STEVE RITTER
Niektóre z największych skarbów życia są proste. Weźmy na przykład gumki do mazania. Te małe kawałki uformowanej gumy są niedocenianymi, ale poręcznymi narzędziami, gdy trzeba szybko poprawić coś napisanego ołówkiem lub nawet długopisem.
Nie zastanawiałem się nad chemią kryjącą się za gumkami do mazania, aż do czasu, gdy kilka lat temu moja rodzina i ja natknęliśmy się na gigantyczną rzeźbę Claesa Oldenburga i Coosje van Bruggena, przedstawiającą gumkę do mazania do maszyny do pisania. Wysoka na 14 stóp gumka do mazania z dołączoną szczotką, która stoi na trawniku w Ogrodzie Rzeźby Narodowej Galerii Sztuki w Waszyngtonie, jest czymś więcej niż tylko przypomnieniem minionych czasów maszyn do pisania. Dla Oldenburga było to przypomnienie prostoty młodości dorastania przy biurku biurowym jego ojca. Dla mnie w gigantycznym kole było coś ukrytego do odkrycia. Chociaż rzeźba wykonana jest ze stali nierdzewnej i włókna szklanego, symboliczne gumowe koło nasuwało pytanie: „Czym jest gumka?”
Ale istnieją gumki do tablic kredowych i białych tablic z filcowymi podkładkami, istotą gumki jest zwykły kawałek gumy – „grafitowe chwytaki”, jak lubią je nazywać niektórzy ludzie z branży. Nawet tak, istnieje wiele rodzajów tych gumek, w tym podręczne płaskie prostokąty, cylindryczne zatyczki dołączone do ołówka lub czapki, które pasują na koniec ołówka. Istnieją również wszelkiego rodzaju kolorowe gumki w różnych geometrycznych kształtach z motywami świątecznymi, zwierzęcymi, sportowymi i innymi.
Historia chemii stojącej za gumkami to tak naprawdę historyczna opowieść o gumce. Zaczyna się ona wraz z rozwojem ołówka. Grafit zaczął być używany jako przyrząd do pisania w latach 1560-tych, a pierwsze surowe ołówki powstały wkrótce potem (C&EN, 15 października 2001, strona 35). Na początku niechciane ślady ołówka ścierano kulką wilgotnego chleba i prawdopodobnie innymi podobnymi materiałami.
W 1752 roku w pracach Francuskiej Akademii Nauk odnotowano, że kauczuk (skondensowany lateks) otrzymywany z drzewa kauczukowego Hevea brasiliensis może być używany do wymazywania śladów ołówka. Pierwszy naukowy opis kauczuku pojawił się podczas francuskiej ekspedycji geograficznej do Ameryki Południowej w 1735 roku. Nazwa kauczuk została nadana w 1770 roku i przypisuje się ją nie kto innemu jak brytyjsko-amerykańskiemu chemikowi Josephowi Priestleyowi. Zauważył on, że kauczuk jest przydatny do „ścierania” śladów ołówka; stąd też narodziła się nazwa guma. W większości miejsc na świecie gumki do ścierania są nadal nazywane gumkami.
Wcześniejsze gumki do ścierania – i wszystkie materiały wykonane z gumy – miały pewną wadę, ponieważ guma miękła w ciepłe dni, stawała się twarda w zimne dni i była śmierdząca, gdy zaczynała się rozkładać. W 1839 r. Charles Goodyear, kupiec, który zmienił się w inżyniera chemii, po kilku latach pracy opracował proces wulkanizacji do utwardzania gumy. Podczas wulkanizacji do gumy dodaje się siarkę, a następnie mieszankę podgrzewa się pod ciśnieniem, aby utworzyć siarkowe wiązania krzyżowe między łańcuchami polimerowymi gumy. Wiązania te zwiększają wytrzymałość, stabilność i elastyczność gumy.
Po odkryciu Goodyeara guma zaczęła być szeroko stosowana do produkcji wielu popularnych przedmiotów, w tym gumek do mazania. Pierwszy patent na połączenie ołówka i gumki został przyznany w USA w 1858 r. Większość ołówków wyprodukowanych do użytku poza USA nadal nie ma dołączonych gumek.
Kauczuk naturalny został zidentyfikowany chemicznie w latach osiemdziesiątych XIX wieku jako cis-poliizopren, n. Jest on biosyntetyzowany w drzewie kauczukowym z pirofosforanu 3-metylo-3-butenylowego, ważnego budulca wielu związków naturalnych. Około 30% mlecznobiałego lateksu otrzymywanego ze ściętego drzewa kauczukowego stanowi cis-poliizopren. Polimer odzyskuje się z cieczy za pomocą kwasu mrówkowego, który koaguluje polimer w skrzepy, które są następnie prasowane w arkusze.
Syntetyczna produkcja kauczuku początkowo nie była udana, ponieważ radykalna polimeryzacja izoprenu prowadzi do przypadkowych układów cis i trans, dając lepki i bezużyteczny produkt. Jednak wraz z opracowaniem katalizatorów Zieglera-Natty w latach 50-tych XX wieku, możliwe stało się wytworzenie 100% cis-poliizoprenu. Trans-poliizopren, znany również jako gutaperka, jest twardszym materiałem.
Kilka syntetycznych związków kauczuku zostało wykorzystanych do produkcji gumek do mazania. Należą do nich izopren-izobutylen (kauczuk butylowy), styren-butadien i kopolimery etylen-propylen. W latach 60. XX wieku kauczuk syntetyczny zaczął zastępować kauczuk naturalny w produkcji gumek do ścierania. Od połowy lat 90. gumki do mazania są produkowane prawie wyłącznie z gumy syntetycznej, głównie z polichlorku winylu. Siłą napędową do wprowadzenia tej zmiany była chęć zapobiegania reakcjom alergicznym na lateks, głównie u dzieci w wieku szkolnym.
Erasery i inne produkty gumowe przygotowuje się poprzez żucie gumy naturalnej lub syntetycznej, a następnie mieszanie w niskiej temperaturze w celu uzyskania pożądanej konsystencji. Podczas mieszania można wprowadzić różne dodatki: niewielką ilość oleju na bazie ropy naftowej w celu ułatwienia mieszania, siarkę i inne odczynniki do wulkanizacji (w razie potrzeby), plastyfikatory do kontroli twardości, przeciwutleniacze aminowe lub fenolowe oraz pigmenty. W przypadku gumek do ścierania można dodać pumeks krzemionkowy lub inne materiały ścierne, zwłaszcza jeżeli stosuje się kauczuk naturalny.
Po wymieszaniu kauczuk jest kształtowany przez wytłaczanie lub umieszczanie w formie. W tym momencie guma jest utwardzana pod ciśnieniem i w podwyższonej temperaturze. Następnie gumki są cięte do ostatecznego kształtu lub wyjmowane z formy, gotowe do użycia.
W przypadku gumek do ścierania ołówków, cylindryczne wstążki gumy są cięte na krótkie kawałki zwane zatyczkami. Wtyczki umieszczane są w obrotowym koszu, który ustawia je na taśmie przenośnika, który przenosi je do połączenia z ołówkiem. Pasek metalu zwany ferrule jest przyklejany do końca ołówka, gdzie wycięto wgłębienie, podczas gdy w tym samym czasie tłok wciska zatyczkę gumki do ferrule. Kiedy klej wyschnie, wszystko jest w porządku.