Vulcanizzazione della gomma, cos’è il processo con cui si realizzano gli pneumatici

Cosa vi viene in mente se pensate alla gomma?
Parliamo del materiale che si usa per realizzare gli pneumatici delle automobili oppure i palloni da basket. Tutti la conosciamo come un materiale elastico e resistente. In realtà la gomma non nasce in questo modo, ma lo diventa attraverso la vulcanizzazione. In questo processo di lavorazione la gomma si lega chimicamente allo zolfo mediante riscaldamento. Inventata da Charles Goodyear nella prima metà del XIX secolo, la vulcanizzazione trasforma la gomma in un materiale elastico, resistente e poco rigonfiabile se tenuto a contatto con solventi organici.

L'invenzione del processo di vulcanizzazione

Correva l’anno 1855 quando l’inventore americano Charles Goodyear inventò il processo di vulcanizzazione della gomma. Brevettò questa lavorazione sul caucciù, ossia la gomma naturale.
Questo materiale veniva usato per produrre diversi oggetti, che però presentavano alcuni problemi, come la scarsa resistenza a trazione a temperatura ambiente ma soprattutto con il freddo.

Era una sfida che interessava diversi scienziati: il caucciù aveva un buon potenziale ma doveva essere migliorato.
In diversi esperimenti si provò ad aggiungere polvere di magnesio alla gomma naturale per aumentarne la resistenza. Il materiale si induriva, ma non diventava resistente al freddo e presentava altri problemi. Goodyear scoprì che l’ingrediente segreto non era il magnesio, bensì lo zolfo. Successe tutto quasi per caso, come spesso capita agli inventori. Da quel momento la gomma, sia naturale che sintetica, viene (quasi) sempre vulcanizzata.

Come funziona il processo di vulcanizzazione della gomma

Per vulcanizzare servono due cose fondamentali: lo zolfo e un forno.
Si inizia creando la mescola di gomma (sintetica o naturale che sia), ovvero aggiungendo ingredienti e additivi vari alla semplice gomma. Questi ingredienti le daranno particolari qualità: la renderanno particolarmente forte, resistente, o anche elastica, a seconda di cosa viene aggiunto. Nella mescola viene inserito anche l'ingrediente che attiverà la vulcanizzazione, ovvero lo zolfo.
Il composto viene mescolato e rimescolato passando attraverso dei rulli, fin quando assume la forma di un lungo foglio. Si passa poi alla "cottura" in forno.

Il processo di vulcanizzazione avviene in particolari condizioni e soprattutto ad alta temperatura (almeno 130°C) e ad alta pressione. I forni utilizzati controllano questi due valori e nel frattempo permettono anche all'oggetto di assumere la forma desiderata.
Il materiale deve "cuocere" per il tempo giusto: se rimane troppo a lungo le sue proprietà "peggioreranno" invece che migliorare.

Nei forni l'alta temperatura è data dal vapore ad alta pressione spinto nello stampo, mentre la pressione data dall'acqua o dall'azoto che vengono introdotti proprio per spingere il materiale contro lo stampo e costringerlo ad assumerne la forma.

All'interno di questi forni si verifica una trasformazione chimica.
Gli atomi di zolfo (in giallo nella figura sotto) formano dei ponti tra le molecole sfilacciate dell’elastomero (blu).

Le molecole della gomma, già intrecciate, lo diventano ancora di più, come in una rete a maglia più stretta: si dice infatti che raggiungono un certo grado di reticolazione. Questo vincola le molecole nel loro movimento: anche se si muovono grazie alla loro parte elastica, sono poi costrette a tornare dove erano prima.

Questa è la caratteristica principale degli elastomeri: dopo una deformazione ritornano sempre alla forma iniziale.

I vantaggi della vulcanizzazione

Il risultato della vulcanizzazione è che la gomma diventa più elastica e più resistente, non solo alla trazione ma anche agli agenti atmosferici. Il caucciù infatti diventa fragile con il freddo: problema, questo, che incide molto sulla differenza tra pneumatici invernali ed estivi).
La vulcanizzazione rende la gomma anche meno appiccicosa, meno deformabile, molto più rigida e dura e resistente all'ossidazione.

Non dobbiamo pensare alla gomma vulcanizzata solo come quel composto nero e duro che vediamo negli pneumatici. In realtà sono vulcanizzati la maggior parte degli oggetti in gomma che usiamo tutti i giorni. Questo materiale viene usato anche i palloni da basket, così come diversi utensili e giocattoli.

non perderti questo articolo

Come vengono prodotti i palloni da basket? La tecnologia dietro la pallacanestro

Perfino i succhietti dei bambini vengono solitamente vulcanizzati, poichéì devono resistere a tantissimi morsi!
Un altro oggetto di uso comune realizzato in gomma vulcanizzata sono gli elastici colorati, anche se sono molto meno rigidi degli pneumatici. Questi ultimi infatti sono così duri poiché composti non solo di gomma: al loro interno hanno anche parti in fibra di tessuto e perfino in acciaio. Questo è il motivo per cui il processo di recupero e riciclo degli pneumatici non è molto semplice (eppure esiste eccome!).
Quindi con la vulcanizzazione si possono ottenere gomme abbastanza elastiche da poter essere usate come fionda, oppure molto meno elastiche da poter essere usate come camere d'aria. Il grado di elasticità, come tutte le altre proprietà, dipende dalla mescola scelta e dai parametri del processo di "cottura".