Состав и строение натурального каучука

Каучук это материал, который широко применяется в промышленности и в быту. Это происходит за счёт наличия у него важных свойств, нашедших применение в большинстве сфер человеческой деятельности. Что он собой представляет, как получают, каковы преимущества — об этом и многом другом будет рассказано в этой статье.

История открытия

Это вещество известно человечеству много сотен лет. Известно, что инки и майя делали из каучука шары для игры в мяч. Археологи находили их при проведении раскопок, причём их возраст достигал 900 лет.

Европейцы узнали об этом материале гораздо позже. Колумб в 1493 г. на Гаити увидел туземцев, которые играли мячом, сделанным из каучука.

Когда испанцы взяли их в руки, они обнаружили, что каучук липкий и тяжёлый, при этом пахнет дымом. Чтобы изготовить такие мячи местные жители собирали млечный сок из гевеи. Из него скатывали мячи и давали изделию загустеть.

Применение необычного материала этим не ограничивалось. Индейцы из него делали калоши. Хотя они не пропускали воду, но в жару начинали плавиться и прилипали к ногам. Если получалось так, что эта обувь растягивалась, то она уже никогда не сжималась так, чтобы соответствовать прежнему размеру.

Колумб привёз образцы каучука в Европу, однако там в течение долгого времени не удалось изготовить предметы подобные тем, которыми пользовались индейцы.

В течение двух веков этот материал оставался диковинкой до тех пор, пока в 1730 г. британский химик Джозеф Пристли не выяснил, что каучук может вытирать то, что написано графитовым карандашом. В 1791 г.

бизнесмен из Англии Самуэль Пил получил патент на изобретённый им способ обработки одежды, позволяющий сделать её водонепроницаемой с помощью каучука. Начиная с 1820 г. во Франции научились на основе этого материала изготавливать подвязки для женщин и подтяжки для мужчин.

Для этого использовались каучуковые нити, которые были сплетены с тканью.

Британский учёный Чарльз Макинтош придумал, что между слоями ткани можно прокладывать слой каучука и таким образом получить водонепроницаемый материал для изготовления плащей. В 1823 г. им было начато производство такой одежды. К сожалению плащ, изготовленный таким образом не выдерживал холода или жары. В первом случае он становился задубевшим, а во втором — начинал расползаться.

Учёные стали искать способы сделать из каучука материал, который был бы лишён упомянутых недостатков. Американский изобретатель Чарльз Гудьир в 1839 г. решил эту проблему, добавив серу в каучук. 

Оказалось, что если положить на печь ткань, покрытую каучуком, а затем нанести слой серы и подогреть, то получившийся материал будет лишён указанных недостатков.

Обогащение каучука серой стало называться вулканизацией. В результате была получена резина, которую стали активно использовать. К 1919 г. существовало около 40 тысяч различных видов резиновых изделий.

То, чем отличается каучук от резины, состоит в следующем:

• у резины высокий уровень эластичности, прочности, стойкости к неблагоприятным воздействиям;
• каучук ценен в первую очередь не своими эксплуатационными качествами, а тем, что он является сырьём для производства резины.

Знаете ли вы, в каком из городов производят каучук в России? Это Ярославль. Завод работает с 1932 года.

Физико-химические свойства каучука

Этот материал является эластичной массой, которую первоначально получали из гевеи. С течением времени млечный сок свёртывается и образует вязкий материал. Для того, чтобы этого не происходило, в него добавляют гидросернистый натрий или формалин.

Только что добытый сок каучука (латекс) характеризуется следующими свойствами:

1. Удельный вес составляет 0,9794 (при содержании каучука 35 г в 100 куб. см).

2. При температуре, равной 30 градусов тепла, вязкость находится в пределах от 12 до 15.

3. Размер каучуковых частиц равен 0,5-5 мк. В 1 куб. см сока их количество достигает 200 миллионов.

Каучук представляет собой полимер ненасыщенного углеводорода. Его химическая формула выглядит следующим образом: (C5H8)n — он представляет собой изопреновый полимер. Молекулярная масса этого вещества составляет 15000-30000. После проведения исследований учёные выяснили, что каучук состоит из полимера 2-метилбутадиена.

Натуральный каучук

99% такого материала получают из дерева гевеи. Для этого на коре делают надрезы в виде буквы V. В нижней части перпендикулярно поверхности устанавливается желобок, по которому постепенно стекает сок в миску, установленную ниже. Вытекание латекса (млечного сока гевеи) длится в течение полутора часов. 

Содержание каучука в нём может быть различным. Это зависит от:

• того, какой возраст у дерева, с которого собирают сок;
• важное значение имеет состав почвы, в которой растёт гевея;
• времени года, когда происходит сбор;
• того, какая была в это время погода;
• времени и качества сделанных надрезов;
• других особенностей сбора латекса.

Для того, чтобы натуральный каучук можно было использовать, он должен пройти следующую обработку:

1. Сначала производится отжим. Он необходим для того, чтобы удалить из латекса излишнюю влагу.

2. После этого полученные полосы обматывают вокруг палки и просушивают над костром.

3. Полосы раскладывают в один слой и оставляют под лучами солнца.

4. Теперь осталось подержать над дымом.

Подготовленный таким образом каучук может служить сырьем для производства резины.

Сок добывают из тех деревьев, которым уже исполнилось 12 лет. В год может быть получено от 3 до 5,5 кг латекса.

Состав латексного раствора:

• до 70% воды;
• содержание каучука в различных случаях колеблется от 25% до 70%;
• содержание других химических веществ, включая протеин, не превышает 1-2%.

Синтетический каучук и его основные виды

Бутадиеновый каучук применяется для изготовления автомобильных камер и шин. Эксплуатационные, а также физико-химические свойства изделий гораздо лучше по сравнению с натуральным материалом. 

Одной из его особенностей является способность надёжно удерживать воздух. Она превосходит аналогичное качество природного материала примерно в 10 раз. Химия позволила создать материалы, которые по своим характеристикам существенно превосходят природный каучук.

Ещё одна область применения — изготовление эбонита или химически стойкой резины.

Хлоропреновый каучук поставляется клиентам в виде светло-жёлтой массы. Отличительные качества продукта:

• высокая стойкость к огню и температурному воздействию;
• он отличается невосприимчивостью к озону, низким температурам и другим видам погодного воздействия;
• у него имеется высокий уровень адгезии к тканям, металлам и другим материалам.

Материал под действием растяжения способен кристаллизоваться. Это качество повышает его прочностные характеристики.

Материал, изготовленный на основе этилен-пропилена используется там, где нужна ударопрочная резина.

Кремнийорганические каучуки обладают повышенной стойкостью к температурному и химическому воздействию, к истиранию. Этот материал не пропускает газы.

Дивиниловый каучук используется для создания прокладок в установках высокого давления.

Получение синтетического каучука

Когда резина стала массово применяться в промышленности, природного каучука для её производства стало остро не хватать. Эта ситуация поставила перед учёными задачу синтеза искусственного материала с такими же физическими и химическими свойствами.

• Получение синтетического каучука по методу Лебедева
• Установка для получения этого материала была впервые введена в действие в тридцатых годах XX века.

Синтетический каучук производят из дивинила, который добывают при помощи реакции разложения спирта. Мономером искусственного каучука является изопрен. Материал получают в результате полимеризации.

Применение каучука

В чистом виде этот материал применяется редко. В большинстве случаев его используют в качестве основы для изготовления резины.

После того, как каучук привезли в Европу, до XVIII века каучук считался просто одной из заморских диковинок. Эластичность и водоотталкивающие свойства позволяли применять материал для изготовления обуви и одежды, не пропускающих воду, тем не менее низкие эксплуатационные качества мешали его распространению.

После того, как была открыта вулканизация каучука, позволившая изготавливать резину, использование нового материала стало очень распространённым. Постепенно качество резины улучшилось и из неё стали делать большое количество различных товаров. 

В качестве примеров можно привести:

• шины;
• детские резиновые игрушки;
• обувь;
• одежду;
• электрическую изоляцию для проводов;
• конвейерные ленты;
• медицинские изделия;
• резиновые защитные перчатки.

Сейчас сложно назвать область человеческой жизни, где не применялась бы резина.

Натуральный каучук продолжает использоваться в настоящее время. Из него делают покрышки, амортизаторы, некоторые изделия для санитарных и гигиенических целей.

Интересные факты о каучуке

После того, как был открыт процесс вулканизации, материал стал активно использоваться в промышленности. При этом сока гевеи, который добывали в бразильских джунглях, стало не хватать. 

1. Для того, чтобы увеличить производство каучука, на островах Ява и Суматра были созданы большие плантации гевеи.
2. Хотя основной источник натурального каучука — это гевея, тем не менее в природе есть и другие варианты получения этого сырья из растений.

Заключение

Использование каучука многогранно, однако при выборе материала нужно учитывать особенности различных его видов. Для этого будет полезным более подробно разобраться в том, что из себя представляет этот материал.

Каучук, свойства и характеристики, получение и применение

• Каучук – это природный или синтетический продукт полимеризации некоторых диеновых углеводородов с сопряженными связями.
• Каучук – что это?
• Натуральный каучук, характеристики и свойства
• Где содержится? Получение натурального каучука
• Химическое строение натурального каучука и его состав
• Типы и виды натурального каучука
• Синтетический каучук, виды, его свойства, получение
• Применение натурального и синтетического каучука

Каучук – что это?

Каучук – это природный или синтетический продукт полимеризации некоторых диеновых углеводородов с сопряженными связями. Их важнейшими физическими характеристиками являются эластичность (каучуки способны восстанавливать форму), электроизоляция, водо- и газонепроницаемость. Из каучуков путем вулканизации получают резины и эбониты.

Натуральный каучук, характеристики и свойства, состав:

Натуральный каучук известен с давних времен. Учеными найдены окаменелые остатки каучуконосных растений, их возраст – миллионы лет. Пятьсот лет назад, с открытием Америки, представители цивилизации узнали об этом материале. В то время индейцы бойко продавали людям бутылки и обувь из резины.

Однако, по-настоящему востребованным каучук стал сравнительно недавно, в 30-х годах XIX столетия: Чарльз Гудьир (Charles Goodyear) в 1839 году изобретя процесс вулканизации, получил резину. Для этого он нагревал каучук с серой, при этом свойства материала только улучшились. Так была изобретена резина, с этого и началось ее широкое применение.

К 1919 году на рынке уже существовало свыше сорока тысяч видов изделий с применением этого материала.

Каучук на 91-96 % состоит из полимера изопрена и имеет следующие характеристики и свойства: плотность 910-920 кг/м3, морозостой­кость или температура стеклования 70 °C (т.е. он перестает быть пластичным и обретает некоторые качества, свойственные стеклу), теплоустойчивость до 200 °C.

В большинстве жидкостей (вода, спирт, ацетон, жирные кислоты) не растворяется и в них не набухает. Набухая, постепенно растворяется в подобных себе веществах: бензине, бензоле, эфире, толуоле и других ароматических углеводородах.

Сжатие натурального каучука сопровождается поглощением, растяжение – выделением тепла.

При охлаждении каучук становится хрупким, при нагревании – размягчается. И в том и в другом процессе каучук теряет свою эластичность. Взаимодействие натурального каучука с озоном, кислородом и другими окислителями ведет к повышению хрупкости и появлению трещин. Т.е. повышается хрупкость, он «старится».

Как и большая часть полимеров, в зависимости от температуры каучук может быть в одном из трех состояний: высокоэластичном, вязкотекучем и стеклообразном. При обычных температурных условиях каучук высокоэластичен.

Более прочего каучук ценится вследствие своей эластичности. Изделия из него способны быстро возвращать себе первоначальную форму. Это происходит каждый раз, как только перестают действовать деформационные силы.

Упругость каучука одна из самых лучших в своем классе. Например, если изделие из него будут растягивать до 1000%, оно все равно вернется в свою исходную форму. К слову, для обычных твердых тел эта цифра равна 1%.

Эти уникальные свойства каучук сохраняет и при нагревании, и при охлаждении.

Кроме того, преимущество каучука проявляется еще и в том, что он обладает высокой пластичностью. Это означает, что под воздействием внешних сил этот материал будет приобретать и сохранять приданную ему форму. Во время механической обработки или нагревания это свойство особо заметно. Таким образом, каучук считается пласто-эластическим веществом.

Однако, у натурального каучука имеется недостаток: со временем он твердеет и вследствие этого теряет свои свойства.

Где содержится? Получение натурального каучука:

Для природных каучуков сырьевым источником служит млечный сок некоторых растений, выделяющих латекс (белая жидкость с особыми свойствами). Сам латекс является довольно распространенным компонентом растений и встречается у представителей каучуконосных растений разных ботанических групп.

Находится он в разных частях растений. Поэтому их (т.е. растения) классифицируют следующим образом:

1. 1. латексные, когда вещество накапливается в млечном соке,
2. 2. хлоренхимные – вещество накапливается в молодых зеленых побегах и листьях,
3. 3. паренхимные – вещество накапливается в корнях и стеблях,

4. травянистые латексные растения семейства сложноцветных – это кок-сагыз, крым-сагыз и другие, где каучук в небольшом количестве накапливается в подземных органах. Эти растения не используются в промышленном производстве каучука.

Каучуконосные деревья растут в основном в зоне экватора, не удаляясь от него больше, чем 10° на север и юг, т. е. это пояс шириной 1300 км и его так и называют: «каучуковый пояс».

Именно здесь выращивают каучуконосные деревья для промышленного применения в мировом масштабе. В основном натуральный каучук получают из латекса тропического дерева гевеи бразильской.

Для этого на коре дерева, достигшего 5-летнего возраста, делают V-образные надрезы. С одного дерева гевеи получают в среднем 2-3 кг каучука.

Чтобы получился каучук, добытый из гевеи бразильской, млечный сок (латекс) подвергают процессу свертывания или желатинирования, добавляя в него уксусную или муравьиную кислоту, после промывают водой, прокатывают в листы и коптят.

Химическое строение натурального каучука и его состав. Формула каучука:

Натуральный каучук является полимерным ненасыщенный углеводородом, имеющим большое количество двойных связей. Его универсальная химическая формула выглядит так: (C5H8)n, где степень полимеризации (n) составляет 1000-3000 единиц. Мономер натурального каучука называется изопреном.

При химическом анализе природного каучука видно, что он состоит только из углерода и водорода. Это позволяет отнести его к углеводородам. Подтверждением этому есть первичная формула каучука. Молекулярная масса отдельных единиц может превышать полумиллион грамм на моль. Таким образом, натуральный каучук является природным полимером изопрена, а точнее цис-1,4-полиизопрена.

Если представить молекулу каучука не атомарно тонкой, ее можно было бы разглядеть в микроскоп, вследствие того, что она очень длинная. А если ее еще и максимально растянуть, то получится большая зигзагоподобная линия. Это обусловлено типом углеродных связей.

По причине того, что в изопрене чередуются одинарные и двойные связи, части молекулы могут вращаться только вокруг одинарных связей. И в результате подобных колебаний молекула постоянно изгибается, и даже в состоянии покоя у нее сближены концы.

Молекулы натурального каучука похожи на почти круглые пружины, что позволяет им легко и сильно растягиваться и увеличиваться в размерах при разведении концов.

Типы и виды натурального каучука:

Натуральный каучук делят на 8 типов, образующих 35 сортов.

Самым распространенным и ценным типом нату­рального каучука считается «смокед-шит», что означает копченый лист. Он изготавливается в виде достаточно прозрачных листов цвета янтаря с рифленой поверхностью.

Меньше распространен тип называемый «светлый креп». Для его получения к латексу перед желатинировани­ем добавляют для отбеливания бисульфит натрия. Листы этого типа каучука имеют кремовый оттенок, они непрозрачны.

Меньше всего ценится тип, который называют «пара-каучук». Его добывают из дикорастущей гевеи кустарным способом.

Синтетический каучук, виды, его свойства, получение, производство и синтез:

В XX веке с появлением автомобильной промышленности стал расти спрос на резину, значит и на каучук. Поэтому на каучук, получаемый из сока гевеи, появился дефицит. Встал вопрос получения синтетического каучука. В 1927 году советский ученый С.В.

Лебедев получил первый синтетический дивиниловый каучук с помощью реакции полимеризации 1,3-бутадиена при помощи натриевого катализатора. Теперь он стал настолько популярным, что почти вытеснил собой натуральный каучук.

Синтетический каучук разделяют на более чем 30 типов, которые образуют свыше 220 марок.

В настоящее время в России выпускается синтетический каучук специального и общего назначения. Кроме того, синтетический каучук подразделяют на стереорегулярный и нестереорегулярный.

Стереорегулярный, более прочный и износостойкий, чем натуральный каучук. Он применяется, например, как исходный материал для автомобильных покрышек.

Нестереорегулярный – используют в производстве эбонита и резины, более стойкой к воздействию агрессивных сред.

Синтетическими каучуками общего назначения считаются:

1. 1. бутадиеновый каучук,
2. 2. изопреновый каучук,
3. 3. бутадиен-стирольный каучук,
4. 4. бутил-каучук,
5. 5. этилен-пропилено­вый каучук,
6. 6. хлоропреновый (наирит) каучук и пр.

Синтетическими каучукам специального назначения являются:

1. 1. бутадиен-нитрильный каучук,
2. 2. кремнийорганический каучук,
3. 3. уретановый СКУ,
4. 4. полисуль­фидный каучук,
5. 5. фторосодержащий каучук,
6. 6. метил­винилпиридиновый каучук,
7. 7. силоксановый каучук и т.д.

Ученые постоянно занимаются синтезом искусственных каучуков, которые по своим качествам представляют собой более совершенный материал, чем природные.

Например, по своим свойствам замечательными веществами являются сополимеры стирола, бутадиена и акрилонитрила. Во время процесса полимеризации их цепочка строится чередованием бутадиена с соответствующим другим мономером.

Это позволяет достигать отличных свойств, которых нет у классических каучуков.

В России сейчас изготавливают классический синтетический каучук, свойства которого схожи со свойствами натурального вещества. При вулканизации такого каучука получается резина, прочность, эластичность и пластичность которой практически не отличается от подобных, свойственных природному материалу.

Применение натурального и синтетического каучука. Вулканизация каучука:

Основным применением и натурального, и синтетического каучука является производство резины.

Резина является продуктом вулканизации каучука с наполнителем, в качестве которого выступает сажа. Вулканизация каучуку необходима по той причине, что каучук в чистом виде достаточно хрупкий и менее эластичный материал, чем вулканизированный.

При вулканизации каучука происходит обработка смеси каучука и серы под воздействием температуры.

Сутью вулканизации является процесс, при котором атомы серы присоединяются к нитевидным линейным молекулам каучука в местах двойных связей и как бы сшивают дисульфидными мостиками эти молекулы между собой, образуя при этом трехмерный сетчатый полимер.

Если для вулканизации каучука берётся 2-3 % серы от общей массы, то продуктом вулканизации явится резина.

Она менее подвержена колебанию температуры, механическому разрушению, воздействию газов и электрического тока, действию разных химических реагентов и летней жары, чем каучук.

Вдобавок, у вулканизированного каучука получается высокая степень трения скольжения по сухой поверхности и небольшая по влажной.

Если к каучуку добавить более, чем 30 % серы, то в процессе вулканизации получится эбонит: твердый материал, не обладающий пластичностью.

© Фото //www.pexels.com, //pixabay.com

карта сайта

Каучук натуральный

Каучук натуральный, полимер растительного происхождения, вулканизацией которого получают резину. Каучук натуральный относится к группе эластомеров — высокомолекулярных соединений, обладающих способностью к большим обратимым деформациям при комнатной и более низких температурах (см. также Высокоэластическое состояние). Каучук натуральный содержится в млечном соке (латексе) каучуконосных растений; отдельные включения каучука имеются также в клетках коры и листьев этих растений. Добывают каучук натуральный главным образом из латекса бразильской гевеи, которая произрастает на плантациях в тропических странах. Крупнейший производитель каучука натурального — Малайзия (свыше 40% мирового производства).

  Термин «каучук» происходит от названия «каучу», которым жители Бразилии обозначали продукт, добываемый из гевеи, растущей на берегах р. Амазонки («кау» — дерево, «учу» — течь, плакать). Историю каучука натурального ведут обычно с 1738, когда французский исследователь Ш.

Кондамин представил в АН в Париже образцы каучука, изделия из него и описание способов добычи в странах Южной Америки. Промышленное применение каучука натурального оказалось возможным после открытия процесса вулканизации (Ч. Гудьир — США, 1839; Т. Гэнкок — Великобритания, 1843). Основные данные о строении каучука натурального были получены в 70-х гг. 19 в. и позднее Г.

Бушарда, Г. Штаудингером, немецким учёным К. Гарриесом. Обширные исследования вулканизации каучука натурального принадлежат Б. В. Бызову, Б. А. Догадкину, И. И. Остромысленскому, американскому учёному Э. Х. Фармеру и др. Исследованию физических свойств и разработке теории эластичности каучука натурального посвящены работы советских учёных А. П. Александрова, В. А.

Каргина, П. П. Кобеко, американских исследователей Е. Гута, Л. Р. Г. Трелоара, Ф. Т. Уолла и др.

  При получении каучука натурального латекс извлекают подсочкой коры деревьев; из латекса каучук выделяют коагуляцией с помощью муравьиной, щавелевой или уксусной кислоты.

Образующийся рыхлый сгусток (коагулюм) промывают водой и прокатывают на вальцах для получения листов, которые сушат и обычно коптят в камерах, наполненных дымом.

Копчение придаёт каучуку натуральному устойчивость против окисления и действия микроорганизмов.

  В соответствии с «Международным стандартом по качеству и упаковке натурального каучука» (1969) каучук натуральный подразделяют на 8 международных типов, включающих 35 международных сортов.

Основные типы каучуков натуральных — рифлёный смокед-шит (продукт светло-янтарного цвета — «копчёный лист») и светлый креп (продукт светло-кремового цвета, перед выделением которого в латекс вводят специальные отбеливающие вещества, например бисульфит натрия; каучук натуральный этого типа копчению не подвергают).

Качество каучука натурального международных типов и сортов оценивают на основании внешнего осмотра и сравнения с эталоном. Существует также классификация каучуков натуральных по техническим стандартам, в которых регламентируется содержание примесей в каучуке.

Наряду с каучуком натуральным общего назначения выпускают каучуки специальных типов, например с улучшенными технологическими или механическими свойствами, изготовляемые в порошкообразной выпускной форме, и др. Ведутся обширные опытные и исследовательские работы как в направлении улучшения качества каучука натурального, так и повышения продуктивности каучуконосов.

  Основная составная часть каучука натурального — углеводород каучука (91—96%), который рассматривают как полиизопрен (C5H8) n.

Каучук натуральный содержит также 2,2—3,8% белков и аминокислот, 1,5—4,0% веществ, извлекаемых ацетоном (так называемый ацетоновый экстракт — олеиновая, стеариновая, линолевая кислоты, каротин и др.

), соединения металлов переменной валентности — меди (до 0,0008%), марганца (до 0,001%), железа (до 0,01%), песок и некоторые др. примеси. Каучуки натуральные относятся к стереорегулярным полимерам; 98—100% звеньев изопрена в его макромолекуле присоединены в положении 1,4 цис:

  Молекулярная масса каучука натурального 1 400 000 — 2 600 000, содержание двойных связей в макромолекуле 95—98,5% от теоретического значения.

Плотность каучука натурального 0,91—0,92 г/см3, показатель преломления 1,5191, температура стеклования от —70 до —72 °С, удельная теплоёмкость 1,880 кдж/(кг. К)[0,449 кал/(г.°С)], теплопроводность 0,14 вт/(м. К) [0,12 ккал/(м. ч.

°С)], диэлектрическая проницаемость при частоте 1 кгц 2,37—2,45, удельная электропроводность 25,7.10–18 ом–1. см–1.

  Каучук стоек к действию воды; хорошо растворим в бензоле, толуоле, ксилоле, бензине, четырёххлористом углероде, хлороформе, сероуглероде, циклогексане. При температурах выше 10 °С каучук натуральный аморфен. Длительное хранение при более низких температурах или растяжение при комнатной температуре вызывают частичную кристаллизацию каучука натурального.

К числу ценных свойств каучука натурального относится его высокая когезионная прочность (см. Когезия). Этим свойством обусловлена в значительной степени незаменимость каучука натурального в производстве некоторых деталей шин. Технологический недостаток каучука натурального, связанный с его высокой молекулярной массой, — необходимость пластикации (см.

Пластикация каучуков) перед введением ингредиентов резиновой смеси.

  Наиболее распространённый вулканизующий агент для каучука натурального — сера; в качестве ускорителей вулканизации применяют 2-меркаптобензтиазол (каптакс), его сульфенамидные производные (например, сантокюр), дибензтиазолилдисульфид (альтакс), тетраметилтиурамдисульфид (тиурам) и др. Возможны также радиационная вулканизация каучука натурального и вулканизация с помощью органических перекисей или алкилфеноло-формальдегидных смол.

  Кристаллизация каучука натурального обусловливает высокую прочность при растяжении резин на его основе. При введении активных наполнителей прочность резин изменяется незначительно, но существенно повышаются некоторые др. механические свойства (см. табл.).

Резины из каучука натурального характеризуются хорошей эластичностью, износо- и морозостойкостью и высокими динамическими свойствами, но низкой стойкостью к действию растворителей, масел, а также меньшей, чем у некоторых синтетических каучуков, тепло- и атмосферостойкостью.

  Свойства резин из натурального каучука

Показатели	Ненаполненная резина	Резина, наполненная газовой канальной сажей
Модуль при растяжении 500%, Мн/м2 (кгс/см2)	1,5—4,5 (15—45)	12—22 (120—220)
Прочность при растяжении, Мн/м2 (кгс/см2)	28—34 (280—340)	30—34 (300—340)
Относительное удлинение, %	700—900	600—800
Сопротивление раздиру, кн/м, или кгс/см	40—50	120—170
Твёрдость по ТМ–2	30—40	50—75

  Основная область применения каучука натурального — производство шин. Его используют также в производстве резинотехнических изделий (транспортёрные ленты, приводные ремни, амортизаторы, уплотнители), электроизоляционных материалов, резиновых изделий народного потребления, при изготовлении резиновых клеев.

Некоторое количество каучука натурального используют в виде латекса (см. Латексы, Латексные изделия). Объём производства каучука натурального в 1971 составил около 3 млн. т.

Благодаря созданию стереорегулярных синтетических каучуков, а также широкого ассортимента синтетических каучуков специального назначения, потребление каучука натурального в некоторых отраслях промышленности сокращается (см. Каучуки синтетические).

  Лит.: Вызов Б. В., Природный каучук, Л., 1932; Догадкин Б. А., Химия эластомеров, М., 1972; Справочник резинщика. Материалы резинового производства, М., 1971, с. 21.

Натуральный каучук | Химия онлайн

Знакомство европейцев с натуральным каучуком состоялось в 1540 году, когда испанские завоеватели высадились на берегах Южной Америки в поисках страны золота — Эльдорадо. Именно тогда они узнали о белом древесном соке — «као учу» — «слезах дерева».

Им аборигены пропитывали свои одеяла, чтобы защититься от дождя. Этот сок, когда его держали над огнем, становился густым, как смола. Но «первооткрывателям» не суждено было вернуться и о каучуке забыли. Лишь спустя 200 лет начались его крупные поставки в Европу и первые серьезные исследования.

Основным источником получения натурального каучука (НК) является млечный сок каучуконосных растений – латекс. Он представляет собой водную дисперсию каучука, содержание которого доходит до 40%.

Каучук в латексе находится в виде мельчайших частиц шарообразной или грушевидной формы — глобул. Размеры глобул неодинаковы. Внутреннюю часть глобулы составляет углеводород каучука.

Наружный (адсорбционный) защитный слой содержит природные белки (протеины), липиды и мыла жирных кислот.

Промышленное применение натурального каучука в Европе началось в первой половине XIX в. Вначале изготовляли прорезиненные ткани с применением растворов каучука в органическом растворителе (Ч. Макинтош, 1823 г.). Однако по прочности и долговечности такие изделия были малопригодны для практических целей, поскольку натуральный каучук сохранял свою эластичность лишь при комнатной температуре.

После открытия Гудьером в 1839 г. процесса вулканизации, обеспечивающего перевод термопластичного липкого малопрочного каучука в высокоэластичную прочную резину, его применение для производства различных изделий во всех развитых странах резко возросло.

В России резиновая промышленность возникла еще до открытия процесса вулканизации.

В начале XX в. вследствие быстрого развития техники резко возросла потребность в каучуке, области применения которого все больше расширялись. Это побудило исследователей заняться изысканием методов получения синтетического каучука. Огромное значение для решения этого вопроса имели работы М.

Фарадея, Г. Вильямса, Г. Бушарда, посвященные установлению химической структуры натурального каучука. В настоящее время производство натурального каучука превышает 6 млн. т. в год.

Практически весь латекс получают с плантаций бразильской гевеи, расположенных главным образом в тропической Юго-Восточной Азии.

Строение и свойства натурального каучука

В состав каучука входят: углеводород каучука (основная часть), влага, вещества ацетонового экстракта, азотсодержащие вещества (главным образом протеины), зола (неорганические вещества).

Содержание этих веществ в каучуках колеблется в широких пределах в зависимости от многих причин, наибольшее значение из которых имеет способ приготовления каучука.

Основные свойства технического каучука определяются наличием в нем высокомолекулярного углеводорода состава (С5Н8)n.

• 
• Каучук из гевеи полностью является 1,4-цис-изомером:
• 

В свежем каучуке имеются альдегидные группы, количество которых значительно колеблется в зависимости от происхождения каучука. Они вызывают сильное структурирование и увеличение вязкости каучука при хранении.

В результате многократно повторяющихся замораживаний изменений физических и химических свойств каучука не наблюдается. При длительном хранении при температуре ниже 10°С каучук кристаллизуется. Максимальная скорость его кристаллизации наблюдается при -25 °С.

Области применения

Натуральный каучук — единственный несинтетический эластомер, нашедший широкое применение, хотя продолжаются исследования возможностей применения некоторых его разновидностей.

Высокая когезионная прочность и клейкость являются двумя важнейшими свойствами натурального каучука. Когезионная прочность позволяет невулканизованным изделиям, таким как шина, сохранять свою форму во время сборки и хранения перед вулканизацией, тогда как клейкость полезна тогда, когда идет сборка различных деталей шины.

Натуральный каучук применяют как самостоятельно, так и в комбинации с другими каучуками для производства автомобильных шин и разнообразных резиновых технических изделий (амортизаторов, прокладок, уплотнителей и других деталей). На основе НК изготовляют клеи, эбониты, губчатые изделия.

Важные области применения НК — резиновые изделия санитарии, медицинского, пищевого, бытового и спортивного назначения.

Эластомеры

Натуральный каучук

Под каучуком понимают твердое тело, которое имеет способность кристаллизоваться, сохранять свою форму. Ресурс набухает и потом растворяется в углеводородах, вследствие чего образовываются коллоидные растворы, активно применяемые в технической сфере. 

Натуральный каучук формула

Натуральный каучук обладает множественными двойными связями, его общая формула выглядит так: (C5H8) n. Символ n представляет уровень полимеризации, достигает приблизительно 1000-3000 единиц.

В процессе совершения химического исследования каучука становится очевидно, что он включает лишь водород и углерод, потому и относится к углеводородам, что подтверждает формула. Молекулярный вес некоторых единиц является больше полумиллиона грамм на моль. Следовательно, каучук представляет собой натуральный полимер изопрена.

В случае представления формулы не атомарно тонкой ее вполне можно рассмотреть в микроскоп – она длинная. Если еще формулу растянуть по максимуму, получится линия подобная зигзагу, что объясняется разновидностью углеродных связей.

Известно, что в изопрене могут чередоваться двойные и одинарные связи, тогда молекулы вращаются лишь возле одинарных. Такие колебания влияют на молекулу, под некоторым давлением она изгибается и ее концы сближаются в состоянии покоя. Она имеет сходство с круглой пружиной, что дает возможность легко растягиваться, увеличивать собственные размеры в момент разведения концов. 

Получение натурального каучука

Главный сырьевой источник натурального каучука – это сок конкретной растительности, могущей выделять латекс, то есть, жидкость белого цвета с наличием особенных характеристик. Сам латекс представляет собой широко распространенную составляющую растений, его можно встретить у представителей каучуконосных различных ботанических групп.

• Он присутствует во всяких частях растений, потому те и делятся на отдельные виды:
• ·        латексные — вещество собирается в соке;
• ·        хлоренхимные – когда вещество собирается в молодых побегах и листве;
• ·        паренхимные – когда вещество собирается в стеблях и корнях;

·        травянистые растения, относящиеся к семейству сложноцветных, происходит накопление каучука в подземных органах и в минимальном количестве. Данные растения обычно не употребляются в процессе промышленного изготовления каучука.

Известные каучуконосные виды растений – деревья, произрастают на экваторе, данный пояс достигает ширины 1300 км, именуется «каучуковым поясом». Здесь занимаются выращиванием специальных деревьев, которые предназначаются для промышленных целей.

В большинстве случаев натуральный продукт получают из латекса тропических деревьев, точнее, гевеи бразильской.

Процедура проходит быстро и несложно: на корне пятилетнего дерева делают небольшой надрез, и с одной гевеи выходит два-три килограмма каучука.

Для получения каучука из бразильской гевеи, млечный сок подвергают специальной процедуре свертывания, постепенно добавляя муравьиную кислоту. После тщательного промывания водой, полученное вещество прокатывают, добиваются формы листа, затем коптят.

Применение натурального каучука

В чистом виде натуральный каучук практически не используется из-за его поведения в низких и повышенных температурах.

А вот вулканизированный натуральный каучук чаще всего служит сырьем для производства резины и всевозможных изделий из нее. В первую очередь, именно шинная промышленность нуждается в каучуке природного происхождения.

Из него производят летние и зимние шины, а также шины для велосипедов, автомобилей, тракторов, специальной техники.

Стоит понимать, что для производства резины и шин, в том числе, используется не только каучук, но и различные наполнители, пластификаторы, противостарители, катализаторы и другие вещества.

Это необходимо для ускорения или упрощения процесса производства или же для придания дополнительных свойств изделиям.

Например, противостарители нужны для замедления старения резины и тем самым увеличения срока эксплуатации изделий из нее, а катализаторы вводят для того, чтобы ускорить процесс вулканизации.

Виды натурального каучука

В 1969 году вступил в действие стандарт, регламентирующий качества природного продукта. В нем весь каучук разделен на 8 типов, состоящих из 35 сортов. К основным можно отнести:

• рифленый смокед-шит, иногда его называют копченый лист;
• светлый креп, он имеет светло-кремовый цвет и множество других.

Качество природного каучука оценивают по результатам осмотра и верификации его с эталонным образцом. Кроме этого, применяется классификация каучука в соответствии с техническими нормами и правилами. В них нормируются количества допустимых примесей.

Свойства натурального каучука

Натуральный каучук имеет высокие физические и технологические свойства, позволяет совершать обработку на оборудовании предприятий резиновой промышленности. Главное и нестандартное свойство – это эластичность, то есть способность возвращаться к начальной форме после того, как прекратится влияние сил, вызывающих деформацию.

Натуральный каучук настолько эластичен, что даже при малейших усилиях может показывать изменения растяжения до 1000%, тогда как для стандартных тел данная величина составляет не больше 1%. Это качество сохраняется в больших пределах температуры, что выделяет материал среди других.

Когда температуры повышена, он становится липким, мягким, в условиях холода — хрупким и твердым. Если каучук хранить на протяжении длительного времени, то он станет очень твердым.

Температура 80 °С – это условия, при которых он утратит эластичность, а 120 °С – станет жидкостью, похожей на смолу, после чего уже не вернется к первоначальному виду. Такому преображению помешает процесс, заключающийся в окислении главного вещества – углеводорода.

Если температура поднимется до 250 °С, каучук начнет разлагаться, вследствие чего возникнет множество жидких и газообразных веществ. Каучук можно назвать отличным диэлектриком, обладающим пониженной газопроницаемостью и водопроницаемостью.

Вместе с эластичностью материл обладает еще ярко выраженной пластичностью, что сразу очевидно при его изучении. Он может сохранять свою форму, которая получилась под сильным воздействием внешней среды.

Если сказать по-другому, то пластичность каучука – это способность деформироваться, что станет необратимым процессом. Она является отличительной характеристикой материала, проявляется в момент сильного нагревания и обработки механического типа.

Потому как каучук имеет, вышеперечисленные свойства, в настоящее время его называют пласто-эластическим материалом и широко используют в современной промышленности.

Когда происходит растяжение или охлаждение, разворачивается необычный процесс, заключающийся в переходе из аморфного состояния в кристаллической. По-другому он называется кристаллизацией, на его полное осуществление необходимо внушительное количество времени. При всем этом, когда происходит растяжение каучук может нагреваться от теплоты, появляющейся в результате процесса кристаллизации.

Кристаллы материала отличаются миниатюрностью, не имеют четких очертаний и граней, конкретной формы. При наличии температурных показателей примерно – 70 °С теряется полностью эластичность, возникает масса, подобная обычному стеклу.

Вообще каучуки, относящиеся к аморфным веществам, способны преображаться, приобретая три физические формы: стекло, вязко-текучая жидкость и материал с высокой эластичностью. Именно третье состояние обычное для природного каучука.