Синтетические каучуки

Особую, очень важную, группу органических веществ составляют высокомолекулярные соединения (полимеры). Масса их молекул достигает нескольких десятков тысяч и даже миллионов. Полимерные вещества являются основой Жизни на Земле.

Органические природные полимеры - биополимеры - обеспечивают процессы жизнедеятельности всех животных и растительных организмов. Интересно, что из множества возможных вариантов Природа "выбрала" всего 4 типа полимеров:

Благодаря особым, только для них характерным свойствам, полимеры (синтетические, искусственные и некоторые природные) широко используются при изготовлении самых разнообразных материалов:

Полимеры применяются для получения композиционных материалов, ионообменных смол (полиэлектролитов).

Полимеризация.

Пoлимеризация - реакция образования высокомолекулярных соединений путем последовательного присоединения молекул мономера к растущей цепи.

Пoлимеризация является цепным процессом и протекает в несколько стадий (аналогичных стадиям цепной реакции свободно-радикального галогенирования алканов,):

· инициирование

· рост цепи

· обрыв цепи

Характерные признаки полимеризации

1. В основе полимеризации лежит реакция присоединения

2. Полимеризация является цепным процессом, т.к. включает стадии инициирования, роста и обрыва цепи.

3. Элементный состав (молекулярные формулы) мономера и полимера одинаков.

Сополимеризация

Процесс образования высокомолекулярных соединений при совместной полимеризации двух или более различных мономеров называют сополимеризацией.

Пример. Схема сополимеризации этилена с пропиленом:

Химическое строение сополимеров зависит от свойств мономеров и условий реакции.

синтетический каучук полимер полимеризация

В сополимерах сочетаются свойства полимеров, полученных из каждого в отдельности взятого мономера. Поэтому сополимеризация - эффективный способ синтеза полимеров с заданными свойствами.

Некоторые важнейшие синтетические полимеры

Занимательные факты о каучуке

Впервые с каучуком познакомился Христофор Колумб, во время второго путешествия на американский континент. Он и его команда увидели индейцев, игравших чёрными мячами. Их скатывали из загустевшего млечного сока, вытекавшего из порезов на коре гевеи бразильской.

Индейцы делали из них непромокаемые калоши, которые в жару прилипали к ногам, а растянувшись, больше уже не сжимались.

Но ещё до этого туземцы Юго-Восточной Азии о резине (каучуке), сделанной из "сока" гевеи, которой они обмазывали свои корзины и кувшины, чтобы сделать их водонепроницаемыми!"Каучук", о котором Колумб рассказал европейцам, долго оставался просто заморской диковинкой. Его первое научное описание было сделано во Франции в академии наук Шарлем Кондамином в 1739 году. В конце Хох века каучук исследовали такие учёные, как Г. Бушард, Г. Вильямсон, К. Гарриес, И.И. Остросмысленский, М.Г. Кучеров, Б.В. Бызов. Но лишь первооткрыватель фотосинтеза Джозефер Пристли впервые нашёл ему применение. Он стал стирать кусочком каучука карандашные линии, то есть изобрёл чертёжную "резинку". А в 1819 году американский фабрикант Макинтош стал производить знаменитые непромокаемые плащи. Ткань покрывалась плёнкой из каучука. Но эти плащи были хрупкими в холод и липкими в жару. В 1823 году Франция начала изготовлять из каучука подтяжки и подвязки.

В 1839 году американский учёный Чарльз Гудайр научился устранять эти недостатки, открыв вулканизацию.

Каучук - натуральный эластичный материал растительного происхождения, применяется для изготовления резины и резиновых изделий. Каучук натуральный содержится в млечном соке каучуконосных растений. Товарный каучук добывают из бразильской гевеи. Название "каучук" произошло от кау (дерево) и учу (плакать). Резиновая промышленность в Европе стала развиваться в 1839 году, когда открыли процесс вулканизации. Основные данные о строении были получены лишь в 70-х годах XIX века. Существенную роль в изучении каучука натурального сыграли русские ученые. Обширные исследования вулканизации провел Бызов. латекс добывается подсечкой деревьев,Догадкин развил его теорию. Млечный сок 3 кг товарногодостигших пятилетнего возраста. В среднем одно дерево дает 2 каучука в год. Каучук в млечном соке содержится в виде глобул. Для получения НК млечный сок предварительно подвергают желатинированию, добавляя в него уксусную или муравьиную кислоту. Рыхлый сгусток пропитывают водой и прокатывают на вальцах в листы, которые коптят в камерах, заполненных дымом. Вымытые и отвальцованные листы сушат на воздухе или в камерах.

В химическом отношении чистый НК представляет собой высокомолекулярное соединение, имеющее состав (С5Н8) n. Основной группировкой молекулы является изопреновая группа. Более тысячи таких групп определяют важнейшие физические и химические свойства, в частности эластичность. Ценным свойством НК является водо - и газонепроницаемость, кроме того, он является хорошим изолятором. Каучук в воде практически нерастворим. В этаноле, его растворимость не большая, а в сероуглероде, хлороформе и бензине он сначала набухает и лишь затем растворяется. При повышенной температуре каучук становится мягким и липким, а на холоде твердым и хрупким. При длительном хранении каучук твердеет.

Существует заблуждение, что изобретением резины европейцы обязаны Колумбу. На самом деле мореплаватель всего лишь оставил описание того, как туземцы островов Гаити играли с мячом, сделанным из загустевшего млечного сока, вытекавшего из порезов на коре гевеи бразильской. Когда с дерева стекал сок, индейцам казалось, что оно плачет. Поэтому они стали называть это растение «плачущим деревом» – от индейских слов кау («дерево») и учу («плакать»).

Значительно позже европейцы, побывавшие в Америке, познакомились с каучуком поближе и даже научились, подобно местным жителям, пропитывать соком каучуконосного дерева свои плащи. Но в Старый Свет каучук попал только в 1751 году. Немного застывшего сока привез математик Шарль Ла Кондамин. Он долго наблюдал за своим «трофеем», но никак не мог сообразить, какую пользу каучук может принести ему лично и человечеству в целом.

Кроме эластичности каучук не имел никаких других свойств. Поэтому математик назвал американскую резинку гуммиластиком и забыл о ней. И только почти 20 лет спустя застывшему соку нашли применение.

Английский священник и химик Джозеф Пристли (Joseph Priestley) в 1770 году случайно обнаружил, что сырой натуральный каучук способен стирать следы графита (карандаша) лучше, чем частицы хлеба, которые использовались в то время с этой же целью. Это преимущество каучука связано с тем, что его трение по бумаге вызывает электростатическое напряжение, которое позволяет частицам каучука притягивать частицы графита. Приcтли назвал данное вещество «индийской резиной» (от англ. indian rubber - «индийский каучук»). Местом происхождения каучука была Америка, но в то время все американские вещи называли индийскими, и именно это неточное название сохранилось по сей день.

Однако опыты с каучуком продолжались. Во Франции изобрели удобные подтяжки и подвязки из сплетенных с хлопком резиновых ниток. А после 1823, когда шотландец Ч.Макинтош придумал прокладывать тонкий слой резины между двумя кусками ткани, начался настоящий «резиновый бум». Так родился прорезиненный плащ, названный в честь его изобретателя макинтошем. Однако «шотландский дождевик» далеко не сразу завоевал всеобщее признание. Дело в том, что натуральный каучук при похолодании терял свою эластичность, а в жару размягчался, становился липким и начинал дурно пахнуть.

Еще не зная о таком свойстве материала, английский сапожник Рилли начал выпускать резиновую обувь. Говорят, его товар поначалу вызвал большой интерес, но когда припекло летнее солнышко, сапоги и калоши буквально расплавились на полках лавки. Несмотря на неудачу, постигшую Рилли, его дело продолжил американец Чарльз Гудир (Charles Goodyear). Он был бедным человеком, но, поставив перед собой цель «приручить» каучук, упорно добивался ее достижения. Рассказывают, что один промышленник, заинтересовавшись опытами изобретателя-самоучки, решил отыскать его. Он поинтересовался у соседей, как найти господина Гудира. Ему ответили, что «если вы встретите человека в резиновой шапке, брюках, сюртуке, накидке, башмаках и с резиновым кошельком без единого цента в нем, то это и будет Гудир». На самом деле изобретатель совершил переворот в технологии изготовления резиновых изделий. Он открыл принцип вулканизации резины, то есть особой обработки каучука, при которой последний соединяется с серой и вследствие этого приобретает способность не реагировать на перепады температуры. В 1843 году он запатентовал этот процесс.

Неудивительно, что Бразилия, которая была крупнейшим импортером каучука, берегла источник своего богатства. Вывоз семян гевеи был запрещен под страхом смертной казни. Однако в 1876 британский шпион Генри Уикхем в трюмах английского судна «Амазонас» тайно вывез 70 000 семян гевеи. В британских колониях Юго-Восточной Азии были заложены первые плантации каучуконосов. На мировом рынке появился натуральный английский каучук, более дешевый, чем бразильский.

Существует заблуждение, что изобретением резины европейцы обязаны Колумбу. На самом деле мореплаватель всего лишь оставил описание того, как туземцы островов Гаити играли с мячом, сделанным из загустевшего млечного сока, вытекавшего из порезов на коре гевеи бразильской. Когда с дерева стекал сок, индейцам казалось, что оно плачет. Поэтому они стали называть это растение «плачущим деревом» – от индейских слов кау («дерево») и учу («плакать»).

Значительно позже европейцы, побывавшие в Америке, познакомились с каучуком поближе и даже научились, подобно местным жителям, пропитывать соком каучуконосного дерева свои плащи. Но в Старый Свет каучук попал только в 1751 году. Немного застывшего сока привез математик Шарль Ла Кондамин. Он долго наблюдал за своим «трофеем», но никак не мог сообразить, какую пользу каучук может принести ему лично и человечеству в целом. Кроме эластичности каучук не имел никаких других свойств. Поэтому математик назвал американскую резинку гуммиластиком и забыл о ней. И только почти 20 лет спустя застывшему соку нашли применение.

Английский священник и химик Джозеф Пристли (Joseph Priestley) в 1770 году случайно обнаружил, что сырой натуральный каучук способен стирать следы графита (карандаша) лучше, чем частицы хлеба, которые использовались в то время с этой же целью. Это преимущество каучука связано с тем, что его трение по бумаге вызывает электростатическое напряжение, которое позволяет частицам каучука притягивать частицы графита. Приcтли назвал данное вещество «индийской резиной» (от англ. indian rubber - «индийский каучук»). Местом происхождения каучука была Америка, но в то время все американские вещи называли индийскими, и именно это неточное название сохранилось по сей день.

Однако опыты с каучуком продолжались. Во Франции изобрели удобные подтяжки и подвязки из сплетенных с хлопком резиновых ниток. А после 1823, когда шотландец Ч.Макинтош придумал прокладывать тонкий слой резины между двумя кусками ткани, начался настоящий «резиновый бум». Так родился прорезиненный плащ, названный в честь его изобретателя макинтошем. Однако «шотландский дождевик» далеко не сразу завоевал всеобщее признание. Дело в том, что натуральный каучук при похолодании терял свою эластичность, а в жару размягчался, становился липким и начинал дурно пахнуть.

Еще не зная о таком свойстве материала, английский сапожник Рилли начал выпускать резиновую обувь. Говорят, его товар поначалу вызвал большой интерес, но когда припекло летнее солнышко, сапоги и калоши буквально расплавились на полках лавки. Несмотря на неудачу, постигшую Рилли, его дело продолжил американец Чарльз Гудир (Charles Goodyear). Он был бедным человеком, но, поставив перед собой цель «приручить» каучук, упорно добивался ее достижения. Рассказывают, что один промышленник, заинтересовавшись опытами изобретателя-самоучки, решил отыскать его. Он поинтересовался у соседей, как найти господина Гудира. Ему ответили, что «если вы встретите человека в резиновой шапке, брюках, сюртуке, накидке, башмаках и с резиновым кошельком без единого цента в нем, то это и будет Гудир». На самом деле изобретатель совершил переворот в технологии изготовления резиновых изделий. Он открыл принцип вулканизации резины, то есть особой обработки каучука, при которой последний соединяется с серой и вследствие этого приобретает способность не реагировать на перепады температуры. В 1843 году он запатентовал этот процесс.

Неудивительно, что Бразилия, которая была крупнейшим импортером каучука, берегла источник своего богатства. Вывоз семян гевеи был запрещен под страхом смертной казни. Однако в 1876 британский шпион Генри Уикхем в трюмах английского судна «Амазонас» тайно вывез 70 000 семян гевеи. В британских колониях Юго-Восточной Азии были заложены первые плантации каучуконосов. На мировом рынке появился натуральный английский каучук, более дешевый, чем бразильский.

Интересные факты о каучуке. Существует заблуждение, что изобретением резины европейцы обязаны Колумбу. На самом деле мореплаватель всего лишь оставил описание того, как туземцы островов Гаити играли с мячом, сделанным из загустевшего млечного сока, вытекавшего из порезов на коре гевеи бразильской. Когда с дерева стекал сок, индейцам казалось, что оно плачет. Поэтому они стали называть это растение «плачущим деревом» – от индейских слов кау («дерево») и учу («плакать»). Значительно позже европейцы, побывавшие в Америке, познакомились с каучуком поближе и даже научились, подобно местным жителям, пропитывать соком каучуконосного дерева свои плащи. Но в Старый Свет каучук попал только в 1751 году. Немного застывшего сока привез математик Шарль Ла Кондамин. Он долго наблюдал за своим «трофеем», но никак не мог сообразить, какую пользу каучук может принести ему лично и человечеству в целом. Кроме эластичности каучук не имел никаких других свойств. Поэтому математик назвал американскую резинку гуммиластиком и забыл о ней. И только почти 20 лет спустя застывшему соку нашли применение. Английский священник и химик Джозеф Пристли (Joseph Priestley) в 1770 году случайно обнаружил, что сырой натуральный каучук способен стирать следы графита (карандаша) лучше, чем частицы хлеба, которые использовались в то время с этой же целью. Это преимущество каучука связано с тем, что его трение по бумаге вызывает электростатическое напряжение, которое позволяет частицам каучука притягивать частицы графита. Приcтли назвал данное вещество «индийской резиной» (от англ. indian rubber - «индийский каучук»). Местом происхождения каучука была Америка, но в то время все американские вещи называли индийскими, и именно это неточное название сохранилось по сей день. Однако опыты с каучуком продолжались. Во Франции изобрели удобные подтяжки и подвязки из сплетенных с хлопком резиновых ниток. А после 1823, когда шотландец Ч.Макинтош придумал прокладывать тонкий слой резины между двумя кусками ткани, начался настоящий «резиновый бум». Так родился прорезиненный плащ, названный в честь его изобретателя макинтошем. Однако «шотландский дождевик» далеко не сразу завоевал всеобщее признание. Дело в том, что натуральный каучук при похолодании терял свою эластичность, а в жару размягчался, становился липким и начинал дурно пахнуть. Еще не зная о таком свойстве материала, английский сапожник Рилли начал выпускать резиновую обувь. Говорят, его товар поначалу вызвал большой интерес, но когда припекло летнее солнышко, сапоги и калоши буквально расплавились на полках лавки. Несмотря на неудачу, постигшую Рилли, его дело продолжил американец Чарльз Гудир (Charles Goodyear). Он был бедным человеком, но, поставив перед собой цель «приручить» каучук, упорно добивался ее достижения. Рассказывают, что один промышленник, заинтересовавшись опытами изобретателя-самоучки, решил отыскать его. Он поинтересовался у соседей, как найти господина Гудира. Ему ответили, что «если вы встретите человека в резиновой шапке, брюках, сюртуке, накидке, башмаках и с резиновым кошельком без единого цента в нем, то это и будет Гудир». На самом деле изобретатель совершил переворот в технологии изготовления резиновых изделий. Он открыл принцип вулканизации резины, то есть особой обработки каучука, при которой последний соединяется с серой и вследствие этого приобретает способность не реагировать на перепады температуры. В 1843 году он запатентовал этот процесс. Неудивительно, что Бразилия, которая была крупнейшим импортером каучука, берегла источник своего богатства. Вывоз семян гевеи был запрещен под страхом смертной казни. Однако в 1876 британский шпион Генри Уикхем в трюмах английского судна «Амазонас» тайно вывез 70 000 семян гевеи. В британских колониях Юго-Восточной Азии были заложены первые плантации каучуконосов. На мировом рынке появился натуральный английский каучук, более дешевый, чем бразильский.

Прежде, чем сделать выбор в пользу покупки той или иной шины на спецтехнику или автомобиль, убедитесь, что вы знаете все о резине, из которой они сделаны.

Вы уверены, что знаете достаточно об этом веществе, которое на самом деле присутствует в каждом доме и офисе? Разумеется, бояться его не стоит – этот эластомер является абсолютно безопасным. Но каждый предмет, будь то шина или резиновая прокладка в вашем водопроводном кране, имеют сходные качества и свойства.

История изобретения и создания резины богата и любопытна.
С открытием каучука и диапазона его широкого применения в быту, массовое промышленное производство резиновых изделий было развернуто во всем мире буквально за считанное десятилетие. Однако, с развитием научно-технического прогресса сфера применения этого вещества в последние несколько десятилетий значительно расширилась, а свойства, которые ему научились придавать, поражают.

Вот несколько удивительных фактов из истории резины, как вещества, которое облегчает нашу жизнь, делая ее более комфортной и безопасной.

Резину производят из млечного сока каучукового дерева, называемого бразильской гевеей. Это дерево произрастает в Южной Америке, в Амазонии. Слово каучук происходит из языка жителей Бразилии, которые словом каучу называли продукт, добываемый из деревьев, произрастающих на берегах реки Амазонка. В переводе кау обозначает дерево, а учу – плакать. Отсюда можно понять, что млечный сок у гевеи начинает вырабатываться в момент надреза коры дерева, визуально это выглядит, будто она плачет.

- Плантации каучукового дерева Пара (так гевею называют местные жители ) поглощают на планете Земля самое большое количество углерода из атмосферы.

Первые упоминания об использовании млечного сока гевеи встречаются у ольмеков – создателей первой большой цивилизации в Мексике, живших в период с 1500 до н. э. - 400 до н. Они варили сок и полученную массу скатывали в шар, которым затем играли. Их игра в мяч была чем-то средним между футболом и баскетболом.

Первым человеком, привезшим семена гевеи из Южной Америки, стал британский шпион Генри Уикхэм. Вывозить семена гевеи из Бразилии было строго запрещено. Страна берегла свое бесценное дерево, и любому человеку, покусившемуся на контрабанду «золотых зерен», грозила смертная казнь. Однако Уикхэму удалось это сделать тайно в 1876 году. Именно данный факт и позволил в последующем начать выращивать каучуковое дерево на территории Англии, Шри-Ланки, Индонезии, Сингапура и Малайзии.

На сегодняшний день самыми большими производителями и экспортерами каучука являются страны Юго-Восточной Азии.

Во время Второй мировой войны Япония оккупировала три самые большие плантации гевеи в Юго-Восточной Азии. Другие страны, почувствовав невероятный недостаток в каучуке, стали вкладывать ресурсы в его искусственное создание.

Первый синтетический каучук (не в промышленном масштабе ) был создан в 1910 году русским ученым С.В. Лебедевым, посвятившим этой проблеме большую часть своей жизни. Это вещество являлось комбинацией соединений стирола и бутадиена, и имело крайне низкие качества, как эластомер. Однако, в 1932 году Советский Союз все же стал его выпускать в промышленных масштабах, опередив фашистскую Германию на целых 4 года.

Процесс вулканизации резины – это добавление в нее определенного количества серы, которая, по сути, укрепляет связи между отдельными молекулами полимера. Таким образом делая резину крепче и повышая ее износостойкость. Многие отрасли промышленности, производящие резину в больших количествах, прибегают к данному процессу.

- Сегодня большинство резиновых изделий делается из искусственного каучука. Наиболее распространенными являются силикон, неопрен и нитрил.

При переработке резиновых изделий возможно создавать новые формы топлива, которые по своим «выходным» свойствам сопоставимы с нефтью и каменным углем.

На сегодняшний день резину добавляют в различные смеси и субстраты, используемые при строительстве домов и дорог. Она является уникальным изолирующим материалом и основой для клеев. Нашла свое применение в тренажерных залах, покрытиях полов, в производственных помещениях, в одежде и обуви. К тому же у отработанных покрышек есть очень забавные и удобные применения.

Так что когда вы покупаете какое-нибудь эластичное изделие, вспомните, что вы покупаете с ним и огромную историю создания этого материала.