Gummi och lösningsmedel

Kemisk bakgrund

Gummi är en polymer

Gummi består kemiskt av kedjor av kolväten, polymerer. Ordet polymer härstammar från grekiskan: poly betyder "många" och mer "delar", polymer således "många delar".

Man skiljer mellan två huvudtyper av polymerer - styva och elastiska. Elastanerna kan indelas i termoelaster och gummi. Gummimaterial har stor elastisk återfjädring.

En översikt över polymera material ges i dessa två tabeller.

Elaster
Termoelaster TPE Gummi
Amidbaserade
Esterbaserade
Olefinbaserade
Uretanbaserade
Styrenbaserade
Akrylgummi
Butylgummi
Epiklorhydringummi
Etengummi
Fluorgummi
Kloroprengummi
Klorsulfonerad polyeten
Naturgummi
Nitrilgummi
Norborengummi
Silikongummi
Styrengummi
Uretangummi

 
Plaster
Termoplaster Härdplaster
ABS: poly-akrylnitril-butadien-styren
PA: amidplast
PC: karbonatplast
PE: etenplast
PEEK: polyeterketon
PES: polyetersulfon
PET: termoplastisk polyester
PMMA: akrylplast
POM: acetalplast
PP: propenplast
PPO: polyfenyloxid
PPS: fenylsulfidplast
PS: styrenplast
PSU: sulfonplast
PTFE: polytetrafluoretylen
PVC: vinylkloridplast
SAN: poly-styren-akrinitril
SB: slagtålig polystyren
DAP: diallylftalat
EP: epoxiplast
Esterplaster
MF: melaminplast
PF: fenolplast
PI: imidplast
PUR: uretanplast
SI: silikoner
UF: ureaformaldehydplast

Framställning

Gummi som tas från gummiträdet används industriellt vid tillverkning av olika material. Gummi från vissa andra växter används som livsmedelstillsats (tex gummibjörnar) och som klister. Gummi går också att tillverka på syntetisk väg genom att många små molekyler, monomerer, polymeriseras till långa polymerkedjor. Beroende på hur kedjorna är hopfogade och vilka andra kemiska grupper de kan binda till sig får gummit olika egenskaper. Det vetenskapliga namnet för gummi är polyisopren.

Vulkanisering gör gummit användbart

Vulkanisering (vulkning) är en process där rågummi omvandlas från en klibbig och formbar massa till ett formstabilt och elastiskt material med hög draghållfasthet. Detta sker genom att värma rågummi tillsammans med finfördelat svavel. Då uppstår tvärbindningar mellan polymererna. Detta gör gummit elastiskt, men om man tillför alltför många tvärbindningar så blir gummit hårt.

Vulkanisering av gummi
Bild: © Wikipedia

Vanliga produkter av, eller med beståndsdelar av, gummi är däck, gummilister, gummisnoddar, hårband, leksaker, maskinremmar, radergummin, fjäderelement, vibrationsdämpare, slangar, packningar, transportband, stövlar, gasmasker och mycket annat.

Gummi sväller i organiska lösningsmedel

När gummi kommer i kontakt med vissa kolväten, som finns i t ex organiska lösningsmedel, sväller det. Vatten är ingen kolväteförening så gummit förblir opåverkat. Alla gummimaterial, även de som betecknas som oljebeständiga, påverkas i högre eller lägre grad av oljor. Kolvätena i oljan varken attackerar eller reagerar med gummimolekylerna utan tränger helt enkelt in i gummit, vars volym ökar med den oljemängd som det tagit upp- gummit sväller. Effekten ökar med bl a stigande temperatur. Svällningen är reversibel och återgår om vätskan får avdunsta.

Det har stor praktisk betydelse eftersom man måste välja rätt gummikvalitéer i packningar, slangar osv. för motorbränslen och oljor. Man nyttjar också tekniken för att förstora små detaljer till stora modeller. Då gör man en avgjutning av föremålet i t.ex. gips. Denna får bli form för en kopia i gummi (eller plast). Man låter kopian svälla i organiskt lösningsmedel, använder denna för att gjuta en ny större form i gips, och så vidare.

Svavelhaltiga oljor har förutom svällande effekt vid temperatur över 100° C, även den effekten att gummi som vulkats med svavel hårdnar kraftigt. Det beror på att svavlet bildar nya tvärbindningar i gummit, dvs en vulkanisering.

Elasticiteten hos gummi beror på entropin

Entropi är ett mått på graden av oordning. Den naturliga tendensen är att förändringar går mot ökad oordning, dvs ökande entropi.

Gummi består av kolvätekedjor som med ganska stora mellanrum är tvärbundna till varandra via disulfidbindningar. I områdena mellan tvärbindningarna har kolvätekedjorna stor rörelsefrihet. Det medför att monomererna är fria att rotera kring sina bindningar och det finns en ganska våldsam och kaotisk molekylrörelse i materialet. Gummit har alltså lagrat en stor inneboende kinetisk energi.

När gummit sträcks tvingas kedjorna att lägga sig raka och friheten för monomererna att rotera kring bindningarna minskar. Det finns inte längre utrymme att lagra den kinetiska energin i materialet och gummit måste göra sig av med energin i form av värme. Man kan faktiskt känna på ett gummiband att det bli en aning varmare när det sträcks.

Men denna sträckning innebär en entropiminskning därför att oordningen minskar, ordningen ökar. Det är en förändring tvärt emot den naturliga. Gummit tenderar därför att åter igen öka sin entropi, vilket det gör genom att dra ihop sig igen. När gummit drar ihop sig finns återigen möjlighet att lagra kinetisk energi som rotationsenergi hos monomererna. Denna energi tas från "omgivningen" och gummit blir därför kallare. Man kan känna att ett gummiband som varit utsträckt ett tag och sedan får dra ihop sig blir något kallare, särskilt om man sätter gummibandet mot läpparna som är temperaturkänsligare.

Omvänt är kan man påverka gummits sammandragande kraft genom att värma eller kyla. Ett gummiband blir kortare när det värms, vilket är förbluffande när man tänker på att nästan alla material utvidgas när temperaturen ökar.

Gummiband som ozonindikator

Ozon gör gummi skört och minskar dess livslängd. Man kan kontrollera om det finns mycket ozon i luften med hjälp av ett gummiband. Detta kan göras genom att spänna upp ett gummiband mellan spikar på ett bräde och placera det på platser där man vill mäta ozon. Där gummibandet slits eller går sönder snabbast är ozonhalten hög. Platser där kopieringsapparater, laserskrivare och elmotorer finns bör det finnas högre halt ozon så även utomhus på platser med mycket luftföroreningar (placera den då regn- och solskyddat). Som referens kan ett bräde med gummiband placeras i en burk med tätt lock.

Gummi åldras och blir skört även av solljus, och speciellt UV-strålningen. För att experimentet med gummiband som ozonindikator inte ska ge felaktiga resultat är det viktigt att gummibandet ligger skyddat från solljus.

T-grön, lampolja, lysfotogen

T-grön är ett kallavfettningsmedel som innehåller nafta, det vill säga en blandning av kolväten. Kolvätena i T-grön har kokpunkter mellan 200-250 °C. Flampunkten, den lägsta temperatur som ger antändbara mängder ångor, är 61 °C. För att det ska fungera som avfettningsmedel måste det vara opolärt enligt principen "lika löser lika". Fett är nämligen opolärt, liksom kolväten.

Lampolja, lysfotogen, tändvätska och så vidare är andra lösningsmedel med ungefär samma innehåll som T-grön.

Fördjupning