Натуральный каучук — это полимер

Натуральный каучук настолько эластичен, что даже при малейшем усилии может демонстрировать изменения растяжения до 1000%, в то время как для стандартных тел это значение составляет менее 1%. Это качество сохраняется в большом диапазоне температур, что отличает этот материал. При повышении температуры он становится липким и мягким, а в холодных условиях — хрупким и твердым. Если каучук долго хранится, он становится очень твердым. Температура 80 °C — это условия, при которых она теряет свою эластичность, а при 120 °C она превращается в жидкое, смолистое вещество, после чего уже не возвращается к своему первоначальному виду. Этому превращению будет препятствовать процесс окисления основного вещества — углеводорода. Если температура поднимется до 250 °C, каучук начнет разлагаться, выделяя множество жидких и газообразных веществ. Каучук можно охарактеризовать как отличный диэлектрик с пониженной газопроницаемостью и водопроницаемостью.

Синтетический каучук

Много лет назад путешественники привезли с острова Эспаньола мяч. При броске этот предмет подпрыгнул, удивив новоприбывших. Индейцы назвали материал, из которого был сделан упругий мяч, ‘каучук’, отсюда и название резины — эластомеры, натуральные и синтетические продукты. Ученые в течение 100 лет работали над созданием синтетического сырья. Синтетический каучук был создан по рецептам и методам русского химика С. Лебедева в 1927 году, а первые партии резиновых изделий были выпущены в 1932 году. Сегодня трудно представить себе промышленность и повседневную жизнь без продуктов, полученных в результате вулканизации элементов.

Формула синтетического каучука

Изделия из синтетического каучука значительно эффективнее натурального каучука. Например, предметы плавают и не растворяются в воде, потому что их плотность меньше H₂О.

Ученые постоянно совершенствуют синтез искусственных полимеров, чтобы добиться качеств, превосходящих качества природных элементов. Таким примером являются сополимерные вещества:

Лебедев использовал эту схему для получения синтетического каучука.

Во время полимеризации бутадиен заменяет в цепи другой мономер для улучшения свойств. Российские химики создают классические синтетические материалы со свойствами, сравнимыми с природными веществами. Каучук получают путем вулканизации резины и ее наполнителя — сажи. Это вид технологического процесса, при котором основной мономер взаимодействует с реагентом, образуя под воздействием молекулярного соединения равномерную пространственную решетку.

После вулканизации каучук становится продуктом высокого уровня:

Технология производства превращает хрупкое и воздушное вещество в упругую резину или эбонит с повышенной твердостью.

Формула натурального каучука

Натуральный каучук имеет множество двойных связей, его общая формула — (C5H8) n. Символ n обозначает степень полимеризации, которая достигает примерно 1000-3000. При проведении химических анализов каучука становится очевидным, что он содержит только водород и углерод, поэтому относится к углеводородам, что подтверждается формулой. Молекулярная масса некоторых единиц составляет более полумиллиона граммов на моль. Следовательно, каучук — это природный полимер изопрен. Если формула не является атомарно тонкой, то ее вполне можно увидеть под микроскопом — она длинная. Если рисунок растянуть до максимума, то получается зигзагообразная линия, что объясняется изменчивостью углеродных связей. Известно, что в изопрене могут чередоваться двойные и одинарные связи, в этом случае молекулы вращаются только вблизи одинарных связей. Такие колебания влияют на молекулу, под некоторым давлением она изгибается, и ее концы в состоянии покоя соединяются. Она напоминает круглую пружину, поэтому легко растягивается, увеличивая свой собственный размер по мере разъединения концов.

Основным сырьевым источником натурального каучука является сок определенного растения, которое может выделять латекс — белую жидкость с особыми свойствами. Сам латекс является широко распространенным компонентом растений и может быть найден в каучуковых растениях из различных ботанических групп. Он содержится во всех частях растений и поэтому подразделяется на отдельные виды: — латексные растения, где вещество хранится в соке; — хлоренхима растений, где вещество хранится в молодых побегах и листьях; — паренхима растений, где вещество хранится в стеблях и корнях; — травянистые растения, принадлежащие к семейству Compositae, хранят каучук в подземных органах и в минимальных количествах. Эти растения обычно не используются в промышленном производстве каучука. Знаменитые каучуконосные растения — деревья — растут на экваторе; этот пояс достигает ширины 1 300 км и называется ‘каучуковым поясом’. Выращиваемые здесь особые деревья предназначены для промышленного использования. В большинстве случаев натуральный продукт получают из латекса тропических деревьев, а точнее, бразильской гевеи. Процедура быстрая и простая: в корне пятилетнего дерева делается небольшой надрез, и из одного дерева гевеи выходит от двух до трех килограммов каучука. Для получения каучука из бразильской гевеи молочный сок проходит специальную процедуру коагуляции с постепенным добавлением муравьиной кислоты. После тщательного промывания водой продукт скатывают в лист и затем коптят.

Использование натурального каучука

Чистый натуральный каучук используется редко из-за его поведения при низких и высоких температурах. Вулканизированный натуральный каучук, напротив, чаще всего используется в качестве сырья для производства резины и всевозможных резиновых изделий. В первую очередь натуральный каучук нужен шинной промышленности. Он используется для производства летних и зимних шин, а также шин для велосипедов, автомобилей, тракторов и спецтехники. Следует знать, что в производстве резины и шин используется не только каучук, но и различные наполнители, пластификаторы, антислеживатели, катализаторы и другие вещества. Они используются для ускорения или упрощения производственного процесса или для придания дополнительных свойств продукции. Например, антислеживающие вещества необходимы для замедления процесса старения и тем самым увеличения срока службы резины, а катализаторы используются для ускорения процесса вулканизации.

Качество натурального каучука оценивается путем тестирования и сверки с эталонным образцом. Каучук также классифицируется в соответствии с техническими правилами и нормами. Эти правила определяют количество допустимых примесей.

Процесс производства натурального каучука

Производство натурального каучука основано на коагуляции латекса — так называется сок, выделяемый каучуковыми деревьями. Другими словами, в процессе производства крошечные частицы, содержащиеся в латексе, увеличиваются в размерах. Как уже упоминалось, латекс в той или иной форме содержится во многих растениях, его можно найти в корневой системе и в стебле, такой каучук называется паренхимным, тот, что находится в листьях, называется хлоренхимой, а тот, что находится в млечном соке, называется латексом или латексом. Почти весь натуральный каучук добывается из деревьев. С тех пор как началась промышленная добыча этого сырья, ни одно растение не превзошло гевею. Первоначально она росла в Южной Америке и до сих пор производит 96% натурального продукта в мировой экономике. Богатый латексом молочный сок добывается из растения, как только оно достигает 12-летнего возраста. Одно дерево может давать от 3 до 7,5 кг продукта в год. Когда дерево перестает выделять сок, его удаляют с плантации и отправляют на переработку. Латекс состоит из:

Для извлечения латекса на стебле растения делается V-образный надрез и извлекается около 45-60 г сырья. Добытое маточное молочко выливается в одну большую кастрюлю. Сырье оставляют в этой кастрюле на длительное время, где оно проходит реакцию, в результате которой образуется натуральный каучук. Через некоторое время маточное молочко превращается в твердую массу, которую затем продавливают через роликовый пресс. Это необходимо для того, чтобы избавиться от лишней влаги. В результате этого процесса получается плотный брикет. На заключительном этапе полуфабрикат высушивают, при этом масса меняет цвет с белого на темный. После сушки полуфабрикат готовят к отправке на предприятия по переработке натурального каучука. Здесь происходит вулканизация сырья и синтез конечного продукта — каучука. Промышленная революция на рубеже 20-го века увеличила спрос на каучук. Это привело к появлению новых плантаций и, помимо Южной Америки, к выращиванию гевеи в Малайзии, Вьетнаме и других странах.

Промышленное применение

Наиболее распространенное практическое применение натурального каучука — это производство резины. Этот процесс основан на реакции вулканизации, разработанной еще в 19 веке. Для получения каучука в сырье добавляют различные ингредиенты, способствующие образованию длинных молекул, соединенных поперечными связями. Такая структура придает каучуку способность сжиматься и растягиваться практически при любой температуре. Продукт вулканизации, каучук, предназначен для использования в различных отраслях промышленности. Она используется в производстве шин и труб для всех колесных транспортных средств. Кроме того, резина используется в качестве основы для различных уплотнений для тепло-, гидро- и звукоизоляции. Она также незаменима в медицине, в частности, при производстве перчаток и презервативов. Он также используется во многих медицинских приборах и устройствах. Каучук также находит применение в ракетной промышленности. Она используется в качестве основы для производства твердого ракетного топлива. В частности, она используется в качестве топлива, а в качестве наполнителя — порошок селитры, а в качестве окислителя — перхлорат аммония.

В 1969 году вступил в силу стандарт, регулирующий свойства этого натурального продукта. Он делит весь каучук на 8 типов, включающих 35 классов. Основными из них являются:

Качество натурального каучука оценивается путем осмотра и сверки с контрольным образцом. Кроме того, каучук классифицируется в соответствии с техническими регламентами. Они регламентируют количество допустимых примесей. Помимо натурального каучука, производители выпускают целый ряд продуктов с различными технологическими параметрами и механическими свойствами, которые могут выпускаться в различных формах, например, в виде порошка. Компании, производящие это сырье, постоянно проводят исследования, чтобы улучшить качество натурального каучука и повысить его эффективность. Одним из видов каучука является гуттаперча, иногда называемая балата. Ее добывают в Малайзии. Гуттаперча менее эластична. Это объясняется тем, что она имеет другую макромолекулярную структуру. Этот вид каучука использовался в начале 20 века для изоляции морских кабелей связи. Следует отметить, что этот полимер не нашел широкого применения в промышленности. В настоящее время он используется в производстве жевательной резинки. Стоматологи также используют его для изготовления пломб. Еще одно применение гуттаперчи — мячи для гольфа.

Каучук: свойства

Каковы свойства натурального каучука? Этот полимер абсолютно уникален и меняет свои свойства в зависимости от температуры окружающей среды. Он может быть высокоэластичным, жидким или даже стеклянным.

В диапазоне температур 20-30°C материал характеризуется следующими свойствами

• эластичность и эластичность. Резиновое изделие можно растянуть на 1000%, и даже по истечении этого времени оно быстро возвращается в исходное состояние. Это качество теряется только после очень длительного хранения;
• мягкость при комнатной температуре и пластичность при нагревании. Если для работы с материалом выбраны правильные условия, то форма, полученная при термообработке, может быть сохранена;
• непроницаемость к электричеству, теплу, газам и воде. Это свойство делает использование резины очень удобным во всех сферах. Изделия из нее имеют длительный срок хранения и мало подвержены воздействию окружающей среды.

Поэтому ни один известный на сегодняшний день материал не может сравниться с резиной, не говоря уже о том, чтобы конкурировать с ней.

Каучук: виды и применение

Два основных вида этого материала — натуральный и синтетический каучук. Последний, в свою очередь, представлен сегодня множеством различных поджанров. Дело в том, что выращивать специальные деревья и добывать из них молочный сок не так-то просто. Кроме того, это требует много времени. Поэтому с момента появления каучука на рынке ученые искали способы получения искусственных заменителей.

1,3-бутадиен был первой молекулой, из которой ученым удалось создать синтетический аналог каучука. Дивиниловый каучук оказался очень похож на натуральный каучук. Резина, образовавшаяся после его вулканизации, также была прочной, вязкой и эластичной. Его использовали для изготовления обуви, шин, трансмиссионных ремней и медицинских приборов.

На аналогичной основе ученые также разработали стирол-бутадиеновый, нитрил-бутадиеновый, винилпиридиновый и изопреновый каучуки. Свойства каждого нового полимера немного отличались и позволяли расширить спектр его применения.

В дальнейшем ассортимент каучуков был расширен за счет введения в молекулярную структуру новых фрагментов, а именно:

• органосиликон каучук. Он используется для производства трубок для переливания крови, искусственных сердечных клапанов, а также кабелей и проводов;
• полиуретан каучук. Он необходим для производства резины, устойчивой к истиранию;
• фторкаучук каучук. В отличие от своего натурального аналога, он не разрушается даже при температуре выше 200 °C;
• хлоропрен каучук. Устойчив к окислителям и большинству растворителей.

Сегодня известны также неорганический каучук, вспененный каучук и многие другие виды.

С точки зрения применения, синтетические каучуки, наряду с натуральными, широко используются в производстве резины. Последний важен в производстве обуви и одежды, искусственной кожи, медицинских препаратов, военных деталей, автомобильных шин, изоляционных материалов и многого другого. Например, каучуковый браслет сегодня стал модным украшением.