Каучуки та їх застосування
ПОЛІМЕРИ ВУГЛЕВОДНІВ З ДВОМА ПОДВІЙНИМИ ЗВ'ЯЗКАМИ
До цієї групи полімерів належать переважно різні види кау¬чуків (ізопреновий, бутадієновий, хлоропреновий та ін)., що до¬бувають на основі полімеризації бутадієну (дивінілу) і його похідних.
1. Натуральний каучук. Натуральний, або природний каучук, — продукт рослинного походження. Відомий у Європі з кінця XV ст. У 1496 р. учасники експедиції Христофора Колумба розповідали про дивовижні властивості темно-коричневих кульок — м'ячів, що їх вони бачили на острові Гаїті. Ці пружні еластичні м'ячі індіанці виготовляли із соку дерева гевеї. Проте цим повідомлен¬ням на той час ніхто не зацікавився.
Лише в 1735 р. експедиція французьких учених виявила в Пе¬ру дивовижні дерева гевеї, що досягали 40 м висоти і до 2 м в ді¬аметрі. На деяких деревах були зроблені надрізи, з яких витікав густий, білий, подібний до молока, сік. Індіанці називали його каа-о-чу, що означає «сльози дерева». Цей сік вони збирали в чашки, зроблені з шкаралупи горіхів. На повітрі сік густішав, а від на¬грівання на вогні набував механічної міцності та еластичності. Індіанці виготовляли із соку гевеї незвичайне взуття: обмазували соком дерев'яні форми і потім обкурювали їх димом. При цьому утворювався щільний шар, який не пропускав вологи. Так вони виготовляли м'ячі, пляшки та інші вироби домашнього вжитку. Учасники експедиції зібрали колекцію виробів, а також описали добування і переробку молочного соку (латексу) з каучуконосних дерев. Вони привезли також колекцію зразків смоли каа-о-чу. Проте матеріал, привезений у Європу з Америки, не відразу зна¬йшов застосування. Тривалий час не вдавалося використати таку цінну властивість каучуку, як водонепроникність.
У XVIII ст. шматочками каучуку найчастіше стирали напи¬сане на папері. В 1819 р. шотландський інженер Чарльз Макін¬тош запропонував розчиняти каучук у маслі, яке добували внас¬лідок перегонки кам'яновугільної смоли. Він заснував першу фабрику по виробництву водонепроникного одягу. Проте цей одяг був чутливий до зміни температури — з підвищенням її вироби ставали липкими і мали неприємний запах, а із зниженням става¬ли жорсткими і ламалися на згинах.
Почалися пошуки речовин, які б запобігали цим небажаним властивостям. Каучук змішували з різними хімічними сполуками, але безуспішно. Лише в 1839 р. Ч. Гудьїр під час проведення до¬слідів випадково упустив пластинку каучуку, на якій була сірка, на розжарену плиту і виявив, що з липкої маси каучук перетворив¬ся в пружну еластичну речовину, яка не боїться тепла і холоду. Так було розв'язано питання про перетворення каучуку в еластич¬ну і стійку гуму. Спосіб обробки каучуку сіркою назвали вулкані¬зацією. Після відкриття вулканізації каучук почав усе ширше ви¬користовуватися в різних галузях промисловості, зокрема, в елек¬тротехніці як добрий ізолятор, для виробництва гнучких шлангів, еластичних і легких шин для автомобілів.
У Росії, в Петербурзі (1860 р.) було відкрито перше підпри¬ємство по виготовленню гумових виробів — завод «Треуголь¬ник», який працював винятково на імпортному каучуку. У міру того, як господарське і технічне значення каучуку зростало, почав збільшуватися й інтерес до його будови та власти¬востей.
Дослідники, які вивчали властивості латексу, помічали, що він подібний до молока. Латекс мав такий самий колір і з часом, якщо його не збовтували, відстоювався, утворюючи на поверхні шар каучуку. Будова краплі латексу під мікроскопом також по¬дібна до краплі молока (мал. 1). Маленькі кульки каучуку, які дуже нагадують кульки жиру в молоці, назвали глобулами (від латинського глобула — кулька). У латексі міститься в 10 разів більше каучуку, ніж жиру в молоці (вміст жиру в молоці 3,5—4,5%, а каучуку в латексі —35%). Ла¬текс гевеї — це емульсія рослин¬ного соку з каучуком. Глобули каучуку сполучаються між со¬бою, утворюючи більші частинки, які з'єднуються і поступово утворюють тверду масу.
Відомо кілька видів рослин-каучуконосів (кокса-гиз, крим-сагиз та інші), про¬те перше місце серед них займає бразільська гевея, яка є основ¬ним джерелом добування нату¬рального каучуку. Гевею тепер спеціально культивують у краї¬нах тропічного поясу — Півден¬ній Америці, Індонезії, на остро¬вах Малайського архіпелагу. Для добування соку гевеї на дереві роблять надріз. Латекс витікає в алюмінієві чашечки, прикріплені до дерева. За дві години кожне дерево дає близько 250 см3 соку. В латексі міститься 52—60% води, 34—37% каучу¬ку, 2,0—2,7% білків, 1,7—3,4% смол, 1,5—4,0% цукрів і 0,2— 0,7% золи.
Виділяють каучук з латексу коагуляцією його під впливом органічних кислот (оцтової, мурашиної) або при нагріванні. За¬лежно від умов коагуляції і способів обробки латексу добувають різні сорти натурального каучуку.Ще на початку XIX ст. вчені почали вивчати хімічний склад каучуку. Англійський учений Фарадей в 1826 р. виділив з масла, добутого внаслідок сухої перегонки каучуку, речовину, в моле¬кулі якої було 10 атомів вуглецю і 16 атомів водню. Досліди Фа¬радея продовжували інші вчені. Проте лише через 34 роки в складі каучуку було виявлено вуглеводень, що містив 5 ато¬мів вуглецю і 8 атомів водню. Цей вуглеводень дістав на¬зву ізопрену. У результаті досліджень було встановлено, що ізо¬прен є основним структурним угрупуванням макромолекули каучуку.