Каучук, резина и другие
Помимо высокомолекулярных веществ семейства полиэтилена существует огромный класс полимеров, получаемых из сопряжённых диенов: бутадиена-1,3; 2-метилбутадиена-1,3 (изопрена) и их аналогов.
СН2=СН–СН=СН2 бутадиен-1,3.
В результате полимеризации этих непредельных углеводородов образуются высокомолекулярные вещества, называемые каучуками:
1. натуральный изопреновый каучук
2. синтетический бутадиеновый каучук
Природный каучук стал известен в Европе ещё в конце XV в. Первыми из европейцев его увидели участники второго путешествия Христофора Колумба в Америку (1493—1496 гг.). Тогда они узнали, что американские индейцы получают «слезы дерева» (на их языке «кау» означало «дерево», а «учу» — «течь», «плакать») из млечного сока тропического растения гевея и используют его для изготовления обуви, мячей, небьющейся посуды. Однако в Европе в течение долгого времени экзотический материал не находил никакого применения. Только в 1823 г. шотландский изобретатель Чарлз Макинтош (1766—1843) предложил пропитывать ткань смесью каучука с органическим растворителем. В результате был получен непромокаемый материал. Макинтош первым организовал производство таких тканей и пошив из них дождевых плащей. Правда, у этих плащей были весьма неприятные недостатки — они прилипали к телу в жаркую погоду и трескались в холодную.
В 1834 г. американский изобретатель Чарлз Гудьир (1800—1860) предложил вводить в каучук оксиды магния и кальция, а в 1839 г. изучил действие нагрева на смесь сырого каучука с оксидом свинца и серы. Полученный в результате новый материал назвали резиной (от греч. «резина» — «смола»), а процесс превращения каучука в резину при нагревании с серой — вулканизацией (по имени римского бога огня Вулкана).
Резина, в отличие от каучука, представляет собой сшитый полимер. Однако благодаря большому расстоянию между сшивками макромолекулы не теряют способности выпрямляться при растяжении и сворачиваться в клубки после снятия механической нагрузки. С другой стороны, сшивки не дают резине плавиться при нагревании и кристаллизоваться при охлаждении. Таким образом, резина, находясь в аморфном состоянии, сохраняет свои механические свойства в более широком диапазоне температур, чем каучук.
С развитием автомобилестроения в конце XIX в. резко возрос спрос на автомобильные шины, и резина, сочетающая эластичность с высокой механической прочностью, оказалась единственным подходящим материалом для их изготовления. Для производства шин с каждым годом требовалось всё больше резины, а следовательно, и натурального каучука. Тогда каучук получали по старинке — из млечного сока гевеи. Основными поставщиками этого ценного природного полимера были тропические страны — Бразилия, английские и французские колонии в Юго-Восточной Азии. Для получения 1000 т растительного полимера необходимо было обработать 3 млн каучуконосных деревьев и затратить на это в течение года труд 5,5 тыс. человек.
Таким образом, необходимый для изготовления резины натуральный каучук был достаточно дорогим и дефицитным материалом. По этой причине в первой половине XX в. химики настойчиво искали вещества, способные заменить каучук и синтезируемые из доступных дешёвых соединений.
Первой страной, освоившей промышленное производство синтетического каучука, стал Советский Союз. В конце 20-х гг. русский химик Сергей Васильевич Лебедев (1874— 1934) занялся проблемой полимеризации бутадиена-1,3. Учёный и его коллеги нашли подходящий катализатор — им оказался металлический натрий. И в 1927 г. исследователь, проведя ионную каталитическую полимеризацию, получил первые образцы синтетического натрий-бутадиенового каучука:
Лебедев и его группа разработали также дешёвый способ получения бутадиена-1,3 из этилового спирта.
Промышленное производство бутадиенового каучука было налажено в 1932 г., когда вступили в строй опытные заводы в Ярославле и Воронеже.
В 1935 г. наступила новая эра в производстве синтетических каучуков — их стали делать из сополимеров, получаемых радикальной полимеризацией 1,3-бутадиена в присутствии стирола, акрилонитрила и других соединений. Сополимеры бутадиена начали быстро вытеснять другие каучуки в производстве автомобильных шин.
Наибольшее распространение в этой области имеет бутадиен-сти-рольный каучук — продукт радикальной сополимеризации бутадиена и стирола.
Он широко применяется в производстве резины для легковых автомобилей, однако шины для грузовиков и самолётов по-прежнему делают из натурального или синтетического полиизопренового каучука.
В 1953г. благодаря открытию катализаторов Циглера — Натты учёным всё-таки удалось получить регулярные полибутадиен и полиизопрен, которые по прочности и эластичности превосходили все известные к тому времени синтетические каучуки.
Вскоре выяснилось, что по составу и строению макромолекул регулярный полиизопрен тождествен натуральному каучуку, и химики реализовали свою давнюю мечту — получать в промышленном масштабе каучук.
Синтетические каучуки в значительной степени вытеснили натуральный каучук; например, в 1985 г. в мире было произведено 12 млн тонн синтетического каучука и только 4 млн тонн натурального.
•
•
Copyright © 2005 - 2007 Webmaster
