CHƯƠNG 8 ISOPRENE

BẠN CÓ THỂ TƯỞNG TƯỢNG thế giới của chúng ta sẽ như thế nào hay không nếu như ô tô, xe vận tải và máy bay không có bánh xe? Hay nếu như không có vòng đệm và đai truyền động của động cơ, hoặc quần áo không co giãn, hoặc thiếu mất lớp đế giày không thấm nước? Chúng ta sẽ xoay xở thế nào nếu thiếu những vật dụng bình thường nhưng rất hữu dụng, chẳng hạn như những sợi dây thun?

Cao su và các sản phẩm từ cao su quá đỗi quen thuộc trong cuộc sống hằng ngày đến nỗi ta thường không nghĩ về việc thực chất chúng là gì và chúng đã thay đổi cuộc sống của chúng ta như thế nào. Mặc dù loài người đã biết về sự tồn tại của cao su từ hàng trăm năm về trước, nhưng chỉ trong vòng một thế kỷ rưỡi trở lại đây, nó mới trở thành một phần thiết yếu của văn minh nhân loại. Cấu trúc hóa học của cao su đã tạo ra những tính chất độc đáo, và sự biến tính hóa học của cấu trúc này đã tạo nên một phân tử mà từ đó, lợi nhuận được tạo ra, những sinh mạng mất đi, và nhiều quốc gia thay đổi vĩnh viễn.

Nguồn gốc của cao su

Cao su đã được biết đến từ rất lâu trong những hình dạng khác nhau tại Trung và Nam Mỹ. Những thổ dân da đỏ sống tại lưu vực sông Amazon được cho là những người đầu tiên sử dụng cao su cho cả nhu cầu trang trí và gia dụng. Những quả bóng cao su được phát hiện tại khu khảo cổ Mesoamerica gần Veracruz, Mexico, có niên đại vào khoảng 1600 - 1200 TCN. Trong chuyến thám hiểm lần thứ hai đến Tân Thế Giới vào năm 1495, Christopher Columbus đã thấy những người da đỏ trên đảo Hispaniola chơi một trò chơi với những quả bóng nặng, làm từ một loại nhựa cây và có thể nảy lên rất cao. “Tốt hơn những quả bóng nạp đầy Gió ở Tây Ban Nha”, ông thuật lại, có lẽ muốn nói đến những quả bóng làm từ bàng quang động vật được bơm đầy không khí mà người Tây Ban Nha dùng trong các trò chơi. Columbus cũng như những nhà thám hiểm khác đến Tân Thế Giới sau ông đã mang loại vật liệu mới này về châu Âu. Ban đầu, những mẩu vật liệu cao su này có vẻ rất thú vị, tuy nhiên, chúng trở nên dính nhớt và bốc mùi hôi thối trong cái nóng mùa hè và cứng giòn vào mùa đông lạnh giá ở châu Âu.

Một người Pháp tên là Charles-Marie de La Condamine đã là người đầu tiên nghiêm túc xem xét khả năng ứng dụng của loại vật liệu kỳ dị này. La Condamine - cũng thường được mô tả như một nhà toán học, một nhà địa lý, một nhà thiên văn học, cũng như một kẻ ăn chơi và ưa phiêu lưu mạo hiểm - đã được Viện Hàn lâm Khoa học Pháp giao nhiệm vụ đo đạc đường kinh tuyến chạy ngang Peru để xác định xem có phải Trái đất hơi dẹt ở hai đầu cực hay không. Sau khi hoàn thành công việc của Viện Hàn lâm, La Condamine tận dụng cơ hội để khám phá rừng rậm nhiệt đới Nam Mỹ, và vào năm 1735, ông trở lại Paris mang theo một số quả bóng làm từ nhựa đông tụ của cây caoutchouc (cây cao su - loại cây “toát mồ hôi”), ông đã chứng kiến những người da đỏ Omegus ở Ecuador thu gom nhựa cây cao su màu trắng và có độ dính, sau đó chúng được hun khói và ép khuôn tạo thành các hình dạng khác nhau để làm các hộp chứa, quả bóng, mũ, và ủng. Thật không may, mẩu nhựa thô La Condamine mang về, tồn tại ở trạng thái latex khi không được hun khói, đã bị lên men trong quá trình vận chuyển và trở thành một đống bốc mùi vô dụng khi về đến châu Âu.

Latex là hệ nhũ tương dạng keo, một dạng dung dịch với các giọt cao su thiên nhiên phân tán trong nước. Có rất nhiều loại cây và cây bụi nhiệt đới có thể tạo thành latex, bao gồm cả Ficus elastic - một loại cao su cảnh được gọi là đa búp đỏ. Tại nhiều vùng ở Mexico, latex vẫn được thu gom theo cách truyền thống từ cây cao su dại, Castilla elastica. Tất cả các thành viên trong chi Euphorbia (bông tai hoặc đại kích - một chi đa dạng nhất của thực vật) đều tạo được latex, bao gồm cây trạng nguyên, những loài Euphorbia mọng nước giống xương rồng từ các vùng sa mạc, những giống cây bụi Euphorbia xanh tốt quanh năm và loài rụng lá, và giống cây Euphorbia một năm Bắc Mỹ, được mệnh danh là “Tuyết trên đỉnh núi”. Parthenium argentatum, còn được gọi là cúc cao su, một loại cây bụi sống tại miền nam nước Mỹ và miền bắc Mexico, cũng cung cấp nhiều cao su thiên nhiên. Và ngay cả bồ công anh, không phải cây nhiệt đới và cũng không thuộc chi Euphorbia, cũng sản sinh được latex. Tuy nhiên, loại cây cho lượng cao su thiên nhiên nhiều nhất là một loại có nguồn gốc từ vùng rừng rậm nhiệt đới Amazon tại Brazil, có tên gọi là Hevea brasiliensis.

Cis và Trans

Cao su thiên nhiên là polymer của phân tử isoprene. Isoprene, với chỉ năm nguyên tử carbon, là đơn vị tuần hoàn nhỏ nhất trong các loại polymer thiên nhiên, làm cho cao su thiên nhiên trở thành loại polymer thiên nhiên đơn giản nhất. Các thực nghiệm hóa học đầu tiên khảo sát cấu trúc của cao su đã được thực hiện bởi nhà khoa học vĩ đại người Anh, Michael Faraday. Ngày nay, dù thường được vinh danh là nhà vật lý hơn là nhà hóa học, Faraday vẫn luôn cho rằng mình là một “nhà khoa học tự nhiên”, bởi trong thời đại của ông, ranh giới giữa vật lý và hóa học không rõ rệt như hiện tại. Mặc dù các công trình được nhớ đến của Faraday chủ yếu trong các lĩnh vực vật lý như điện, từ và quang học, đóng góp của ông trong lĩnh vực hóa học cũng rất đáng kể, bao gồm cả việc thiết lập được công thức hóa học của cao su, một chuỗi các phân tử C5H8, vào năm 1826.

Đến năm 1835, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng isoprene có thể được chưng cất từ cao su, dẫn đến giả thuyết cao su là một polymer từ các mắt xích C5H8 hay các đơn vị isoprene. Vài năm sau, giả thuyết này đã được chứng minh khi isoprene được trùng hợp thành một khối vật liệu giống cao su. Cấu trúc của phân tử isoprene được thể hiện như sau:

với hai liên kết đôi gắn trên các nguyên tử carbon cạnh nhau. Tuy nhiên sự quay tự do có thể xảy ra xung quanh liên kết đơn giữa hai nguyên tử carbon, và có thể được biểu diễn như sau.

Như vậy hai cấu trúc này - và tất cả các cấu trúc khác có được từ sự quay của phân tử xung quanh liên kết đơn - chỉ thể hiện một hợp chất duy nhất mà thôi. Cao su thiên nhiên được tạo thành khi các phân tử isoprene nối với nhau theo cách đối đầu (end-to-end). Sự trùng hợp này trong cao su tạo thành các nối đôi được gọi là cis. Nối đôi tạo nên độ cứng cho phân tử bằng cách ngăn cản sự quay tự do trong phân tử đó. Kết quả là cấu trúc dạng cis, ở bên trái trong hình dưới, không giống với cấu trúc dạng trans ở bên phải.

Trong cấu trúc cis, hai nguyên tử H (và cả hai nhóm CH3) đều ở cùng bên của liên kết đôi, còn trong cấu trúc dạng trans, hai nguyên tử H (và cả hai nhóm CH3) ở khác bên. Sự khác biệt dường như rất nhỏ trong cách các nguyên tử và nhóm chức sắp xếp xung quanh liên kết đôi thực chất lại tạo ra những hệ quả vô cùng lớn trong tính chất của các polymer khác nhau của phân tử isoprene. Isoprene chỉ là một trong rất nhiều các hợp chất hữu cơ sở hữu các cấu trúc dạng cis và trans; chúng thường tạo nên các tính chất rất khác nhau.

Bốn phân tử isoprene bên dưới được thể hiện ở trạng thái sẵn sàng nối với nhau theo cách đối đầu, đánh dấu bởi các mũi tên hai đầu, để tạo thành phân tử cao su thiên nhiên.

Trong hình vẽ tiếp theo, các đường đứt nét thể hiện vị trí các phân tử isoprene tiếp theo được gắn vào chuỗi polymer trong quá trình trùng hợp.

Cao su thiên nhiên

Khi những phân tử isoprene kết hợp với nhau, các liên kết đôi mới được tạo thành; chúng đều là liên kết đôi dạng cis khi xét đến cấu hình của cả chuỗi polymer, nghĩa là, chuỗi liên tục các nguyên tử carbon tạo thành phân tử cao su đều nằm ở một phía của mỗi liên kết đôi.

Các nguyên tử carbon của chuỗi liên tục nằm cùng một phía của liên kết đôi này, do đó đây là một cấu trúc cis.

Cách sắp xếp theo cấu trúc cis chính là yếu tố then chốt cho tính đàn hồi của cao su. Tuy nhiên, sự trùng hợp tự nhiên của các phân tử isoprene không phải lúc nào cũng theo cấu trúc cis. Khi sự sắp xếp xung quanh liên kết đôi trong phân tử polymer là dạng trans, một phân tử polymer thiên nhiên khác với những tính chất rất khác biệt so với cao su được tạo thành. Nếu chúng ta dùng cùng một phân tử isoprene nhưng xoay về vị trí cấu hình như được thể hiện dưới đây:

và sau đó nối bốn phân tử như vậy lại với nhau theo cách đối đầu, thể hiện bởi các mũi tên hai đầu;

chúng ta sẽ thu được sản phẩm trans.

Chuỗi carbon liên tục cắt ngang từ phía bên này sang phía bên kia của liên kết đôi (được thể hiện theo các mũi tên), do vậy, đây là một cấu trúc trans.

Polymer dạng trans của isoprene tồn tại tự nhiên trong hai hợp chất: nhựa kết (gutta-percha) và nhựa balata. Nhựa kết có thể thu được từ latex của các cây thuộc họ Sapotaceae, đặc biệt là cây Palaquium của bán đảo Malay. Khoảng 80% nhựa kết là polyisoprene dạng trans. Nhựa balata, tạo thành từ latex của cây Mimusops globosa, sinh trưởng tại Panama và các vùng đất phía bắc của Nam Mỹ, cũng chứa polyisoprene dạng trans tương tự. Nhựa kết và balata đều có thể được làm nóng chảy và đổ khuôn để tạo hình, nhưng sau khi tiếp xúc với không khí trong một khoảng thời gian, chúng trở nên cứng và có tính chất giống sừng. Vì sự thay đổi này không thể xảy ra khi các vật liệu được giữ trong môi trường nước, nên trong những năm cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20, nhựa kết được sử dụng rộng rãi để làm vật liệu bao bọc dây cáp ngầm dưới nước. Đồng thời nhựa kết cũng được sử dụng trong y tế và nha khoa để làm các thanh nẹp, kẹp, hoặc ống thông, dùng như thuốc đắp ở chỗ mọc da non, cũng như để trám vào các răng bị sâu và nướu răng.

Tính chất đặc biệt của nhựa kết và balata có lẽ được tán thưởng nhiều nhất bởi những người chơi golf. Quả bóng trong môn đánh golf ban đầu được làm từ gỗ, chủ yếu là gỗ cây du hoặc cây sồi. Nhưng vào khoảng những năm đầu thế kỷ 18, người Scotland đã sáng tạo ra “bóng lông”, với lớp vỏ ngoài bằng da bên trong nhồi lông ngỗng. Bóng lông có thể được đánh xa gấp đôi bóng gỗ, nhưng chúng dễ bị thấm nước và trở nên khó chơi trong thời tiết ẩm ướt. Các quả bóng lông cũng thường bị bục ở các đường khâu và đắt hơn bóng gỗ thông thường đến hơn mười lần.

Năm 1848, quả bóng gutty được đưa vào sử dụng. Quả bóng này được làm từ nhựa kết nấu sôi trong nước, tạo thành hình cầu bằng tay (hoặc bằng khuôn kim loại), sau đó được đóng rắn, và gutty đã nhanh chóng trở nên phổ biến. Nhưng nó cũng có một vài nhược điểm. Đồng phân dạng trans của isoprene có xu hướng trở nên cứng và giòn theo thời gian, vì vậy một quả bóng golf từ nhựa kết tương đối cũ thường có thể bị vỡ vụn khi đánh lên không trung. Luật của môn đánh golf cũng đã được thay đổi để cuộc chơi có thể tiếp tục khi trường hợp này xảy ra, lúc đó một quả bóng mới sẽ được thay thế tại vị trí mảnh vỡ lớn nhất của quả bóng gutty cũ được tìm thấy. Người ta cũng nhận thấy những quả bóng golf bị mòn hoặc trầy xước có thể đánh xa hơn, vì vậy các nhà sản xuất bắt đầu nghiên cứu việc làm trầy xước các quả bóng mới, và cuối cùng dẫn đến những quả bóng với các vết khoét lõm đang được sử dụng ngày nay. Vào cuối thế kỷ 19, đồng phân dạng cis của isoprene cũng thâm nhập vào môn đánh golf khi một loại bóng mới với một lớp đệm cao su quấn quanh lõi làm từ nhựa kết được sản xuất; lớp vỏ bao vẫn làm từ nhựa kết. Hiện nay có rất nhiều loại vật liệu khác nhau được sử dụng để chế tác ra bóng golf, và đa số chúng vẫn chứa cao su trong thành phần cấu trúc. Polyisoprene dạng trans, thường là từ nhựa balata hơn là nhựa kết, vẫn có thể được tìm thấy trong cấu trúc vỏ của bóng golf hiện đại.

Những người mở đường cho cao su thiên nhiên

Michael Faraday không hề đơn độc trong việc thử nghiệm với cao su. Vào năm 1823, Charles Macintosh, một nhà hóa học từ thành phố Glasgow, đã dùng naphtha (một sản phẩm phụ từ các nhà máy khí trong vùng) làm dung môi để biến cao su thành một loại chất bao phủ mềm cho vải. Những chiếc áo choàng không thấm nước làm từ loại vải này đã được gọi là “macintoshes”, và ngày nay những chiếc áo mưa vẫn hay được gọi như vậy (hoặc “macs”) ở Anh quốc. Phát minh của Macintosh đã khởi đầu cho việc sử dụng rộng rãi cao su trong các thành phần của động cơ, vòi phun, giày, ủng cũng như mũ và áo khoác.

Cơn sốt cao su đã tràn vào nước Mỹ trong những năm đầu thập kỷ 1830. Tuy nhiên, dù có tính chống thấm nước, sự phổ biến của các sản phẩm quần áo từ cao su ban đầu này đã giảm dần khi mọi người nhận thấy các sản phẩm trở nên cứng như đá và giòn vào mùa đông, đồng thời chảy ra thành một đống keo nhớt bốc mùi vào mùa hè. Cơn sốt cao su gần như dừng ngay lập tức khi nó vừa mới chỉ bắt đầu, và dường như cao su vẫn chỉ là một vật liệu gợi sự tò mò, với ứng dụng thực tiễn duy nhất là làm các cục gôm tẩy chì. Từ rubber(7) được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1770 bởi nhà hóa học người Anh Joseph Priestley, ông đã phát hiện ra rằng một miếng cao su nhỏ có thể xóa sạch các vết bút chì tốt hơn nhiều so với phương pháp phổ biến thời đó là xóa bằng một miếng bánh mì ẩm. Các cục gôm được đưa vào thị trường Anh với tên gọi cao su Ấn Độ (India Rubber), điều này càng tạo thêm sự nhầm lẫn rằng cao su có nguồn gốc từ Ấn Độ.

Ngay khi cơn sốt cao su lần thứ nhất tại Mỹ tan biến, vào khoảng năm 1934, nhà phát minh và cũng là một doanh nhân người Mỹ, Charles Goodyear, đã bắt đầu loạt thí nghiệm của mình với cao su, để cuối cùng tạo ra cơn sốt cao su toàn cầu trong một khoảng thời gian rất dài. Có thể nói, Goodyear là một nhà phát minh xuất sắc nhưng là một doanh nhân thiếu sáng suốt. Cả đời ông gắn liền với những món nợ, phá sản vài lần, và người ta nói một cách hài hước rằng những phòng giam dành cho các con nợ chính là “khách sạn” của ông. Ý tưởng của ông là nếu trộn cao su với một loại bột khô, thì bột khô có thể hấp thu hơi ẩm giúp cao su không trở nên dính nhớt trong thời tiết nóng ẩm. Với lập luận này, Goodyear đã thử trộn nhiều loại vật liệu khác nhau với cao su thiên nhiên. Không loại nào thành công. Mỗi khi ông gần như có được công thức trộn phù hợp, thì thời tiết mùa hè lại chứng minh rằng ông đã sai; các loại giày và quần áo phủ cao su biến thành những đống hôi hám bất cứ khi nào nhiệt độ tăng lên. Hàng xóm luôn phàn nàn về mùi hôi từ xưởng của ông và những nhà tài trợ rút lại các khoản tài trợ, nhưng Goodyear vẫn kiên định theo đuổi ý tưởng của mình.

Một chuỗi thí nghiệm của ông dường như đã có chút triển vọng. Khi được xử lý với nitric acid, cao su dường như trở thành một loại vật liệu khô và mịn, và Goodyear rất hy vọng loại vật liệu này có thể chịu được sự thay đổi của nhiệt độ. Ông lại tìm được những nhà tài trợ mới, những người này đã xoay xở ký được một hợp đồng sản xuất các túi (đựng) thư làm từ cao su được xử lý bằng nitric acid với chính phủ. Lần này Goodyear chắc chắn rằng cuối cùng thành công đã đến với ông. Sau khi chế tạo xong các túi thư, ông cất chúng vào một phòng trong nhà, và đưa gia đình đi nghỉ hè. Nhưng khi trở về, ông thấy rằng các túi thư của mình đã lại chảy nhão thành những đống quen thuộc không có hình dạng.

Phát minh vĩ đại của Goodyear đã xuất hiện vào mùa đông năm 1839, khi ông thực hiện thí nghiệm với bột lưu huỳnh làm chất sấy khô. Tình cờ, ông để rơi một vài giọt cao su đã trộn với bột lưu huỳnh lên mặt lò sưởi đang nóng. Bằng cách nào đó, ông đã nhận ra tiềm năng của loại vật chất giống than và rất dính vừa hình thành. Ngay lúc đó, ông chắc chắn rằng lưu huỳnh và nhiệt năng sẽ biến đổi được cao su theo cách mà ông vẫn hy vọng tìm ra, nhưng ông vẫn chưa biết được là cần phải trộn bao nhiêu lưu huỳnh và cần một lượng nhiệt là bao nhiêu. Ông biến căn bếp trong nhà thành phòng thí nghiệm, và tiếp tục thực hiện các thí nghiệm của mình. Các mẩu cao su trộn lưu huỳnh được ép giữa các miếng thép nóng, rang trên chảo, nướng trực tiếp trên lửa, hấp hơi trên nước sôi, và thậm chí là vùi trong cát nóng.

Sự kiên trì của Goodyear cuối cùng đã được đền đáp. Sau năm năm, ông đã tìm được quy trình tạo ra các sản phẩm ổn định: một loại cao su với độ dai, độ đàn hồi thích hợp, và bền trong cả thời tiết nóng và lạnh. Tuy vậy, mặc dù đã chứng tỏ được khả năng của một nhà phát minh khi đưa ra được công thức xử lý cao su, Goodyear lại tiếp tục thể hiện sự bất lực của mình trong vai trò một doanh nhân. Khoản tiền bản quyền ông thu được từ những bằng sáng chế liên quan đến cao su rất ít ỏi. Trong khi đó, những người mua bản quyền từ ông lại kiếm được những gia tài khổng lồ từ chúng. Mặc dù Goodyear đã đưa đơn kiện lên Tòa án Tối cao Mỹ tối thiểu là 32 vụ xâm phạm bản quyền và luôn thắng kiện, nhưng cả cuộc đời ông luôn phải đối mặt với việc xâm phạm bản quyền. Trái tim ông không đặt vào khía cạnh kinh doanh của cao su. Ông vẫn bị mê đắm bởi những khả năng ứng dụng vô tận của loại vật liệu ông tạo ra: tiền cao su, đồ trang sức, vải buồm, bộ chống xóc (nhíp) xe ô tô, tàu thuyền, các nhạc cụ, tấm lát sàn nhà, đồ lặn, bè cứu hộ - rất nhiều trong số chúng đã xuất hiện sau đó.

Goodyear cũng hết sức không may với các bằng sáng chế ở nước ngoài. Ông gửi một mẩu cao su của mình sang Anh quốc và đã cẩn thận không để lộ bất cứ chi tiết nào về quá trình lưu hóa. Thế nhưng Thomas Hancock, một chuyên gia về cao su người Anh, đã phát hiện ra những dấu vết của lưu huỳnh trong mẩu vật liệu này. Khi Goodyear quyết định đăng ký bản quyền phát minh tại Anh, ông mới biết rằng Hancock đã đăng ký một bằng sáng chế hoàn toàn tương đồng cho quá trình lưu hóa chỉ trước đó vài tuần. Goodyear đã khước từ đề nghị chia sẻ quyền sở hữu bản quyền với Hancock, ông kiện và đã thua kiện. Trong những năm 1850, tại Hội chợ Thế giới ở London và tại một hội chợ khác ở Paris, những gian hàng đã được làm hoàn toàn từ cao su để trình diễn tính năng của loại vật liệu mới này. Nhưng trong khoảng thời gian đó, Goodyear lại đang phải ngồi trong những phòng giam dành cho các con nợ do không đủ tiền chi trả cho các hóa đơn phát sinh, vì bằng sáng chế đăng ký tại Pháp và khoản tiền bản quyền đã bị hủy bỏ do những chi tiết kỹ thuật. Nhưng thật trớ trêu, trong khi đang bị nhốt tại một nhà lao ở Pháp, Goodyear lại được nhận Bắc Đẩu Bội Tinh. Chắc hẳn hoàng đế Napoleon đệ tam đã công nhận một nhà phát minh chứ không phải một doanh nhân khi trao huy chương này cho ông.

Điều gì khiến cao su co giãn?

Do không phải là một nhà hóa học, Goodyear đã không hiểu tại sao lưu huỳnh và nhiệt độ tác động rất tốt đến cao su thiên nhiên, ông đã không chú ý đến cấu trúc của isoprene, cũng không quan tâm đến việc cao su thiên nhiên là polymer của isoprene, và rằng với lưu huỳnh, ông đã tạo nên các liên kết ngang vô cùng quan trọng giữa các phân tử cao su. Khi được cung cấp nhiệt, các nguyên tử lưu huỳnh tạo nên những liên kết ngang giúp các chuỗi dài của phân tử cao su giữ nguyên vị trí. Phải đến hơn bảy mươi năm sau phát hiện có phần may mắn của Goodyear - được ông gọi là vulcanization (sự lưu hóa) theo tên vị thần lửa Vulcan trong thần thoại La Mã - cho đến khi nhà hóa học người Anh Samuel Shrowder Pickles đề xuất rằng cao su là polymer mạch thẳng của isoprene, và quá trình lưu hóa cao su cuối cùng mới được giải thích cặn kẽ.

Tính chất đàn hồi của cao su là kết quả trực tiếp từ cấu trúc hóa học của nó. Các chuỗi polyisoprene ban đầu nằm co cụm một cách ngẫu nhiên, khi bị kéo giãn, các chuỗi này bắt đầu duỗi thẳng và tự sắp xếp theo chiều của lực kéo. Khi lực kéo được triệt tiêu, các phân tử cao su lại trở về trạng thái ban đầu. Các chuỗi dài linh hoạt với cấu hình dạng cis của phân tử cao su thiên nhiên không nằm gần nhau đủ để tạo thành quá nhiều các liên kết ngang giữa các chuỗi, đồng thời các phân tử xếp cạnh nhau có thể trượt qua nhau khi cả khối vật liệu chịu áp lực. Điều này trái ngược với kết cấu zigzag vô cùng trật tự của đồng phân dạng trans. Các phân tử này có thể nằm sát lại với nhau, hình thành các liên kết ngang đủ mạnh để ngăn cản các chuỗi trượt khỏi nhau - khối vật liệu không bị kéo giãn. Do đó, nhựa kết và balata, isoprene dạng trans, là vật liệu cứng và không đàn hồi, trong khi đó cao su thiên nhiên, isoprene dạng cis, là một vật liệu đàn hồi vô cùng linh hoạt.

Chuỗi đồng phân cis của phân tử cao su không thể nằm quá gần một chuỗi khác và rất ít liên kết ngang được tạo thành. Khi bị kéo giãn, các chuỗi có thể trượt khỏi nhau.

Chuỗi đồng phân trans dạng zigzag có thể sắp xếp được rất gần nhau, cho phép hình thành rất nhiều liên kết ngang giữa các phân tử liền kề. Các liên kết ngang làm các chuỗi không thể trượt khỏi nhau; nhựa kết và balata không giãn được.

Bằng việc thêm lưu huỳnh vào cao su thiên nhiên và gia nhiệt, Goodyear đã tạo nên các liên kết ngang thông qua các cầu nối lưu huỳnh; nhiệt là yếu tố cần thiết để hình thành các liên kết này. Một lượng vừa đủ các cầu nối lưu huỳnh được tạo thành cho phép các phân tử cao su vẫn giữ được sự linh hoạt nhưng đồng thời ngăn chúng không trượt khỏi nhau.

Các phân tử cao su với liên kết ngang disulfur (-S-S-) cản trở sự trượt của các phân tử

Sau phát minh của Goodyear, cao su lưu hóa trở thành một mặt hàng quan trọng của cả thế giới và là một vật liệu cần thiết trong thời chiến. Chỉ cần lượng nhỏ lưu huỳnh khoảng 0,3% đã có thể thay đổi sâu sắc khoảng nhiệt độ duy trì được độ đàn hồi của cao su, khiến cho cao su không còn dính nhớt vào mùa hè và cứng giòn vào mùa đông nữa. Cao su mềm, thường được dùng làm dây cao su, chứa 1 đến 3% lưu huỳnh; cao su với 3 đến 10% lưu huỳnh có nhiều liên kết ngang hơn, do đó ít linh hoạt hơn, và thường được dùng làm lốp xe. Với nhiều liên kết ngang hơn nữa, cao su trở nên quá cứng để có thể dùng trong những ứng dụng đòi hỏi sự linh hoạt của phân tử, tuy vậy ebonite - do Nelson, em trai của Goodyear, phát minh ra - một loại vật liệu màu đen và rất cứng đã được sử dụng rộng rãi làm vật liệu cách điện, chính là cao su lưu hóa chứa 23 đến 35% lưu huỳnh.

Cao su thay đổi lịch sử

Khi những khả năng của cao su lưu hóa đã được công nhận, nhu cầu của nó bắt đầu trở nên rõ ràng. Mặc dù có nhiều loại cây nhiệt đới cho nhựa latex giống cao su, những khu rừng nhiệt đới Amazon là nơi duy nhất có chi Hevea. Chỉ trong vòng vài năm, những người được gọi là nhà tư bản cao su đã trở nên vô cùng giàu có nhờ vào công sức của những công nhân hợp đồng, chủ yếu là người bản địa sinh sống tại lưu vực Amazon. Cho dù không được thừa nhận, hệ thống sử dụng lao động hợp đồng theo công nợ này thực tế rất giống với chế độ nô lệ. Sau khi ký hợp đồng, các phu cao su được cho vay tiền để mua công cụ lao động và thực phẩm từ chủ thuê. Món nợ của họ ngày càng tăng vì tiền công không bao giờ đủ để trang trải mọi chi phí. Phu cao su làm việc từ ban mai đến hoàng hôn, họ phải cạo mủ, thu latex, làm đông cao su bằng lửa khói mù mịt, và vận chuyển các bánh cao su thu được từ latex đã hóa đen đến các bến tàu và đưa lên tàu. Vào mùa mưa từ tháng 12 đến tháng 6, khi latex không thể làm đông được, phu cao su vẫn phải ở trong các lán trại tồi tàn, bị canh giữ bởi đám lính cai tàn bạo, sẵn sàng bắn hạ bất cứ ai định bỏ trốn.

Ít nhất khoảng 1% số lượng cây cối tại lưu vực sông Amazon là cây cao su. Những cây cao su tốt nhất chỉ cho khoảng 1,4 kg cao su mỗi năm. Một phu cao su tay nghề cao có thể làm được khoảng 11 kg cao su đã xử lý bằng khói mỗi ngày. Các bánh cao su đã được xử lý sẽ được chuyển bằng xuồng xuôi dòng đến các địa điểm thương mại, và cuối cùng đến thành phố Manaus bên bờ sông Negro, cách nơi nó hợp dòng với sông Amazon mười một dặm và cách Đại Tây Dương chín trăm dặm lục địa. Nhờ vào cao su, Manaus đã phát triển từ một thị trấn nhỏ ven sông thành một thành phố sầm uất. Nguồn lợi nhuận khổng lồ của các nhà tư bản cao su - đa phần là người châu Âu - và sự chênh lệch rõ ràng giữa lối sống xa hoa của họ với điều kiện sống tồi tệ của các công nhân bản địa ở lưu vực Amazon đã thể hiện rất rõ tại Manaus. Những biệt thự khổng lồ, những chiếc xe ngựa xa hoa, các cửa hàng lộng lẫy bày bán đủ các loại của ngon vật lạ, các khu vườn cây cảnh được chăm sóc cẩn thận, và mọi dấu hiệu khác của sự giàu sang phú quý đều có thể được tìm thấy ở Manaus vào những năm 1890-1920, thời kỳ đỉnh cao của sự độc quyền trong sản xuất cao su tại khu vực Amazon. Một nhà hát hoành tráng đã được xây dựng tại đây, với sự xuất hiện của các ngôi sao hàng đầu từ các nhà hát lớn ở châu Âu và Mỹ. Thậm chí, đã có thời điểm Manaus là nơi có lượng mua kim cương nhiều nhất thế giới.

Thế nhưng bong bóng cao su cũng đến lúc phải vỡ tan. Vào đầu những năm 1870, người Anh bắt đầu lo lắng về việc những cây cao su mọc hoang tại các khu rừng mưa nhiệt đới liên tục bị đốn hạ. Lượng mủ latex thu được từ cây cao su bị đốn lên đến 45 kg, cao hơn đáng kể so với 1,4 kg mỗi năm thu được từ việc cạo mủ. Cây Castilla, một loài cây tạo ra cao su thiên nhiên phẩm chất kém hơn được gọi là cao su Peru, và gỗ của nó thường được dùng làm đồ gia dụng và đồ chơi cho trẻ em, đã gần như tuyệt chủng vì bị đốn hạ vô tội vạ. Năm 1876, một người Anh tên là Henry Alexander Wickham đã rời khỏi Amazon trên một chiếc tàu riêng mang theo 70.000 hạt giống cây Hevea brasiliensis, loại cây sau này đã được chứng minh là nguồn cung cấp latex cao su tốt và nhiều nhất. Rừng rậm Amazon có tổng cộng mười bảy loại cây Hevea khác nhau, và người ta vẫn không rõ là Wickham đã biết rằng giống cây ông mang đi là giống tốt nhất hay việc ông chọn được giống cây này hoàn toàn do may mắn. Và cũng không ai biết tại sao nhà cầm quyền Brazil không kiểm tra tàu của Wickham, mặc dù có giả thuyết cho rằng giới cầm quyền đã nghĩ rằng cây cao su không thể sống được ở bất cứ đâu ngoài lưu vực sông Amazon.

Wickham đã hết sức cẩn thận trong việc vận chuyển món hàng của mình, ông đóng gói các hạt giống vô cùng cẩn trọng để ngăn chúng thối rữa hoặc nảy mầm trong quá trình vận chuyển. Vào một buổi sáng sớm tháng 6 năm 1876, ông có mặt tại nhà riêng của nhà thực vật học lỗi lạc Joseph Hooker, giám đốc Vườn Thực vật Hoàng gia tại Kew, ngoại ô London. Một phòng nhân giống được xây dựng ngay lập tức và các hạt giống cao su được gieo trồng. Vài ngày sau, một số hạt giống đã nảy mầm, tổ tiên của hơn 1.900 cây giống cao su đã được chuyển đến châu Á - khởi đầu một triều đại vĩ đại mới của cây cao su. Những cây giống cao su đầu tiên này, được bảo quản trong những nhà kính mini và chăm sóc cẩn thận, đã được chuyển bằng tàu thủy đến Colombo tại đảo Ceylon (ngày nay là Sri Lanka).

Vào lúc đó người ta biết rất ít về quá trình sinh trưởng của cây cao su cũng như về những ảnh hưởng của điều kiện khí hậu ở châu Á đến khả năng tạo mủ của cây. Vườn Thực vật tại Kew đã xây dựng một chương trình khoa học trọng điểm để nghiên cứu mọi tính chất và khía cạnh trong việc nuôi trồng giống cây Hevea brasiliensis, và kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, trái ngược với niềm tin vào lúc đó, các cây được chăm sóc tốt có thể cạo lấy mủ hằng ngày. Cây trồng bắt đầu sản sinh mủ sau bốn năm, sớm hơn rất nhiều so với tuổi của một cây cao su mọc hoang lúc bắt đầu có thể lấy mủ, khoảng hai mươi lăm năm.

Hai đồn điền cao su đầu tiên đã được xây dựng tại Selangor, ngày nay là vùng đất phía tây Malaysia. Vào năm 1896, cao su Malay có màu hổ phách lần đầu tiên đã đến London. Người Hà Lan cũng nhanh chóng thành lập các đồn điền cao su tại Java và Sumatra, và vào năm 1907, người Anh đã có khoảng mười triệu cây cao su, trồng theo những hàng thẳng tắp trên một diện tích hơn 300.000 mẫu Anh tại bán đảo Malay và đảo Ceylon. Hàng ngàn phu cao su được nhập khẩu vào các vùng trồng cây, người Trung Quốc đến bán đảo Malay và người Tamils đến đảo Ceylon, để cung cấp nguồn nhân lực cần thiết cho việc trồng cao su thiên nhiên.

Châu Phi cũng không tránh khỏi ảnh hưởng của nhu cầu cao su, đặc biệt là tại Congo ở vùng Trung Phi. Trong suốt thập kỷ 1880, khi thấy rằng người Anh, Pháp, Đức, Bồ Đào Nha và Italy đã chiếm đóng hầu hết các vùng đất phía tây, nam và đông lục địa châu Phi, vua Leopold II của Vương quốc Bỉ đã quyết định thuộc địa hóa vùng đất Trung Phi ít hứa hẹn hơn, nơi mà những cuộc mua bán nô lệ trong nhiều thế kỷ đã khiến dân số giảm mạnh. Cơn sốt mua bán ngà voi vào thế kỷ 19 cũng đã ảnh hưởng to lớn khi phá vỡ hoàn toàn cách thức sinh sống truyền thống của người dân bản địa. Một phương pháp được ưa chuộng của những thương lái ngà voi là bắt giữ người bản địa, thu lấy ngà voi từ họ, và ép buộc dân làng phải liều mình đi săn voi để đánh đổi mạng sống của những người thân bị giam giữ. Khi ngà voi trở nên khan hiếm, cũng là lúc giá cao su toàn cầu tăng mạnh, những thương lái vô lương tâm này lập tức thay đổi món chuộc từ ngà voi thành cao su đỏ, loại mủ latex thu được từ những cây bụi cao su mọc hoang trong các khu rừng rậm ở lưu vực sông Congo.

Leopold dùng lợi nhuận từ thương mại cao su để trang trải chi phí cho thuộc địa hợp pháp đầu tiên tại Trung Phi. Ông cho các công ty thương mại như Công ty Anglo-Belgian India Rubber hay Công ty Antwerp thuê dài hạn những diện tích đất khổng lồ. Lợi nhuận từ cao su phụ thuộc vào sản lượng tạo ra. Lấy mủ trở thành công việc bắt buộc đối với người Congo, và quân đội được sử dụng để ép buộc họ bỏ công việc canh tác nông nghiệp để thu hoạch mủ cao su. Người dân ở nhiều ngôi làng đã phải bỏ trốn để tránh bị người Bỉ bắt làm nô lệ. Những sự trừng phạt man rợ thường xuyên được sử dụng; những người không kiếm đủ mủ cao su có thể bị chặt cả hai tay bằng dao phát. Bất chấp sự phản đối dữ dội đối với chính sách của Leopold, các quốc gia thực dân khác vẫn cho phép những công ty thuê đất trồng cao su dài hạn sử dụng lao động cưỡng bức ở quy mô lớn.

Lịch sử tác động đến cao su

Không như các phân tử khác, cao su chịu nhiều ảnh hưởng của lịch sử cũng như chính nó ảnh hưởng đến lịch sử. Từ cao su ngày nay được dùng để chỉ nhiều cấu trúc polymer khác nhau mà sự phát triển của chúng được đẩy nhanh bởi các sự kiện xảy ra vào thế kỷ 20. Nguồn cung cao su tự nhiên từ các đồn điền đã nhanh chóng vượt qua nguồn cung từ các khu rừng rậm Amazon, và đến năm 1932, 98% cao su được cung cấp từ các đồn điền cao su tại Đông Nam Á. Sự phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu này đã trở thành mối quan tâm lớn của chính phủ Mỹ, do nước này ngày càng cần nhiều cao su hơn cho công cuộc công nghiệp hóa và ngành giao thông, mặc dù đã thực hiện kế hoạch dự trữ nguyên liệu cao su từ trước đó. Sau khi Nhật tấn công Trân Châu cảng vào tháng 12 năm 1941, khiến nước Mỹ chính thức tham gia vào Thế Chiến II, tổng thống Franklin Delano Roosevelt đã chỉ định một ủy ban đặc biệt để nghiên cứu các giải pháp nhằm giải quyết vấn đề thiếu hụt cao su có thể xảy ra trong cuộc chiến, ủy ban này đã kết luận rằng “nếu chúng ta thất bại trong việc đảm bảo cung cấp một lượng lớn cao su một cách nhanh chóng, thì cuộc chiến của chúng ta, và cả nền kinh tế nội địa của chúng ta sẽ sụp đổ”. Họ cũng gạt bỏ ý tưởng chiết xuất mủ cao su thiên nhiên từ các loại cây khác nhau sống tại các bang trên nước Mỹ: loài cây rabbit brush tại California, cây bồ công anh tại Minnesota. Mặc dù người Nga đã từng dùng cây bồ công anh bản địa làm nguồn cung cấp tạm thời cao su trong thời chiến, ủy ban của Roosevelt cho rằng cây bồ công anh có năng suất cho mủ latex thấp và chất lượng không tốt. Chỉ có duy nhất một giải pháp hợp lý, họ nghĩ, đó là sản xuất cao su tổng hợp.

Cho đến lúc này, những nỗ lực tạo ra cao su tổng hợp bằng phản ứng trùng hợp isoprene vẫn không thành công, vấn đề nằm ở các nối đôi dạng cis của cao su. Trong quá trình hình thành cao su thiên nhiên, các loại enzyme điều khiển phản ứng trùng hợp tạo các nối đôi chỉ ở dạng cis. Trong quá trình tổng hợp cao su, người ta không thể tạo ra được cơ chế điều khiển này, và sản phẩm thu được có các nối đôi dạng cis và trans trộn lẫn với nhau một cách hoàn toàn ngẫu nhiên.

Một loại polyisoprene tương tự đã được phát hiện trong tự nhiên là mủ latex từ cây hồng xiêm Nam Mỹ, Achras sapota. Nó cũng được gọi là “chicle”, và đã được sử dụng từ rất lâu để làm kẹo cao su. Việc nhai kẹo cao su dường như đã có từ thời cổ đại; những miếng nhựa cây bị nhai đã được khai quật cùng với các đồ vật thời tiền sử. Người Hy Lạp cổ đại có vẻ thường nhai nhựa của cây mastic, một loại cây bụi mọc ở một số khu vực Trung Đông, Thổ Nhĩ Kỳ và Hy Lạp, ngày nay người dân ở đây vẫn nhai nhựa của loại cây này. Ở vùng New England, thổ dân da đỏ thường nhai nhựa cứng của cây vân sam, và người châu Âu di cư đã dễ dàng tiếp nhận thói quen này. Nhựa cây vân sam có hương vị đặc trưng rất lạ và mê hoặc, nhưng nó cũng chứa một số tạp chất rất khó loại bỏ, do vậy một loại gôm làm từ sáp trở nên được ưa chuộng hơn trong cộng đồng những người châu Âu di cư.

Gôm chicle, được người Maya ở Mexico, Guatemala và Belize ưa chuộng trong ít nhất là 1000 năm, đã được đưa đến Mỹ bởi tướng quân Antonio Lopez de Santa Anna, người chinh phục Alamo. Khi còn là tổng thống của Mexico vào khoảng năm 1855, Santa Anna đã thực hiện một thỏa thuận đất đai, theo đó Mexico từ bỏ chủ quyền các vùng đất phía bắc của Rio Grande; vì thỏa thuận này ông đã bị lật đổ và bị trục xuất khỏi quê hương mình. Ông đã hy vọng rằng với công việc kinh doanh gôm chicle - như là một vật liệu thay thế cho latex cao su - với những đối tác cao su của Mỹ, ông có thể gây dựng một đội quân và giành lại vị trí tổng thống Mexico. Nhưng ông đã không xét đến các nối đôi cis và trans ngẫu nhiên của gôm chicle. Mặc cho vô số nỗ lực của Santa Anna và cộng sự của ông là Thomas Adams, một nhiếp ảnh gia đồng thời cũng là một nhà phát minh, họ vẫn không thể lưu hóa gôm chicle để tạo thành vật liệu thay thế cao su, đồng thời cũng không thể pha trộn với cao su thiên nhiên. Gôm chicle gần như không có giá trị thương mại nào cho đến một ngày, khi Adams nhìn thấy một đứa trẻ mua một miếng sáp nhai đáng giá vài xu lẻ ở một hiệu thuốc và chợt nhớ lại rằng những người dân bản địa ở Mexico đã nhai gôm chicle trong một thời gian dài. Ông quyết định rằng đây sẽ là giải pháp để xử lý lượng gôm chicle đang chất đống trong nhà kho của mình. Và từ đó, kẹo cao su từ gôm chicle, được làm ngọt với bột đường và tạo mùi vị với những hương liệu khác nhau, đã nhanh chóng trở thành nền tảng cho ngành công nghiệp sản xuất kẹo cao su.

Mặc dù kẹo cao su đã được cấp cho quân đội trong Thế Chiến II nhằm giữ sự tỉnh táo cho binh lính, thật khó lòng để xem chúng là một vật liệu chiến lược trong giai đoạn chiến tranh. Các quá trình thực nghiệm nhằm tổng hợp cao su từ phân tử isoprene chỉ luôn tạo thành polymer giống gôm chicle, do vậy một loại cao su nhân tạo với nguyên liệu khác isoprene vẫn cần được nghiên cứu. Thật trớ trêu, công nghệ khiến điều này trở thành khả thi lại được phát minh tại Đức. Trong suốt Thế Chiến I, nguồn cung cao su thiên nhiên từ các nước Đông Nam Á cho Đức đã bị phe Đồng Minh ngăn chặn. Để khắc phục điều này, những công ty hóa chất lớn ở Đức đã phát triển nhiều vật liệu tương tự cao su, và thành công nhất là cao su styrene butadiene (SBR), một vật liệu có những tính chất rất giống với cao su thiên nhiên.

Styrene đã được phân lập thành công lần đầu tiên vào cuối thế kỷ 18 từ keo của cây gỗ gôm (sweetgum) phương đông, Liquidamber orientalis, một loại cây bản địa ở vùng tây nam Thổ Nhĩ Kỳ. Sau vài tháng, styrene chiết xuất trở thành dạng keo nhớt, điều này chứng tỏ rằng quá trình trùng hợp đã bắt đầu.

Ngày nay, polymer này được gọi là polystyrene và được dùng làm vật liệu đóng gói, phim nhựa và cốc cà phê sử dụng một lần. Styrene - bắt đầu được tổng hợp từ năm 1866 - và butadiene là hai nguyên liệu đầu tiên mà IG Farben, một công ty hóa chất của Đức, đã sử dụng để sản xuất cao su nhân tạo. Tỷ lệ butadiene (CH2=CH-CH=CH2)/styrene được sử dụng trong SBR vào khoảng 3/1; cho dù tỷ lệ chính xác và cấu trúc của polymer có thể thay đổi, các nối đôi trong phân tử polymer thu được luôn có dạng cis hoặc trans một cách ngẫu nhiên.

Một phần cấu trúc của cao su styrene butadiene (SBR), còn được biết đến với tên gọi cao su styrene chính phủ (government styrene rubber - GR-S) hoặc cao su Buna-S. SBR có thể được lưu hóa với lưu huỳnh.

Vào năm 1929, giữa công ty Standard Oil của bang New Jersey (Mỹ) và IG Farben đã hình thành mối quan hệ hợp tác dựa trên sự chia sẻ các quy trình công nghệ liên quan đến dầu tổng hợp. Một phần của thỏa thuận hợp tác cho phép Standard Oil được tiếp cận một số bằng sáng chế của IG Farben, bao gồm cả quy trình sản xuất SBR. IG Farben không bị ép buộc chia sẻ những chi tiết kỹ thuật trong các bằng sáng chế này, tuy nhiên đến năm 1938, chính quyền Nazi đã thông báo cho IG Farben rằng nước Mỹ không được quyền có bất cứ thông tin nào liên quan đến kỹ thuật sản xuất cao su tiên tiến của Đức.

Cuối cùng, IG Farben cũng chuyển bằng sáng chế SBR cho Standard Oil, với suy nghĩ chắc chắn là nó không bao hàm đầy đủ các thông tin kỹ thuật để người Mỹ có thể tự tạo ra cao su tổng hợp. Tuy nhiên sự đánh giá này hoàn toàn sai lầm. Toàn bộ ngành công nghiệp hóa chất của Mỹ đã được huy động và quy trình sản xuất cao su SBR đã được phát triển và xúc tiến ứng dụng vô cùng nhanh chóng. Vào năm 1941, sản lượng cao su tổng hợp của Mỹ chỉ vào khoảng 8.000 tấn, nhưng đến 1945, sản lượng này đã đạt đến hơn 800.000 tấn, đáp ứng được phần lớn lượng tiêu thụ cao su trong cả nước. Việc sản xuất được một lượng lớn cao su trong một thời gian rất ngắn đã được mô tả là thành tựu công nghệ (và hóa học) lớn thứ hai trong thế kỷ 20 của nước Mỹ, sau việc chế tạo thành công bom nguyên tử. Trong vài thập kỷ tiếp theo, các loại cao su tổng hợp khác đã được phát triển (cao su neoprene, cao su butyl, cao su Buna-N). Ý nghĩa của từ cao su từ đó đã bao gồm cả những polymer làm từ nguyên liệu ban đầu không phải là isoprene nhưng có những tính chất tương đồng với cao su thiên nhiên.

Vào năm 1953, nhà khoa học người Đức Karl Ziegler và nhà khoa học người Italy Giulio Natta đã tiếp tục cải tiến quy trình sản xuất cao su tổng hợp. Hoàn toàn độc lập với nhau, hai nhà khoa học này đã phát triển các hệ thống kiểm soát được việc tạo ra các nối đôi cis hoặc trans dựa vào chất xúc tác đặc biệt. Với công trình này, giờ đây cao su thiên nhiên tổng hợp hoàn toàn có thể được tạo ra. Chất xúc tác này được gọi tên là Ziegler-Natta và đã mang lại giải Nobel hóa học năm 1963 cho Karl Ziegler và Giulio Natta, nó đã tạo nên cuộc cách mạng trong công nghiệp hóa chất khi cho phép quá trình tổng hợp polymer diễn ra với các tính chất có thể được kiểm soát một cách chính xác. Theo cách này, các loại polymer cao su có thể được tạo thành với tính chất cơ lý bền hơn, chắc hơn, dai hơn, linh hoạt hơn, chịu được dung môi và ánh sáng mặt trời tốt hơn, đồng thời cũng có khả năng chịu nhiệt tốt hơn và khó bị nứt vỡ hơn.

Thế giới của chúng ta đã được định hình bởi cao su. Việc thu gom nguyên liệu thô để sản xuất cao su đã có ảnh hưởng rất lớn đến xã hội và môi trường. Việc đốn hạ quy mô lớn các cây cao su trong các khu rừng rậm nhiệt đới ở lưu vực sông Amazon chỉ là một trong những ví dụ về việc khai thác quá mức tài nguyên của các khu rừng rậm nhiệt đới và phá hủy môi trường sinh thái của con người. Cách đối xử đáng hổ thẹn với người dân bản địa tại các khu vực có cao su vẫn không có gì thay đổi. Những kẻ tìm kiếm mỏ quặng và khai hoang vẫn tiếp tục xâm phạm các vùng đất truyền thống của con cháu những người bản địa đã từng thu gom mủ latex. Công cuộc thuộc địa hóa của người Bỉ ở Congo đã để lại di chứng là sự bất ổn, bạo lực, và những xung đột kịch liệt vẫn đang hiện diện rất rõ ràng tại khu vực này ngày nay. Làn sóng công nhân di cư đến các đồn điền cao su tại châu Á từ hơn một thế kỷ trước đây vẫn tiếp tục ảnh hưởng đáng kể đến các dân tộc, diện mạo văn hóa và khung cảnh chính trị của các đất nước Malaysia và Sri Lanka.

Thế giới của chúng ta vẫn tiếp tục được định hình bởi cao su. Nếu không có cao su, sẽ không có những thay đổi lớn lao từ quá trình cơ khí hóa. Công cuộc cơ khí hóa cần rất nhiều cao su thiên nhiên hoặc nhân tạo cho máy móc - đai kéo, miếng làm kín, các mối nối, van, vòng chữ O, miếng đệm, lốp xe, vòng đệm, và hàng loạt các chi tiết khác. Những phương tiện cơ giới - xe hơi, xe tải, tàu thuyền, tàu hỏa, máy bay - đã thay đổi hoàn toàn cách thức vận chuyển con người và hàng hóa. Cơ khí hóa công nghiệp đã thay đổi loại hình công việc và cách thức thực hiện các công việc. Cơ khí hóa nông nghiệp đã đặt nền móng cho sự phát triển của các thành phố và thay đổi diện mạo xã hội của chúng ta từ nông thôn trở thành đô thị. Cao su luôn đóng góp một phần thiết yếu trong các sự kiện này.

Sự thám hiểm của chúng ta vào những thế giới tương lai sẽ có thể được định hình bởi cao su, khi mà loại vật liệu này - một phần thiết yếu cấu thành các trạm vũ trụ, quần áo du hành, các tên lửa và tàu con thoi - giờ đây cho phép chúng ta thăm dò những vùng không gian khác trong vũ trụ. Nhưng những thiếu sót trong cách đánh giá về một tính chất được biết đến từ lâu của cao su đã cản trở công cuộc vươn đến những vì sao của con người. Mặc cho những hiểu biết vô cùng tinh tường về kỹ nghệ polymer của NASA, chính khả năng chịu lạnh kém của cao su - một tính chất mà La Condamine, Macintosh và Goodyear đã hiểu rõ - là nguyên nhân khiến chiếc tàu con thoi Challenger bị phá hủy vào một buổi sáng lạnh lẽo tháng 1 năm 1986. Nhiệt độ khi phóng con tàu là 36°F (2°C), thấp hơn nhiệt độ phóng thấp nhất đã từng xuất hiện trước đó đến 15°. Trên khớp nối phía đuôi của động cơ tên lửa rắn, một gioăng cao su nằm ở phía khuất mặt trời đã có nhiệt độ khoảng 28°F (-2°C). Tại nhiệt độ lạnh lẽo đó, gioăng cao su đã mất đi độ mềm dẻo vốn có của nó, và do không trở lại được hình dạng ban đầu, khiến cho bộ đệm chèn kín áp suất không hoạt động. Kết quả là một lượng khí đốt rất lớn thoát ra tạo nên một vụ nổ, cướp đi sinh mạng của bảy phi hành gia tàu Challenger. Đây là một ví dụ gần nhất minh chứng cho điều mà chúng ta có thể gọi là yếu tố những chiếc nút áo của Napoleon, việc bỏ qua một tính chất đã biết của phân tử trở thành nguyên nhân của một thảm họa to lớn: “và tất cả chỉ vì thiếu một chiếc gioăng cao su”.

(7) Ngoài nghĩa là cao su, còn có nghĩa là vật xóa sạch, lau sạch - ND.