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. виробництва 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 мʼячі, 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 температури 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. промисловості, 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 виробництва КН. У тропіч. країнах Пд.-Сх. Азії (Малайзія, Індонезія, Таїланд, Вʼєтнам) і нині виробляється осн. обʼєм КН. Для вирощува­н­ня бразил. гевеї необхідна середньорічна температура +25–30 °С та опади не менше 200 мм на рік. За остан­ні 20 р. великі посадки гевеї зʼявилися 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 температури +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 вʼязкість по Муні. Виготовляють також КН спец. типів, напр., із регульованою вʼязкістю або у порошкоподіб. формі. Світ. виробництво КН 2011 складало 10,5 млн т. Із них бл. 70 % використовують для виготовле­н­ня гуми у виробництві 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 звʼязку 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. виробництво 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 виробництва у світі. Спочатку КС роз­глядався як замінювач КН, однак уже після 2-ї світової війни він посів самост. місце у виробництві 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. виробництво 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 виробництва 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. виробництво 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 зʼявилися 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 виробництво без­камер. автомоб. шин. Організовано виробництва 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. під­приємстві «Кремнійполімер» (Запоріж­жя). КС до­зволили сут­тєво роз­ширити температур. діапазон за­стосува­н­ня гуми у різних галузях промисловості. 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 виробництво 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 промисловості. КС умовно поділяють на 2 класи: заг. (мають гарну еластичність при т-рах від –20 до +120 °С, використовуються для виробництва 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 Ін­ститут хімії високомолекуляр. сполук НАНУ (Київ). 2011 обсяг світ. виробництва КС сягнув 12,3 млн т (46 % — Китай, Корея, Японія; 20 % — країни ЄС; 19 % — Пн. Америка; 9 % — РФ).

Завантажити статтю