Over caoutchouc, vulcaniseren, plastisch versa elastisch, was en meer...

Nu waren de tot op dit ogenblik gefabriceerde caoutchoucsoorten in de warmte kleverig en in de koude hard. De Duitse scheikundige Lüdersdorff ontdekte in 1832, dat caoutchouc in terpentijnolie met zwavel opgelost, in de warmte niet meer kleverig werd. Hetzelfde ontdekten de Nederlander Van Geuns en de Amerikaan Nathaniel Hayward. Tot een practische toepassing kwam het echter nog niet.

De Amerikaanse technicus Goodyear zag het practische nut van dit feit in en fabriceerde in het geheim caoutchouc-artikelen, die niet meer kleverig en zeer sterk en elastisch waren.

Het aantal toepassingen van caoutchouc is intussen zo groot geworden, dat het leven van een beschaafd mens op het tegenwoordige peil zonder caoutchouc absoluut onmogelijk is.

Terwijl dus het invoeren van de plantage-caoutchouc een revolutie beduidde, is het nu mogelijk dat de verschillende soorten synthetische caoutchouc, die men tegenwoordig in vele landen tracht te fabriceren en ook werkelijk fabriceert, tenminste een groot deel van de toepassingen van natuurlijke caoutchouc zullen verdringen. Hoever dit gaat moet de tijd nog leren.

De fabricatie van synthetische caoutchouc werd pas mogelijk, toen men na lange jaren van onderzoek de werkelijke samenstelling en de opbouw van de caoutchouc-moleculen had leren kennen.

De eenvoudigste bouwsteen van caoutchouc is een koolwaterstof, het isopreen van de samenstelling C5H8.

De caoutchouc moeten we ons nu voorstellen als een lange ketting van zulke moleculen, misschien enige honderden aan elkaar. Het caoutchouc-molecule gelijkt hierdoor op een lange draad. Door deze opbouw van het molecule kunnen we ons ook de zo sterk elastische eigenschappen van caoutchouc verklaren. Wanneer we een stukje caoutchouc uitrekken zullen de lange draadvormige moleculen een uitgesproken neiging hebben om zich alle in één richting te plaatsen. Wanneer we het stukje gummi nu nog verder rekken, kunnen de moleculen ten opzichte van elkander verschuiven, de moleculen blijven echter steeds in elkaars aantrekkingssfeer, de cohesie blijft dus bestaan. De moleculen zelf worden niet zo gemakkelijk uit elkaar getrokken en het stukje caoutchouc biedt dus zeer veel weerstand. Pas wanneer de rek zo groot is dat de oorspronkelijk naast elkander gelegen hebbende moleculen ten opzichte van elkaar een gehele lengte verschoven zijn, zal het stukje gummi breken.

Deze mechanische voorstelling geeft een vrij juist beeld van hetgeen werkelijk geschiedt. Een bewijs hiervoor is het feit, dat alle stoffen die zo'n langgestrekt molecule hebben, ook uitgesproken elastische eigenschappen vertonen. Een voorbeeld hiervan zijn de nieuwe stoffen, die uit onverzadigde koolwaterstoffen als vinylverbindingen en acrylzuur gemaakt worden en die ook buitengewoon elastisch zijn. Ook de cellulose is op een dergelijke manier opgebouwd.

Het grootste gedeelte van de ons bekende caoutchouc-artikelen wordt nu op de volgende wijze gefabriceerd: eerst wordt de ruwe caoutchouc in een masticator zo lang gekneed en verwarmd tot de massa aanmerkelijk minder elastisch en meer plastisch geworden is. Hierbij moet men zich voorstellen dat een deel van de lange draadachtige moleculen, dus kleinste deeltjes, stuk gemaakt wordt. De elasticiteit is dus minder goed geworden De caoutchouc kan nu aanmerkelijk gemakkelijker verwerkt worden, is bijvoorbeeld ook veel beter oplosbaar in oplosmiddelen als benzine, benzol en zwavelkoolstof. Ook zijn de oplossingen bij dezelfde concentratie veel minder dikvloeibaar.

Deze plastisch gemaakte caoutchouc kan nu betrekkelijk gemakkelijk met andere stoffen, de vulstoffen, zwavel en versnellers gemengd worden, hetgeen op zware walswerken uitgevoerd wordt. Dit mengsel wordt in de juiste vorm gebracht en door verwarmen gevulcaniseerd. Bij dit vulcaniseren wordt een deel van de toegevoegde zwavel chemisch gebonden, het vergroot waarschijnlijk de deeltjes, doordat de zwavel verschillende kleinere moleculen weer aan elkander verbindt. De caoutchouc krijgt dus zijn oorspronkelijke elastische eigenschappen terug, wordt hierbij nog aanmerkelijk sterker, en zoals in het begin van dit hoofdstuk reeds opgemerkt werd, betrekkelijk ongevoelig voor koude en warmte. Dit is nu de toestand, zooals we de caoutchouc in de vorm van een groot aantal voorwerpen kennen.

Hiernaast wordt een deel van de plastisch gekneede caoutchouc ook in oplosmiddelen opgelost en dient dan gedeeltelijk als kleefmiddel en verder voor het waterdicht maken van weefsels.

Na jarenlange onderzoekingen vond men dat bepaalde ontledingsproducten van de bijmengselen uit de oorspronkelijke latex de oorzaak waren van het met zeer verschillende snelheid vulcaniseren van rubbersoorten. Zo vond men bijvoorbeeld bepaalde stikstofverbindingen en wel basische aminen als de oorzaak van het snelle vulcaniseren. Hierna heeft men dan systematisch onderzocht, welke verbindingen hiervoor bijzonder goed geschikt zijn en het gevolg is, dat men hiervan een groot aantal gevonden heeft, zodat de nieuwe recepten voor rubbermengsels steeds een aantal zeer gecompliceerde verbindingen bevatten, die echter slechts in uiterst kleine hoeveelheden toegevoegd worden.

Ook anorganische stoffen versnellen het vulcaniseren, vooral loodoxyde (loodglit) en ook in mindere mate het zinkoxyde. Terwijl loodoxyde in hoeveelheden van ongeveer 20% de duur van de vulcanisatie op de helft terugbrengt, is ditzelfde met slechts tiende procenten van de organische versnellers mogelijk. Als organische vulcanisatieversnellers gebruikt men tegenwoordig de volgende stoffen:

• Ammoniakverbindingen van aldehyden, bijvoorbeeld hexamethyleentetramine en furfuramide.
• Aliphatische aminen en piperidine en additieproducten hiervan, bijvoorbeeld pentamethyleen-dithiocarbaminezuur-piperidine en dimethyldithiocarbaminezuur dimethylamine.
• Aromatische aminen en verbindingen hiervan met aldehyden, bijvoorbeeld: dimethyl-p-fenyleendiamine, formaldehyde-fenylimide.
• Guanidinen, bijvoorbeeld triphenylguanidine.
• Nitrosoverbindingen, bijvoorbeeld p-nitroso-dimethylaniline en p-nitrosophenol.
• Thiuraamdisulfiden, bijvoorbeeld dipentamethyleen-thiuraamdisulflde.
• Verder xanthogenaten, zouten van dithionzuren, anthrachinon en benzochinon.

Met enkele van deze stoffen is het mogelijk de temperatuur waarbij de vulcanisatie verloopt, aanmerkelijk te verlagen, ja zelfs tot gewone kamertemperatuur. Hiervan maakt men bijvoorbeeld gebruik voor het vervaardigen van caoutchouc-kitten, die bij gewone temperatuur vulcaniseren en dus geheel onoplosbaar worden. Hiertoe maakt men twee oplossingen van caoutchouc in benzine, bij de ene helft voegt men de versneller en bij de andere helft de zwavel. Na het mengen van de beide oplossingen moet de kit onmiddellijk verwerkt worden, omdat het vulcaniseren direct begint.

Slechts in enkele gevallen wordt de onvermengde caoutchouc voor het vervaardigen van voorwerpen gebruikt; bijna altijd wordt de caoutchouc met anorganische fijn gemalen stoffen, dus vulstoffen gemengd. Nu is de invloed van deze vulstoffen dikwijls zeer groot, men onderscheidt de actieve en de inactieve vulstoffen. Van de actieve zijn roetzwart en zinkoxyde het meest bekend en worden het meest toegepast. Vooral de invloed van goede soorten roetzwart, het Amerikaansche Carbon Black, is zo groot dat het bijvoorbeeld alleen hiermee mogelijk is autobanden te vervaardigen, die bij de tegenwoordige snelheden niet uit elkander vliegen. Verder hebben ook de inactieve vulstoffen hun bepaalde eigenschappen en ze maken het weer mogelijk de mengsels zodanig op te bouwen, dat ze voor het verwerken met gespecialiseerde machines geschikt zijn. Men denke slechts aan het spuiten van gasslang.

Caoutchouc kan met pigmenten, die door het vulcaniseren niet verkleuren, ook door en door gekleurd worden.

Verder mengt men caoutchouc nog met factis, gevulcaniseerde raapolie, met opgewerkte oude caoutchouc en met nog enkele speciale preparaten, die het verwerken vergemakkelijken als bitumen, stearinezuur, vaseline, enz. en met stoffen, die het gereed zijnde voorwerp op de lange duur elastisch doen blijven.

Ook een ander oud handwerk berust op plasticiteit, namelijk het maken van aardewerk. De klei met water aangeroerd, is een typisch voorbeeld van een plastisch materiaal. Door het bakken wordt de gegeven vorm dan behouden.

In de moderne techniek verstaan we onder plastische stoffen of plastische massa's in de meeste gevallen mengsels van enige materialen, die onder druk bij een bepaalde temperatuur tot een samenhangend materiaal samengeperst kunnen worden. In het algemeen bevat zo'n mengsel een bindmiddel, vulstof en kleurstof of pigment. Als bindmiddel kan men een aantal ver uiteenlopende stoffen gebruiken. Een van de oudste plastische stoffen bevatte Chinese houtolie als bindmiddel. Na het persen moesten de voorwerpen door verhitten nagehard worden. Later werkte men met asfalt en pek, de voorwerpen waren echter in de koude broos en werden in de warmte zacht.

De uitvinding van fenol-formaldehyde-harsen, die in de hitte hard, onoplosbaar en onsmeltbaar worden, bracht een omwenteling teweeg in de industrie van de plastische stoffen. Terwijl men tevoren op stoffen aangewezen was, die de natuur ons leverde, zoals schellak, eiwitten, bloed, silicaten, enz., was het met deze nieuwe kunstharsen mogelijk een materiaal met nauwkeurig bepaalde eigenschappen te maken. Men behoefde slechts een mengsel van zo'n kunsthars dat nog niet geheel hard geworden was, met vulstof en kleuren te mengen en men kon het poeder in een hete vorm onder voldoenden druk tot een massief stevig en glanzend voorwerp persen.

Terwijl men deze fenolharsen steeds verder ontwikkelde en verbeterde, lukte het op basis van geheel andere verbindingen persmassa's te maken, die nog gemakkelijker verwerkt kunnen worden.

Zo kan men uit polystyrol perspoeders maken, die door eenvoudig in een vorm te spuiten tot voorwerpen verwerkt kunnen worden.

Alleen uit acetyleen kan men een zeer groot aantal verschillende verbindingen maken, die alle als grondstof voor verschillende plastische massa's die tot kunststoffen verwerkt worden, gebruikt kunnen worden. Als uitgangsproduct heeft men alleen steenkool en kalk nodig, die op de bekende wijze in een electrische oven tot calciumcarbide omgezet worden. Door inwerking van water op dit carbide verkrijgen we dan acetyleen, dat onder invloed van bepaalde versnellers gemakkelijk weer water op kan nemen en hierbij acetaldehyde levert. Dit acetaldehyde kan alleen tot een kunstmatige schellak gepolymeriseerd worden. Onder polymeriseren verstaan we hier het samentreden van een groot aantal gelijksoortige moleculen tot één groot molecule. De eigenschappen worden hierdoor geheel anders en in het algemeen ontstaat hierbij uit een gasvormige of dun vloeibare stof, een dikvloeibare of een geheel vaste stof.

Met behulp van organische zuren kan men uit acetyleen esters van vinylalcohol maken, die ook gemakkelijk polymeriseren en dan uitstekende kunstharsen als Vinnapas en Mowilith leveren.

Met andere zuren, alcoholen en mercaptanen maakt men weer andere overeenkomstige verbindingen, die weer als bindmiddel in bepaalde plastische stoffen gebruikt kunnen worden.

Uit acetyleen verkrijgt men langs een omweg ook zuren, bijvoorbeeld het maleïnezuur, dat als grondstof voor alkydharsen en andere dient, verder acrylzuur en esters hiervan, die ook weer uitstekende bind- en kleefmiddelen vormen.

Tenslotte maakt men uit acetyleen nog stoffen als cupreen, butadieen, vinylmethylketon, chloorbutadieen en divinylacetyleen.

Het is overbodig hier alle voorwerpen op te sommen, die nu reeds met behulp van plastische massa's gemaakt worden en die in deze vorm reeds geheel onmisbaar zijn. Men behoeft alleen maar aan de talloze onderdelen in de electrische techniek te denken. Deze ontwikkeling bevindt zich pas in het begin en het is onmogelijk nu reeds te overzien in welke richting zich deze ontwikkeling zal bewegen. Zeker is het feit, dat men hiermee terdege rekening moet houden. De chemische industrie werkt steeds door en de invloed op ons dagelijks leven wordt steeds groter. Deze ontwikkeling is absoluut noodzakelijk, wanneer we ons levenspeil willen handhaven en vooral nog willen verhogen.

Was
Was, waaronder we zonder nadere aanduiding echte bijenwas verstaan, behoort tot de natuurstoffen die reeds in de grijze oudheid door de mens gebruikt werd. Tot in het Christelijke tijdperk echter was het gebruik van was tot enkele doeleinden beperkt en dan nog in zeer kleine hoeveelheden. Bekend is het gebruik als wastafel yoor schrijfmateriaal, verder als bestanddeel van geneeskrachtige zalf, in het huishouden en vooral ook in de kunst als bindmiddel voor verf en plastische stoffen.

Toen echter de Christelijke kerk het gebruik van waskaarsen ter verhoging van de plechtigheid der godsdienstoefeningen voorschreef, steeg de behoefte aan was aanmerkelijk. Terwijl men in de middeleeuwen aan het hof der koningen nog met het licht van enige kienspanen tevreden was, straalde de kerk bij hoge plechtigheden in het licht van honderden kaarsen. De bijenwas werd hierdoor iets dat onmiddellijk met de kerk in verbinding gebracht werd en dus voor profane doeleinden niet gebruikt mocht worden.

Het gevolg was dat was moeilijk te verkrijgen was. Boetes moesten bijvoorbeeld in de vorm van was betaald worden. Ook hieven de kloosters van hun boerderijen een gedeelte van de huur in was. Tot de reformatie werd was buiten de kerk alleen ten huize van de hoge geestelijkheid gebruikt.

Later kwamen waskaarsen ook bij de wereldlijke vorsten en bij de rijke patriciërs in gebruik en nu werd langzamerhand in de huizen de was door andere brandbare stoffen, vooral vetten vervangen. Behalve als kaarsenmateriaal diende was in de middeleeuwen ook in andere vormen als offergave voor de kerk. Hierdoor ontstond een bloeiend handwerk, het modelleeren en het beschilderen van was. Dit handwerk kon echter tot ongeveer aan de tijd van de Franse revolutie nagenoeg alleen in directe verbinding met de kloosters en de kerk uitgeoefend worden, alleen door personen die hiertoe speciaal uitgezocht werden.