STEVE RITTER
Sommige van de grootste schatten in het leven zijn eenvoudig. Neem bijvoorbeeld gummetjes. Deze kleine stukjes gegoten rubber zijn ondergewaardeerde maar handige hulpmiddelen als het gaat om een snelle oplossing van iets dat met potlood of zelfs met pen is geschreven.
Ik had nog nooit nagedacht over de chemie achter gummen, tot ik een paar jaar geleden met mijn gezin op de reusachtige schrijfmachinegumsculptuur van Claes Oldenburg en Coosje van Bruggen stuitte. De 14 meter hoge gumschijf met aangehechte borstel, die op een stukje gazon in de Beeldentuin van de National Gallery of Art in Washington D.C. staat, is meer dan een herinnering aan de vervlogen tijd van de typemachines.
Voor Oldenburg was het een herinnering aan de eenvoud van de jeugd die opgroeide rond het bureau van zijn vader. Voor mij lag er iets verborgen in het reuzenrad. Hoewel de sculptuur is gemaakt van roestvrij staal en glasvezel, riep het symbolische rubberen wiel de vraag op: “Wat is een gum?”
Hoewel er vilten krijtbord- en whiteboardgummetjes bestaan, is de essentie van een gum een gewoon stuk rubber – “grafietgummetjes”, zoals mensen uit de industrie ze graag noemen. Toch zijn er vele soorten gummen, zoals platte rechthoekjes die je in de hand kunt houden, cilindrische dopjes die aan een potlood worden bevestigd, of dopjes die over het uiteinde van een potlood passen. Er zijn ook allerlei soorten kleurige gummetjes in verschillende geometrische vormen met vakantie-, dieren-, sport- en andere motieven.
Het verhaal over de chemie achter gummetjes is eigenlijk een historisch verhaal over rubber. Het begint met de ontwikkeling van het potlood. Grafiet werd al in de jaren 1560 als schrijfgerei gebruikt en kort daarna werden de eerste potloden gemaakt (C&EN, 15 okt. 2001, blz. 35). In het begin werden ongewenste potloodstrepen weggeveegd met een bolletje vochtig brood en waarschijnlijk andere, vergelijkbare materialen.
In 1752 werd in de proceedings van de Franse Academie van Wetenschappen opgemerkt dat caoutchouc (gecondenseerde latex), verkregen uit de rubberboom Hevea brasiliensis, kon worden gebruikt om potloodstrepen uit te wissen. De eerste wetenschappelijke beschrijving van caoutchouc kwam van een Franse geografische expeditie naar Zuid-Amerika in 1735. De naam rubber werd in 1770 aan caoutchouc gegeven, en wordt toegeschreven aan niemand minder dan de Brits-Amerikaanse chemicus Joseph Priestley. Hij merkte op dat caoutchouc nuttig was om potloodstrepen “uit te wrijven”; vandaar dat de naam rubber werd geboren. In de meeste delen van de wereld worden gummen nog steeds rubbers genoemd.
Er was een nadeel aan de vroege gummen – en aan alle materialen die van rubber zijn gemaakt – want het rubber werd zacht bij warm weer, werd hard bij koud weer, en stonk als het begon af te breken. Charles Goodyear, handelaar in ijzerwaren en later chemisch ingenieur, ontwikkelde na enkele jaren werk het vulcanisatieproces om rubber in 1839 te harden. Tijdens vulkanisatie wordt zwavel aan rubber toegevoegd en het mengsel wordt onder druk verhit om zwavelkruisverbindingen te vormen tussen de polymeerketens van het rubber. De cross-links vergroten de sterkte, stabiliteit en elasticiteit van het rubber.
Na Goodyear’s ontdekking werd rubber op grote schaal gebruikt voor veel gangbare artikelen, waaronder gummetjes. Het eerste patent op een combinatie van een potlood en een gum werd in 1858 in de VS verleend. De meeste potloden die buiten de V.S. worden gemaakt, hebben nog steeds geen gum.
Natuurlijk rubber werd in de jaren 1880 chemisch geïdentificeerd als cis-polyisopreen, n. Het wordt in de rubberboom biosynthetisch vervaardigd uit 3-methyl-3-butenylpyrofosfaat, een belangrijke bouwsteen voor veel natuurlijke verbindingen. Ongeveer 30% van de melkwitte latex die wordt verkregen uit een insnijding van de rubberboom bestaat uit cis-polyisopreen. Het polymeer wordt teruggewonnen uit de vloeistof door mierenzuur te gebruiken om het polymeer te laten stollen tot wrongel, die vervolgens tot vellen wordt geperst.
Synthetische productie van rubber was aanvankelijk geen succes, omdat radicale polymerisatie van isopreen leidt tot willekeurige cis- en trans-rangschikkingen, wat een kleverig en onbruikbaar product oplevert. Met de ontwikkeling van Ziegler-Natta katalysatoren in de jaren 1950, echter, kon 100% cis-polyisopreen worden vervaardigd. Trans-polyisopreen, ook bekend als gutta-percha, is een harder materiaal.
Er zijn verschillende synthetische rubberverbindingen gebruikt om gummetjes te maken. Hiertoe behoren isopreen-isobutyleen (butylrubber), styreen-butadieen, en ethyleen-propyleen copolymeren. Tegen de jaren 1960 begon synthetisch rubber natuurrubber in gommen te vervangen. Sinds het midden van de jaren negentig worden gommen bijna uitsluitend met synthetisch rubber gemaakt, hoofdzakelijk polyvinylchloride. De drijvende kracht achter de omschakeling was het helpen voorkomen van allergische reacties op latex, vooral bij schoolkinderen.
Gummen en andere rubberproducten worden bereid door het natuurlijke of synthetische rubber te mastieken, gevolgd door mengen bij lage temperatuur om de gewenste consistentie te verkrijgen. Tijdens het mengen kunnen verschillende additieven worden toegevoegd: een kleine hoeveelheid olie op petroleumbasis om het mengen te vergemakkelijken, zwavel en andere reagentia voor vulkanisatie (indien nodig), plastificeermiddelen om de hardheid te regelen, amine- of fenolantioxidanten en pigmenten. Voor gommen kan hoog-silica puimsteen of andere schuurmiddelen worden toegevoegd, vooral als natuurlijk rubber wordt gebruikt.
Na het mengen wordt het rubber gevormd door extrusie of door plaatsing in een mal. Op dit punt wordt het rubber onder druk en bij verhoogde temperatuur uitgehard. Daarna worden de gommen in de uiteindelijke vorm gesneden of uit de matrijs gehaald, klaar voor gebruik.
Voor potloodgommen worden cilindrische linten rubber in korte stukjes gesneden, pluggen genaamd. De pluggen worden in een roterende trechter geplaatst die de pluggen op een transportband legt die ze met een potlood verbindt. Een metalen band, een huls genaamd, wordt op het potlood gelijmd waar een uitsparing is gemaakt, terwijl een zuiger tegelijkertijd een gummiplug in de huls drukt. Als de lijm opdroogt, is alles zalig.