Kumi – elastomeeri: luonnonkumi, synteettiset kumit ja valmistus

Kumi – elastomeeri: Tutustu luonnonkumin ja synteettisten kumien ominaisuuksiin, valmistusprosesseihin ja käyttökohteisiin — kattava opas kumimateriaaleista.

Kumi on elastomeerien ryhmään kuuluva materiaali, joka käytännössä tarkoittaa pitkäketjuista polymeeriksi luokiteltavaa ainetta. Kumia valmistetaan sekä luonnollisista lähteistä että kemiallisesti synteettisin prosessein. Kumilla on poikkeuksellinen elastisuus: se venyy helposti ja palautuu alkuperäiseen muotoonsa, minkä vuoksi siitä valmistetaan muun muassa renkaita, tiivisteitä, letkuja, käsineitä, suojaimia, naamarit, eristeitä ja monia muita tuotteita, joita ei voi helposti korvata muilla materiaaleilla. Joskus arkikielessä sanalla “kumi” tarkoitetaan nimenomaan luonnonkumia eli lateksikumia.

Mitä luonnonkumi on ja mistä se tulee

Luonnonkumi saadaan useiden kumipuiden pisaramaisesta valkoisesta lateksinesteestä. Tunnetuin laji on Hevea brasiliensis (Euphorbiaceae), jota viljellään laajoina plantaaseina trooppisissa maissa. Lateksin keräys tapahtuu puun kuoren viiltämisellä ja keräysastiaan valuvasta nesteestä. Luonnonkumi koostuu pääasiassa cis-1,4-polyisopreenista, jonka rakenteellinen joustavuus antaa materiaalille hyvät mekaaniset ominaisuudet ja korkean venymäkyvyn.

Synteettiset kumit – tyypit ja ominaisuudet

Synteettiset kumit valmistetaan erilaisista monomeereistä kontrolloiduissa polymerointiprosesseissa, ja niiden ominaisuuksia voidaan muokata laajemmin kuin luonnonkumin kohdalla. Tavallisimpia synteettisiä kumityyppejä ovat:

• Styreenibutadieenikumi (SBR) – yleinen autonrenkaissa ja yleiskäytössä, kohtuullinen kulutuskestävyys.
• Nitrilikumi (NBR) – hyvä öljyn- ja polttoaineen kestävyys, käytetään tiivisteissä ja letkuissa.
• EPDM (etyylipropyleenidieenikumi) – erinomainen sään‑ ja ozoninkestävyys, ulkokäyttöön soveltuva.
• Neopreenii (polyklooropreeni) – hyvä yleiskestävyys kemikaaleille ja sääolosuhteille.
• Butyylikumi (IIR) – erittäin alhainen kaasunläpäisevyys, käytössä ilmatiiviissä sovelluksissa, kuten sisärenkaissa ja tiivisteissä.
• Fluorikumi (FKM, esim. Viton) – erinomainen lämmön- ja kemikaalinkestävyys vaativissa olosuhteissa.
• Silicone – erittäin laaja lämpötila‑alue ja hyvä elastisuus, käytetään lääketieteellisissä laitteissa ja elintarvikealalla.

Valmistus ja muokkaus

Kumin teollinen käsittely ei yleensä rajoitu pelkkään polymerointiin. Keskeisiä vaiheita ja tekijöitä ovat:

• Polymerointi – monomeerit yhdistetään ketjuiksi eri tekniikoilla (esim. emulsiopolymerointi, bulk-polymerointi).
• Lisäaineet – kumiin lisätään täyteaineita (esim. hiili- tai piioksidi), pehmittimiä, stabilointiaineita, accelerantteja ja antioksidantteja, jotta ominaisuuksia kuten kulutuskestävyyttä, kovuutta ja prosessoitavuutta parannetaan.
• Vulkanointi (rengastus) – usein käytetty kovettamisprosessi, jossa ristikytkentöjä muodostetaan esimerkiksi rikin avulla. Vulkanointi parantaa mekaanista lujuutta, lämmönkestoa ja elastisuutta. Peroksidivulkanointi on vaihtoehto, joka tarjoaa parempaa lämpö- ja kemikaalinkestävyyttä tietyissä materiaaleissa.
• Muovaus ja jälkikäsittely – valssaus, ruiskuvalu, ekstrusointi ja vulkanoinnin jälkeinen viimeistely ovat tyypillisiä prosesseja tuotteen valmistuksessa.

Kumin fysikaaliset ominaisuudet

Kumilla on useita mitattavia ominaisuuksia, jotka määräävät sen soveltuvuuden eri käyttötarkoituksiin:

• Elastisuus ja palautuvuus
• Vetolujuus ja murtovenymä
• Kovuus (Shore A / D)
• Kulumiskestävyys ja hysteresis (energiahäviö), mikä on tärkeää esim. renkaiden polttoainetaloudessa
• Lämpötilan- ja kemikaalinkestävyys
• Kaasun- ja vesihöyryn läpäisevyys

Käyttökohteet

Kumin monipuoliset ominaisuudet tekevät siitä välttämättömän materiaalin monilla aloilla:

• Autoteollisuus: renkaat, tiivisteet, letkut ja moottorin kiinnikkeet
• Rakentaminen ja teollisuus: tiivisteet, akustiset vaimentimet, liimat ja pehmusteet
• Terveysala ja hygienia: lääketieteelliset laitteet, suojakäsineet (huom. lateksiallergiat)
• Kuluttajatuotteet: kengät, lelut, kodin tiivistimet ja urheiluvälineet

Ympäristö, kierrätys ja kestävyys

Luonnonkumi on peräisin uusiutuvasta lähteestä, mutta plantaasi- ja viljelykäytännöt vaikuttavat kestävyyteen sekä biodiversiteettiin ja sosiaalisiin olosuhteisiin. Synteettiset kumit pohjautuvat yleensä öljy- ja petrokemiallisiin raaka-aineisiin. Kumituotteiden kierrätys on haastavaa johtuen monimutkaisista seoksista ja ristikytkennöistä (vulkanointi), mutta käytössä on prosesseja kuten mekaaninen murskaus sekä kemialliset kierrätysmenetelmät, joilla pyritään hyödyntämään materiaalia uudelleen. Kierrätetty kumi löytyy esimerkiksi asfaltista, kenttäpinnoista ja eristetuotteista.

Turvallisuus ja allergiat

Luonnonlateksista valmistetut tuotteet voivat aiheuttaa allergisia reaktioita joillekin ihmisille; lateksiallergia voi ilmetä ihottumana, kutinana tai vakavammissa tapauksissa hengitysvaikeuksina. Tämän vuoksi lääketieteellisissä ja elintarvikealan sovelluksissa käytetään usein lateksittomia vaihtoehtoja tai erityisesti prosessoitua silikonia ja muita synteettisiä materiaaleja.

Lyhyt historiallinen katsaus

Kumin teollinen merkitys kasvoi ratkaisevasti jälkeen kun Charles Goodyear kehitti vulkanointiprosessin 1800‑luvun puolivälissä, mikä teki kumista paljon kestävämpää ja käyttökelpoisempaa laajasti eri sovelluksissa.

Yhteenvetona: kumi on monipuolinen elastomeeri, joka voi olla luonnollista tai synteettistä. Sen erityisominaisuudet, kuten suuri venymä ja palautuvuus, tekevät siitä korvaamattoman monissa teknisissä ja arkipäivän sovelluksissa, mutta materiaalin valinnassa on huomioitava käyttökohteen vaatimukset, ympäristövaikutukset ja mahdolliset allergiariskit.

Tuottajat

Hevea brasiliensis on puu, josta suurin osa kumista on peräisin. Muita kasveja, joissa on erityistä mehua (jota kutsutaan lateksiksi), ovat viikunat (Ficus elastica), Castilla (Panama-kumipuu), euforbiat, salaatti, tavallinen voikukka, Taraxacum kok-saghyz (venäläinen voikukka), Scorzonera tau-saghyz ja Guayule.

1800-luvulla suurin osa kumin valmistukseen käytettävästä mahlasta tuli Etelä-Amerikasta. Vuonna 1876 Henry Wickham sai siemeniä Brasilian kumipuusta, vei ne Kew Gardensiin Englantiin ja lähetti ne Ceyloniin (Sri Lanka), Indonesiaan, Singaporeen ja Britannian Malaijalle. Myöhemmin Malaijassa (nykyisessä Malesiassa) tuotettiin eniten kumia. Intiassa yritettiin kasvattaa kumia vuonna 1873 Kolkatan kasvitieteellisessä puutarhassa. Intian ensimmäiset Hevea-viljelmät perustettiin Keralassa sijaitsevaan Thattekaduun vuonna 1902. Myös Kongon vapaavaltiossa Afrikassa kasvatettiin 1900-luvun alussa paljon kumipuuta, ja suurin osa näillä tiloilla työskennelleistä ihmisistä oli pakkotyövoimaa. Myös Liberia ja Nigeria alkoivat kasvattaa puita kumin valmistamiseksi.

 
Kumipuun lateksin kerääminen  

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on kumi?

K: Miten kumia valmistetaan?

K: Mitä asioita valmistetaan kumista?

K: Mihin sana "kumi" joskus viittaa erityisesti?

K: Mistä luonnonkumi on peräisin?

K: Onko luonnonkumin lisäksi olemassa muita kumityyppejä?

Hae kirjaimella