Левченко А.А.

Дніпропетровський університет імені Альфреда Нобеля,Україна

КАУЧУКИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Натуральный каучук получают из млечного сока тропических деревьев, преимущественно из гевеи. Поскольку млечный сок, или латекс, представляет собой коллоидный раствор, то для выделения каучука раствор подвергают коагуляции (нагреванию, действию кислоты).

Каучук – твердое вещество, состоящее, как показал анализ, из двух элементов: углерода и водорода. Молекулярная масса его составляет несколько сотен тысяч (150000-500000) [1, с. 463].

Экспериментально доказано, что в основном макромолекулы натурального каучука состоят из остатков молекул изопрена, а сам натуральный каучук – природный полимер цис-1,4-полиизопрен. Структурная формула показана на рис.1.

Рис.1 Структурная формула каучука

Макромолекулы каучука имеют линейную структуру, они не вытянуты в одну линию, а как бы свернуты в клубок. Наличие в составе макромолекул двойных связей характеризует каучук как непредельный полимер. Структура каучука, его непредельный характер обусловливают физико-механические и химические свойства.

Наиболее ценное свойство каучука – высокая эластичность: под действием силы можно растягивать каучук, а после снятия нагрузки он сжимается, принимает прежнюю форму, т. е. каучуку свойственна упругая деформация. Высокая эластичность каучука находит свое объяснение: при растяжении каучука клубкообразные макромолекулы распрямляются и образец становится в несколько раз длиннее; при снятии нагрузки макромолекулы возвращаются в прежнее состояние (в результате внутреннего теплового движения звеньев). Разумеется, если приложить очень большую силу к тонкому образцу каучука, то макромолекулы будут не только распрямляться, но и смещаться относительно друг друга, и образец разорвется [2, с. 407].

Каучук термопластичен – при нагревании он теряет эластичность и приобретает свойство пластичности: образец каучука размягчается, его можно сильно вытянуть, т.к. происходит смещение одних молекул относительно других, но в свое прежнее состояние он не возвращается. При дальнейшем нагревании каучук плавится.

Линейная структура каучука обусловливает образование вязких растворов. Молекулы растворителя (например, бензина) постепенно ослабляют межмолекулярные силы в каучуке, в результате получается вязкий раствор, в котором хаотично расположены крупные молекулы.

Раствор каучука обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия, поскольку в его макромолекулах – большое число двойных связей. За счет этих связей возможны реакции присоединения (водорода, галогена, серы и др.).

Большое практическое значение имеет реакция каучука с серой. Чтобы понять ее значение, скажем, что изделия из натурального каучука в жару размягчаются, растягиваются, становятся липкими, а в морозную погоду становятся жесткими и хрупкими. Оказывается, эти недостатки каучука исчезают, если он вступит в реакцию с серой и превратится в резину. Данный процесс протекает при нагревании и называется вулканизацией [3, с. 648].

Для вулканизации готовят смесь каучука, серы, наполнителей (особенно сажи) и других добавок. Смесь нагревают, при этом сера вступает во взаимодействие с макромолекулами каучука, как бы сшивает' их химическими связями в сетку.

Сшивание макромолекул каучука происходит только в отдельных местах (для вулканизации берется немного серы: 2-3% от общей массы), что показано на рис. 2. В результате полученный материал (резина) приобретает пространственную (сетчатую) структуру. В нем кроме межмолекулярных сил появились еще химические связи – соединительные мостики. Этим объясняются более высокие физико-механические свойства резины по сравнению с каучуком: повышенная механическая прочность, устойчивость к растворителям (резина только набухает при продолжительном действии растворителя, но не дает раствора). У резины отсутствует термопластичность (она не размягчается при нагревании), для нее характерна исключительновысокая эластичность (нет остаточной деформации). Отсутствие у резины остаточной деформации легко объяснимо: при приложении силы сетка только растягивается, ее растяжение ограничивается поперечными мостиками серы, при снятии нагрузки сетка возвращается в прежнее состояние. Резина более устойчива к кислороду воздуха, чем каучук (он легко окисляется, стареет) [4, с. 543].

Рис.2. Схема строения вулканизированного каучука (кружками обозначены звенья макромолекул каучука)

Благодаря уникальным свойствам натурального каучука, он незаменим при производстве крупногабаритных шин, способных выдерживать нагрузки до 75 тонн. Лучшие фирмы-производители изготавливают покрышки для шин легковых автомобилей из смеси натурального и синтетического каучука, поэтому до сих пор главной областью применения натурального каучука остается шинная промышленность (70%). Кроме того, натуральный каучук применяется при изготовлении конвейерных лент высокой мощности, антикоррозийных покрытий котлов и труб, клея, тонкостенных высокопрочных мелких изделий, в медицине и т.д.

Наиболее массовое применение каучуков – это производство резин для автомобильных, авиационных и велосипедных шин.

Из каучуков изготавливаются специальные резины огромного разнообразия уплотнений для целей тепло- звуко- воздухо- гидроизоляции разъёмных элементов зданий, в санитарной и вентиляционной технике, в гидравлической, пневматической и вакуумной технике.

В ракетной технике синтетические каучуки используются в качестве полимерной основы при изготовлении твердого ракетного топлива, в котором они играют роль горючего, а в качестве наполнителя используется порошок селитры (калийной или аммиачной) или перхлората аммония, который в топливе играет роль окислителя.

Список использованной литературы:

1. Грандберг И.И. Органическая химия. – М.: Высшая школа, 1980. – 463 с.

2. Жиряков В.Г. Органическая химия. – М.: Химия, 1974. – 407 с.

3. Павлов Б.А. и др. Курс органической химии. – М.: Химия, 1972. – 648 с.

4. Перекалин В.В. и др. Органическая химия. – М.: Просвещение, 1982. – 543 с.