Каучук: природный полимер и его свойства¶

Каучук — природный эластичный полимер изопрена (C₅H₈)ₙ, обладающий способностью многократно растягиваться и восстанавливать исходные размеры после снятия нагрузки. Термин происходит от слова «каучу» — так индейцы Южной Америки называли сок гевеи, каучуконосного дерева. В промышленности под каучуком понимают как природный полимер, добываемый из растений, так и синтетические аналоги, созданные химическим путём.

¶Свойства

Каучук состоит из макромолекул изопрена, соединённых в длинные цепи. При обычной температуре аморфные цепи обладают высокой подвижностью, что обеспечивает эластичность материала. Ключевые свойства:

• Эластичность — растяжение до 500–1000 % от первоначальной длины с последующим восстановлением.
• Вязкоупругость — при быстрых нагрузках проявляется упругость, при медленных — пластичность.
• Низкая теплопроводность — каучук используется как теплоизолятор.
• Водонепроницаемость — после вулканизации материал не пропускает воду.
• Диэлектрические свойства — применяется для изоляции проводов.

При охлаждении ниже температуры стеклования (около −70 °C для натурального каучука) материал теряет эластичность и становится хрупким.

¶Природный каучук

Основной источник природного каучука — гевея бразильская (Hevea brasiliensis), дерево семейства молочайных, произрастающее в тропиках. Каучук содержится в латексе — млечном соке растения — в виде частиц, диспергированных в водной среде. Другие каучуконосы: ландольфия, фикус эластика, тагетес, кок-сагыз (Taraxacum kok-saghyz), у которого каучук накапливается в корнях.

Добыча ведётся надрезанием коры ствола; стекающий сок собирают, коагулируют кислотой и получают так называемый «пробковый» каучук. Крупнейшие производители природного каучука — Таиланд, Индонезия, Малайзия, Вьетнам и Индия. Мировое производство превышает 13 млн тонн в год.

В СССР и России культивировался кок-сагыз как источник каучука в условиях умеренного климата; в годы Второй мировой войны были развёрнуты масштабные посевы в Казахстане и Средней Азии, однако экономическая эффективность уступала тропическому сырью.

¶Синтетический каучук

Синтетические каучуки были созданы в XX веке как замена природному сырью. Первый синтетический каучук — метиловый каучук — получен немецким химиком Ф. Гофманом в 1900 году. Наибольшее промышленное значение получили:

В СССР производство синтетического каучука было развёрнуто в 1930-е годы. В 1932 году на Ярославском шинном заводе начался выпуск бутадиенового каучука по технологии С. В. Лебедева. В годы Великой Отечественной войны, когда поставки природного каучука были прерваны, СССР наладил крупное производство синтетических каучуков, что позволило обеспечить оборонную промышленность резиной.

¶Вулканизация

Сырой каучук мягок, липнет и меняет свойства при нагреве, поэтому почти не применяется в таком виде. Ключевым технологическим процессом стала вулканизация — обработка каучука серой при 130–150 °C. Процесс был открыт Чарльзом Гудьером в 1839 году. Сера образует мостики между цепями макромолекул, превращая их в трёхмерную сетку. Вулканизированный каучук:

• не липнет;
• сохраняет эластичность в широком диапазоне температур;
• обладает повышенной прочностью и износостойкостью.

Современные вулканизующие системы включают тиурамы, сульфенамиды, пероксиды и другие инициаторы сшивания.

¶Применение

Каучук — основа резиновой промышленности. Около 70 % мирового потребления приходится на автомобильные шины. Другие направления:

• конвейерные ленты и технические изделия;
• медицинские перчатки и изделия (природный каучук);
• клеи и герметики;
• обувь и одежда;
• электрическая изоляция;
• дорожные покрытия (каучуко-битумные смеси).

Россия относится к числу крупных потребителей синтетических каучуков; основные производители — «Нижнекамскнефтехим», «Казаньоргсинтез», «Тольяттиоргсинтез».

¶Экологические аспекты

Переработка отработавших шин и резиновых изделий остаётся серьёзной экологической проблемой. Использование гевеевых плантаций привело к сокращению тропических лесов Амазонии и Юго-Восточной Азии. В ряде стран развиваются технологии пиролиза резины с получением технической сажи и масел, а также производство регенерированного каучука.

¶Исторические сведения

До открытия вулканизации каучук использовался индейцами Центральной и Южной Америки для изготовления мячей, сосудов и подошв обуви. В Европе материал стал известен после экспедиций XVI века. В 1770 году Джозеф Пристли предложил использовать каучук для стирания чернильных помарок — отсюда название «резинка» (rubber). В России первые опыты по переработке каучука провёл И. Ф. Абрадантов в 1820-е годы.

Источники:

• Большая советская энциклопедия
• БСЭ, статья «Каучук»
• «Химия полимеров», под ред. С. М. Кавацкого
• Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона