Vúlkanísering gúmmís með brennisteini — óviljandi uppgötvunin sem kom dekkjum á veginn

Vinnið á vel loftræstu svæði eða í útsogshettu. Setjið á ykkur efnaskvettugleraugu, nítrílhanska og rannsóknarslopp. Terpentínugufur eru eldfimar og geta valdið svima í miklum styrk. Upphitunarskrefið síðar myndar snefil af brennisteinstvíoxíði — sama kæfandi gasið og myndast við framleiðslu brennisteinssýru. Gætið þess að engir opnir eldar séu á vinnusvæðinu. Notið rafmagnsofn eða hitaplötu fyrir vúlkaniseringuna — aldrei opinn eld nálægt terpentínu eða gúmmíi.

Skerðu 20 g af náttúrulegu gúmmíplötu í litla bita, um 5 mm á kant, með þungum skærum. Því minni sem bitarnir eru, því hraðar leysast þeir upp í terpentínu. Náttúrulegt gúmmí (cis-1,4-pólýísópren) er langkeðju fjölliða — hver sameind inniheldur þúsundir ísópren eininga (C₅H₈) tengdar enda við enda. Keðjurnar eru ekki þverbundnar, og þess vegna er hægt að leysa gúmmíið upp: leysiefnissameindirnar smjúga á milli keðjanna og aðskilja þær.

Settu gúmmíbitana í glerkrukku og bættu við 100 ml af terpentínu (terpentínuolíu af balsamviði). Lokaðu krukkunni og láttu hana standa í 12–24 klukkustundir, hristu hana öðru hverju. Gúmmíið bólgnar hægt og leysist síðan upp í þykka, seigfljótandi lausn — í raun gúmmílím. Terpentína er terpenleysir sem smýgur á milli pólýísópren-keðjanna og aðskilur þær. Goodyear sjálfur notaði terpentínu og nafta til að vinna með gúmmí áður en hann uppgötvaði vúlkanisun.

Vigtaðu 2 g af brennisteinsblómum (fínmalaður frumbrennisteinn, S₈). Þetta samsvarar um 10% brennisteini miðað við þyngd gúmmísins – hóflegt brennisteinsvúlkaníseringsstig sem gefur stinnt en sveigjanlegt gúmmí. Minna brennisteinn (1–3%) gefur mýrra, teygjanlegra gúmmí; meiri brennisteinn (25–30%) framleiðir ebónít – hart, stíft efni sem var fyrsta viðskiptalega hitaherðandi plastið. Malaðu brennisteininn til að tryggja jafna dreifingu.

Bætið brennisteinsduftinu út í uppleysta gúmmíið og hrærið vandlega í 5 mínútur. Brennisteinninn ætti að dreifast jafnt um seigfljótandi lausnina — sjáanlegur sem fínar gular agnir sem svífa í gulbrúnu gúmmísementinu. Ef lausnin er of þykk, bætið þá litlu magni af terpentínu út í til að bæta blöndunina. Þessi náin dreifing er mikilvæg: við brennisteinsherðingu (vúlkanun) þarf brennisteinninn að vera nálægt fjölliðukeðjunum til að mynda þverbindingar. Í iðnaðarferlum er brennisteini blandað saman við fast gúmmí á hituðum tvívalsa-mölum.

Hellið gúmmí-brennisteinslausninni í grunnt málm- eða glermót — lítil bökunarform eða petriskál virkar vel. Dreifið jafnt þannig að þykktin verði 3–5 mm. Því þynnra sem lagið er, því hraðar gufar terpentínan upp og því jafnari verður vúlkaniseringin. Hægt er að stafla mörgum þunnum steypulögum síðar ef þykkari vara er æskileg.

Settu mótið á vel loftræst svæði í 12–24 klukkustundir til að leyfa terpentínunni að gufa alveg upp. Þegar leysirinn fer úr gúmmíinu storknar það í sveigjanlegt, klístrað lag með brennisteinsögnum fastar í gegnum allt efnið. Filman gæti virst örlítið gul vegna dreifðs brennisteins. Ekki hita til að flýta þurrkun — terpentínugufa og hiti eru eldhætta. Terpentínan verður að vera alveg fjarlægð áður en vúlkanisering fer fram: leifar af leysi sem festast í gúmmíinu mynda loftbólur og veikja lokaafurðina.

Settu þurrkaða gúmmí-brennisteinsplötuna (enn í mótinu sínu) í rafmagnsofn sem hefur verið forhitaður í 140–160 °C. Þetta er mikilvægasta skrefið — hin óvart uppgötvun Goodyears. Við þetta hitastig opnast S₈ brennisteinshringirnir og brennisteinsatómin ráðast á tvítengin í pólýísópren-keðjunum og mynda samgilda brennisteinsbrýr (-C-Sₓ-C-) milli nálægra keðja. Hver þverbinding tengir tvær fjölliðukeðjur varanlega saman og myndar þrívítt net sem getur ekki lengur bráðnað eða leyst upp. Hitið í 45–60 mínútur. Dauf brennisteinsdíoxíðlykt gefur til kynna að efnahvarfið sé í gangi.

Fjarlægðu mótið úr ofninum og láttu það kólna niður í stofuhita. Gúmmíið ætti að losna hreint úr mótinu. Liturinn hefur dökknað úr upprunalega gulbrúnum yfir í brúnan eða dökkbrúnan lit — brennisteinstengin breyta gleypnirófinu. Yfirborðið ætti að vera stíft og þurrt viðkomu, ekki klístrað — hvarf yfirborðsklísturs er einkenni vel heppnaðrar vúlkanisunar. Ef yfirborðið er enn klístrað var vúlkanisunin ófullkomin: settu það aftur í ofninn í 30 mínútur.

Teygðu vúlkaníseraða gúmmíið — það ætti að lengjast verulega og smella aftur í upprunalega lögun þegar það er sleppt. Þessi teygjanlegi endurheimt er einkennandi eiginleiki vúlkaníseraðs gúmmís og ástæðan fyrir því að uppgötvun Goodyear umbreytti iðnaðinum. Berðu saman við bút af óvúlkaníseruðu náttúrulegu gúmmíi: óvúlkaníseraði búturinn helst aflagaður eftir teygjuna (varanleg aflögun), en vúlkaníseraði bútinn fer aftur í fyrra horf. Prófaðu hitaþol: haltu bút nálægt (ekki á) heitum fleti — vúlkaníserað gúmmí helst stíft, en óvúlkaníserað gúmmí myndi verða mjúkt og klístrað. Prófaðu leysiefnaþol: settu lítinn bút í terpentínu — vúlkaníserað gúmmí bólgnar lítillega en leysist ekki upp, því þverbindingarnar koma í veg fyrir að keðjurnar aðskiljist.

Brennisteinsherta gúmmíið er nú stöðugt, endingargott efni sem heldur eiginleikum sínum í mörg ár. Geymið fjarri beinu sólarljósi og ósongjöfum (rafmótorar mynda óson, sem brýtur niður gúmmí). Einkaleyfi Goodyear frá 1844 fyrir þessu einfalda ferli — að blanda gúmmíi við brennistein og hita það — hratt af stað nútímagúmmíiðnaðinum og gerði kleift framleiðslu á dekkjum, slöngum, þéttingum, innsiglum, skósólum og þúsundum annarra vara. Alþjóðlegur gúmmíiðnaður notar nú yfir 30 milljónir tonna árlega, og sérhvert gúmmístykki í sérhverju dekki, innsigli og reim hefur verið brennisteinshert með sama grundvallarefnahvarfi og Goodyear uppgötvaði á eldavélinni í eldhúsinu sínu.