Каучуки

Каучуки – натуральный и синтетический – высокомолекулярные соединения со своеобразным комплексом свойств. Природный каучук – это сок дерева гевеи. Европа узнала о каучуке в XVI веке, после возвращения экспедиции Колумба.

Долгое время на каучук не обращали внимания, пока в 1823 г. К. Макинтош не освоил производство непромокаемых плащей, пропитанных каучуком. Но затея не удалась – плащи застывали в холод, а при жаре становились липкими.

В 1839 г. американец Ч. Гудьир разработал способ вулканизации каучука. Под действием серы при умеренном нагревании каучук приобретал большую прочность, твердость, становился менее чувствительным к переменам температуры. Вулканизированный каучук назвали резиной.

В 1862 году химик Г. Уильямс обнаружил в продуктах сухой перегонки натурального каучука непредельный углерод, который назвал изопреном. В 1879 из изопрена, полученного сложным способом из скипидара, удалось синтезировать вещество, похожее по свойствам на каучук, а в 1930 году В. Лебедев разработал метод промышленного получения синтетического каучука.

Сейчас известны и производятся в промышленных масштабах каучуки изопреновые, бутадиеновые, бутадиен-стирольные, и др.

Более половины мирового производства расходуется на производство шин. На изготовление покрышек для малолитражки нужно около 20 кг каучука, причем разных сортов и марок, а для самосвала почти 1900 кг. Меньшая половина идет на остальные виды резиновых изделий.

Натуральный (природный) каучук (НК) представляет собой высокомолекулярный непредельный углеводород, молекулы которого содержат большое количество двойных связей; состав его может быть выражен формулой (С5Н8)n (где значение n составляет от 1000 до 3000); он является полимером изопрена:

Как видно из этой схемы, при полимеризации изопрена раскрываются обе его двойные связи, а в элементарном звене полимера двойная связь возникает на новом месте – между атомами углерода 2 и 3.

Природный каучук содержится в млечном соке каучуконосных растений, главным образом, тропических (например, бразильского дерева гевея).

Другой природный продукт – гуттаперча – также является полимером изопрена, но с иной конфигурацией молекул.

Сырой каучук липок, непрочен, а при небольшом понижении температуры становится хрупким. Чтобы придать изготовлением из каучука изделиям необходимую прочность и эластичность, каучук подвергают вулканизации – вводят в него серу и затем нагревают. Вулканизованный каучук называется резиной.

Вулканизация – процесс, при котором пластичный каучук переходит в эластичную резину или эбонит. Этот процесс, состоящий в связывании макромолекул по их реакционоспособным участкам, называют также структурированием (сшиванием). Обычно он происходит за счет возникновения редких ковалентных химических связей между макромолекулами под действием специального агента вулканизации.

Накопленный к настоящему времени опыт показывает, что создать единый агент вулканизации невозможно, так как имеются сильное различие молекулярного строения применяемых каучуков и огромное многообразие условий эксплуатации резиновых изделий (повышенная и пониженная температура, агрессивные среды, вакуум, повышенное давление, радиационное воздействие и т.п.).

В процессе вулканизации, прежде всего, изменяются физические и механические свойства, причем в большей степени заметно улучшение эластических свойств.

При вулканизации сера присоединяется к двойным связям макромолекул каучука и «сшивает» их, образуя дисульфидные «мостики».

В результате вулканизации каучук теряет пластичность, становится упругим.

Отсутствие в нашей стране природного каучука вызвало необходимость в разработке метода искусственного получения этого важнейшего для народного хозяйства материала. Русскими химиками был найден и впервые в мире осуществлён (1928-1930) в промышленном масштабе способ получения синтетического каучука. По способу, предложенному С.В. Лебедевым (1874-1934), исходным материалом для производства синтетического каучука (СК) служит непредельный углеводород бутадиен, или дивинил, который полимеризуется подобно изопрену:

По Лебедеву, исходный бутадиен получают из этилового спирта. Теперь разработано получение его из бутана попутного нефтяного газа.

В настоящее время химическая промышленность производит много различных видов синтетических каучуков, превосходящих по некоторым свойствам натуральный каучук. Кроме полибутадиенового каучука (СКБ), широко применяются сополимерные каучуки-продукты
совместной полимеризации (сополимеризации) бутадиена с другими непредельными соединениями, например, со стиролом (СКС) или с акрилонитрилом (СКН):

В молекулах этих каучуков звенья бутадиена чередуются со звеньями соответственно стирола и акрилонитрила.

В России разработано и внедрено в производство получение синтетического полиизопренового каучука (СКИ), близкого по свойствам к натуральному каучуку.