Каучук и резина

1. История получения природного каучука

Мно­гие рас­те­ния со­дер­жат про­дук­ты ди-, три- и по­ли­ме­ри­за­ции со­пря­жен­ных ал­ка­ди­е­нов, пре­жде всего, изо­пре­на (2-ме­тил­бу­та­ди­е­на-1,3). При­род­ный по­ли­мер изо­пре­на – это на­ту­раль­ный ка­у­чук (НК). На рис. 1 вы ви­ди­те сбор ка­у­чу­ка с рас­те­ния гевея.

Рис. 1. Сбор ка­у­чу­ка с рас­те­ния гевея

2. Строение натурального каучука и его изомеров

При об­ра­зо­ва­нии ка­у­чу­ка мо­ле­ку­лы изо­пре­на по­ли­ме­ри­зу­ют­ся так, что про­ис­хо­дит 1,4-со­пря­жен­ное при­со­еди­не­ние:

При­род­ные по­ли­и­зо­пре­ны

В на­ту­раль­ном ка­у­чу­ке со­дер­жит­ся уг­ле­во­до­род цис-по­ли­и­зо­прен (C₅H₈)_n. Он яв­ля­ет­ся сте­рео­ре­гу­ляр­ным по­ли­ме­ром. Мо­ле­ку­ла может со­дер­жать 20–40 тыс. эле­мен­тар­ных зве­ньев.

На­ту­раль­ный ка­у­чук нерас­тво­рим в воде, зато хо­ро­шо рас­тво­ря­ет­ся в боль­шин­стве ор­га­ни­че­ских рас­тво­ри­те­лей. Мо­ле­ку­лы ка­у­чу­ка за­кру­че­ны в клуб­ки. При на­груз­ках они вы­тя­ги­ва­ют­ся, при сня­тии на­груз­ки сво­ра­чи­ва­ют­ся об­рат­но. Т.е. ка­у­чук может под­вер­гать­ся об­ра­ти­мой де­фор­ма­ции (об­ла­да­ет эла­стич­но­стью).

При на­гре­ва­нии ка­у­чук из эла­стич­но­го со­сто­я­ния пе­ре­хо­дит в вяз­ко-те­ку­чее. Силы вза­и­мо­дей­ствия между мо­ле­ку­ла­ми осла­бе­ва­ют, по­ли­мер не со­хра­ня­ет свою форму. Он на­по­ми­на­ет очень вяз­кую жид­кость. При охла­жде­нии ка­у­чук из эла­стич­но­го пе­ре­хо­дит в стек­ло­об­раз­ное со­сто­я­ние, ста­но­вит­ся похож на твер­дое тело. Такой по­ли­мер, если при­ло­жить на­груз­ку, сразу по­рвет­ся. По­ли­ме­ры в стек­ло­об­раз­ном со­сто­я­нии могут быть хруп­ки­ми, их можно сло­мать или даже раз­бить. По­это­му ка­у­чук можно ис­поль­зо­вать лишь в узком тем­пе­ра­тур­ном ин­тер­ва­ле.

При­род­ный гео­мет­ри­че­ский изо­мер ка­у­чу­ка – гут­та­пер­ча, транс-1,4-по­ли­и­зо­прен:

Мо­ле­ку­лы гут­та­пер­чи не за­кру­че­ны в клуб­ки, они вы­тя­ну­ты даже в от­сут­ствие на­гру­зок. По­это­му гут­та­пер­ча об­ла­да­ет на­мно­го мень­шей эла­стич­но­стью.

3. Вулканизация каучука

Ка­у­чук на­гре­ва­ют с серой. Рис. 2. При этом мак­ро­мо­ле­ку­лы ка­у­чу­ка «сши­ва­ют­ся» друг с дру­гом сер­ны­ми мо­сти­ка­ми. Из от­дель­ных мак­ро­мо­ле­кул ка­у­чу­ка об­ра­зу­ет­ся еди­ная трех­мер­ная про­стран­ствен­ная сетка.

Рис. 2. Вул­ка­ни­за­ция ка­у­чу­ка

Из­де­лие из по­лу­чен­но­го ма­те­ри­а­ла – ре­зи­ны – проч­нее, чем из ка­у­чу­ка, и оно со­хра­ня­ет свою эла­стич­ность в ши­ро­ком ин­тер­ва­ле тем­пе­ра­тур.

4. Синтетический каучук

Син­те­ти­че­ский ка­у­чук

Ос­но­ва­те­лем пер­во­го в мире круп­но­мас­штаб­но­го про­из­вод­ства син­те­ти­че­ско­го ка­у­чу­ка счи­та­ет­ся рус­ский уче­ный С.В.Ле­бе­дев (Рис. 3). Он впер­вые по­лу­чил син­те­ти­че­ский бу­та­ди­е­но­вый ка­у­чук в 1910 г., про­мыш­лен­ное про­из­вод­ство на­ча­лось в 1932 г.

n СН₂=СН-СН=СН₂ ® (-CH₂-CH=CH-CH₂-)_n

В на­сто­я­щее время вы­пус­ка­ют­ся сотни сор­тов раз­лич­ных син­те­ти­че­ских ка­у­чу­ков.

Рис. 3. С.В. Лебедев (1874-1934)

Под­ве­де­ние итога

Вы по­лу­чи­ли пред­став­ле­ние о теме «Ка­у­чук и ре­зи­на», ко­то­рая вхо­дит в школь­ный курс химии за 10 класс. В ходе урока вы узна­ли о том, что пред­став­ля­ет собой ре­зи­на и ка­у­чук, по­зна­ко­ми­лись с са­мы­ми важ­ны­ми ви­да­ми ал­ка­ди­е­нов, ко­то­рые яв­ля­ют­ся важ­ней­ши­ми ма­те­ри­а­ла­ми для про­мыш­лен­но­сти.