Применение каучука в медицине и промышленности. Применение натурального каучука: примеры. Каучук: свойства и области применения
Обладающее способностью кристаллизоваться. (необработанный) - углерод бесцветный или белый. Натуральный каучук не растворяется в спирте, воде, ацетоне и некоторых других жидкостях. В ароматических и жирных углеводородах (эфирах, бензоле, бензине и прочих) он набухает и впоследствии растворяется. В результате образуются которые достаточно широко используются в технических нуждах.
Натуральный каучук имеет однородную молекулярную структуру. Материал обладает высокими физическими и технологическими характеристиками, легко подвергается обработке на соответствующем оборудовании.
Натуральный каучук отличается высокой эластичностью (упругостью). Материал способен восстанавливать свою исходную форму, когда на него перестают воздействовать силы, вызвавшие его деформацию. Следует сказать, что эластичность сохраняется в достаточно широком температурном диапазоне. Однако продолжительное хранение провоцирует затвердение материала.
Натуральный каучук при температуре минус сто девяносто пять градусов прозрачный и жесткий, при температуре от нуля до десяти градусов - непрозрачный и хрупкий, при двадцати - полупрозрачный, упругий и мягкий. При нагревании свыше 50˚С материал становится пластичным и липким.
Свою эластичность он теряет при температуре больше восьмидесяти градусов, при ста двадцати градусах он переходит в смолоподобное жидкое состояние, после застывания получить первоначальный продукт невозможно. При повышении температуры до двухсот-двухсот пятидесяти градусов, натуральный каучук начинает разлагаться. В результате образуется ряд жидких и газообразных веществ.
Натуральный каучук является хорошим диэлектриком. Кроме того, материал обладает низкой газо- и водонепроницаемостью.
Материал достаточно медленно окисляется кислородом воздуха. Быстрее процесс происходит под влиянием химических окислителей.
Кроме всех прочих свойств, каучук обладает пластичностью. Он способен сохранять форму, которую приобрел под влиянием внешних воздействий. Пластичность, которая проявляется при механической обработке и нагревании, считается одной из отличительных характеристик материала. В связи с тем, что каучук обладает эластичными и пластичными свойствами, его называют также материалом пласто-эластичным. 
Натуральный каучук, формула которого - (C5H8)n, включает в себя молекулы, содержащие большое число двойных связей. Материал достаточно легко вступает в химические реакции со многими веществами. Повышенная реакционная способность обусловлена ненасыщенной химической природой материала. Лучше всего взаимодействие происходит в тех растворах, в которых каучук представлен молекулами относительно крупных коллоидных частиц.
При растяжении или охлаждении отмечается переход материала в кристаллическое состояние из аморфного (кристаллизация). Этот процесс происходит в течение определенного времени, не так мгновенно. Кристаллы обладают небольшим размером, неопределенной геометрической формой, а грани их нечеткие.
История каучука началась со времен Великих географических открытий. Когда Колумб вернулся в Испанию, он привез из Нового Света множество диковин. Одной из них был эластичный мяч из «древесной смолы», который отличался удивительной прыгучестью. Индейцы делали такие мячи из белого сока растения гевея, растущего на берегах р.Амазонки. Этот сок темнел и затвердевал на воздухе. Мячи считались священными и использовались в религиозных обрядах. У племен майя и ацтеков существовала командная игра с использованием мячей, напоминающая баскетбол. Впоследствии испанцы полюбили играть вывезенными из Южной Америки мячами. Модифицированная ими индейская игра послужила прообразом современного футбола.
Сок гевеи индейцы называли «каучу» – слезы млечного дерева («кау» – дерево, «учу» – течь, плакать). От этого слова образовалось современное название материала – каучук. Кроме эластичных мячей индейцы делали из каучука непромокаемые ткани, обувь, сосуды для воды, ярко раскрашенные шарики – детские игрушки.
Однако в Европе забыли про южноамериканскую диковинку до 18 в., когда члены французской экспедиции в Южной Америке обнаружили дерево, выделяющее удивительную, затвердевающую на воздухе смолу, которой дали название «резина» (по латыни resina – смола). В 1738 французский исследователь Ш.Кондамин представил в Парижской академии наук образцы каучука, изделия из него и описание способов добычи в странах Южной Америки. С тех пор начались поиски возможных способов применения этого вещества. Во Франции изобрели удобные подтяжки и подвязки из сплетенных с хлопком резиновых ниток. А после 1823, когда шотландец Ч.Макинтош придумал прокладывать тонкий слой резины между двумя кусками ткани, начался настоящий «резиновый бум». Непромокаемые плащи из этой ткани, которые стали называть в честь их создателя «макинтошами», получили широкое распространение. Примерно в то же время в Америке стало модно в дождливую погоду поверх башмаков носить неуклюжую индейскую резиновую обувь – галоши.
Огромную, хоть и недолгую популярность в Европе и Северной Америке резиновые изделия получили после того, как англичанин Чаффи изобрел прорезиненную ткань. Он растворял сырую резину в скипидаре, добавлял сажу и, с помощью специально сконструированной машины, наносил тонкий слой смеси на ткань. Из такого материала делали не только одежду, обувь и головные уборы, но и крыши домов и фургонов.
Однако у изделий из прорезиненной ткани был большой недостаток. – эластичность каучука проявляется лишь в небольшом интервале температур, поэтому в холодную погоду резиновые изделия твердели и могли растрескаться, а летом размягчались, превращаясь в липкую, издающую зловоние массу. Одежду и обувь на лето приходилось прятать в прохладный погреб, с прорезиненными крышами было хуже – приходилось терпеть неприятные запахи. Энтузиазм по поводу нового материала быстро иссяк. А когда однажды в Северо-Американских Соединенных Штатах выдалось жаркое лето, наступил кризис резиновой промышленности – вся ее продукция превратилась в мерзко пахнущий кисель. Фирмы по производству резины разорились.
И все бы забыли про макинтоши и галоши, если бы не американец Чарльз Нельсон Гудьир, который верил, что из каучука можно создать хороший материал. Он посвятил этой идее несколько лет и потратил все свои сбережения. Современники смеялись над ним: «Если вы увидите человека в резиновом пальто, резиновых ботинках, резиновом цилиндре и с резиновым кошельком, а в кошельке ни единого цента, то можете не сомневаться – это Гудьир». Однако Гудьир упорно смешивал каучук со всем подряд: с солью, перцем, песком, маслом и даже с супом и, в конце концов, добился успеха. В 1839 он обнаружил, что добавляя в каучук немного серы и нагревая, можно улучшить его прочность, твердость, эластичность и тепло- и морозоустойчивость. Сейчас именно новый материал, изобретенный Гудьиром, принято называть резиной, а открытый им процесс – вулканизацией каучука.
История упорного изобретателя имеет счастливый конец: предложение о покупке патента на новый материал, обладающий отличными качествами, Гудьир получил, находясь в отчаянном финансовом положении – у него к этому времени был долг в 35 000 долларов, который вскоре он смог оплатить. С этого времени начинается бурный рост производства каучука. Еще при жизни Гудьира только в резиновой промышленности США работало больше 60 000 человек. Кстати, в России, в Санкт-Петербурге предприятие по производству резиновых изделий открылось в 1860.ne Вторая половина 19 в. – время процветания Бразилии, которая долгое время была монополистом по выращиванию деревьев-каучуконосов. Центр каучуконосных районов, Манаус, был богатейшим городом западного полушария. Достаточно упомянуть, что великолепный оперный театр в затерянном в джунглях Манаусе не только строили лучшие французские архитекторы, но даже стройматериалы для него привозились из Европы.
Неудивительно, что Бразилия берегла источник своего богатства. Вывоз семян гевеи был запрещен под страхом смертной казни. Однако в 1876 британский шпион Генри Уикхем в трюмах английского судна «Амазонас» тайно вывез 70 000 семян гевеи. В британских колониях Юго-Восточной Азии были заложены первые плантации каучуконосов. На мировом рынке появился натуральный английский каучук, более дешевый, чем бразильский.
А мир завоевывали разнообразные изделия из резины – транспортерные ленты конвейеров и электроизоляция, «резинки» для белья, резиновая обувь, детские воздушные шары и т.д. Но основное применение этот материал получил с изобретением и распространением резиновых экипажных, а затем автомобильных шин.
Изобретение резиновых шин вместо металлических сначала было встречено без энтузиазма, хотя экипажи с металлическими шинами были не слишком комфортны – за страшный шум и тряску в Англии их называли «истребителями воробьев». Новые тихие экипажи на цельнолитых массивных шинах в Америке были запрещены. Они считались опасными, так как не предупреждали прохожих о приближении экипажа. В России тихие конные экипажи на резиновом ходу также вызывали недовольство – они обдавали грязью не успевших посторониться пешеходов. Поэтому московские власти вынесли решение специально помечать такие экипажи: «Дабы обиженные шинниками обыватели могли заметить своих обидчиков, чтобы привлечь их к законной ответственности, экипажи на резиновом ходу должны снабжаться номерными знаками особого цвета, чем обычные номера извозчиков».
Природный каучук. Строение и свойства. С изобретением конвейерного метода сборки автомобилей потребность в резине стала настолько велика, что настоятельно возник вопрос об ограниченности производства природного сырья. Надо было искать другие источники каучука. Поэтому неудивительно, что в конце 19 – первой половине 20 в. во многих странах исследовались строение каучука, его физические и химические свойства, эластичность, процесс вулканизации. То, что при нагревании из каучука можно получить молекулы изопрена
долгое время объясняли с помощью теории К.Харриеса, который считал, что каучук состоит из множества колец-звеньев изопрена, которые составляют устойчивую мицеллу, т.е. он представляет собой обычную коллоидную частицу. Оппонентом К.Харриеса выступал Г.Штаудингер, доказавший, что каучук является высокомолекулярным соединением, т.е. состоит из обычных, хотя и гигантских молекул, атомы в которых связаны ковалентными связями. На основании своих исследований каучука и резины он выдвинул теорию цепного строения макромолекул, предположил существование разветвленных макромолекул и трехмерной полимерной сетки.
"> Для получения натурального каучука млечный сок гевеи (латекс) добывают методом подсечки, надрезая кору дерева. Натуральный латекс, представляющий собой водную эмульсию каучука, содержит 34–37% каучука, 52-60% воды, а также белки, смолы углеводы и минеральные вещества. Из латекса каучук коагулируют органическими кислотами, промывают водой и прокатывают в листы, которые сушат и коптят дымом. Копчение предохраняет каучук от окисления и действия микроорганизмов.
В натуральном каучуке содержится 91–96% углеводорода полиизопрена (C 5 H 8) n , а также белки и аминокислоты, жирные кислоты, каротин, небольшие количества солей меди, марганца, железа и др. примеси. Полиизопрен натурального каучука является стереорегулярным полимером. Практически все звенья изопрена 98–100% в макромолекуле присоединены в цис-1,4-положении:
Молекула натурального каучука может содержать 20–40 тыс. элементарных звеньев, его молекулярная масса составляет от 1 400 000–2 600 000, он нерастворим в воде, зато хорошо растворяется в большинстве органических растворителей.
Интересно, что существует природный геометрический изомер каучука – гуттаперча, представляющая собой транс-1,4-полиизопрен:
Различия в пространственном расположении заместителей у каучука и гуттаперчи приводят к тому, что и форма макромолекул этих веществ тоже различна. Молекулы каучука закручены в клубки. Если ленту из каучука растягивать, деформировать, то молекулярные клубки будут выпрямляться в направлении прилагаемой сил, и лента будет удлиняться. Однако молекулам каучука энергетически выгоднее находиться в первоначальном состоянии, поэтому, если натяжение прекратить, молекулы опять свернутся в клубки, и размеры ленты станут прежними. Конечно, нельзя увеличивать нагрузку на ленту до бесконечности – рано или поздно деформация будет необратимой, лента порвется.
Молекулы гуттаперчи не закручены в клубки так, как каучук. Они вытянуты даже без нагрузок, поэтому гуттаперча менее эластична.
Эластичность – это способность к обратимой деформации, особое свойство некоторых полимеров, характерное для лишь при определенных значениях температур. При нагревании каучук из эластичного состояния переходит в вязкотекучее. Силы взаимодействия между молекулами ослабевают, полимер не сохраняет форму и напоминает очень вязкую жидкость. При охлаждении каучук из эластичного переходит в стеклообразное состояние, становится похож на твердое тело. Такой полимер легко и обратимо не растягивается при приложении нагрузки. Он сразу рвется, если нагрузка слишком велика. Полимеры в стеклообразном состоянии могут быть хрупкими, их можно сломать или даже разбить, например, морозной зимой может растрескаться сумка из кожзаменителя, т.к. при низких температурах он переходит в стеклообразное состояние).
Что же происходит с каучуком при вулканизации? Когда каучук нагревают с серой, макромолекулы каучука «сшиваются» друг с другом серными мостиками. Из отдельных макромолекул каучука образуется единая трехмерная пространственная сетка. Изделие из такого материала (резины) прочнее, чем из каучука, и сохраняет свою эластичность в более широком интервале температур.
Сейчас известно много вулканизирующих агентов, однако при производстве резины по-прежнему широко используют серу. В качестве ускорителей вулканизации применяют 2-меркаптобензтиазол и некоторые его производные. Возможна и радиационная вулканизация и вулканизация с помощью органических пероксидов. Вулканизации обычно подвергают смесь каучука с различными добавками, придающими резине необходимые свойства, и наполнителями, снижающими стоимость резины (сажа, мел).
"> С появлением технологии производства синтетических каучуков, резиновая промышленность перестала быть всецело зависимой от природного каучука, однако синтетический каучук не вытеснил природный, объем производства которого по-прежнему возрастает, а доля натурального каучука в общем объеме производства каучука составляет 30%. Ведущие мировые производители натурального каучука – страны Юго-Восточной Азии (Таиланд, Индонезия, Малайзия, Вьетнам, Китай). Благодаря уникальным свойствам натурального каучука, он незаменим при производстве крупногабаритных шин, способных выдерживать нагрузки до 75 тонн. Лучшие фирмы-производители изготавливают покрышки для шин легковых автомобилей из смеси натурального и синтетического каучука, поэтому до сих пор главной областью применения натурального каучука остается шинная промышленность (70%). Кроме того, натуральный каучук применяется при изготовлении конвейерных лент высокой мощности, антикоррозийных покрытий котлов и труб, клея, тонкостенных высокопрочных мелких изделий, в медицине и т.д.
Во многих странах в начале 20 в. исследовались местные виды растений. В Советском Союзе систематический поиск растений-каучуконосов предпринимался в 1930-х, общий список таких растений составил 903 вида. Наиболее эффективные каучуконосы, в частности Тянь-Шанский одуванчик кок-сагыз, выращивали на полях России, Украины, Казахстана, работали заводы по выделению каучука, который по качеству считался не уступающим каучуку из гевеи. В конце 1950-х с увеличением производства синтетического каучука возделывание одуванчика-каучуконоса было прекращено.
Каучук представляет собой органическое соединение, основными компонентами которого являются углерод и водород. Получают его из особых древесных растений, которые часто называют каучуконосными. Такие представители флоры произрастают в тропиках. Их органы (плоды, листья, ветви, ствол, корни) содержат латекс. Эта млечная жидкость не является соком растений, ученые-ботаники до сих пор сомневаются в специфике ее значения для жизнедеятельности растительного организма. Именно из латекса в процессе коагуляции получается сплошная упругая масса, которая и является натуральным природным каучуком.
История открытия натурального каучука
Вклад в развитие мировой цивилизации не ограничивается Великими географическими открытиями. Именно его корабль, пристав к острову Эспаньола в 1493 году, увез в Испанию первое изделие из каучука. Это был эластичный прыгучий мяч, который местные жители делали из сока гевеи - растения, встречающегося на берегах Амазонки. Увидев, как индейцы увлеченно подбрасывали диковинную вещицу, которая достигая земли, еще и отскакивала, как живая, словно совершая прыжок, испанцы не на шутку удивились. Попробовав подержать этот прыгучий шарик, они пришли к выводу, что он достаточно тяжелый, а еще обратили внимание на его липкость и характерный запах дыма.
Применение каучука у индейцев этим не ограничивалось. Местные племена не только играли в этот мяч, но использовали его в различных религиозных обрядах. А сок дерева, из которого он получался, считали священным и называли его «каучу», что в переводе означает «слезы дерева».
Среди диковинок, привезенных Колумбом в Испанию, был и этот необычный мячик. С этого времени и началась история применения каучука.
Первые попытки применения
Но европейцы не обратили должного внимания на диковинку индейцев. И вплоть до XVIII века не задумывались над тем, насколько широки и многообразны каучука. Лишь когда членами французской экспедиции, побывавшей в тропических лесах Южной Америки, он был вновь привезен в Европу, на него обратили внимание. Еще больший интерес появился, когда французский ученый Ш. Кондамин, выступая на ассамблее Парижской академии наук, продемонстрировал образцы этого вещества, показал способы возможного применения и изделия из него.
Широкоеприменение натурального каучука в Европе началось примерно в 1770 году, когда в школах появилась новая принадлежность - гуммиластик, который использовали для того, чтобы стирать карандашные линии.
Далее начались активные поиски возможных областей использования каучука. Именно к тому времени относится изобретение подтяжек и резиновых нитей. А шотландский изобретатель Ч. Макинтош догадался проложить тонкий пласт резины между двумя слоями ткани, получив таким образом Этот материал имел сумасшедшую популярность, плащи из него получили свое название по имени изобретателя. Их называли макинтошами.
Крах каучуковой промышленности
Начальные попытки наладить производство непромокаемой обуви не увенчались успехом. Галоши хоть и стали достаточно модными на короткий период времени, но практичностью не отличались. В холод они могли потрескаться, а в жару чуть ли не расплавлялись и источали неприятный запах.
Энтузиазма изобретателей хватило ненадолго. В один из тех годов на многих территориях Европы было очень жаркое лето. Под воздействием высоких температур изделия каучуковой промышленности превратились в ужасно пахнущую массу. Все предприятия этой отрасли тогда обанкротились.
Открытие Чарльза Гудьира
И никто бы больше не вспомнил о галошах и макинтошах, если бы не упорство американца Чарльза Гудьира. Он посвятил поиску способов создания из каучука хорошего материала много лет.
Гудьир проводил множество экспериментов, смешивая каучук практически со всем. Он добавлял в него и соль, и перец, и песок, и даже суп. Потратив все свои деньги и силы, изобретатель уже было потерял надежду. Но его усилия все же увенчались успехом. Добавив в вещество серу, он обнаружил, что и прочность, и эластичность, и температурная устойчивость улучшились.
Таким образом, ему удалось усовершенствовать каучук. Свойства и применениенового соединения вновь стали объектом изучения ученых и промышленников. Полученный Гудьиром материал мы сейчас называемым резиной, а процесс, в ходе которого он получен - вулканизацией каучука.
Резиновый бум
После сенсационного открытия на счастливого ученого посыпались многочисленные предложения о покупке патента на изобретенный материал. Применение каучука для производства резины приобрело огромные масштабы. Для этого почти все страны стали искать способы выращивания у себя на территории деревьев-каучуконосов. В этом плане больше всего повезло Бразилии, ведь именно это государство было владельцем громадных запасов таких растений. Правительство Бразилии прилагало массу усилий, чтобы оставаться монополистом в этой сфере, категорически запрещая вывоз семян и молодых растений гевеи. За это преступление была даже введена смертная казнь.
Но англичанин Викгем, имеющий шпионскую практику, сумел проникнуть на берега Амазонки, где тайком добыл и отправил в Британию 70 000 семян каучуконосного дерева. И хотя у местных селекционеров не сразу получилось на территории с другим климатом вырастить это тропическое растение, благодаря их усилиям спустя некоторое время на рынке появился более дешевый и доступный английский каучук.
А тем временем применение природного каучука стало настолько широким, что количество изделий из резины перевалило за 100 000. Было налажено производство огромного количества новых товаров: транспортерных конвейерных лент и электроизоляции, «резинок» для белья, резиновой обуви, детских воздушных шаров и т. д. Но основное применение природного каучука было связано с автомобильной отраслью, когда изобрели сначала экипажные, а потом и автомобильные шины.
Применение резины и каучука в нашей стране долго было основано на производстве их из иностранного сырья. Только когда в Казахстане обнаружили одуванчики, корни которого содержат каучук, появились первые резиновые изделия из отечественного материала. Но это был очень трудоемкий процесс, так как выделение каучука из корней одуванчика занимало очень много времени из-за низкой его концентрации (16-28%).
Получение синтетического каучука
Природные ресурсы натурального каучука не удовлетворяют высоких потребностей населения в товарах из этого материала. Сейчас гораздо более масштабным является производство синтетического каучука.
С. В. Лебедев в 1910 году впервые получил синтетический каучук. Материалом для производства был бутадиен, который выделялся из этилового спирта. Позже путем осуществления реакции полимеризации с применением металлического натрия получался бутадиеновый синтетический каучук.
синтетического каучука
В 1925 году С. В. Лебедев поставил для себя задачу найти промышленный способ синтеза каучука. Через два года она была успешно решена. Лабораторным способом были синтезированы первые несколько килограмм каучука. Именно Лебедев занялся изучением свойств этого каучука и разработкой рецептов получения из него необходимых потребителю изделий.
И в последующие годы применение каучука было важнейшей задачей работы С. В. Лебедева. Именно по его методу на первом в мире заводе, производящем данный материал, была получена первая партия этого материала промышленного масштаба.
В период с 1932 по 1990 год Советский Союз был лидером по объемам производства в этой отрасли. Применение синтетического каучука позволило расширить ассортимент резинотехнических товаров, в частности: изделий из мягкой резины, подошв для обуви, различных труб и шлангов, герметиков и клеев, красок на латексной основе и прочих.
свойства и применение
Сейчас ассортимент синтетических каучуков значительно вырос, если сравнивать с серединой XX века. Различные его виды могут сильно отличаться химическим составом и потребительскими свойствами. Классификация синтетического каучука основана на различии мономеров, которые используют при его получении. Так, существуют изопреновый, бутадиеновый, хлоропреновый и другие виды. Согласно другой классификации, каучуки делят на типы в зависимости от характерной группы атомов, которые входят в их состав. Например, известны типы полисульфидных, кремнийорганических каучуков и т. д.
Основной метод получения синтетических каучуков - полимеризация диенов и алкенов. Самыми распространенными мономерами при этом можно назвать бутадиен, изопрен, этилен, акрилонитрил и др.
Некоторые виды полисульфидных, полиуретановых каучуков получают в ходе реакции поликонденсации.
Каучуки общего и специального назначения
В соответствии с областями применения каучуки можно разделить на материалы общего и специального назначения. Представители первой группы имеют комплекс свойств, которые дают возможность использовать их для производства различных товаров, эластичные свойства которых должны проявляться при обычных температурах. А вот применение синтетического каучука специального назначения предполагает сохранение свойств и в экстремальных ситуациях, например, под воздействием мороза и огня, озона и кислорода и т. д.
Изопреновый каучук: применение
По составу весьма схож с натуральным. Следовательно, спектр свойств этих веществ во многом совпадает.
К его недостаткам можно отнести плохую устойчивость к высоким температурам, озону и воздействию прямых солнечных лучей. Низкая когезионная прочность резины на их основе - это свойство, которое делает менее востребованным изопреновый каучук. Применениеего затрудняется из-за повышенной липкости, недостаточной каркасности и текучести. Но в монолитных изделиях, которые не требуют соединения большого количества частей, изопреновые каучуки используются достаточно широко.
Каучуковые пластыри
Применение каучука в медицине также имеет место. Самое распространенное изделие медицинской промышленности, полученное с использование каучука, - это пластырь. Он является смесью каучука, лекарственных и сопутствующих веществ. Преимущества таких пластырей:
- длительное сохранение клейкости;
- сочетаемость со многими лекарственными средствами;
- безвредность;
- удобство в применении.
Процесс производства заключается в растворении 1 части каучука в 12 частях бензина. А затем в раствор вводят другие сопутствующие компоненты: терпентин (увеличивает липкость), ланолин (предохраняет от засыхания), окись цинка (ослабляет раздражение), лекарства (создают терапевтический эффект).
Имплантаты из каучука
Поистине жизненно важными изделиями из каучука можно назвать имплантаты человеческих органов. Применение каучука в их производстве началось сравнительно недавно и стало началом новой эры в развитии медицины.
Имплантатами трахеи выступают материалы из полиактилатов, полисилоксанов, полиамидов. и его части делают из полиуретанов и полиоксиланов. Полиэтилен и полипропилен являются материалом для производства имплантатов частей пищевода, а поливинилхлорид является основным компонентом имплантатов других частей пищеварительной системы. Искусственные кровеносные сосуды производятся из полиэтилентерефталата, политетрафторэтилена и полипропилена. Обрести людям с ограниченными возможностями новые кости и суставы помогают полиакрилаты, полиамиды, полиуретаны.
Применение резины в промышленных товарах
Значение каучука в народном хозяйстве громадно. Но применение натурального каучука в чистом виде - большая редкость. Чаще всего он используется в виде резины. Изделия из этого материала встречаются в повседневной жизни на каждом шагу. Это и изоляция проводов, и производство обуви и одежды, и автомобильные шины, и многое другое.
В обувной промышленности используются, как правило, резины следующих видов: пористая (подошва), кожеподобная (нижняя часть часть обуви), транспарентная (каблуки).
Применение природного каучука и его синтетических аналогов не случайно стало повсеместным. Именно они отвечают большинству потребностей человека, являясь одними из самых универсальных материалов.
Термин «каучук» происходит от названия «каучу», которым жители Бразилии обозначали продукт, добываемый из гевеи, растущей на берегах р. Амазонки («кау» - дерево, «учу» - течь, плакать). Историю Каучук натуральный ведут обычно с 1738, когда французский исследователь Ш. Кондамин представил в АН в Париже образцы каучука, изделия из него и описание способов добычи в странах Южной Америки. Промышленное применение Каучук натуральный оказалось возможным после открытия процесса вулканизации (Ч. Гудьир - США, 1839; Т. Гэнкок - Великобритания, 1843). Основные данные о строении Каучук натуральный были получены в 70-х гг. 19 в. и позднее Г. Бушарда , Г. Штаудингером , немецким учёным К. Гарриесом. Обширные исследования вулканизации Каучук натуральный принадлежат Б. В. Бызову , Б. А. Догадкину, И. И. Остромысленскому , американскому учёному Э. Х. Фармеру и др. Исследованию физических свойств и разработке теории эластичности Каучук натуральный посвящены работы советских учёных А. П. Александрова , В. А. Каргина , П. П. Кобеко, американских исследователей Е. Гута, Л. Р. Г. Трелоара, Ф. Т. Уолла и др.
При получении Каучук натуральный латекс извлекают подсочкой коры деревьев; из латекса каучук выделяют коагуляцией с помощью муравьиной, щавелевой или уксусной кислоты. Образующийся рыхлый сгусток (коагулюм) промывают водой и прокатывают на вальцах для получения листов, которые сушат и обычно коптят в камерах, наполненных дымом. Копчение придаёт Каучук натуральный устойчивость против окисления и действия микроорганизмов.
В соответствии с «Международным стандартом по качеству и упаковке натурального каучука» (1969) Каучук натуральный подразделяют на 8 международных типов, включающих 35 международных сортов. Основные типы Каучук натуральный - рифлёный смокед-шит (продукт светло-янтарного цвета - «копчёный лист») и светлый креп (продукт светло-кремового цвета, перед выделением которого в латекс вводят специальные отбеливающие вещества, например бисульфит натрия; Каучук натуральный этого типа копчению не подвергают). Качество Каучук натуральный международных типов и сортов оценивают на основании внешнего осмотра и сравнения с эталоном. Существует также классификация Каучук натуральный по техническим стандартам, в которых регламентируется содержание примесей в каучуке. Наряду с Каучук натуральный общего назначения выпускают каучуки специальных типов, например с улучшенными технологическими или механическими свойствами, изготовляемые в порошкообразной выпускной форме, и др. Ведутся обширные опытные и исследовательские работы как в направлении улучшения качества Каучук натуральный , так и повышения продуктивности каучуконосов.
Основная составная часть Каучук натуральный - углеводород каучука (91-96%), который рассматривают как полиизопрен ( 5 8) n . Каучук натуральный содержит также 2,2-3,8% белков и аминокислот, 1,5-4,0% веществ, извлекаемых ацетоном (так называемый ацетоновый экстракт - олеиновая, стеариновая, линолевая кислоты, каротин и др.), соединения металлов переменной валентности - меди (до 0,0008%), марганца (до 0,001%), железа (до 0,01%), песок и некоторые др. примеси. Каучук натуральный относятся к стереорегулярным полимерам ; 98-100% звеньев изопрена в его макромолекуле присоединены в положении 1,4 цис:
Молекулярная масса Каучук натуральный 1 400 000 - 2 600 000, содержание двойных связей в макромолекуле 95-98,5% от теоретического значения. Плотность Каучук натуральный 0,91-0,92 г /см 3 , показатель преломления 1,5191, температура стеклования от -70 до -72 °С, удельная теплоёмкость 1,880 кдж /(кг . К), теплопроводность 0,14 вт/ (м . К ) , диэлектрическая проницаемость при частоте 1 кгц 2,37-2,45, удельная электропроводность 25,7 . 10 –18 ом –1. см –1 .
Каучук стоек к действию воды; хорошо растворим в бензоле, толуоле, ксилоле, бензине, четырёххлористом углероде, хлороформе, сероуглероде, циклогексане. При температурах выше 10 °С Каучук натуральный аморфен. Длительное хранение при более низких температурах или растяжение при комнатной температуре вызывают частичную кристаллизацию Каучук натуральный К числу ценных свойств Каучук натуральный относится его высокая когезионная прочность (см. Когезия ). Этим свойством обусловлена в значительной степени незаменимость Каучук натуральный в производстве некоторых деталей шин. Технологический недостаток Каучук натуральный , связанный с его высокой молекулярной массой, - необходимость пластикации (см. Пластикация каучуков ) перед введением ингредиентов резиновой смеси .
Наиболее распространённый вулканизующий агент для Каучук натуральный - сера; в качестве ускорителей вулканизации применяют 2-меркаптобензтиазол (каптакс), его сульфенамидные производные (например, сантокюр), дибензтиазолилдисульфид (альтакс), тетраметилтиурамдисульфид (тиурам) и др. Возможны также радиационная вулканизация Каучук натуральный и вулканизация с помощью органических перекисей или алкилфеноло-формальдегидных смол.
Кристаллизация Каучук натуральный обусловливает высокую прочность при растяжении резин на его основе. При введении активных наполнителей прочность резин изменяется незначительно, но существенно повышаются некоторые др. механические свойства (см. табл.). Резины из Каучук натуральный характеризуются хорошей эластичностью, износо- и морозостойкостью и высокими динамическими свойствами, но низкой стойкостью к действию растворителей, масел, а также меньшей, чем у некоторых синтетических каучуков, тепло- и атмосферостойкостью.
Свойства резин из натурального каучука
| Показатели | Ненаполненная резина | Резина, наполненная газовой канальной сажей |
| Модуль при растяжении 500%, Мн/м 2 (кгс/см 2) | 1,5-4,5 (15-45) | 12-22 (120-220) |
| Прочность при растяжении, Мн/м 2 (кгс/см 2) | 28-34 (280-340) | 30-34 (300-340) |
| Относительное удлинение, % | 700-900 | 600-800 |
| Сопротивление раздиру, кн/м , или кгс/см | 40-50 | 120-170 |
| Твёрдость по ТМ–2 | 30-40 | 50-75 |
Основная область применения Каучук натуральный - производство шин. Его используют также в производстве резинотехнических изделий (транспортёрные ленты, приводные ремни, амортизаторы, уплотнители), электроизоляционных материалов, резиновых изделий народного потребления, при изготовлении Каучук натуральный " в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 21654 раз
КАУЧУК НАТУРАЛЬНЫЙ (НК) (английский - caoutchouc, из языка тупи-гуарани «кау» - дерево и «учу» - течь, плакать), эластомерный продукт, выделяемый из млечного сока (латекса) некоторых каучуконосных растений, в основном гевеи бразильской. Началом промышленного применения каучука натурального стало открытие в конце 1830-х годов процесса вулканизации серой, в результате чего были получены ценные конструкционные материалы: высокоэластичный - резина и твёрдый (при использовании большого количества серы) - эбонит. В промышленности каучук натуральный получают в основном коагуляцией латекса уксусной или муравьиной кислотой с последующей промывкой и сушкой выделенного продукта. Основные свойства каучука натурального определяются его главной составной частью - полимером 1,4-цис-полиизопреном (формула) со средней молекулярной массой около 1,3·10 6 и широким бимодальным молекулярно-массовым распределением. В составе каучука натурального присутствуют также азотсодержащие соединения, химически связанные с молекулами основного полимера (главным образом протеины - 2-5% по массе), высшие жирные кислоты и их эфиры (3-5%), минеральные вещества (0,2-2%) и влага. Соотношение компонентов, зависящее от условий произрастания каучуконоса и от способа выделения каучука, является основным фактором, определяющим типы и сорта натурального каучука.
При температуре ниже 10°С каучук натуральный затвердевает в результате кристаллизации 1,4-цис-полиизопрена (скорость кристаллизации максимальна при -25°С) и перед использованием требует декристаллизации (распарки). Температура стеклования полимера от -69 до -72°С, t пл около 40°С, плотность 913 кг/м 3 . Каучук натуральный растворим в углеводородах и их хлорпроизводных, сероуглероде. Высокая молекулярная масса и связанная с ней высокая вязкость затрудняют переработку каучука натурального и обусловливают необходимость проведения процесса механической или термоокислительной деструкции - пластикации.
Пластицированный каучук натуральный хорошо смешивается с ингредиентами резиновых смесей в закрытых резиносмесителях или на вальцах, структурируется серной вулканизующей системой. Резиновые смеси на основе каучука натурального обладают хорошими адгезионными свойствами, когезионной прочностью, легко перерабатываются каландрованием и шприцеванием. Резины характеризуются высокими эластичностью, морозостойкостью, динамическими и упругопрочностными свойствами, но имеют малую стойкость к действию агрессивных сред, сильно набухают в углеводородах, подвержены быстрому озонному растрескиванию и старению, при котором преобладают процессы термоокислительной деструкции. При использовании активных высокодисперсных наполнителей значительно повышаются модуль упругости резин, твёрдость и износостойкость.
Комплекс ценных технических свойств резин на основе каучука натурального, экологическая безопасность производства обусловливают его широкое применение как самостоятельно, так и в смеси с другими каучуками при изготовлении пневматических шин, разнообразных резинотехнических изделий (конвейерных лент, виброизоляторов, уплотнителей и др.), изделий санитарно-гигиенического, медицинского, пищевого, спортивного назначения. На основе каучука натурального изготавливают клеи и эбониты. Основными производителями каучука натурального являются страны Юго-Восточной Азии - Таиланд, Малайзия, Индонезия, Вьетнам. Мировое производство каучука натурального в 2004 году составило 8,25 миллионов тонн.
Лит.: Натуральный каучук / Под редакцией А. Робертса. М., 1990. Ч. 1-2; Агаянц И. М. Пять столетий каучука и резины. М., 2002.
А. М. Буканов.
Историческая справка. Каучук натуральный традиционно использовался индейцами Центральной и Южной Америки: по сообщениям испанских авторов 16-17 века, из него делали мячи, им пропитывали одежду и глиняные сосуды для придания им водонепроницаемости. В 1736 году описание свойств каучука натурального было сделано Ш. М. де ла Кондамином. Загустевший сок гевеи был назван французскими путешественниками «резина» (résine, от латинского resina - смола). В 1823 Ч. Макинтошем изобретена водонепроницаемая ткань, из которой стали изготавливать верхнюю одежду (плащ макинтош). Изобретение вулканизации положило начало бурному росту добычи каучука натурального («каучуковому буму») в Бразилии. Сформировалась профессиональная группа сборщиков каучука натурального (серингейро). В 1876 англичанин Г. А. Уикем тайно вывез в трюме парохода семена гевеи, тем самым положив конец монополии Бразилии на добычу каучука натурального. В британских колониях Юго-Восточной Азии были заложены первые плантации гевеи. На мировом рынке появился каучук натуральный английского производства, более дешёвый, чем бразильский.
