Gummizement

Hintergrund

Gummizement ist eine Lösung von unvulkanisiertem (Gummi-)Kautschuk in einem Lösungsmittel und wird als Klebstoff verwendet. Idealerweise soll es zwei Gummistücke miteinander verbinden, was einen chemischen Kohäsionsprozess beinhaltet. Beim Verbinden von zwei Gummiteilen muss nur eine Fläche mit Gummikleber beschichtet werden, da es sich um das gleiche Material handelt. Beim Zusammenfügen von Papier müssen jedoch beide Teile mit Gummikleber bedeckt werden. Wenn Gummizement trocknet, bleiben nur die Teile übrig, die Kontakt mit dem Papier haben, das die beiden Teile zusammenhält. Trotz dieser Einschränkung findet der haushaltsübliche Gummizement breite Verwendung für Anwendungen wie das Montieren von Fotografien. Anders als bei Weißleim können die zusammengefügten Papierstücke auseinandergezogen werden, ohne dass eines davon beschädigt wird.

Klebstoffe werden entweder aus natürlichen tierischen oder pflanzlichen Produkten oder synthetischen Polymeren hergestellt. Natürliche Klebstoffe lassen sich leicht auftragen und sind im Allgemeinen wasserlöslich. Synthetische Klebstoffe werden in vier chemische Kategorien eingeteilt:thermoplastisch, duroplastisch, elastomer und Kombinationen davon. Thermoplastische Klebstoffe wie Polyvinylalkohol und Acryl können wieder erweicht werden, da die Materialien beim Härten nicht vernetzen. Sie benötigen Wärme oder ein Lösungsmittel, um eine Verbindung herzustellen. Wärmehärtende Klebstoffe, zu denen Epoxide gehören, können nach dem Aushärten nicht erhitzt und wieder erweicht werden, da sie beim Aushärten vernetzen. Elastomere Klebstoffe basieren auf Isoprenkautschuk oder synthetischen Polymeren, die sowohl Elastizität als auch Zähigkeit vereinen. Silikon ist ein typisches Beispiel.

Die Eigenschaften des Klebstoffs, die Art der zu verbindenden Materialien und die Beschaffenheit der Oberflächen bestimmen die Leistungsfähigkeit der Fugen und die Lebensdauer der verklebten Konstruktion. Die Klebstoffe müssen sich auf beiden Oberflächen richtig benetzen und verteilen können, um einen molekularen Kontakt zwischen den Materialien zu erreichen. Klebstoffe werden in einer Vielzahl von Branchen verwendet, darunter Verpackung, Bau, Elektronik, Transport, Möbel-/Holzbearbeitung und Medizin.

1996 wurden in den Vereinigten Staaten über 12 Milliarden lb (5,4 Milliarden kg) Klebstoffe verwendet. Bauanträge hatten mit 40 % den höchsten Anteil. Dies ist auch eine der größten Anwendungen für Gummizement. Andere Anwendungen umfassen Heizung, Klimaanlage und Kraftfahrzeugausrüstung. Hersteller von Gummizement verkaufen auch viele ihrer Produkte an Umpacker, die das Produkt unter eigenem Namen vermarkten.

Einige Analysten schätzen den Weltmarkt für Klebstoffe auf 19,1 Milliarden US-Dollar im Jahr 1997. Verpackung, Bau und Möbel/Holzbearbeitung sind die drei größten Segmente dieses Weltmarktes mit über 65 % der Markteinnahmen.

Verlauf

Natürliche Klebstoffe gibt es seit mindestens mehreren tausend Jahren. Ägyptische Schnitzereien zeigen das Zusammenkleben dünner Furnierstücke zu einem Holzbrett. Fasern in alten Stoffen wurden mit Mehlpaste verbunden und Blattgold wurde mit Eiweiß auf Papier geklebt. Im 18. Jahrhundert wurden Tierleime verbessert und ein Jahrhundert später wurden Zemente auf Kautschuk- und Nitrozellulosebasis eingeführt. Während des 20. Jahrhunderts gab es bedeutende Fortschritte, die zur Entwicklung vieler synthetischer Klebstoffe führten, die einige der natürlichen Klebstoffe ersetzten. Klebstoffe mussten jetzt viel stärker und korrosionsbeständiger sein.

Naturkautschuk wird aus dem Saft oder Latex der Hevea brasiliensis gewonnen Baum.

Naturkautschuk wurde erstmals vor über 2.500 Jahren von den Mayas und Azteken entdeckt und verwendet, um Schuhe und Kleidung wasserdicht zu machen. Jahrhunderte später, im Jahr 1823, untersuchte auch der schottische Chemiker Charles Macintosh die Herstellung wasserdichter Textilien. Er experimentierte mit dem Auflösen von Kautschuk in verschiedenen Chemikalien und hatte den größten Erfolg mit Naphtha. Aus diesem Material stellte er eine Gummipaste her und verband damit zwei Stoffschichten zu einem Regenmantel.

Rohstoffe

Gummizement ist eine undurchsichtige Flüssigkeit, die pulverisierten Natur- oder Synthesekautschuk und ein Lösungsmittel auf Hexan- oder Heptanbasis enthält. Gummizementsorten können 70-90 % Heptan oder Hexan und 1-15 % Isopropylalkohol (Isopropanol) oder Ethylalkohol (Ethanol) enthalten. Der Gummi wird in Form von großen Blöcken oder Platten mit einer Größe von typischerweise 100 lb (45 kg) aufgenommen. Tausende Gallonen (Liter) flüssige Lösungsmittel werden normalerweise per Tankwagen an den Hersteller geliefert.

Naturkautschuk stammt aus der Hevea brasiliensis Baum, der ursprünglich in Brasilien gefunden wurde. Um Vollgummi herzustellen, wird der Baum angezapft und der Latex in einem kleinen Becher gesammelt, wo er zu einem Klumpen koaguliert. Dieser Klumpen wird zusammen mit dem Reststrom und anderen Stücken gesammelt und bei hoher Temperatur verarbeitet. Dies zerstört die meisten Proteine ​​und erzeugt ein festes Material.

Synthetische Kautschuke umfassen Neopren und Latex. Synthesekautschuke werden durch verschiedene chemische Verfahren hergestellt. Die Anwendung bestimmt, welche Gummiarten und Lösungsmittel verwendet werden.

Design

Die Eigenschaften und Leistungsfähigkeit des Gummizements werden durch die Art und Menge der Inhaltsstoffe bestimmt. Typischerweise werden Rezepturen vom Labor bestimmt und dann der Produktion übergeben.

Der Herstellungsprozess

Das Verfahren zur Herstellung von Gummizement ist relativ einfach. Nachdem der Gummi in kleinere Stücke zerlegt wurde, wird er mit dem Lösungsmittel auf Hexan- oder Heptanbasis vermischt und dann werden verschiedene Behältergrößen mit der Flüssigkeit gefüllt. Die meisten Geräte sind automatisiert.

Mischen

• 1 Zuerst werden die Gummiblöcke oder -platten in kleinere Stücke gebrochen. Zum Einsatz kommen Gummimühlen, die mit zwei großen Walzen ausgestattet sind. Der Gummi kann in großen Hochgeschwindigkeitsmischern mit scharfen Klingen zerkleinert werden, die den Gummi auf eine sägemehlähnliche Größe pulverisieren. Die Lösungsmittelbestandteile werden in Tanks gemischt, die von 40 bis 6.000 Gallonen (150 bis 22.700 l) reichen und mit Paddeln ausgestattet sind. Der Kautschuk wird langsam zugegeben, bis er vom Lösungsmittel benetzt ist und in der Lösung suspendiert oder gelöst ist.

Verpackung

• 2 Sobald die Lösung gründlich gemischt ist, wird sie einer automatisierten Abfülllinie zugeführt, die jeden Behälter befüllt, verschließt und den Verschluss festzieht. Gummizement ist in 4, 8 und 16 oz (118, 237 und 473 ml) Flaschen oder Quart (946 ml) und Gallonen (3,8 1) Behältern verpackt. Da der Gummizement brennbar ist, werden explosionsgeschützte Geräte verwendet. Anschließend werden die Behälter in Kartons verpackt und entsprechend gekennzeichnet. Bei größeren Behältern (Tankwagen oder Fässer) wird die Lösung durch Schwerkraft zugeführt oder von unten in diese Behälter gepumpt.

Qualitätskontrolle

Die Rohstoffe werden nach Herstellerangaben geliefert. Jede Charge wird auf Feststoffgehalt überprüft, da bessere Qualitäten einen höheren Gehalt aufweisen. Der prozentuale Feststoffgehalt wird durch Wiegen einer Probe, Verdampfen der Flüssigkeit und anschließendes Wiegen des verbleibenden Feststoffs ermittelt. Nach dem Mischen wird jede Charge auch auf Viskosität, Klebrigkeit, Wärmebelastung und andere Eigenschaften getestet, bevor sie verpackt wird. Es können bis zu 20 verschiedene Tests durchgeführt werden. Nach dem Verpacken werden die Behälter auf ihre ordnungsgemäße Kennzeichnung überprüft.

Nebenprodukte/Abfälle

Aufgrund der strengen Kontrollen und automatisierten Ausrüstung wird kein Abfall produziert. Die Füllmaschine ist auf das exakte Volumen jeder Behältergröße programmiert. Eventuell übrig gebliebenes Material wird dem Prozess wieder zugeführt. Gummizement wird mit einem Sicherheitsdatenblatt (MSDS) geliefert, das die ordnungsgemäße Handhabung beschreibt, da die Inhaltsstoffe gefährlich und entzündlich sind. Das Lösungsmittel ist eine flüchtige organische Verbindung und unterliegt auch der Regulierung als gefährlicher Luftschadstoff gemäß den Änderungen des Clean Air Act von 1990. Die US-Umweltschutzbehörde hat auch Klebstoffe als eine der Zielkategorien aufgenommen, die bestimmten Maximum Achievable Technologies (MACT) entsprechen müssen. Ein MACT legt ein Kontrollniveau fest, das zum Schutz der öffentlichen Gesundheit bestimmt ist.

Die Zukunft

Es wird erwartet, dass die Nachfrage nach allen Klebstoffen in den Vereinigten Staaten bis 2003 über 15 Milliarden Pfund (6,8 Milliarden kg) erreichen wird, was einer jährlichen Wachstumsrate von 2,6% entspricht. Der Weltmarkt wird 2003 voraussichtlich 26,2 Milliarden US-Dollar erreichen, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 5,3 %. Lösemittelbasierte Klebstoffe werden weiterhin durch wasserbasierte Klebstoffe ersetzt, da sie umweltfreundlicher sind.