Синтез натурального каучука в растениях

Синтез натурального каучука в растениях

В настоящее время в комнатных условиях выращивается большое количество комнатных растений. Я всё чаще стал задумываться над вопросом зачем? С таким вопросом я обратился к нашему учителю биологии. На, что получил очень интересный и любопытный ответ.

Сейчас у многих людей в домах есть растения, которые прибыли к нам из разных стран. Очень много растений, которые растут только в тропических условиях, и мы не встретим их в наших лесах, садах. Эти растения очень красивые. Поэтому мы их садим для красоты. Они увлажняют воздух и очищают его от пыли. Растения фотосинтезируют и дают нам кислород. Многие из них обладают лекарственными свойствами. Из многих растений, которые выращивают у нас как комнатные, в естественных условиях можно получить очень важные полезные вещи. Например, из древних папоротников образовался уголь, которым мы сейчас отапливаем свои дома. Из такого растения как циперус раньше получали папирус (древняя бумага), а из фикуса получали каучук. Мне стало очень любопытно узнать, что же такое каучук? Как его получали и можно ли в настоящее время получить каучук из современного фикуса? Мне захотелось узнать больше о нем и его свойствах.

Я считаю, что данная тема очень актуальна, так как люди должны знать какие растения их окружают и чем они полезны для них.

Практическая значимость работы в том, что изучение полезных свойств растений поможет людям больше узнать «питомцев», которые их окружают.

Цель: Доказать, что из комнатного фикуса можно получить каучук.

Задачи:

– Узнать, что такое каучук, историю получения каучука и в чём его значимость, изучив дополнительную литературу

– Изучить способ получения каучука

– Проделать простые опыты с каучуком

– Оформить работу с последующей презентацией.

Объект исследования – комнатное растение фикус.

Предмет исследования – физические и химические свойства каучука.

Оборудование и материал – фикус, скальпель, нашатырный спирт, вата, уксусная кислота, пробирки, держатель для пробирок, свеча, линейка, стаканчик с водой, бензин, керосин, сера.

Место проведения исследования: МБОУ КСШ с Курай.

Методы: анализ литературы, изучение правил техники безопасности при проведении химических опытов, проведение эксперимента, наблюдение, анализ полученных результатов.

Новизна исследования: проведение эксперимента и его анализ.

Гипотеза – каучук можно получить из современного фикуса.

Что такое каучук, что значит каучук

КАУЧУК индейское и южноамериканское дерево Jatropha elastica и сок его, который, образует смолистое вещество: резинку, ластик. Каучук тягучая горная смола, нефтяная смолка

Толковый словарь Даля

– КАУЧУК: упругое вещество из млечного сока некоторых южных растений «каучуконосов», употр. как сырье для выработки резины.

Толковый словарь Ожегова

Каучук – (каучук неправ.), каучука-каучука, мн. нет, м. (американск.). Смолистое Вещество, добываемое из сока некоторых южных растений, из которого вырабатывается резина. Вещество для выработки резины. Советскими учеными изобретен искусственный каучук.

История появления каучука

История каучука началась с детского мячика и школьной резинки.

В 1493 году корабль Христофора Колумба во время второго путешествия в Америку пристал к острову, названному им Эспаньола (теперь Гаити).

Высадившись на берег, испанцы были удивлены веселой игрой индейцев, похожей на наш баскетбол. Они в такт песне подбрасывали черные шары, которые, упав на землю, делали, словно живые, высокие и забавные прыжки. Взяв эти шары в руки, испанцы нашли, что они довольно тяжелы, липки и пахнут дымом.

Индейцы называли сок, из которого делали мячи, «каочу», что означало: «слезы дерева».

В восточной Индии, Индокитае, на островах Цейлоне, Яве и Борнео собирали каучук из фикуса, растущего в джунглях. Затем стали разводить фикус на плантациях. Но в скором времени фикус стал вытесняться посевами гевеи бразильской, быстрее растущей и содержащей больше каучука, чем фикус. Фикус содержит 17,3 % каучука, а гевея – 32 %.

Каучук получил первое в Европе применение в 1770 году в школе под названием гуммиэластика (смолы эластичной) для стирания карандашных рисунков.

Первые же попытки сделать каучуковую обувь привели только к смеху. Галоши или сапоги хорошо служили в дождь, но стоило выглянуть и припечь солнцу, как они растягивались, начинали прилипать к тротуару. В мороз же такая обувь становилась хрупкой, как стекло.

Открытие резины, полученной от нагревания каучука и серы (в резине от двух до пяти процентов серы), привело к широкому ее применению. Развитие электричества, изобретение автомобиля и аэроплана превратили каучук в самый необходимый продукт.

В 1919 году изобретателями было предложено уже 40000 различных изделий из резины.

Внимание капиталистов всех стран обратилось на добычу каучука.

Первое время Бразилия оказалась владетельницей громадных богатств. Правительство Бразилии решило эти богатства сохранить и в целях избежать конкуренции с другими государствами издало закон, запрещающий под страхом смерти вывоз из Бразилии семян и молодых деревьев гевей. Но было поздно.

По совету ботаника Дж. Гукера, англичанин Викгем поехал в 1876 году на берега Амазонки, где, с опасностью для жизни, собрал 70000 семян гевеи и, тайком «догрузив их на английский корабль, доставил в ботанический сад Кью. Семена были высеяны, но взошло только 4 %. Однако буквально через несколько дней сеянцы достигли полуметровой высоты. 1 900 сеянцев были запакованы в 38 ящиков и под присмотром садовника направлены на остров Цейлон, а оттуда разосланы на Яву, в Бирму, Австралию, в Тринидад, где неожиданно для Бразилии появились обширные плантации гевей.

Такова не первая история «ботанической контрабанды» англичан.

Во всех тех странах, где росли каучуконосные растения, их безжалостно калечили ради стремления получить наибольшее количество каучука.

Компании, организующие добычу, сбор и перевозку каучука, безжалостно калечили и людей, занятые сбором каучука, стремясь как можно больше и дешевле получить его.

Специальная комиссия в 1910 году выяснила, что за десять лет деятельности компании по добыче каучука население индейцев в районе Путумайо уменьшилось на сорок тысяч человек. Из пятидесяти двух тысяч осталось в живых только около десяти тысяч. За это время добыто было четыре тысячи тонн каучука. Таким образом, одна тонна каучука обходилась в десять человеческих жизней!

Во время второй мировой; войны в амазонские леса Бразилии было доставлено сорок семь тысяч сборщиков каучука. Но с окончанием войны спрос на каучук уменьшился.

Так добывается каучук не только на берегах Амазонки.

В Центральной Африке в тропическом лесу Конго растут лианы: ландольфия, клитандра и другие. В них также содержится каучук.

Негры Конго разрезают лианы на куски, выколачивают из них палками каучук и высушивают полосы каучука на своем теле. Каучук этот имеет вид желтоватых ремней и похож на сухие водоросли.

В Советский Союз не привозят каучук из других стран. Еще в 1931 году Иосиф Виссарионович Сталин сказал: «У нас имеется в стране всё, кроме разве каучука. Но через год-два и каучук мы будем иметь в своем распоряжении» [1].

Советские исследователи пересмотрели сто тысяч различных растений в разных районах нашего Союза.

Не прошло и года после слов Сталина, как колхозник Спиваченко указал ботанику Л.Е. Родину в горах Тянь-Шаня в Казахстане на каучуконосный одуванчик, называемый кок-сагыз, или «зеленая жвачка», содержащий в корнях до 16 и даже до 28 % каучука (рис. 1).

Рис. 1. Каучуконосный одуванчик – кок-сагыз

И неизвестный до того каучуконос кок-сагыз был размножен на полях нашей страны, и в течение пяти лет уже были получены первые сотни тонн каучука.

Кок-сагыз широко возделывается на колхозных полях из семян и кусочков корней.

Фикус – растение джунглей

Фикус в джунглях – это громадное дерево тридцати метров высотой с листьями длиной до одного метра. Точное описание его дано две тысячи двести лет тому назад первым ботаником Теофрастом.

Теофраст сопровождал известного завоевателя Александра Македонского в его походе в Индию. Он был поражен видом фикуса.

«Это могучее дерево с круглою кроною и чудовищного диаметра; оно прикрывает своей тенью пространство в две стадии (300 метров) (рис. 2). Окружность ствола обыкновенно 40, а иногда 60 шагов; листья по величине и виду равняются щиту. Из огромных горизонтально распростертых веток ежегодно спускаются в почву корни, которые отличаются от сучьев только жестким волосяным покровом, более бледною окраской и отсутствием листьев; они сами постепенно обращаются в стволы и образуют как бы искусственно посаженный крытый зеленый ход вокруг главного ствола. Под тенью их мог бы расположиться лагерем целый отряд конницы».

Рис. 2. Фикус в естественной среде

На одном из островов реки Нербудды бенгальский фикус, или баниан, имел главный ствол в десять метров толщиной.

Вокруг главного ствола насчитывали тысячу триста придаточных стволов и три тысячи меньших воздушных корней. Это был целый лес из одного дерева; в его тени однажды скрылось целое войско.

Этому дереву было три тысячи лет.

Ход работы: (рис. 3–11).

Рис. 3. Собирание млечного сока

Рис. 4. Обработка активированным углем

Рис. 5. Получение каучука

Рис. 6. Опыты с каучуком на растяжимость

Рис. 7. Каучук в воде

Рис. 8. Каучук в керосине

Рис. 9. Каучук в бензине

Рис. 10. Каучук с серой

Рис. 11. Получение резины

1. На одной ветке, чтобы не испортить растение, я сделал косой надрез коры до древесины. Под надрез подвесил маленькую пробирку. Чтобы млечный сок не густел, около надреза прикрепил ватку, смоченную нашатырным спиртом. Когда набрал немного млечного сока, налил в пробирку по каплям уксусную кислоту и встряхнул ее. Сразу же в ней образовались хлопья. Это выделился каучук.

2. Промыл эти хлопья водой, а потом отжал и раскатал в тонкую полоску.

3. Полученный каучук подверг следующим испытаниям. Сначала узнал, какова его растяжимость. Для этого измерил полоску, полученного мной каучука и растянул ее на линейке. Она растянулась до полутора см. Отпустил полоску, она сжалась до одного см.

4. Посмотрел, как влияет на каучук температура. Охладил полоску каучука в снегу. Попробовал растянуть и измерить – он не растянулся.

5. Интересно узнать: в какой жидкости каучук растворится? Отрезал от нашего каучука три кусочка и положил один из них в воду, другой в бензин и в керосин. На следующий день посмотрел, что получилось. В воде каучук не растворился, в керосине также, а вот в бензине растворился. Получился раствор похожий на кисель. Жидкость, в которой растворился каучук, нагрел и получил резиновый клей.

6. Взял маленький кусочек серы, в двадцать раз меньше кусочка каучука, и нагрел.

7. Проверил полученную резину на растяжимость, она растягивается, но очень быстро застыла и стала хрупкой.

В ходе выполнения данной работы я, изучил дополнительную литературу, узнал, что такое каучук, познакомился с его историей. Узнал, как растёт Фикус в природе. Познакомился с правилами работы с химическим оборудованием при проведении опытов. Изучил способ получения каучука, и проделали простые опыты с ним.

По результатам работы можно сделать следующие выводы:

1. Наша гипотеза подтвердилась: комнатный фикус содержит каучук.

2. Каучук обладает следующими свойствами:

3. Природный необработанный (сырой) каучук – белый.

4. Важнейшее свойство каучука – это его эластичность и растяжимость.

5. Он не растворяется в воде и керосине.

6. Каучук растворяется в бензине, образует растворы, широко используемые в технике (клей).

7. При соединении с серой образуется резина.

Значение каучука и резины в жизни человека

Каучук имеет в жизни человека огромное значение. Чаще всего его используют не в чистом виде, а в виде резины (рис. 12).

Рис. 12. Использование каучука

1) техника (шины для автотранспорта, самолетов, велосипедов, резиновые детали, изоляция проводов);

2) производство промышленных товаров (обувь, искусственная кожа, прорезиненная одежда, лодки, игрушки, канцтовары);

3) строительная промышленность (сантехника, резиновый линолеум);

4) медицинская промышленность (грелки, искусственные органы);

5) пищевая промышленность (жевательная резинка).

1. При выполнении простейших химических опытов, необходимо соблюдать правила техники безопасности (рис. 13).

Рис. 13. Техника безопасности

2. Изучать комнатные растения и их свойства и пропагандировать бережное отношение к ним.

3. Фикус можно содержать в домашних условиях, но так как он достигает в последующем больших размеров, лучше всего ему в офисных помещениях с большим свободным пространством.

4. Таким образом, каучук очень полезное комнатное растение.

Природные каучуконосы

Содержание

Происхождение названия

Слово «каучук» происходит от двух слов языка тупи-гуарани: «кау» — дерево, «учу» — течь, плакать. «Каучу» — сок гевеи, первого и самого главного каучуконоса. Европейцы прибавили к этому слову всего одну букву.

Получение натурального каучука

Натуральный каучук получают коагуляцией млечного сока (латекса) каучуконосных растений. Основной компонент каучука — углеводород полиизопрен (91-96%).

Распространение каучуконосов

Природный каучук встречается в очень многих растениях, не составляющих одного определённого ботанического семейства. В зависимости от того, в каких тканях накапливается каучук, каучуконосные растения делят на:

• паренхимные — каучук в корнях и стеблях;
• хлоренхимные — каучук в листьях и зелёных тканях молодых побегов;
• латексные — каучук в млечном соке.

Травянистые латексные каучуконосные растения из семейства сложноцветных (кок-сагыз, крым-сагыз и другие), произрастающие в умеренной зоне, в том числе в южных республиках, содержащие каучук в небольшом количестве в корнях, промышленного значения не имеют.
Среди травянистых растений России есть всем знакомые одуванчик, полынь и молочай, которые тоже содержат млечный сок.

Промышленное значение имеют латексные деревья, которые не только накапливают каучук в большом количестве, но и легко его отдают; из них наиважнейшее — гевея бразильская (Hevea brasiliensis), дающая по разным оценкам от 90 до 96% мирового производства натурального каучука.

Сырой каучук из других растительных источников обычно засорён примесями смол, которые должны быть удалены. Такие сырые каучуки содержат гуттаперчу — продукт некоторых тропических деревьев семейства сапотовых (Sapotaceae).

В течение Второй мировой войны (1939-1945) по экономическим причинам были культивированы другие, нетропические источники каучука: гуайуль (guayule) мексиканского происхождения, а также одуванчик кок-сагыз (Taraxatum kok- saghyz), произрастающий на территории Западного Туркестана.

Каучуконосы лучше всего произрастают не далее 10° от экватора на север и юг. Поэтому эта полоса шириной 1300 километров по обе стороны от экватора известна как «каучуковый пояс». Дело в том, что для каучуконосов требуется очень тёплый и влажный климат и плодородная почва. Развитие автомобильной промышленности значительно повысило потребности в резине и, соответственно, в каучуке. Поэтому появились новые плантации гевей: молодые деревца из Южной Америки посадили в Малайзии, на Шри-Ланке и в Индонезии. Они отлично прижились и дают большой урожай.

Сбор латекса и производство натурального каучука

Это высокое стройное дерево может достигать 45 метров в высоту при 2,5—2,8 м в обхвате. Родиной гевеи является бассейн Амазонки — великой водной магистрали. Отсюда вывозился первый каучук в Европу.

Каучук в гевее содержится в млечном соке — латексе, распределённом в млечных каналах, которые образуют в стволе концентрические кольца.

Латекс состоит из мельчайших частичек жидкости, твёрдых частиц и других примесей. Только около 33% латекса составляет каучук, 66% вода и около 1% другие вещества.

Для сбора латекса с деревьев на коре делается диагональный остроугольный надрез, вершиной угла направленный вниз, затем надрез расширяют до 0,3—0,5 от окружности ствола. Из надреза выделяется латекс и стекает в небольшую чашу. С каждого надреза получается около 30 мл латекса. После этого обычно на следующий день ниже первоначального надреза обдирается тонкая полоска коры, чтобы получить новый сок. Когда надрезы достигают поверхности земли, ствол оставляют в покое, чтобы он смог восстановить кору на дереве перед новой подсочкой. На 1 гектаре высаживается около 250 деревьев, в год с 1 гектара получают около 450 кг сухого необработанного каучука. Со специально выведенных высокоурожайных деревьев можно получить 2225 кг с гектара в год, были разработаны опытные деревья с урожайностью до 3335 кг с гектара в год.

Полученный латекс растягивают, разбавляют водой и подвергают коагуляции путём обработки кислотой, чтобы частицы каучука в латексе сцепились друг с другом. Затем производят протягивание между валками, придавая листам толщину 0,25 дюйма (?0,6 см), полученные листы высушивают путём обдувания сухим тёплым воздухом или дымом, и отправляют на погрузку.

Физические и химические свойства натурального каучука

Каучук — высокоэластичный продукт, обладает при действии даже малых усилий обратимой деформацией растяжения до 1000%, а у обычных твёрдых тел эта величина не превышает 1%. Эластичность каучука сохраняется в широких температурных пределах, и это является характерным его свойством. Но при долгом хранении каучук твердеет.
При температуре жидкого воздуха –195°C он жёсткий и прозрачный; от 0 ° до 10 °C — хрупкий и уже непрозрачный, а при 20 °C — мягкий, упругий и полупрозрачный. При нагреве свыше 50 °C он становится пластичным и липким; при температуре 80 °C натуральный каучук теряет эластичность; при 120 °C — превращается в смолоподобную жидкость, после застывания которой уже невозможно получить первоначальный продукт. Если поднять температуру до 200—250 °C, то каучук разлагается с образованием ряда газообразных и жидких продуктов.

• Каучук — хороший диэлектрик, он имеет низкую водо- и газопроницаемость.

• Каучук не растворяется в воде, щёлочи и слабых кислотах; в этиловом спирте его растворимость небольшая, а в сероуглероде, хлороформе и бензине он сначала набухает, а уж затем растворяется.
• Легко окисляется химическими окислителями, медленно — кислородом воздуха.
• Теплопроводность каучука в 100 раз меньше теплопроводности стали.
• Наряду с эластичностью, каучук ещё и пластичен — он сохраняет форму, приобретённую под действием внешних сил. Пластичность каучука, проявляющаяся при нагревании и механической обработке, является одним из отличительных свойств каучука. Так как каучуку присущи эластические и пластические свойства, то его часто называют пласто-эластическим материалом.
• При охлаждении или растяжении натурального каучука наблюдается переход его из аморфного в кристаллическое состояние (кристаллизация). Процесс происходит не мгновенно, а во времени. При этом в случае растяжения каучук нагревается за счёт выделяющейся теплоты кристаллизации. Кристаллы каучука очень малы, они лишены чётких граней и определённой геометрической формы.

При температуре около –70 °C каучук полностью теряет эластичность и превращается в стеклообразную массу.

• Вообще все каучуки, как аморфные материалы, могут находиться в трёх физических состояниях: стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем.

Высокоэластическое состояние для каучука наиболее типично.

• Каучук легко вступает в химические реакции с целым рядом веществ: кислородом (O2), водородом (H2), галогенами (Cl2, Br2), серой (S) и другими. Эта высокая реакционная способность каучука объясняется его ненасыщенной химической природой. Особенно хорошо реакции проходят в растворах каучука, в которых каучук находится в виде молекул сравнительно крупных коллоидных частиц.

Почти все химические реакции приводят к изменению физических и химических свойств каучука: растворимости, прочности, эластичности и других. Кислород и, особенно, озон, окисляют каучук уже при комнатной температуре. Внедряясь в сложные и большие молекулы каучука, молекулы кислорода разрывают их на более мелкие, и каучук, деструктурируясь, становится хрупким и теряет свои ценные технические свойства.
Процесс окисления лежит также в основе одного из превращений каучука — перехода его из твёрдого в пластичное состояние.

Натуральный каучук

Каучук, говоря сухим языком, это полимер, натурального происхождения, в основании которого лежит полиизопрен. После проведения операции вулканизации из него получают резину.

Натуральный каучук применяют при изготовлении покрышек, амортизирующих устройств, санитарных и гигиенических предметов.

История открытия натурального каучука

Человечество знает это сырье достаточно давно, по крайней мере, южноамериканские инки еще до прибытия на материк Христофора Колумба играли в мяч, сделанный из обработанного латекса.

Этот материал добывался из сока дерева под названием Гевея. Изначально он обладает белым цветом, но с течением времени, он начинает твердеть и менять цвет на темно-коричневый или черный.

Индейцы уже в те времена применяли его для изготовления тканей, обуви, емкостей для переноса и хранения воды и, конечно, использовали шарики, сделанные из этого материала, для развлечения.

Но предметы, изготовленные из натурального качества в теплую погоду, начинали прилипать, а в холодную становились очень хрупкими.

После того, как испанские моряки привезли натуральный каучук привезли в Старый свет, прошло более 300 лет, прежде чем его начали рассматривать, но как диковинный материал, а как сырье для производства разного типа продукции.

Предпринимались разные попытки изготовления обуви и одежды и, как правило, все кончалось неудачей. Это длилось до 1839 года, пока ученый Чарльз Гудьир (Charles Goodyear) не открыл процесс вулканизации каучука. На основании результатов ранее проведенных исследований, он провел эксперимент – на каучук нанес слой серы и положил на разогретую печь. Результатом такого эксперимента стало появление первого в мире образца резины. Этот процесс назвали вулканизацией.

История открытия натурального каучука

Изобретение процесса вулканизации привело к массовому внедрению натурального каучука. Уже с середины XIX века процесс производства изделий из резины принял массовый характер и того сырья, которое добывали из гевеи стало не хватать, не смотря на то, на острове Ява, Суматра были основаны плантации на котором выращивали это растение.

Таким образом, перед химиками встала задача по получению материала, способного заменить натуральное сырье. На решение этой задачи ушел целый век. В процессе, проводившихся исследований, которые проводились во многих странах, стало ясно, что для получения заменителя необходимо устранить следующие проблемы:

1. Синтезировать изопрен из других материалов.
2. Осуществить полимеризацию полученного изопрена.
3. Выявить вещества, способные оставить распад каучука.

Лишь в тридцатых годах ХХ века ученые смогли создать установку по промышленному производству синтетического каучука. Кстати, сложно переоценить вклад отечественных ученых в решение задач по производству синтетического каучука.

Для синтеза искусственного сырья был использован дивинил, получаемый из спирта. То есть натуральный и синтетический каучук, производят на основе разных веществ.

Процесс производства натурального каучука

Производство натурального сырья основано на коагуляции латекса, так называют сок, выделяемый каучуконосами. Другими словами, в процессе производства, происходит укрупнение частиц мелкого размера, содержащихся в латексе в более крупные.

Получение натурального каучука

Как уже отмечалось, латекс, в том или ином виде содержится во многих растениях, прием он может находиться в корневой системе и стебле, такой каучук называют паренхимным, тот, который, содержится в листьях называют хлоренхимным, а тот, который находят в млечном соке называют латексным или латекс.

Практически весь натуральный каучук добывают из деревьев. С момента начала промышленной добычи этого сырья ни одно растение не превзошло гевею. Она изначально росла в Южной Америке и до сих пор из нее добывают 96% натурального продукта в мировой экономике. Млечный сок, который несет в себе латекс начинают добывать из этого растения с момента достижения им 12 лет. Одно дерево может выдать от 3 до 7,5 кг продукта в год. Как только дерево перестает выделять сок, его удаляют с плантации и отправляют на переработку.

Латекс состоит из:

• воды до 70%;
• натурального каучука – 25 – 70%;
• протеина и натуральных минералов 1 – 2 %.

Для добычи латекса на стволе растения выполняют надрез в виде буквы V, из него добывают порядка 45- 60 г сырья. Добытое молочко сливают в один большой поддон. В нем добытое сырье отстаивают длительное время, и тут происходит реакция получения натурального каучука.

V-образный надрез на стволе дерева Гевея

Через определенное время молочко становится плотной массой, которую в последствии пропускают через валковый пресс. Это необходимо для избавления от лишней влаги. В итоге такой обработки образуется плотный брикет. На завершающем этапе, полученный полуфабрикат проходит сушку, и масса меняет цвет с белого на темный.

После сушки, полуфабрикаты готовят к отправке на предприятия по переработке натурального каучука. На них полученное сырье проходит операцию вулканизации каучука и происходит синтез готовой продукции – резины.

Промышленная революция, свершившаяся на рубеже XIX – XX веков вызвала рост потребности в каучуке. Это привело к тому, что стали появляться новые плантации и кроме Южной Америки гевею стали выращивать в Малайзии, во Вьетнаме и пр.

Производительность одного гектара плантации составляет порядка 1 – 2 тн каучука в год.

Промышленное применение

Самое массовое использование природного каучука на практике — это изготовление резины. В основе этого процесса лежит реакция вулканизации, разработанная еще в XIX веке.

Для получения резины, в сырье добавляют различные компоненты, способствующие образования длинномерных молекул, соединенных между собой поперечными связями. Такое строение и обеспечивает резине возможность сжатия и растяжения практически при любой температуре.

Промышленное применение натурального каучука

Продукт вулканизации – резина предназначается для применения различных отраслях. Е применяют для производства покрышек и камер для любой техники, работающей на колесном ходу.

Кроме того, каучук служит основой для производства различных уплотнений применяемых для работ по тепло-,гидро- и звукоизоляции. Без него не может обойтись и медицина, в частности при производстве перчаток, презервативов. Кроме того, множество изделий из него применяют в медицинских приборах и оборудовании.

Каучук применяют и в такой отрасли как ракетная. Его используют как основу для производства твердого топлива для ракет. В частности он используется как топливо, а наполнителем выступает порошок селитры, а окислителем выступает перхлорат аммония.

Важнейшие виды натурального каучука

В 1969 году вступил в действие стандарт, регламентирующий качества природного продукта. В нем весь каучук разделен на 8 типов, состоящих из 35 сортов. К основным можно отнести:

• рифленый смокед-шит, иногда его называют копченый лист;
• светлый креп, он имеет светло-кремовый цвет и множество других.

Качество природного каучука оценивают по результатам осмотра и верификации его с эталонным образцом. Кроме этого, применяется классификация каучука в соответствии с техническими нормами и правилами. В них нормируются количества допустимых примесей.

Формы натурального каучука

Кроме природного каучука предприятия — изготовители проивзодят целую гамму продукции с разными технологическими параметрами и механическими характеристиками они могут быть произведены в различной форме, например, в порошкообразной форме. Компании-производители этого сырья постоянно ведут исследования в части улучшения качества природного каучука и роста отдачи каучуконосов.

Одна из разновидностей каучука – это гуттаперча, иногда ее называют балата. Ее добывают в Малайзии. Гуттаперча отличаеться меньшей эластичностью. Это вызвано тем, что она имеет другое строение макромолекул. Эту разновидность каучука в начале ХХ века использовалась для изоляции морских кабелей связи. Надо отметить, что этот полимер не нашел массового использования в промышленности. В наши дни ее применяют для изготовления жевательной резинки. Кроме этого ее применяют дантисты, для приготовления пломб. Еще одно применение гуттаперчи – изготовление мячей для гольфа.

Сорта марки RSS

Это изделие состоит из каучука, который обработали коагуляцией и просушенных при помощи дыма. После просушки, листы разделяют на три основных сорта. Сорт RSS1- это самый чистый продукт, но самым распространенным принято считать RSS3. Самым чистым сортом является RSS1, однако наиболее распространенным является RSS3. Сорта этой группы применяют тогда, когда необходимо максимально твердое сырье. Каучук этой марки идет на изготовление покрышек, облицовку стен и пр. Вместе с тем, эта марка считается самой трудной для обработки.

Производители натурального каучука руководствуются в своей работе нормативами TSR- Technically Specified Rubber – Технические Специализированные Каучуки. Эти нормы вступили в силу более 40 лет назад.

Этот нормативный документ регламентирует требования по качеству природного каучука, а также метода контроля каждого из существующих сортов продукции. В этом же документе предусмотрена единая система упаковки. Готовую продукцию укладывают в кипы в плотную полиэтилен. Вес такой кипы не должен превышать 35 кг. Готовые кипы, в количестве 36 штук, помещают на европоддон и обматывают пленкой. Вес такого поддона составляет 1260 кг.

В TSR внесены сорта природного каучука:

• TSR CV сорт каучука со стабильной вязкостью;
• TSR L сорт обладающей светлой окраской;
• TSR 5, 10, 20 марки каучука синтезированного в результате коагуляции.

Все производители, которые производят и поставляют натуральный каучук, должны в обязательном порядке принять и следовать точным нормам для отдельных сортов продукции. В странах, где расположены самые крупные плантации, и мощности по производству каучука разработали и внедрили собственные нормы, на основании TSR, так в Индонезии работают нормы SIR, в Таиланде STR.

Сравнительные свойств каучуков и резин

Натуральный и синтетические каучуки нашли свое применение во многих отраслях промышленности, изделия из этих материалов мы каждый день видим на своей кухне или гараже. Проведем попытку сопоставления применяемости натурального и синтетического каучуков.

Основанием натурального каучука служит полиизопрен. Вулканизация позволяет изготавливать высококачественную резину, применяемую для изготовления покрышек, амортизационных устройств, предметов гигиены и санитарии.

Каучуки марки БСК (бутадиен-стирольные) тоже применяют для производства покрышек и камер для транспортных средств на колесном ходу. Кроме того из нее производят материалы, которые будут работать в условиях повышенной истираемости, например, ленты для конвейеров или подошвы для обуви. Еще один тип синтетических каучуков – изопреновый. Их применяют для изготовления спортивного инвентаря.

Кремнийорганические каучуки применяют для производства уплотнителей, иллюминаторов, трубопроводных систем для транспортировки воздуха с разной температурой. Свойства этого синтетического материала позволяют его использовать для работы с маслами, топливом и пр. Кроме этого, этот материал биоинертен, то есть не вступает в контакт с биологическими объектами и это позволяют его использовать для применения его для производства искусственных органов, например, эндопротезов.

Разработка и внедрение в серийное производство искусственных заменителей привело к расширению использования этих материалов в промышленности, строительстве и быту. Особенно это важно, потому что, многие параметры синтетических заменителей превосходят характеристики натуральных, например, стойкость к износу или воздействию УФ излучения.

Но это не означает, что работы по производству и исследованию натуральных каучуков прекращены. Практически все компании, производящие натуральный продукт постоянно продолжают работы по его совершенствованию, модификации и повышению отдачи каучукового молочка с существующих плантаций. Дело в том, что у натурального сырья есть определенные свойства, которые недоступны для синтетических аналогов.

Мировой кризис 2008 года, природные катаклизмы в азиатском и южноамериканских регионах привели к снижению производства натурального каучука на 4%, но с течением времени его производство восстановилось и постоянно, но с разным ускорением, стремится в верх. Среди мировых лидеров по потреблению этого продукта можно назвать КНР – свыше 4 000 тыс. тонн в год, Индию – свыше 1 000, но более 70% из этого объема приходится на долю натурального продукта.

Состав и строение натурального каучука

Природный каучук – это высокомолекулярный углеводород. Его молекулы содержат, так называемые двойные связи, обеспечивающие этому материалу химические свойства каучука

Состав природного каучука может быть описан формулой (C5H8)n, где n может равняться числу от 1000 до 3000. Эта формула говорит о том, что натуральный продукт – это изопрен.

Состав и строение натурального каучука

Молекула этого материала имеет большую длину, но даже с использованием современных электронных оптических устройств полностью ее рассмотреть не удается. Диаметр каучуковой молекулы равен диаметру одной молекулы. Если ее растянуть до определенного предела, то молекула примет зигзагообразную формулу. Это обеспечивают атомы углерода, которые являются основой этой молекулы. Именно способность этого материала возвращаться в исходное положение обеспечивает такие качества, как прочность и эластичность.

Растяжение каучука приводит к тому, что его молекулы раздвигаются в направлении, приложенного усилия. Если от него избавиться, то молекулы вернуться в первоначальное состояние.

Другими словами, молекулы природного сырья представляют собой пружину и ее можно растянуть до некоего предела. Основной компонент каучука – углеводород, состоящий из атомов углерода и водорода.

Синтез натурального каучука в растениях

Водо- и газонепроницаемость. По эластичности уступает природному каучуку. В производстве кабелей, обуви, принадлежностей быта

По износоустойчивости и эластичности превосходит природный каучук. В производстве шин.

По эластичности и износоустойчивости сходен с природным каучуком. В производстве шин

Устойчив к воздействиям высоких температур, бензинов и масел. В производстве кабелей, трубопроводов для перекачки бензина, нефти.

Характерна газонепроницаемость, но недостаточная жароустойчивость. В производстве лент для транспортёров, автокамер.

Одно дерево бразильской гевеи в среднем, до недавнего времени, было

способно давать лишь 2-3 кг каучука в год; годовая производительность

одного гектара гевеи до Второй Мировой войны составляла 300—400 кг технического каучука. Такие объёмы натурального каучука не удовлетворяли растущие потребности промышленности. Поэтому возникла необходимость получить синтетический каучук. Замена натурального каучука синтетическим даёт огромную экономию труда.

Первый синтетический каучук, был получен по методу С.В. Лебедева из спирта:

при полимеризации дивинила под действием металлического натрия, представлял собой полимер нерегулярного строения со смешанным типом звеньев 1,2- и 1,4-присоединения:

В присутствии органических пероксидов (радикальная полимеризация) также образуется полимер нерегулярного строения со звеньями 1,2- и 1,4- присоединения. Каучуки нерегулярного строения характеризуются невысоким качеством при эксплуатации. Избирательное 1,4-присоединение происходит при использовании металлорганических катализаторов (например, бутиллития C₄H₉Li, который не только инициирует полимеризацию, но и определенным образом координирует в пространстве присоединяющиеся молекулы диена):

Реакция получения каучуков реакцией полимеризации:

Реакция получения каучуков реакцией сополимеризации:

Для практического использования каучуки превращают в резину.

Резина – это вулканизованный каучук с наполнителем (сажа). Суть процесса вулканизации заключается в том, что нагревание смеси каучука и серы приводит к образованию трехмерной сетчатой структуры из линейных макромолекул каучука, придавая ему повышенную прочность. Атомы серы присоединяются по двойным связям макромолекул и образуют между ними сшивающие дисульфидные мостики:

Сетчатый полимер более прочен и проявляет повышенную упругость – высокоэластичность (способность к высоким обратимым деформациям).

В зависимости от количества сшивающего агента (серы) можно получать сетки с различной частотой сшивки. Предельно сшитый натуральный каучук – эбонит (более 30% S ) – не обладает эластичностью и представляет собой твердый материал.