30-იანი წლების ბოლოს შეერთებულმა შტატებმა გამოიყენა მსოფლიოში ბუნებრივი რეზინის მარაგის ნახევარზე მეტი. დღეს, ბუნებრივი რეზინის პოვნა აშშ – ში 50 000 – ზე მეტ წარმოებულ პროდუქტშია, ხოლო აშშ – ს ყოველწლიურად 3 მილიარდ გირვანქა სტერლინგზე შემოაქვს ბუნებრივი რეზინი. თანამედროვე წარმოების პროცესებში გამოყენებული რეზინის 70 პროცენტზე მეტი სინთეზური რეზინია.
ბუნებრივი რეზინის ფონი
ბუნებრივი რეზინი ლატექსის სახით იწყება. ლატექსი შედგება პოლიმერისგან, რომელსაც ეწოდება პოლიიზოპრენი წყალში შეჩერებულია. გრძელი ჯაჭვის მოლეკულები, რომლებიც შედგება მრავალი (პოლი) ინდივიდუალური ერთეულისგან (მერები), რომლებიც ერთმანეთთანაა დაკავშირებული, ქმნიან პოლიმერებს. რეზინი არის პოლიმერის სპეციალური ფორმა, რომელსაც ელასტომერი ეწოდება, რაც ნიშნავს, რომ პოლიმერის მოლეკულები იჭიმება და ირეკლება.
2500-ზე მეტი მცენარე აწარმოებს ლატექსს, რძის მსგავსი წვენის ტიპის მასალას. Milkweed შეიძლება იყოს ყველაზე ნაცნობი ლატექსის მწარმოებელი მცენარე მრავალი ადამიანისთვის, მაგრამ კომერციული ლატექსი მოდის ერთი ტროპიკული ხისგან, Hevea brasiliensis. როგორც სახელიდან ჩანს, რეზინის ხე წარმოიშვა ტროპიკულ სამხრეთ ამერიკაში. 3000 წელზე მეტი ხნის წინ, მესოამერიკის ცივილიზაციებმა ლატექსი შეურიეს დილის დიდების წვენს და შექმნეს რეზინი. ლატექსისა და დილის დიდების წვენის თანაფარდობის შეცვლამ შეცვალა რეზინის თვისებები. მუსოამერიკელებმა იცოდნენ და იყენებდნენ რეზინს.
1900 წლამდე ყველაზე მეტი ბუნებრივი რეზინი მოდიოდა ბრაზილიაში, ველურ ხეებზე. მე -20 საუკუნის დაწყებისთანავე, მომარაგებამ და მოთხოვნამ აჯობა წარმოებას, ველოსიპედებისა და ავტომობილების პოპულარობის ზრდასთან ერთად. ბრაზილიიდან გატანილი თესლები სამხრეთ-აღმოსავლეთ აზიაში რეზინის ხის პლანტაციებს მოჰყვა. მე -19 საუკუნის 30-იანი წლებისთვის ბუნებრივი რეზინის მოხმარების ავტომობილები საბურავებიდან ავტომობილებამდე და თვითმფრინავამდე დამთავრებული 32 გირვანქა იყო ნაპოვნი ჯარისკაცის ფეხსაცმელში, ტანსაცმელსა და აღჭურვილობაში. იმ დროისთვის აშშ – ს რეზინის მომარაგების უმეტესი ნაწილი სამხრეთ – აღმოსავლეთ აზიიდან მოდიოდა, მაგრამ მეორე მსოფლიო ომმა აშშ – ს შეწყვიტა მისი მიწოდებათა უმრავლესობა.
ბუნებრივი რეზინის წარმოების პროცესი
ბუნებრივი რეზინის წარმოების პროცესი იწყება რეზინის ხეებიდან ლატექსის მოსავლით. რეზინის ხეებისგან ლატექსის მოსავლის აღება იწყება ხის ქერქის გატანაში ან მოჭრაში. ლატექსი მიედინება ჭიქაში, რომელიც მიმაგრებულია ხის ნაჭრის ძირში. ლატექსის მასალა მრავალი ხისგან დაგროვილია მსხვილ ავზებში.
ლატექსისგან რეზინის მოპოვების ყველაზე გავრცელებული მეთოდი იყენებს კოაგულაციას, პროცესს, რომელიც პოლიისოპრენს მასად ხახავს ან ასქელებს. ეს პროცესი ხორციელდება ლატექსის მჟავას, მაგალითად, ფორმჟავას დამატებაში. კოაგულაციის პროცესი დაახლოებით 12 საათს გრძელდება.
წყალი გაჟღენთილია რეზინის კოაგულიუმიდან რიგი ლილვაკების გამოყენებით. შედეგად მიღებული თხელი ფურცლები, დაახლოებით 1/8 დიუმიანი სისქით, აშრობენ ხის თაროებზე მწეველთა სახლებში. გაშრობის პროცესი ზოგადად მოითხოვს რამდენიმე დღეს. შედეგად მიღებული მუქი ყავისფერი რეზინი, რომელსაც ახლა ribbed კვამლის ფურცელს უწოდებენ, იკეცება ბანკებში პროცესორისთვის გადასაზიდად.
ყველა რეზინი არ არის შებოლილი. რეზინის გამხმარი ცხელი ჰაერის გამოყენებით და არა მოწევა ეწოდება ჰაერზე გამხმარ ფურცელს. ამ პროცესის შედეგად ხდება რეზინის უკეთესი ხარისხი. კიდევ უფრო მაღალი ხარისხის რეზინს, რომელსაც ღია კრეპის რეზინს უწოდებენ, საჭიროა შედედების ორი ეტაპი, რასაც მოჰყვება ჰაერის გაშრობა.
სინთეზური რეზინის შექმნა
წლების განმავლობაში შეიქმნა რამდენიმე სხვადასხვა ტიპის სინთეზური რეზინი. ყველაფერი მოლეკულების პოლიმერიზაციის (დამაკავშირებელი) შედეგია. პროცესი, რომელსაც ეწოდება დამატებით პოლიმერიზაციის სიმები, აერთიანებს მოლეკულებს გრძელ ჯაჭვებში. კიდევ ერთი პროცესი, სახელწოდებით კონდენსაციის პოლიმერიზაცია, გამორიცხავს მოლეკულის ნაწილს, რადგან მოლეკულები ერთმანეთთან არის დაკავშირებული. დამატებით პოლიმერების მაგალითები მოიცავს სინთეზურ რეზინებს, რომლებიც მზადდება პოლიქლოროპრენისგან (ნეოპრენის რეზინი), ან ნავთობისა და ბენზინისადმი რეზისტენტული რეზინი და სტირონის ბუტადიენის რეზინი (SBR), რომელიც გამოიყენება არა-გამოსაფრქვევი რეზინისთვის საბურავები.
პირველი სერიოზული სინთეზური რეზინის ძებნა გერმანიაში პირველი მსოფლიო ომის დროს დაიწყო. ბრიტანეთის ბლოკადებმა ხელი შეუშალა გერმანიას ბუნებრივი რეზინის მიღებაში. გერმანელმა ქიმიკოსებმა შექმნეს პოლიმერი 3-მეთილისოპრენის (2,3-დიმეთილ-1,3-ბუტადიენი) ერთეულებისგან, [CH2= C (CH3) C (CH)3) = CH2], აცეტონიდან. მიუხედავად იმისა, რომ ეს შემცვლელი, მეთილის რეზინი, ჩამოუვარდებოდა ბუნებრივ რეზინს, მეორე მსოფლიო ომის ბოლოს გერმანიამ აწარმოა თვეში 15 ტონა.
მუდმივმა კვლევამ გამოიწვია უკეთესი ხარისხის სინთეზური რეზინის წარმოება. სინთეზური რეზინის ყველაზე გავრცელებული ტიპი, რომელიც ამჟამად გამოიყენება, Buna S (სტირონის ბუტადიენის რეზინი ან SBR) შეიქმნა 1929 წელს გერმანულმა კომპანიამ I.G. ფარბენი 1955 წელს ამერიკელმა ქიმიკოსმა სამუელ ემმეტ ჰორნმა უმცროსმა შექმნა 98% ცის-1,4-პოლიიზოპრენის პოლიმერი, რომელიც ბუნებრივი რეზინის მსგავსად იქცევა. ეს ნივთიერება SBR– სთან ერთად გამოიყენება საბურავებისთვის 1961 წლიდან.
რეზინის დამუშავება
რეზინის, ბუნებრივი თუ სინთეზური, გადამუშავების (ფაბრიკატორის) მცენარეებში დიდი ყუთებით ჩადის. მას შემდეგ, რაც რეზინის ქარხანაში მოვა, დამუშავება გაივლის ოთხ საფეხურს: შეზავება, შერევა, ფორმირება და ვულკანიზაცია. რეზინის შემადგენლობის ფორმულირება და მეთოდი დამოკიდებულია რეზინის დამზადების პროცესის სავარაუდო შედეგზე.
გამაერთიანებელი
შეზავებით ემატება ქიმიკატები და სხვა დანამატები რეზინის პერსონალურად მოსაწყობად. ბუნებრივი რეზინი იცვლება ტემპერატურასთან ერთად, ხდება ცივი და მყიფე, წებოვანი და მწვავე სითბო. შერევის დროს დამატებული ქიმიკატები რეაგირებენ რეზინთან ვულკანიზაციის პროცესში რეზინის პოლიმერების სტაბილიზაციის მიზნით. დამატებითი დანამატები შეიძლება შეიცავდეს გამაძლიერებელ შემავსებლებს, რეზინის ან არა-გამაძლიერებელი შემავსებლების რეზინის თვისებების გასაუმჯობესებლად, რაც ამცირებს დანახარჯს. გამოყენებული შემავსებლის ტიპი დამოკიდებულია საბოლოო პროდუქტზე.
ყველაზე ხშირად გამოყენებული გამაძლიერებელი შემავსებელი არის ნახშირბადის შავი, ნახშირისგან მიღებული. ნახშირბადოვანი შავი ზრდის რეზინის სიმკვრივის სიმტკიცეს და წინააღმდეგობას აბრაზიისა და ცრემლდენის მიმართ. ნახშირბადოვანი შავი ასევე აუმჯობესებს რეზინის მდგრადობას ულტრაიისფერი დეგრადაციის მიმართ. ყველაზე რეზინის ნაწარმი შავია ნახშირბადის შავი შემავსებლის გამო.
რეზინის დაგეგმილი გამოყენების მიხედვით, გამოყენებულ სხვა დანამატებს შეიძლება ჰქონდეთ უწყლო ალუმინის სილიკატები, როგორც გამაძლიერებელი შემავსებლები, სხვა პოლიმერები, რეციკლირებული რეზინი. (ჩვეულებრივ 10 პროცენტზე ნაკლები), დაღლილობის შემამცირებელი ნაერთები, ანტიოქსიდანტები, ოზონის რეზისტენტული ქიმიკატები, საღებარი პიგმენტები, პლასტიზატორები, დარბილების ზეთები და ობის გამოთავისუფლება ნაერთები.
შერევა
დანამატები საფუძვლიანად უნდა იყოს შერეული რეზინში. რეზინის მაღალი სიბლანტე (დინებისადმი გამძლეობა) ართულებს შერევას მის გარეშე რეზინის ტემპერატურის აწევა საკმარისად მაღლა (300 გრადუს ფარენგეიტამდე), რომ გამოიწვიოს ვულკანიზაცია. ნაადრევი ვულკანიზაციის თავიდან ასაცილებლად, შერევა ჩვეულებრივ ხდება ორ ეტაპად. პირველი ეტაპის განმავლობაში, ნახშირბადის შავი ფერის მსგავსი დანამატები შერეულია რეზინში. ეს ნარევი მოიხსენიება, როგორც სამაგისტრო პარტია. რეზინის გაცივების შემდეგ ვულკანიზაციის ქიმიკატებს ემატება და ურევენ რეზინში.
ფორმირება
რეზინის ნაწარმის ჩამოყალიბება ხდება ოთხი ზოგადი ტექნიკის გამოყენებით: ექსტრუზია, კალენდარში გაყვანა, დაფარვა ან ჩამოსხმა და ჩამოსხმა. საბოლოო პროდუქტის მიხედვით შეიძლება გამოყენებულ იქნეს ერთზე მეტი ჩამოყალიბების ტექნიკა.
ექსტრუზია შედგება მაღალი პლასტიკური რეზინის ფორსირების გზით ხრახნიანი ექსტრაუდერების სერიის მეშვეობით. კალენდრით გადის რეზინის მეშვეობით მთელი რიგი უფრო მცირე ხარვეზები ლილვაკებიდან. Roller-die პროცესი აერთიანებს ექსტრუზიის და კალენდრის წარმოებას, უკეთეს პროდუქტს, ვიდრე ინდივიდუალური პროცესი.
საიზოლაციო საშუალებით ხდება კალენდრის წარმოების პროცესი რეზინის ფენის დასაფარად ან რეზინის ქსოვილის ან სხვა მასალის გადასატანად. საბურავები, წყალგაუმტარი ქსოვილის კარვები და საწვიმრები, კონვეიერების ღვედები, ასევე გასაბერი ტივტივები მზადდება მასალების რეზინის საშუალებით საფარით.
რეზინის ნაწარმს, როგორიცაა ფეხსაცმლის ძირები და ქუსლები, შუასადებები, ბეჭდები, შეწოვის ჭიქები და ბოთლების გაჩერებები ყალიბდება ფორმების გამოყენებით. ჩამოსხმა ასევე არის საბურავების დამზადების ნაბიჯი. რეზინის ჩამოსხმის სამი ძირითადი მეთოდია კომპრესიული ჩამოსხმა (გამოიყენება საბურავების დამზადებაში სხვა პროდუქტებთან ერთად), ჩამოსხმა და ინექციური ჩამოსხმა. რეზინის ვულკანიზაცია ხდება ჩამოსხმის პროცესში, ვიდრე ცალკე ეტაპად.
ვულკანიზაცია
ვულკანიზაცია ასრულებს რეზინის წარმოების პროცესს. ვულკანიზაცია ქმნის ჯვარედინი კავშირებს რეზინის პოლიმერებს შორის და პროცესი იცვლება საბოლოო რეზინის პროდუქტის მოთხოვნების შესაბამისად. ნაკლები რეზინის პოლიმერებს შორის ჯვარედინი კავშირები ქმნის უფრო რბილ, უფრო მორჩილ რეზინს. ჯვარედინი კავშირების რაოდენობის გაზრდა ამცირებს რეზინის ელასტიურობას, რის შედეგადაც ხდება უფრო მკაცრი რეზინის წარმოება. ვულკანიზაციის გარეშე, რეზინი დარჩება წებოვანი, როდესაც ცხელი და მყიფე, როდესაც ცივა, და ის უფრო სწრაფად ლპება.
ვულკანიზაცია, რომელიც პირველად ჩარლზ გუდიერმა აღმოაჩინა 1839 წელს, მოითხოვდა რეზინის გოგირდის დამატებასა და ნარევის 280 F ტემპერატურაზე გათბობას დაახლოებით ხუთი საათის განმავლობაში. ზოგადად, თანამედროვე ვულკანიზაცია იყენებს გოგირდის უფრო მცირე რაოდენობას სხვა ქიმიკატებთან ერთად, რათა შეამციროს გათბობის დრო 15-დან 20 წუთამდე. შემუშავებულია ვულკანიზაციის ალტერნატიული ტექნიკა, რომელიც არ იყენებს გოგირდს.