Відкриття та види каучуків

Серед полімерів окремо виділяють групу речовин, які називають еластомерами, або каучуками.

Еластомери (каучуки) — це природні або синтетичні високомолекулярні сполуки, що відрізняються від інших полімерів високою еластичністю, водонепроникністю.

Молекули каучуків зазвичай скручені в клубки. Під час розтягування молекули витягуються, а після зняття зовнішнього навантаження — скручуються. Цим пояснюється еластичність каучуків (мал. 32.4, с. 195).

Натуральний каучук був уперше описаний французьким астрономом та мандрівником Шарлем Марі де ла Кондоміном 1751 року. У мандрівці Південною Америкою він побачив як індіанці збирають молочний сік з дерев (гевея бразильська) і на вогнищі перетворюють його на еластичний матеріал — натуральний каучук (мал. 34.1).

Молочний сік бразильської гевеї та інших каучуконосних рослин (кок-сагизу, крим-сагизу або кульбаби осінньої тощо), який ще називають латексом, містить у складі полімер ізопрену. Під час нагрівання або іншої обробки цей полімер вивільнюється й утворює натуральний каучук.

Із розвитком автомобільної промисловості потреба в каучуку, з якого виготовляли шини, стрімко зростала. Виробництво натурального каучуку не могло задовольнити всі потреби, і постало завдання добути каучук синтетичний. Уперше синтетичний бутадієновий каучук полімеризацією бутадієну добув 1910 року С. В. Лебедєв, який згодом став одним із засновників промислового синтезу каучуків.

Синтетичний каучук став промислово вигідним після винайдення способу добувати бутадієн з етанолу пропусканням спирту над каталізатором (реакція Лебедєва):

Синтез каучуків ще значно здешевів після винайдення каталізаторів Циглера — Натти.

Більша частина натурального та синтетичного каучуків витрачається на виробництво автомобільних, авіаційних та велосипедних шин. Латекс і натуральний каучук використовують у виробництві медичних засобів (еластичний бинт, хірургічні рукавички, катетери тощо), а також гумок для стирання, повітряних кульок, деяких видів взуття, презервативів, сосок (пустушок) тощо.

Залежно від будови макромолекул, умов проведення полімеризації та мономерів розрізняють декілька видів каучуків (табл. 16).

Таблиця 16. Найважливіші види каучуків

* Хоча мономер однаковий, але каучуки відрізняються просторовою будовою.

Матеріали на основі каучуків. Вулканізація. Гума

Натуральний каучук та його синтетичні аналоги мають певні недоліки. Вироби з них недостатньо міцні, їхня еластичність проявляється у невеликому інтервалі температур: за низької температури взимку вони стають надто твердими та розтріскуються, а за високої температури влітку — розм’якшуються та перетворюються на липку масу.

Для усунення недоліків каучуки піддають процесу вулканізації. Вулканізація — технологічний процес хімічної взаємодії каучуків з певним вулканізуючим агентом, частіше сіркою, а також перокси-дами та оксидами металічних елементів тощо. Під час вулканізації відбувається «зшивання» молекул каучуку в єдину просторову тривимірну сітку, завдяки чому каучук стає міцнішим та еластичнішим, зменшується його розчинність (мал. 34.2).

Під час вулканізації до каучуків додають також наповнювачі, стабілізатори, пластифікатори тощо. Автомобільні шини мають чорний колір саме внаслідок додавання до каучуку сажі. У такий спосіб досягають світлостабільності отриманого матеріалу: сонячне світло поглинається сажею, а не каучуком, молекули якого руйнуються під дією сильного освітлення.

Вулканізацією каучуку добувають різні види гуми:

• м’яку гуму (містить 1-3 % сірки);

• напівтверду гуму (містить 10-15 % сірки);

• тверду гуму, або ебоніт (містить 30-50 % сірки).

М’яка та напівтверда гуми — еластичні матеріали. На відміну від них ебоніт (від грец. ebenos — чорне дерево) не виявляє еластичності. Він досить твердий і піддається механічній обробці.

Сьогодні ебоніт зазвичай використовують лише як замінник дорогих матеріалів (чорного дерева, рогу тощо) для виготовлення перових ручок, гребінців, рукояток ножів, мундштуків духових музичних інструментів, прикрас тощо (мал. 34.3).

Процес вулканізації також використовують для ремонту автомобільних шин. Сирий каучук дуже еластичний та липне до предметів. Латочку з нього накладають на прокол у камері та піддають вулканізації, після чого пробоїна затягується і зникає (мал. 34.4).

Процес вулканізації 1839 року винайшов та запатентував американський винахідник Чарльз Гуд’їр і назвав його на честь давньоримського бога вогню — Вулкана.

• Слово каучук походить від індіансько «кау» — дерево, «учу» — текти, плакати. Тобто каучук дослівно означає «сльози дерева».

• 1882 року американський хімік Ч. Макінтош під час дослідів з натуральним каучуком необережно пролив на халат його розчин у бензині. Через деякий час він помітив, що бризки води стікають по халату, а не просочують його. Халат став водонепроникним. Через рік Макінтош організував виробництво дощових плащів, які назвали його ім'ям — «макінтоші».

Ключова ідея

Додавання невеликих домішок певних речовин до полімерів може суттєво змінювати їхні фізико-хімічні властивості.

Контрольні запитання

525. Що таке еластомери?

526. Які матеріали називають каучуками?

527. Поясніть, чому для каучуків характерна еластичність.

528. Чим відрізняється натуральний каучук від синтетичного? Які існують види синтетичних каучуків? Чим вони відрізняються?

529. Що таке вулканізація? Які матеріали добувають вулканізацією каучуків? Чим відрізняються ці матеріали?

Завдання для засвоєння матеріалу

530. Складіть рівняння реакцій для здійснення перетворень за схемами:

Це матеріал з підручника Хімія 10 клас Григорович