STEVE RITTER
Alcuni dei più grandi tesori della vita sono semplici. Prendete le gomme, per esempio. Questi piccoli pezzi di gomma stampata sono strumenti sottovalutati ma utili quando si tratta di sistemare rapidamente qualcosa scritto a matita o a penna.
Non avevo mai pensato alla chimica che sta dietro le gomme fino ad un paio di anni fa, quando io e la mia famiglia ci siamo imbattuti nella scultura della gomma gigante per macchine da scrivere di Claes Oldenburg e Coosje van Bruggen. La ruota della gomma alta 14 piedi con pennello annesso, che si trova su un pezzo di prato nel giardino delle sculture della National Gallery of Art a Washington, D.C., è più di un ricordo dei tempi passati delle macchine da scrivere. Per me, c’era qualcosa di nascosto da esplorare nella ruota gigante. Anche se la scultura è fatta di acciaio inossidabile e fibra di vetro, la simbolica ruota di gomma mi ha fatto sorgere la domanda: “Cos’è una gomma?”
Anche se esistono gomme per lavagne e lavagne bianche con feltro, l’essenza di una gomma è un semplice pezzo di gomma – “grabber di grafite”, come li chiamano alcuni addetti ai lavori. Anche così, ci sono molti tipi di queste gomme, tra cui rettangoli piatti portatili, tappi cilindrici attaccati a una matita, o tappi che si adattano all’estremità di una matita. Ci sono anche tutti i tipi di gomme colorate in varie forme geometriche con motivi di vacanze, animali, sport e altro.
LA STORIA della chimica dietro le gomme è davvero un racconto storico sulla gomma. Inizia con lo sviluppo della matita. La grafite cominciò ad essere usata come strumento di scrittura negli anni 1560, e le prime matite grezze furono create poco dopo (C&EN, 15 ottobre 2001, pagina 35). All’inizio, i segni indesiderati della matita venivano cancellati con una palla di pane umido e probabilmente altri materiali simili.
Nel 1752, gli atti dell’Accademia Francese delle Scienze notarono che il caucciù (lattice condensato) ottenuto dall’albero della gomma Hevea brasiliensis poteva essere usato per cancellare i segni della matita. La prima descrizione scientifica del caucciù era arrivata durante una spedizione geografica francese in Sud America nel 1735. Il nome di gomma fu dato al caucciù nel 1770, ed è attribuito nientemeno che al chimico britannico-americano Joseph Priestley. Egli notò che il caucciù era utile per “strofinare” i segni della matita; da qui nacque il nome gomma. Nella maggior parte del mondo, le gomme sono ancora chiamate gomme.
C’era uno svantaggio per le prime gomme – e per tutti i materiali fatti di gomma – poiché la gomma si ammorbidiva con il caldo, diventava dura con il freddo ed era puzzolente quando iniziava a degradarsi. Entra il mercante di ferramenta diventato ingegnere chimico Charles Goodyear, che, dopo diversi anni di lavoro, ha sviluppato il processo di vulcanizzazione per curare la gomma nel 1839. Durante la vulcanizzazione, lo zolfo viene aggiunto alla gomma e la miscela viene riscaldata sotto pressione per formare legami incrociati di zolfo tra le catene polimeriche della gomma. I legami incrociati aumentano la forza, la stabilità e l’elasticità della gomma.
Dopo la scoperta di Goodyear, la gomma divenne ampiamente utilizzata per molti oggetti comuni, comprese le gomme da cancellare. Il primo brevetto su una matita e una gomma combinate fu concesso negli Stati Uniti nel 1858. La maggior parte delle matite prodotte per l’uso al di fuori degli Stati Uniti ancora non hanno gomme attaccate.
La gomma naturale è stata identificata chimicamente nel 1880 come cis-poliisoprene, n. È biosintetizzato nell’albero della gomma dal 3-metil-3-butenil pirofosfato, un importante blocco di costruzione per molti composti naturali. Circa il 30% del lattice bianco lattiginoso ottenuto da un taglio dell’albero della gomma è cis-poliisoprene. Il polimero viene recuperato dal liquido usando l’acido formico per coagulare il polimero in cagliata, che viene poi pressata in fogli.
La produzione sintetica di gomma non ha avuto inizialmente successo, poiché la polimerizzazione radicale dell’isoprene porta a disposizioni cis e trans casuali, dando un prodotto appiccicoso e inutile. Con lo sviluppo dei catalizzatori Ziegler-Natta negli anni ’50, tuttavia, è stato possibile produrre il 100% di cis-poliisoprene. Il trans-poliisoprene, noto anche come guttaperca, è un materiale più duro.
Diversi composti di gomma sintetica sono stati usati per fare gomme. Questi includono isoprene-isobutilene (gomma butilica), stirene-butadiene e copolimeri etilene-propilene. La gomma sintetica ha cominciato a sostituire la gomma naturale nelle gomme dagli anni ’60. Dalla metà degli anni ’90, le gomme sono state fatte quasi esclusivamente con gomma sintetica, soprattutto cloruro di polivinile. La forza trainante per completare il cambiamento è stata quella di aiutare a prevenire le reazioni allergiche al lattice, soprattutto nei bambini in età scolare.
Le gomme e altri prodotti di gomma vengono preparati masticando la gomma naturale o sintetica, seguita da una miscelazione a basso calore per ottenere la consistenza desiderata. Durante la miscelazione, una varietà di additivi può essere introdotta: una piccola quantità di olio a base di petrolio per aiutare la miscelazione, zolfo e altri reagenti per la vulcanizzazione (se necessario), plastificanti per controllare la consistenza, antiossidanti amminici o fenolici e pigmenti. Per le gomme, possono essere aggiunti pomice ad alta silice o altri abrasivi, specialmente se si usa la gomma naturale.
Dopo la miscelazione, la gomma viene modellata per estrusione o per posizionamento in uno stampo. A questo punto, la gomma viene polimerizzata sotto pressione ed elevata temperatura. In seguito, le gomme vengono tagliate nella forma finale o rimosse dallo stampo, pronte per essere usate.
Per le gomme a matita, i nastri cilindrici di gomma vengono tagliati in pezzi corti chiamati tasselli. Le spine sono messe in una tramoggia rotante che le allinea su un nastro trasportatore che le porta a sposarsi con una matita. Una striscia di metallo chiamata ghiera viene incollata sull’estremità della matita dove è stato tagliato un incavo, mentre allo stesso tempo uno stantuffo preme un tappo di gomma nella ghiera. Quando la colla si asciuga, tutto è perfetto.