Hoe verkrijgt het rubber zijn elasticiteit?

Het belangrijkste kenmerk van
rubber is de elasticiteit: het
materiaal veert na vervorming
weer terug in zijn oorspronkelijke vorm.
Vandaar ook de naam elastiekje. Die veerkracht
is te danken aan de polymeerketens
waaruit rubber bestaat. Ze liggen
in een elastiekje als spaghetti door elkaar:
rek je zo’n elastiekje uit, dan moeten de
ketens netjes langs elkaar gaan liggen en
dat kost kracht.
Er is echter meer aan de hand. Als de
polymeren alleen maar losse spaghetti
zouden zijn, zou je de kluwen makkelijk
uiteen trekken en zouden de slierten niet
zomaar terugveren naar hun oorspronkelijke
vorm. Het materiaal is dan niet elastisch,
maar plastisch ofwel vervormbaar.
Het bevat geen bruggetjes (crosslinks) tussen
de polymeerketens. Deze bruggetjes
zorgen ervoor dat de ketens na het uitrekken
teruggetrokken worden naar hun
oorspronkelijke vorm. Het aanleggen van
de crosslinks heet vulkaniseren – naar de
Romeinse vuurgod Vulcanus.
Zwavel
Waarschijnlijk was de Amerikaan
Charles Goodyear (naar wie de
bekende autobandenfabriek is vernoemd)
de eerste die een polymeermengsel vulkaniseerde.
Het verhaal gaat dat Goodyear
ooit een klodder natuurrubberlatex, waarin
zwavel was gebruikt als antikleefmiddel,
op een kachel liet vallen. Toen hij
het weer oppakte was het materiaal niet
gesmolten, maar hard en elastisch geworden.
Er waren, zoals pas veel later uit
onderzoek bleek, crosslinks gevormd van
zwavelbruggen.
Goodyear ontdekte dat het bijzondere
materiaal ontstond wanneer hij de latex
vier uur lang onder druk verhitte bij
130 °C, in aanwezigheid van stoom plus
een paar procent zwavel. Deze methode
wordt nog steeds toegepast, want vulkaniseren
met zwavel is goedkoop en
geeft rubber goede mechanische en elastische
eigenschappen. Wel hebben rubberproducenten
het proces inmiddels sterk
verbeterd. Zo gebruikt iedere fabrikant
zijn eigen mengsel van versnellers voor
de vulkanisatiereactie, waardoor het proces
tegenwoordig in enkele minuten verloopt.

Rubber is een polymeer; een lange keten van dezelfde eenheden. Deze eenheid waar het monomeer uit is opgebouwd wordt de monomeer genoemd (dit is meestal een molecuul met óf een dubbele binding, óf een dizuur en een diol, óf een hydroxyzuur), de herhalende eenheid van het monomeer wordt de repeterende eenheid genoemd. Het rubber verkrijgt zijn elasticiteit door zwavelbruggen die zich vormen tussen de verschillende polymere ketens (opeenvolgingen van de repeterende eenheid) van het rubber. Door deze onderlinge verbindingen krijgt het rubber een grotere stevigheid; als het bijvoorbeeld uit elkaar wordt getrokken heeft het weer de neiging om terug te gaan naar zijn originele vorm door de aanwezige zwavelbruggen.

Richard Feynman legt dat hier simpel uit:

http://www.youtube.com/watch?v=XRxAn2DRzgI