Природні та синтетичні каучуки, їх використання

Каучуки (мовою браз. індіанців кау – дерево та учу – текти, плакати) – реакційноздатні високомолекулярні сполуки. Становлять головну складову частину гуму. Найхарактернішою властивістю каучуку є здатність до високих оборотних деформацій, тобто еластичність у широкому інтервалі температур (від -700С до +1200С) при збереженні комплексу фізико-механічних властивостей. Каучуки є еластичні матеріали. У техніці з каучуків виготовляють шини для автотранспорту, літаків, велосипедів; каучуки застосовують для електроізоляції, а також виробництва промислових товарів та медичних приладів. Каучуки поділяють на натуральні та синтетичні. Натуральний (природний) каучук (НК) – це високомолекулярний ненасичений вуглеводень, молекули якого містять багато подвійних зв’язків; його склад можна виразити формулою (С5Н8)n (де n =1000-3000); він є полімером ізопрену. Природний каучук є в молочному соку каучукових рослин, головним чином, тропічних (наприклад, бразильського дерева гевея). Другий природний продукт (гутаперча) також є полімером ізопрену, але з іншою конфігурацією молекул.

Сирий каучук липкий, неміцний, а при незначному зниженні температури стає крихким. Щоб надати виготовленим з каучуку виробам необхідної міцності і еластичності, каучук вулканізують – вводять у нього сірку і потім нагрівають. Вулканізований каучук називається гумою.

У нашій країні немає природного каучуку. Це викликало необхідність у розробленні методів штучного добування цього дуже важливого для народного господарства матеріалу. Радянські хіміки винайшли і вперше в світі здійснили (1928-1930 рр.)в промисловому масштабі спосіб добування синтетичного каучуку. Синтетичний каучук одержують полімеризацією бутадієну (каучук СКД), ізопрену (каучук СКІ), хлоропрену (каучук наїрит), або співполімеризацією дієнових та вінілових (стирол, альфа – метилстерол, акрилонітрил) сполук з утворенням бутадієн-стерильного каучуку (СКС – 10; СКС – 30 та інші) бутадієн-нітрильного каучуку (СКН – 18, СКН – 26, СКН – 40); поліконденсацією різних сполук, що містять не менше як дві функціональні групи (дихлорметану й тетрасульфіду натрію), при цьому одержують полісульфідні каучуки – тіоколи; поліконденсацією олігомерних гліколів та ізоціанатів – уретанові каучуки СКУ, а діалкілдихлорсиланів – кремнійорганічні (силоксанові) каучуки СКТ, СКТВ та інші.

Синтез каучука полімеризацією здійснюється в розчинах та емульсіях. Найкращим комплексом фізико-механічних та експлуатаційних властивостей відрізняються каучуки, макромолекули яких мають регулярну (стереоспецифічну лінійну будову). Одержують їх координаційною полімеризацією в розчинах, застосовуючи комплексні, металоорганічні каталізатори типу ТіСІ4 + АІR3, де R – алкільний радикал. Синтетичний ізопреновий каучук СКІ – 3 структурою полімерного ланцюга (має 92-99% ланок у положенні 1,4-цис) і комплексом властивостей не поступаються натуральному. В результаті емульсійної полімеризації одержують водну дисперсію каучука – синтетичний латекс, який коагуляцією перетворюють на твердий товарний каучук. Його випускають у брикетах, рулонах та інших товарних формах, використовують безпосередньо для виготовлення латексних виробів. Каучук загального призначення (наприклад: СКІ–3, СКД, СКМС–30, СКС-30) широко застосовують у гумотехнічній галузі промисловості.

Каучуки спеціального призначення (наїрит, СКН–26, СКН–40, СКТ, СКУ) полісульфідні) використовують для виробництва гуми з високою масло- та бензостійкістю, теплостійкістю. Крім каучуків з великою молекулярною масою (105-106), випускають рідкі або низькомолекулярні (мол. маса 103-104), віфункціональні каучуки – для виготовлення виробів методом миття. Розробляють способи виробничого каучука у порошковій формі, а також каучуки, наповнених маслом, технічним вуглецем.

Нині хімічна промисловість випускає багато різних видів синтетичного каучуку, що переважають за деякими своїми властивостями натуральний каучук. Крім полі бутадієнового каучуку (СКБ) широко застосовують співполімерні каучуку – продукти спільної полімеризації (співполімеризації) бутадієну з іншими ненасиченими сполуками, наприклад з стиролом (СКС) або з акрилонітрилом (СКН). У молекулах цих каучуків ланки бутадієну чергуються з ланками відповідно стиролу і акрилонітрилу. В гумовій промисловості сірку застосовують для перетворення каучуку в гуму; свої цінні властивості каучук набуває тільки після змішування з сіркою і нагрівання до певної температури.