Каучуки и эластомеры

Эластомерами называют полимерные материалы, способные к обратимым высокоэластическим деформациям в широком интервале температур (см. Полимеры). Каучуки - натуральный и синтетические - основа подавляющего большинства эластомеров, высокомолекулярные соединения со своеобразным комплексом свойств. Термин "каучук" происходит от двух слов языка индейцев, населявщих берега Амазонки: кау" - "дерево", "учу" - "плакать, течь". "Каучу" - сок гевеи, первого и самого главного каучуконоса. Европейцы к этому слову прибавили всего одну букву... А познакомились с "каучу" они лишь в XVI в., после возвращения из плавания Колумба и его спутников. Первое научное описание каучука, его свойств и способов добычи в Южной Америке представил во Французскую академию наук Ш. Кондамин в 1738 г.

С открытием процесса вулканизации появилась возможность использовать каучук для изготовления шин

Но еще долго каучук оставался не больше чем заморской диковинкой, не имевшей отношения ни к одному серьезному делу. Лишь в 1823 г. К. Макинтош организовал в Глазго производство непромокаемой ткани для плащей, пропитанной раствором натурального каучука. Неважные это были плащи: при похолодании "макинтоши" становились жесткими, при жаре, наоборот, липкими. Впрочем, Макинтош и не был первооткрывателем этого способа делать одежду непромокаемой. Им постоянно пользовались коренные жители Южной Америки, пропитывавшие ткани соком гевеи.

Натуральный каучук добывают главным образом из латекса (млечного сока) бразильской гевеи, которая произрастает на плантациях в тропических странах

В 1839 г. американец Ч. Гудьир разработал способ вулканизации каучука. Под действием серы при умеренном нагревании каучук приобретал большую прочность, твердость, становился менее чувствительным к температурным изменениям. Современная химия высокомолекулярных соединений объясняет изменения, происходящие при вулканизации, следующим образом.

Промышленное применение натурального каучука стало возможным после открытия процесса вулканизации Ч. Гудьиром (США) в 1839 г. Внизу: строение каучука (слева) и вулканизированного каучука (желтым цветом обозначены атомы серы)

Макромолекулы натурального каучука хотя и скручены в спирали, клубки, но построены линейно. Под действием серы (или других вулканизующих агентов) происходит "сшивка" макромолекул, образуется резина, имеющая трехмерную, пространственную структуру, более прочная и твердая, чем невулканизированный каучук. Вулканизация и сейчас остается одной из самых важных стадий получения любого изделия из резины.

В настоящее время большая часть получаемого каучука расходуется на производство шин для автомобилей, тракторов и т.д

Состав и свойства натурального каучука исследовали многие известные химики XIX - начала XX в.: Г. Бушарда, Г. Вильям-сон, К. Гарриес, И. И. Остромысленский, М.Г. Кучеров, Б.В. Вызов... Еще в 1860 г. в результате опытов Г. Вильямсона был обнаружен в продуктах сухой перегонки натурального каучука непредельный углеводород изопрен (см. Ненасыщенные углеводороды). Впоследствии оказалось, что натуральный каучук состоит в основном, на 93-94%, именно из полиизопрена. В 1879 г., используя изопрен, полученный сложным химическим путем из скипидара, Г. Бушарда в результате реакции полимеризации добился образования продукта, по своим свойствам очень близкого к каучуку. Спустя 6 лет ученик А. М. Бутлерова молодой русский химик А. Л. Кондаков осуществил первый синтез изопрена. А в 1909 г. С.В. Лебедев получил первый каучукоподобный искусственный полимер из углеводорода дивинила(бутадиена) Н₂С=СН-СН=СН₂.

В 1926 г. Высший совет народного хозяйства СССР объявил конкурс на лучший способ получения искусственного каучука. Условия конкурса были жесткими: за неполных два года - к 1 января 1928 г. нужно было разработать технологию получения из доступного сырья такого искусственного каучука, который мог бы по комплексу свойств соперничать с природным и, что особенно важно, производиться в промышленных масштабах.

Победителями конкурса стали ленинградские химики во главе с С. В. Лебедевым. Они разработали способ получения из этилового спирта дивинила с последующей полимеризацией его на металлическом натрии. Впервые в мире на основе метода, предложенного С. В. Лебедевым, в начале 1930-х гг. в нашей стране было создано промышленное производство синтетического каучука. За рубежом подобные производства появились позже: например, в Германии - в 1938 г., в США - в 1942 г.

Сейчас известны и производятся в промышленных масштабах каучуки изопреновые, бутадиеновые, бутадиен-стирольные, хлоро-преновые, тиокольные, полиуретановые, силиконовые (кремнийорганические), акрилатные, этиленпропиленовые и др. Все синтетические каучуки (СК) подразделяют на каучуки общего и специального назначения.

Более половины мирового производства синтетического каучука расходуется на производство шин. На изготовление комплекта покрышек для малолитражного автомобиля нужно около 20 кг каучука, причем, как правило, разных сортов и марок, а для 40-тонного самосвала - почти 1900 кг. Меньшая половина СК идет на все остальные виды резиновых изделий для техники (их около 50 тыс.), быта, спорта.