KÖKÉL

Schelb Tamás
kémiatanár
Kiss János Általános és Középiskola
Budapest
A gumi története

A gumi felhasználásával készült termékek az életünk szinte minden területén megtalálhatók. A tulajdonságok sokrétűsége sokunkat elgondolkoztat: vajon milyen anyagokból készülhet a gumi?
A kaucsuknak, mint a gumi alapanyagának megismerése a maya kultúra kialakulása előtti időkre vezethető vissza. Kr.e. 1500-500 között egy ősi nép élt a mexikói öböl déli partvidékén, a dzsungelben. Ezt a népet a környező népek olméknak, kaucsukembereknek vagy más fordításban a „gumi föld” lakóinak nevezték. Ugyanis az olmékok fedezték fel, hogy az őserdőben található fák gyantás nedvét rugalmas golyókká lehet gyúrni.
Hihetetlennek tűnik, de a később az egész világon elterjedt különböző labdajátékok Brazília őserdeiből származnak. Lehet, hogy a brazilok már a Krisztus előtti időkben tudtak focizni?
Az azték birodalom uralkodójának, Tochtepecnek évi adója díszes köpönyegek, harci öltözetek, arany hajpántok és kakaó mellett 16000 gumilabdából állt. Ugyanis az egyik legrégibb és legkedveltebb játékuk az ULAMA nevű labdajáték volt. A játékosok a tömör gumilabdát csípőjükkel lökték tovább, kéz, láb használata tilos volt. A labdát egy gyűrű közepén található nyíláson kellett átlökni.
Kolumbusz matrózai „India rubber”-nek nevezték az új anyagot abban a hiszemben, hogy Indiát fedezték fel. Munoz, spanyol történész leírása megemlíti, hogy Kolumbusz gazdag rakományában masztixgyanta is található, ami a mai rágógumi ősének tekinthető.
1516-ban megjelent egy mű, amelynek De Orbe Novo (Az új város) volt a címe. Ebben írták le elsőként a kaucsukfát. Ez a fa a Hevea volt. A belőle nyert anyagot (nyers latex) a bennszülöttek ruhák, takarók, csónakok vízhatlanítására, szigetelésére használták. Ismert, hogy Cortez majd Pizarró katonái vízhatlan gumicipőt hordtak, amit az indiánoktól szereztek be.
Cortez (1485-1547) először néhány száz katonájával 1519-ben szállt partra Mexikóban. Hét évig tartó háború során meghódította az Azték Birodalmat. 1535-ben Mexikót Új-Spanyolország néven a spanyol korona gyarmatává tette. V. Károly a meghódított területek kormányzójává nevezte ki.
Pizarro (1478-1541) spanyol konkvisztádor. Az Inka Birodalmat (Peru) meghódító spanyolok vezére (1531-33), és a leigázott területek helytartója volt.
A kaucsuktermő fák igazán ismertté 1735-ben egy expedíció munkássága révén váltak. Az értékes anyagot a fa nedvéből nyerték, amelynek a neve inka nyelven „CAHUCHU” volt, ami magyarul „nedvező fát” - „fakönnyet” jelent. Innen ered a kaucsuk elnevezés. Az expedíció egyik tagja, Charles Marie Condamine küldte el Európába az első kaucsuk mintadarabot.
1770-ben az angol Priestley felfedezte, hogy ezzel az új anyaggal, a kaucsukkal radírozni lehet. Ezért az angol nyelvben a dörzsölő (rubber) nevet kapta.
A kaucsuk azonban nehezen kezelhető anyag volt. Megmunkálására különböző kísérletek kezdődtek. Charles Macintosh rájött, hogy a kaucsuk jó oldószere a kőszénkátrány egyik komponense, a benzol. Ezzel a kaucsuk széles körű felhasználására nyílt lehetőség. Az oldattal kezelt textíliák felülete az oldószer elpárologtatása után vékony kaucsukréteggel vonódott be, s két kaucsukkal kezelt szövet összenyomásával elérték, hogy közöttük vízhatlan réteg alakult ki, amely egymáshoz ragasztotta az anyagokat. 1823-ban szabadalmat nyújtott be a vízhatlan esőkabátról, amely róla kapta a nevét.
Az új anyag felismerése és ipari alkalmazása megindította a vállalkozók, munkások nagy seregét Amazoniába. A nagy folyók mentén kaucsukgyűjtők telepei alakultak ki, sőt később városok is születtek. 1830-ra a világ kaucsuk felhasználása az Amazonas mentén termelt kaucsukból elérte az évi 150 tonnát.
A kaucsukláz felbolygatta a dzsungel életét. Amazonia elképesztő fejlődésnek indult. A városok közül kiemelkedik Manaus, melynek lakói a „a rugalmas aranyból” pompás palotákat emeltek. A dzsungel mélyén kövezett utcák voltak és még villamos is közlekedett. Operaház is épült, melynek anyagát hajóval hozták Európából. Manaus gazdagjait „kaucsukbáróknak” nevezték el.
A termelő munkás, a seringueiro-munkás nem élt ilyen fényűzően. Egy korabeli leírásból róluk, valamint a kaucsuk termeléséről is megtudhatunk részleteket:
„A seringueiro - munkás bemetszi a kaucsuk-fa kérgét, a fa nedve – a latex – apró edényekbe csorog. Mielőtt megalvadna, össze kell gyűjteni. Következik a tejnedv kicsapatása: a nedvbe botot mártanak, ezt pálmafából rakott tűz fölött forgatják, amíg 30-40 kg-os kaucsuktömb nem képződik a boton. A terméket az aviador veszi meg, Manausba szállítja, a gyűjtőmunkásnak pedig hitelbe adja az újabb erdei gyűjtő idényhez a szükséges dolgokat. A seringueiro eladósodik, és nyomorúságos helyzetéből nem tud kilábalni.”
Manaust, az Atlanti óceántól 2000 km-re fekvő várost az Amazonason felúszva közepes űrtartalmú hajók is meg tudták közelíteni, így egyszerűen lehetett a kaucsukot Európába, illetve Amerikába juttatni.
A kaucsuk tulajdonságai kémiai szerkezetének tisztázása nélkül rejtélyesnek tűntek. Összetételéről Faraday 1826-ban még csak annyit tudott, hogy szénből és hidrogénből áll, és csak 1832-ben határozta meg Lüdersdorf a szén és hidrogén pontos arányát, amely 5:8-nak adódott. A kaucsuk elemi építőkövét, a C5H8 összetételű izoprént Williams állította elő a kaucsuk száraz desztillációjával.
1841-ben Charles Goodyearnek sikerült végre olyan módszert kidolgoznia, amellyel kaucsukból – a korábbi hiányosságokat kiküszöbölve – valódi gumit lehetett előállítani.
Goodyear vasáru-nagykereskedő volt Philadelphiában. A gumigyártás problémája azonban az ő érdeklődését is felkeltette, így ennek tökéletesítésére 1839-ben kísérletezésbe kezdett. A kaucsukhoz különféle anyagokat adott, majd a keveréket melegítette. Egyszer – amikor a kaucsukhoz ként és ólomfehér festéket adagolt – a keveréket véletlenül túlhevítette. Legnagyobb meglepetésére egy rendkívül rugalmas, hőre már kevésbé érzékeny anyag keletkezett. Goodyeart e siker a kénnel folytatott további kísérletekre ösztönözte, melyek végül a vulkanizálásnak nevezett eljárás felfedezéséhez vezettek. A gumi keményebb, de sokkal rugalmasabb lett, mint a korábbi vulkanizálatlan termék, és rugalmassága maradandónak bizonyult, télen sem vált törékennyé. Kiderült, hogy a gumi sajátságait a kén mennyiségével változtatni lehet. Goodyear 1840-ben a kénmennyiség növelésével feltalálta a keménygumit, az ebonitot is. 1842-ben már különféle gumimintákat küldött Angliába Macintoshnak, aki javasolta, hogy szabadalmaztassa módszerét Angliában is, amivel jelentősen megkönnyítené annak ottani alkalmazását.
E minták alapján Thomas Hancock amerikai vállalkozó és feltaláló is nekilátott a vulkanizálás módszerének javításához és az erre alkalmas gépek kidolgozásához. 1843-ban eljárását már szabadalmaztatta is, megelőzve ezzel Goodyeart, akinek angliai szabadalma csak néhány hónappal később lépett életbe.
A vulkanizálással a kaucsukból jó minőségű gumit gyártottak, amely az eredeti anyagtól szerkezetében csak abban különbözött, hogy az izoprénláncok kettős kötései felszakadtak, és a kén az egymás melletti láncokat összekapcsolta. Az így előállított guminak viszont – a szerkezet állandóbbá válása következtében – növekedett a rugalmassága, valamint a kémiai ellenállása is. Ezeket a tulajdonságokat különböző adalékanyagokkal később tovább fokozták, ami a gumi mechanikai sajátságainak (pl. kopásállóság) javulásához is vezetett.
A 19. század második felében szükségessé vált a fejlődő gumiipar nyersanyag ellátásának végleges és bőséges megoldása, a brazil hegemónia megtörése, ugyanis ekkor még Brazília – mint a nyersanyag kizárólagos tulajdonosa – teljes mértékben kezében tartotta a kaucsukpiacot. Erre két módszer látszott alkalmasnak: kaucsukfa ültetvények létesítése Brazílián kívül, más országokban, illetve a vulkanizált gumihulladék újrahasznosítása, a hulladék anyagok feldolgozása.
Ez utóbbit a gumiipar fejlődése és bizonyos gazdasági tényezők is szükségessé tették. 1881-ben Mitchell rájött arra, hogy ha a gumit savval kezeli, ezzel regenerálja, így lehetővé válik a már vulkanizált gumi-hulladék újrahasznosítása.
1876-ban Henry Wickham Brazíliából élete kockáztatásával 70 000 Hevea magot csempészett ki. A maggal történő kísérleteket a London melletti Kew Gartens növénykert üvegházaiban végezték el. 2800 magot sikerült kikeltetni és a fiatal palántákat azonnal Malájföldre és Ceylonra szállították. 2000 cserje született. Az első csapolásra 1882-ben került sor és a termelés 1907-re elérte az ezer tonnát. Az ültetvények területe rohamosan nőni kezdett. Ez alapozta meg a később hatalmassá fejlődött délkelet-ázsiai gumitermelést, amely azóta jelentős szerepet játszik a világ kaucsuk ellátásában.
Ez az olcsóbb, maláj-félszigeti nyersgumi vetett véget 1900 táján „Manaos aranykorának”. Így vége lett annak a kornak, melyet még az őserdők sok ezer indiánjának kiirtása is beárnyékolt.
Az ültetvény kaucsuk mellett ma már csak jelentéktelen mennyiségű úgynevezett „vad-kaucsuk” kerül forgalomba. Nem számottevő a heveakaucsukhoz hasonló tulajdonságú guttapercha és balata termelése sem, melyek szintén bizonyos trópusi fák latexéből nyerhetők. Ezek a nagymolekulájú anyagok azonban csak kémiai összetételük tekintetében azonosak a természetes kaucsukkal. Finomszerkezeti vizsgálatok szerint a poliizoprén másfajta szerkezeti változatának tekinthetők, és ezért tulajdonságaik is eltérőek. A guttapercha délkelet-Ázsia trópusi őserdeiben élő fák terméke, míg a balata dél-Amerikában található. Nagy mennyiségű gyanta, egyéb szennyeződés és a nedvességtartalom miatt nincs nagy gyakorlati jelentőségük.
A gumi még szélesebb körű felhasználását célzó kísérletek közben tovább folytak. 1888-ban Dunlop szabadalmat kapott egy olyan kezdetleges abroncsra, amelyet fia kerékpárjára gumitömlőből barkácsolt. Ez a kerékpárra szerelt gumiabroncs lett az őse a mai pneumatikus gumiabroncsoknak.
Az 1900-as évek elejétől a gumiipari kísérletek tudományos síkon folytatódtak. 1906-ban felfedezték a szerves gyorsítókat, melyek forradalmasították a vulkanizálás folyamatát. 1908-ban szabadalmaztatták az anilint, mint gyorsítót. Ez az anyag ugyanakkor a gumi öregedését is csökkentette.
1914-ben felismerik a gázkorom, angol nevén „carbon black” erősítő hatását. A korom megfelelő adagolása javítja a gumi műszaki tulajdonságait, elsősorban kopásállóságát és szakító, illetve továbbszakító szilárdságát. A korom, mint színezék is fontos szerepet tölt be.
Már a természetes kaucsuk képletének felismerése óta folyamatosan kísérleteztek műkaucsuk előállításával. Ehhez az alapokat még a 19. században lefektették, de a sikeres megvalósítás csak a 20. században következett be. Németországban az első világháború alatt Hofmann kísérletei alapján izoprén polimerizációjával állítottak elő műgumit, amelynek a tulajdonságai meg sem közelítették a természetes kaucsukból készült gumiét.
1915-ben a német BASF gyár vegyészei kidolgozták a butadién polimerizációjának a technológiáját, de a gyártásra csak egy évtizeddel később került sor.
Az amerikai Du Pont cég laboratóriumában új kiindulási vegyületet találtak, a kloroprént, ami a butadién klórozott származéka. Ennek a polimerizációjával 1932-től gyártják a neoprén nevű műkaucsukot.
A nyersanyagok területén lejátszódó fejlődést szükségszerűen követte a technológiai folyamatok átalakulása is. A gumiiparban régen sok, nehéz fizikai munkát kellett kézi erővel elvégezni. Ilyen volt például egyes gumigyártmányok felépítése (konfekcionálása) is. Ezt ma már automata, jól felszerelt felépítőgépek végzik.
Az abroncsgyártás a harmincas évektől a gumiipar legjelentősebb ágazata. A gumiabroncs szerves része az abroncsban található kordszövet, más néven kablé szövet. A kablék láncszálait kordfonalak alkotják.
Amennyiben ezek az abroncs kerületi középvonalára, azaz a koronavonalra átlósan (diagonálisan), egymáshoz viszonyítva bizonyos szögben (30-40o) helyezkednek el, akkor diagonális, ha pedig merőlegesen, akkor radiál abroncsról beszélünk. A hetvenes évekre tehető az acélkordnak, mint szerkezeti anyagnak az elterjedése. Érdekességként megemlítjük, hogy a diagonál abroncs kordszál elhelyezkedése sok esetben nagyon hasonlít a kaucsukfa-csapolók fába vágott hornyaira.
Az abroncsmintázat 1910 táján jelenik meg. A futó felületen ekkortól különböző mintázatot találunk. Célja a gépjármű és az út közötti jobb erőátvitel és a vízelvezetés. A mintázat befolyásolja a gumiabroncs viselkedését száraz, de főképp nedves, vizes, havas és jeges úton, emellett a gumiabroncsok által keltett zaj jelentős forrása is. A futó mintázata pozitív mintaelemekből és negatív mintaárkokból áll.
A gumiszerelés, különösen országúton, nehézkes volt. A rossz vagy hiányos műszaki feltételek, esetleg a gyakorlat hiánya nehézkessé tette a defektet szenvedett kerék kicserélését. Ezt könnyítette meg a keréktárcsa feltalálása (rajta keresztül kapcsolódik a kerék a gépjármű tengelyéhez), mely egy magyar ember nevéhez fűződik: Szisz Ferenc 1906-ban először alkalmazott keréktárcsával együttesen leszerelhető abroncsot.
A gépkocsik számának, típusának, sebességének és funkcióinak állandó változása elengedhetetlenné teszi napjainkban is a gumiabroncsgyártás folyamatos modernizálását, újfajta megoldások keresését.
Azt már láttuk, hogy a képlékeny, plasztikus viselkedésű kaucsukot vulkanizálással alakítják térhálós szerkezetű, rugalmas gumivá. A gumi öregedését különféle adalékanyagokkal késleltetik. A gumi tulajdonságait különböző töltőanyagokkal javítják. A képlékenységet lágyítók adagolásával változtatják. Alkalmazhatnak ezeken túlmenően égésgátló, illatosító, ragadásgátló anyagokat is. Ugye nem is gondoljuk, amikor kézbe veszünk egy gumiból készült tárgyat, hogy hány vegyész munkája hozta létre azt?
A magyar gumiipar története
A magyar gumiipar története a reformkorra és a kiegyezés utáni évekre vezethető vissza. Már az 1840-es években működött Pesten a mai Baross utcában a Kölle és Jung cég „ruganymézga” gyára, ahol tűzoltó tömlőket és hajtószíjakat gyártottak. A szabadságharc után a gyár megszűnt.
1882-ben egy gumikereskedő, Schottola Ernő alapított gyárat a későbbi Ruggyantaárugyár helyén. Kezdetben kisebb műszaki gumicikkeket állított elő, majd vasúti gumieszközök gyártására tért át, és az államvasutak szállítója lett. Üzeme erőteljes fejlődésnek indult. A Magyar Ipar és Kereskedelmi Bank, valamint az Österreichische – Amerikanische Gummifabrik AG. átvette az üzemet, és 1890-ben megalapították a Magyar Ruggyantaárugyár Részvénytársaságot (MRG). A gyár termékskálája szélesedett, gyártmányaival nagy elismerést aratott 1896-ban a millenniumi kiállításon, majd később, 1900-ban a párizsi világkiállításon is.
1938-ban a gumiiparban 2800 főt foglalkoztattak, ennek 80%-a a Ruggyantaárugyárban dolgozott. 1949-ben a magyar gumigyárakat államosították. A kisebb gyárak megszűntek, csak a három legnagyobb, a Ruggyantaárugyár, a Dorogi Műszaki Gumigyár és a Hungária Gumigyár működött tovább.1963-ban megalakult - az ipar centralizálásának megfelelően - az Országos Gumiipari Vállalat (OGV), mely 1964-ben gyárat alapított Szegeden is. Az OGV 1970-ben 11000 főt foglalkoztatott.1973-ban az OGV a Taurus Gumiipari Vállalat nevet vette fel.
1996-ban a Taurust megvette a Michelin. A Michelin a kelet-európai kereskedelmi és logisztikai központját is Magyarországra telepítette. Nyíregyházán egy új, nagy beruházásba kezdett: mezőgazdasági abroncsüzemet létesített.
A francia cég 2004. áprilisában bejelentette, hogy Nyíregyházán egy új, személygépkocsi-abroncsgyárat épít.
Valószínűleg ma senkinek sem jut eszébe, amikor írás közben hibát vét és előveszi a radírgumit, hogy ezt a tárgyat közel kétszáz évvel ezelőtt „ruganyos mozgó”-nak nevezték az iskolások.
Irodalom
Balázs Dénes: Az őserdők világa, Móra Ferenc Könyvkiadó. Budapest, 1990.
Gumiipari kézikönyv I. kötet, Főszerkesztő Dr. Bartha Zoltán, Taurus - OMIKK, Budapest, 1988.
Pécsi Vera – Pető Iván: A magyar gumiipar története, készült a Magyar Történelmi Társulat Üzemtörténeti Szakosztálya gondozásában
Gumiipari technológia I.: A gumiipar nyersanyagai, Ipari Szakmai Továbbképző Intézet, Taurus Gumiipari Vállalat, Budapest, 1984.
Gellér Józsefné: A gumi, Maróti – Godai Kiadó, 1996.
Tolnai Borbála: Az írás „varázslója” – a radír, az 1998-as Sárospataki Diákvegyész Napokra írt tanulmány
Dr. Balázs Lóránt: A kémia története II., Nemzeti Tankönyvkiadó Rt., Budapest, 1996.

KÖKÉL-válogatás