Каучуки. Гума

Що таке природний і синтетичні каучуки? Чим відрізняється гума від каучуку? Який зв 'язок між властивостями і застосуванням каучуків і гуми?

Опрацювавши цей параграф, ви зможете навести приклади синтетичних каучуків, встановити причинно-наслідкові зв'язки між їхніми властивостями і застосуванням, порівнювати натуральний каучук із гумою і синтетичними каучуками, аналізувати їхній хімічний склад і робити висновок щодо придатності для використання.

Каучуки — полімерні матеріали різноманітного складу і призначення. Ці високомолекулярні сполуки в певному температурному інтервалі виявляють високоеластичні властивості, тобто здатність до великих оборотних дефор­мацій (мал. 13.1). Каучуки - пружні матеріали, які можна розтягнути до роз­мірів, що набагато перевищують їхню вихідну довжину. Однак після зняття навантаження вони набувають вихідних розмірів. Цю властивість широко використовують у найрізноманітніших галузях суспільного господарства. Приміром, фундаменти багатоповерхових будівель, зведених в Японії, осна­щено буферами з еластомерів, що захищають від підземних поштовхів.

Зазвичай каучуки класифікують і називають за назвою мономерів, ви­користаних для їхнього синтезу, або за характерною групою атомів у їхньо­му складі (мал. 13.2).

Натуральний каучук добувають з латексу, молочного соку каучукового дерева гевеї (які щерослини каучуконоси вам відомі?). Латекс міститься у мережі дрібних судин під корою. Коли її видаляють, починає сочитися біла рідина (мал. 13.3,1).

Дізнайтеся більше... Костюми таких відомих кіногероїв, як Бетмен, жінка - кішка (мал. 13.3, 2), маска Фантомаса тощо були зроблені з використанням саме рідкого натурального латексу. Ельфійські вуха, бутафорські шрами і ба­гато чого іншого також виготовляють із цього матеріалу (поміркуйте і спро- буйтє пояснити, чому колір латексу, з якого виготовлено костюм, відрізняється від кольору соку гевеї. За потреби зверніться до попереднього параграфа).

Мал. 13.2. Деякі з найуживаніших каучуків (який саме із синтетичних поліізопренових каучуків за властивостями ідентичний з натуральним? Чому? За потреби зверніться до

Завдання 1 на с. 26)

Унаслідок нагрівання латексу дрібні частинки каучуку, що містяться в ньому, злипаються і випадають в осад. Промиваючи і витримуючи його над багаттям, індіанці Південної Америки (у яких ще країнах поширені рослини - каучуконоси?) з давніх-давен отримували шматки каучуку. З них вони ви­готовляли посудини для води, непромокальні тканини, взуття і навіть яскраво розфарбовані кульки - дитячі іграшки.

Зі «світової комори» (чому саме так образно називають Південну Аме­рику?) натуральний каучук потрапив до країн Європи. Однак виявилось, що під впливом кисню цей матеріал швидко «старіє», втрачає пружність. До того ж він є еластичним лише в досить вузькому температурному інтер­валі. Тобто холодної пори гумові вироби тверднуть і розтріскуються, за під­вищеної температури - розм’якшуються, перетворюючись на липку смер­дючу масу. Однак з винайденням гуми цю проблему було розв’язано.

Гума - продукт вулканізації каучуку. Під час нагрівання із сіркою макро­молекули каучуку сполучаються одна з одною «містками» з атомів Сульфу - ру. Внаслідок вулканізації утворюється суцільна тримірна просторова сітка (мал. 13.4). Цим винаходом людство зобов’язане Чарльзу Гудієру (мал. 13.5).

Властивості еластомерних композицій можна варіювати в широких ме­жах. Шляхом підбору відповідного типу каучуку, а також інших складових можна виготовити матеріал з наперед заданими властивостями. Напри-

Мал. 13.8. 1. Гудієр Чаряьз {1800-1860). Американський винахідник, відкрив спосіб' вулканізації каучуку. Це відкриття уславило його, однак не сприяло поліпшенню матеріального становища. За борги

Ч. Гудієра багаторазово засуджували до ув'язнення. Газети писали про нього; «Якщо ви побачите людину у взутті, пальті і капелюсі з гуми, але без гроша в кишені, знайте: перед вами - Чарльз ГУдієр». Утім у 1898 році було засновано компанію «Goodyear Tire», Щ продукція якої до сьогодні зберігає статус бренда у виробництві автомобільних шин

Клад, для одержання міцної, стійкої до деформації гуми зазвичай викорис­товують або натуральний каучук, або синтетичний бутадієнстирольний.

За малого ступеня зшивання (масова частка Сульфуру до 5 %) утворюється м'який еластичний і легко деформований матеріал з невеликою твердістю і міцністю, однак високою (до 500 %) здатністю до подовжування. Йдеться про м'яку гуму. У гумі о високою твердістю і малою здатністю деформуватися вміст Сульфуру сягає 20 %. Відносне подовження такого матеріалу не перевищує 10 %.

Донині гума є цінним матеріалом для виготовлення автомобільних по­кришок, різноманітних приводних ременів, транспортних стрічок і рука­тії і». амортизаторів, ущільнювальних прокладок, гнучкої ізоляції та багато чого іншого, Імм гуми неможливо уявити функціонування суспільного гос­подарства і новсякдення пересічної людини.

Зауважмо, що наразі гуму виготовляють здебільшого на основі синте­тичних каучуків.

Синтетичні каучуки і гуми на їхній основі - гідні конкуренти свого нату­рального «собрата» і продуктів його вулканізації. He применшуючи здобут­ків інших розробників, зауважмо: засновником першого у світі велико­масштабного виробництва синтетичного каучуку є російський науковець С. В. Лебедєв (мал. 13.6).

Мал. 13.6.

Лебедєв Сергій Васильович (1874-1934). Видатний російський хімік, академік.

Основні роботи присвячені проблемам полімеризаційних процесів. Започаткував великомасштабне виробництво синтетичного каучуку.

Ім'я С. В. Лебедвва присвоєно НДІ синтетичного каучуку, у якому він працював. Російська академія наук з 1905 року присуджує Премію імені С. В. Лебедвва «За видатні роботи в галузі хімії і технології синтетичного каучуку TB інших синтетичних полімерів»

Дізнайтеся більше... Використання каталізаторів Циглвра-Натта дає змогу отримати каучук, практично ідентичний натуральному. Карл Ця тер (Німеч­чина) і Джуліо Натта (Італія) одержали Нобелівську премію з хімії (1963) за винайдення каталізатора для синтезу полімерів наперед задано? будови.

Синтетичні каучуки мають низку переваг. Приміром, рукавички з на­турального латексу спричиняють алергію в багатьох людей, які регулярно використовують їх у професійній діяльності. Алергічна реакція зазвичай зумовлена протеїнами, що містяться у матеріалі природного походження. Ризик алергічних проявів мінімізує використання рукавичок із синтетич­ного каучуку.

Для модифікації споживчих властивостей каучуків широко використо­вують співполімеризацію за участі двох мономерів. Її продукт складається з елементарних ланок двох різних типів. Таким співполімером є полібута - дієнстирольний каучук (мал. 13.2).

Каучуки загального і спеціального призначення. Ця класифікація (мал. 13.7) зумовлена галузями їхнього застосування.

Каучуки загального призначення мають комплекс властивостей, що зу­мовлює їхнє використання для виробництва широкого кола споживчої про­дукції. Ці каучуки мають високу еластичність за звичайних температур. Тож з них виготовляють шини, транспортерні стрічки, взуття тощо.

Властивості каучуків спеціального призначення забезпечують «праце­здатність» виробів з них у специфічних, часто екстремальних умовах. Такі матеріали стійкі до дії розчинників, технічних масел, кисню, озону, збері­гають високу еластичність у широкому діапазоні температур.

Без синтетичних каучуків і загального, і спеціального призначення не було б сучасної автомобільної промисловості. їх використовують для ви­готовлення шин, ущільнювачів дверцят, багажників, стекол, зубчастих ременів і шлангів. Завдяки цим матеріалам автомобілі стали такими швид­кісними, потужними і надійними.

Сучасний нафтовидобуток не існував би без високоякісних каучуків спеціального призначення. Вони стійкі до впливу нафта, raajj* агресивних бурильних рідин, витримують високі температури на rjiMwJ 5000 метрів і більше, зазнають мінімального зносу внаслідок впливу ж? них частинок скельних порід - так званої свердлильної стружки. Тому ь використовують у муфтах бурильних систем.

Дізнайтеся більше... Композиційні матеріали на основі еластомерів широко застосовують в усіх сферах народногосподарського комплексу України. Творчі колективи НДІ «Еластик» (Київ) і BO «Кремнійполімер» (Запоріжжя) вперше створили вітчизняний силоксановий каучук

Діелектричні показники, біологічна інертність, термостійкість, довговічність, висока міцність та ін.) визначили пріоритетність розвитку цього напряму. На* уковці розробляють силоксанові герметики, які тверднуть без енерговитрат, для герметизації промислових, житлових будівель і споруд, а також тран­спортних засобів. Розроблені і синтезовані спільно з інститутом органічної хімії HAH України рідкі комплексні стабілізатори успішно впроваджені в ком­позиційні пластизольні матеріали для виробництва медичних виробів.

Звісно, ці приклади - лише мала частка безмежно широкого спектра за­стосування каучуків. Аби розширити й поглибити уявлення про каучуки і гуму, виконайте лабораторний дослід.

Ознайомлення зі зразками каучуків

Уважно роздивіться видані вам зразки каучуків і гуми. Зверніть увагу на їхній зовнішній вигляд, колір тощо. Аби порівняти еластичність каучуку й гуми, виміряйте дов­жину смужок із цих матеріалів, злегка розтягніть їх і знову виміряйте.

Опишіть кожний зі зразків, зазначте галузі його застосування. Класи­фікуйте каучуки з колекції на такі, що застосовують масово, і каучуки спеціального призначення.

ПРО ГОЛОВНЕ І

► Каучуки - еластичні полімерні матеріали різноманітного складу і призначення.

► Каучуки класифікують і називають за назвою мономерів, використа­них для їхнього синтезу, або за характерною групою атомів у їхньому складі.

^ Гума — продукт вулканізації каучуку.

^ Властивості еластомерних композицій можна варіювати в широких межах.

Ь Каучук* загального призначеная мають комплекс властивостей, що зумовлює їхнє використання для виробництва широкого кола спо­живчої продукції.

^ Каучуки спеціального призначеная стійкі до дії розчинників, техніч­них масел, кисню, озону, зберігають високу еластичність у широкому діапазоні температур.

Здійсніть самоконтроль

В1. Природний каучук - це:

І а термопласт; В еластомер; В пластмаса; Г гума.

------ 1 2. Яке дерево е джерелом натурального каучуку?

А гевея; Б береза; В яблуня; Гклен.

3.  Укажіть матеріал, що є продуктом вулканізації природного каучуку:

А пластмаса; Б поліхлоропреновий каучук; В полібутадієнстирошмй каучук; Г гума.

4.  Яке призначення хлоропренового каучуку?

А загальне; Б спеціальне; В ексклюзивне; Г таємне.

5.  Яка речовина є вулканізувальним агентом?

А вода; Б кисень; В сірка; Г вуглець.

6.  Порівняйте властивості: а) натурального каучуку й гуми; б) каучуків загального і спеціального призначення. Які їхні спільні й відмінні риси?

7.  Дізнайтеся, чи є у вашому регіоні підприємства, що виробляють каучуки й гуми. Під­готуйте стисле повідомлення про сировину, яку вони використовують, і продукцію,

8.  Проаналізуйте цитату з твору уродженця м. Ірпеня (Київська обл.) Миколи Носова «Пригоди Незнайка і його друзів»: «Коротуни вміли добувати гуму. У місті біля них росли квіти на кшталт фікусів. Якщо на стеблі такої квітки зробити надріз, то з нього починав ви­тікати білий сік. Цей сік поступово гусне і перетворюється на гуму, з якої можна робити м’яйі та калоші». Де закінчується фантастика і починається реальність? Обґрунтуйте свою відповідь.

Творча майстерня

1.  Самостійно або у складі малої навчальної групи створіть реальну чи Hip - I туальну колекцію каучуків і гуми, які ви використовуєте в повсякденному житті.

Добудьте у шкільній хімічній лабораторії з допомогою вчителя або лаборанта каучук з фікуса. Вам знадобляться кальцій хлорид, водний розчин з масовою часткою калій перманганату 0,5 %, етанол, хлороформ.

Зріжте 1 —2 листки фікуса (Ficus elastics) родини Шовковицеві (Moreceea) - поширеної кімнатної рослини — і зберіть у пробірку молочний сік, який виділиться з живців. До зібраних крапель соку добавте трохи води і кальцій хлорид масою 0,5 г. Суміш добре струсіть і добавляйте до неї етанол краплями. Незабаром на поверхні розчину утворяться пластівці каучуку. Перенесіть частину пластівців скляною паличкою у пробірку.

Спостерігайте, як учитель розчинить їх у хлороформі об'смом 2—3 мл і добавить до однієї частини розчину трохи блідо-рожевого розчину калій перманганату. Про що свідчитиме знебарвлення реакційноїсуміші Відповідь на це запйтання вам полегшать структурні формули каучуків (мал. 13.2).

Іншу частину розчину учитель або лаборант помістить на годинникове скло і обе­режно випарить. Після видалення розчинника на склі утвориться еластична плівка

Каучуку. Спробуйте розтягнути пластівці каучуку том у тонкі нитки. Про яку властивість кауЧу^Щ*Л'

Чать результати цієї спроби? у caiA-

2. Виготовте в шкільній хімічній лабораторії ctd к ця із силіційорганічного каучуку (мал. 13.8). Вам ' добляться етиловий спирт і силікатний клей, одноразНа' пластикові стакани, дерев'яна або скляна паличка ' перемішування, гумові рукавички.

Змішайте етанол і силікатний клей в об'ємно співвідношенні 1 : 4. Ретельно перемішайте, аж поки ^ утвориться густа маса. Надягніть гумові рукавички* сформуйте кульку. Випробуйте свій витвір на сто бучість.