Каучук - Енциклопедія Сучасної України
Beta-версія
Каучук

КАУЧУ́К – натуральні (природні) та синтетичні високомолекулярні сполуки, виділені в особливий клас матеріалів, визначальними властивостями яких є високоеластичність, тобто здібність до великих зворотніх деформацій при малому модулі пружності. Слово походить від індіан. «каа-о-чу», що означає «дерево, яке плаче». Термін увів франц. учений Ш. Кондамін (1738).

Каучук натуральний (КН). Існує велика кількість рослин-каучуконосів, але сировиною для пром. вироб-ва КН є Hevea brasiliensis – типовий представник Пд.-амер. тропіч. лісів. У молоч. соку бразил. гевеї міститься 30–40 % КН. Перші зразки К. до Європи привезли 1525 із Пд. Америки іспанці, це були чорні м’ячі, якими грали індіанці. Однак цікавість до К. як до матеріалу проявилася після 1736 у Франції, а потім і в Англії, де створ. низку комерц. вироб-в з виготовлення К. (гумки, непромокал. плащі, калоші). Популярність виробів швидко впала, оскільки в холодну погоду вони тверділи, а в жарку – плавилися. 1826 М. Фарадей дослідив молоч. сік бразил. гевеї і встановив, що КН складається із вуглеводнів заг. формули С5Н8 (ізопрен). Окрім того, у молоч. соку містяться білки, вуглеводи, смолоутворювал. речовини, орган. кислоти, мінерал. солі. 1921 Г. Штаудінґер встановив, що КН – це ліній. цис-1,4-поліізопрен. Молекулярна вага КН 1 400 000–2 600 000 і 98 % ланок ізопрену у його макромолекулі приєднані у положення 1,4 цис. Щільність КН 0,91–0,92 г/см3. За т-ри нижче +10 °С КН кристалізується. Висока молекулярна вага та схильність до кристалізації обумовили гол. технол. недолік КН – необхідність пластикації. Зростання попиту на КН знову виникло після 1839, коли Ч. Гудьїр у США, а пізніше Т. Генкок у Великій Британії (1845) отримали патенти на процес вулканізації КН сіркою при нагріванні. Гол. недоліки КН були усунені, це сприяло зародженню гумотех. пром-сті, а проблему сировин. бази КН поставлено на держ. рівень у Великій Британії, США, Франції. Насіння гевеї було нелегально вивезено із Бразилії і доставлено в англ. колонії Пд.-Сх. Азії, де розпочалося культивування вироб-ва КН. У тропіч. країнах Пд.-Сх. Азії (Малайзія, Індонезія, Таїланд, В’єтнам) і нині виробляється осн. об’єм КН. Для вирощування бразил. гевеї необхідна середньорічна т-ра +25–30 °С та опади не менше 200 мм на рік. За останні 20 р. великі посадки гевеї з’явилися у низці афр. країн (Ліберія, Нігерія та ін.), т. зв. каучук. поясі – смузі шир. 1300 км уздовж екватора. Продуктивність плантацій 1,7–2,0 т/га каучуку. КН у латексі знаходиться у вигляді кулястих часток – глобул. Латекс у бідонах привозять на ф-ки, що знаходяться побл. посадок гевеї, де у спец. ваннах коагулюють при додаванні оцтової або мурашиної кислоти. Коагулюм на вальцях промивають водою і вальцюють у рифлені листи, потім сушать у спец. камерах, наповнених димом пальмового листя. Такий КН називають RSS (rabber smoked sheets). Ін. групою К. є світлий креп, який отримують шляхом додавання перед коагуляцією бісульфіту натрію, далі промивають і сушать листами у вентильов. сушарках за т-ри +50–60 °С. Листи пресують у кіпи, упаковують і в такому вигляді реалізують. Листовий КН усіх типів і сортів оцінюють на підставі зовн. огляду у порівнянні з еталоном (Зелена книга). Існує також регламентація якості КН за тех. стандартами: вміст забруднень, золи, летючих речовин, нітрогену; початк. пластичність, індекс збереження пластичності, показник кольору та в’язкість по Муні. Виготовляють також КН спец. типів, напр., із регульованою в’язкістю або у порошкоподіб. формі. Світ. вироб-во КН 2011 складало 10,5 млн т. Із них бл. 70 % використовують для виготовлення гуми у вироб-ві шин, а решту – для транспортер. стрічок, ізоляції кабел. продукції, амортизаторів, ін. гумотех. виробів, гумових клеїв, а також у вигляді латексів для тонкостін. виробів мед. призначення, дит. та спорт. товарів. Серед найцінніших властивостей КН – когезійна міцність, яка характеризує зчеплення молекул К. під дією сил притягання. Це одна з осн. властивостей, яка обумовлює незамінність КН для гум деяких деталей пневмат. шин.

Каучук синтетичний (КС). Створення числен. комерц. гумових виробів з КН стимулювало розвиток світ. наук. досліджень щодо вивчення структури, хім. властивостей та отримання його аналогів методами хім. синтезу. Особливої гостроти ця проблема набула у зв’язку з розвитком автомобілебудування на поч. 20 ст. Важливі дослідження із синтезу К. були виконані вченими Ґ. Бушардою (Франція), Дж.-А. Ньюландом, В.-Г. Карозерсом (обидва – США), І. Кондаковим (РФ), однак перше діюче пром. вироб-во створ. 1926–27 у результаті досліджень рос. вченого С. Лебедєва, який отримав мономер – бутадієн з етилового спирту і створив метод його полімеризації, використовуючи метал. натрій в якості каталізатора – натрій бутадієновий КС марки СКБ. Ці роботи значно вплинули на подальший розвиток його вироб-ва у світі. Спочатку КС розглядався як замінювач КН, однак уже після 2-ї світ. війни він посів самост. місце у вироб-ві гумотех. виробів, причому окремі його види за низкою властивостей суттєво переважають КН. Стійкість до дії агресив. середовищ, мастил та розчинників, термостійкість, морозостійкість, газонепроникність, опір стиранню, озоностійкість та ін. важливі тех. характеристики гуми з КС суттєво кращі. Від 1936 у Німеччині, США та СРСР разом з продовженням досліджень розпочато пром. вироб-во хлоропренових, а потім бутадієн-стирольних К., полімеризованих у водних емульсіях за радикал. механізмом, що дозволило отримати КС, які забезпечують виготовлення гуми із кращими тех. властивостями, ніж з СКБ. Дослідниц. центри у різних країнах розпочали наук. пошуки для створення КС шляхом полімеризації та поліконденсації мономерів – каучукогенів – бутадієну, стиролу, ά-метилстиролу, ізопрену, ізобутилену, етилену, пропілену, акрилонітрилу, диоргано-дихлорсилану та ін. Полімеризація проводилася або в масі мономера, або у водній емульсії. В остан. випадку КС отримують у вигляді латексу (подібно КН) і далі виділяють шляхом коагуляції, промивки, сушіння та пресування у брикети. За цією технологією були організовані вироб-ва осн. пром. КС та їх модифікацій. 1953 К. Циґлер (Німеччина) запатентував новий комплекс. каталізатор алюмінієорган. сполук та галогенідів титану для полімеризації олефінових вуглеводнів, а пізніше Дж. Натта (Італія) застосував його для стереоспецифіч. полімеризації ненасичених вуглеводнів. Після цього багато дослідників застосовували їх для синтезу цис-1,4-поліізопрену. 1964 у Росії організовано потужне пром. вироб-во КС, близького за мікроструктурою та осн. властивостями до КН. Практично одночасно Б. Долгоплоском у Росії було розроблено цис-1,4-полібутадієн, який нині виробляють багато країн. Стереоспецифіч. каталіз відкрив нові шляхи синтезу К. для гум із цінним комплексом властивостей. Згодом з’явилися етилен-пропіленові та етилен-пропілендієнові К., які дозволили отримувати гумотех. вироби з високою атмосферо- та озоностійкістю. Розпочато виготовлення бутилкаучуку, що дає високу паростійкість, гало-бутилкаучуків з низькою газопроникністю. Останні дозволили розвинути вироб-во безкамер. автомоб. шин. Організовано вироб-ва бутадієн-нітрилакрильних К. для маслостійкої гуми, фторкаучуків для стійкої гуми до +180 °С і диетилсилоксанових К. для стійкої гуми до +250 °С. Остан. технол. процес освоєно також в Україні 2004 на держ. підпр-ві «Кремнійполімер» (Запоріжжя). КС дозволили суттєво розширити температур. діапазон застосування гуми у різних галузях пром-сті. Гол. наук. центром розроблення нових КС у Зх. Європі є НДІ синтет. каучуків у С.-Петербурзі. Великі наук. центри мають фірми «Байєр» (Німеччина), «Ланксес» (США), «Бріджестоун» (Японія) та ін. Зростаючі світ. вимоги до якості шин швидкіс. легкових автомобілів зумовлюють створення гуми із покращеними властивостями – зчеплення з дорож. покриттям, зниженими витратами на кочення (економія пального) та зносостійкість. Це стимулювало вироб-во бутадієн-стирольних К. розчин. полімеризації з використанням літійорган. каталізаторів, які дозволяють ефективно вирішувати проблему. Отже, у світі відбувається безперерв. процес створення нових типів КС, зумовлений потребами розвитку каучукоспоживаючих галузей пром-сті. КС умовно поділяють на 2 класи: заг. (мають гарну еластичність при т-рах від –20 до +120 °С, використовуються для вироб-ва шин, гумового взуття, транспортер. стрічок тощо) та спец. (можуть експлуатуватися в агресив. середовищах у температур. діапазоні від –70 до +300 °С) призначення. Номенклатура гумотех. виробів у світі становить понад 50 тис. типів. Розроблено також синтез еластомер. матеріалів з олігомерів, які дозволяють втілювати принципово нову енергоощадну технологію одержання гум. В Україні цими питаннями займається Ін-т хімії високомолекуляр. сполук НАНУ (Київ). 2011 обсяг світ. вироб-ва КС сягнув 12,3 млн т (46 % – Китай, Корея, Японія; 20 % – країни ЄС; 19 % – Пн. Америка; 9 % – РФ).

Літ.: Блох Г. А. Радянський синтетичний каучук. Дн., 1958; Синтетический каучук. Ленинград, 1978; Натуральный каучук: В 2-х ч. / Пер. с англ. Москва, 1990; Піднебесний А. П., Мельник Л. О., Савельєва Н. В. Силоксанові гуми та їх властивості. К., 2006; Агаянц И. М. Натуральный каучук: в поисках рецепта. Москва, 2010; Куперман Ф. Е. Новые каучуки для шин. Москва, 2011.

Є. А. Дзюра

Стаття оновлена: 2012