Природні і синтетичні каучуки

Каучук — це еластичний матеріал, який має велике народ¬ногосподарське значення. З нього дістають гуму, а гумова промисловість виготовляє понад 70 тисяч назв різноманітних виробів. Каучук іде на виготовлення покришок і камер для коліс літаків, автомобілів і велосипедів. Його застосовують для електроізоляції, виробництва промислових товарів і медичних приладів.

Розрізняюсь два види каучуків: натуральний і синте¬тичний.

Натуральний (природний) каучук був відомий ще індійцям доколумбівської Америки, який вони добували з соку півден¬ноамериканського дерева гевеї. Від цього способу добування і походить назва каучук (caa-o-chu), що на стародавній мові майя означає «сльози дерева». В Європу каучук був завезений на початку ХІХ ст. Гевея в промислових масштабах культиву¬ється в Бразилії, Індонезії та інших тропічних країнах. Відомі ще деякі рослини-каучуконоси: звичайний фікус, окремі види кульбаби (кок-сагиз, тау-сагиз), гваюла, ваточник, який пошире¬ний в Україні. Проте вміст каучуку в них порівняно невисокий.

Каучук — тверда речовина, до складу якої, як показав ана¬ліз, входять два елементи: вуглець і водень. Визначення віднос¬ної молекулярної маси його показує, що вона досягає кількох сотень тисяч (150 000—500 000). При нагріванні без доступу повітря молекула каучуку розпадається, утворюючи дієновий вуглеводень — ізопрен (2-метил-1,3-бутадієн). Отже, натураль¬ний каучук е високомолекулярною ненасиченою сполукою складу (C5H8)n, де n становить від 1000 до 3000. Натуральний каучук — полімер ізопрену:

Здатність ізопрену полімеризуватись під дією ультрафіоле¬тових променів і хімічних реагентів була відома ще в кінці минулого століття. Вчені намагалися відтворити натуральний каучук способом полімеризації ізопрену. Але протягом багатьох років ці спроби були безуспішними. Причиною, як виявилося пізніше, була будова молекули каучуку.

Фізико-хімічними методами встановлено, що макромолеку¬ли природного каучуку мають структуру цис-1,4-поліізопрену, в якому регулярно чергуються ланки ізопрену з цис-розміщеними (по один бік) метиленовими групами біля подвійного С=С-зв'язку:

Як бачимо, кожний четвертий атом вуглецю однієї ланки приєднує перший атом вуглецю другої ланки (1,4-положення). Такі полімери називають стереорегулярними (просторово упо¬рядкованими). Натуральний каучук частіше називають ізопреновим каучуком,

Макромолекули каучуку мають лінійну структуру. Ми вже зустрічалися з полімерами, макромолекули яких являють довгі ланцюги. Проте вони не мали такої еластичності, як каучук. Справа в тому, що макромолекули каучуку не витягнуті в лінію, а ніби згорнуті в клубки. При розтягуванні його молекули ви¬рівнюються, зразок при цьому стає довшим. Якщо зняти наван¬таження, то внаслідок внутрішнього теплового руху ланок мо¬лекули знову згортаються, розміри каучуку зменшуються, відновлюється його попередня форма. Від сильного розтягу¬вання молекули не тільки випрямляються, а й зміщуються одна відносно одної, зразок каучуку може розірватися.

Велике практичне значення має реакція каучуку з сіркою.

Вироби з каучуку в спеку розм'якшуються і стають липкими, а на морозі — жорсткими й крихкими. Ці недоліки усуваються, якщо каучук вступає в реакцію з сіркою і перетворюється на гуму. Процес відбувається при нагріванні і називається вулка¬нізацією.

Із суміші каучуку з сіркою (2—3 %), наповнювачами (най¬важливішим наповнювачем є сажа) та іншими речовинами формують потрібні вироби і нагрівають їх. При цьому сірка вступає у взаємодію з макромолекулами каучуку, приєднується за місцем подвійних зв'язків і утворює поперечні (місткові) зв'язки між полімерними ланцюгами. Відбувається «зшивання» лінійних макромолекул каучуку у більші, сітчасті полімерні молекули, внаслідок чого добутий матеріал (гума) набуває тривимірної просторової структури.

Поперечні зв'язки, які утворює при цьому сірка, надають такому каучуку еластичності, міцності й усувають липкість. Вулканізований каучук може розтягуватися до 900 %. Зміню¬ється і розчинність полімеру: каучук, хоч і повільно, але роз¬чиняється в бензині, гума тільки набухає в ньому,

Якщо до каучуку добавляти більше сірки (20—30 %), то під час вулканізації лінійні молекули «зшиваються» в багатьох місцях і матеріал втрачає еластичність, стає твердим — утво¬рюється ебоніт. До появи сучасних пластмас ебоніт вважався одним з найкращих ізоляторів.