्डिंग भी एक कदम है। रबर मोल्डिंग के तीन प्राथमिक तरीके हैं संपीड़न मोल्डिंग (अन्य उत्पादों के बीच टायर बनाने में उपयोग किया जाता है), स्थानांतरण मोल्डिंग और इंजेक्शन मोल्डिंग। रबर का वल्केनाइजेशन मोल्डिंग प्रक्रिया के दौरान होता है न कि एक अलग चरण के रूप में।
वल्केनाइजेशन
वल्केनाइजेशन रबर-उत्पादन प्रक्रिया को पूरा करता है। वल्केनाइजेशन रबर के पॉलिमर के बीच क्रॉस-कनेक्शन बनाता है, और प्रक्रिया अंतिम रबर उत्पाद की आवश्यकताओं के आधार पर भिन्न होती है। रबर पॉलिमर के बीच कम क्रॉस-कनेक्शन एक नरम, अधिक लचीला रबर बनाता है। क्रॉस-कनेक्शन की संख्या बढ़ने से रबर की लोच कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप रबर सख्त हो जाता है। वल्केनाइजेशन के बिना, रबर गर्म होने पर चिपचिपा रहता है और ठंडा होने पर भंगुर होता है, और यह बहुत जल्दी सड़ जाता है।
मूल रूप से चार्ल्स गुडइयर द्वारा 1839 में खोजा गया वल्केनाइजेशन, रबर में सल्फर जोड़ने और मिश्रण को लगभग पांच घंटे के लिए 280 एफ तक गर्म करने की आवश्यकता थी। आधुनिक वल्केनाइजेशन, सामान्य रूप से, हीटिंग समय को 15 से 20 मिनट तक कम करने के लिए अन्य रसायनों के साथ संयुक्त सल्फर की थोड़ी मात्रा का उपयोग करता है। वैकल्पिक वल्केनाइजेशन तकनीक विकसित की गई हैं जो सल्फर का उपयोग नहीं करती हैं।