История о том, как каучук стал резиной

Еще испанские конкистадоры привезли из Южной Америки чудесные изделия (эластичные мячи, непромокаемую обувь). Индейцы изготав­ливали их из застывшего млечного сока гевеи — латекса. Делалось это просто. Например, чтобы изготовить мяч, они обмазывали круглый пред­мет соком слой за слоем по мере его застывания. Когда получался достаточно толстый слой, форму удаляли. Подобным образом делали и непромо­каемую обувь, причем колодкой служили собст­венные ноги. Материал этот жители Бразилии на­зывали "каучу" ("кау" — дерево, "учу" — плакать), а ныне он известен как каучук.

Серьезное внимание на каучук обратили лишь после того, как французский инженер из Кайенны Франсуа Фрейсине доставил в Париж­скую академию наук из Южной Америки каучук, изделия из него и описание способов его добы­чи. Его записка и образцы попали в руки исследо­вателя Шарля Мари де ля Кондамина, который использовал эти образцы, чтобы укрывать от дождя инструменты. В 1751 г. Кондамин сообщил о записке Ф.Фрейсине Парижской академии наук. Долгое время каучук использовали преимуще­ственно для изготовления мягких игрушек, про­бовали им покрывать обувь, чтобы сделать ее во­донепроницаемой. Каучук попытались использо­вать и для шин повозок, но материал был очень мягок и легко стирался о покрытие дороги. Кроме того, в жару он становился липким, а в мороз — хрупким.

Английский химик и изобретатель Чарльз Ма­кинтош (1766-1843) нашел новое применение каучуку. Он изготовил плащ из двух слоев мате­рии, связанных раствором каучука в нефтяных углеводородах, и начал выпуск непромокаемых пальто, названных впоследствии его именем. В 1823 г. Ч.Макинтош получил патент на это изоб­ретение. Но и макинтоши портились при высо­кой и низкой температуре, поэтому каучуковая промышленность переживала период упадка.

Многие исследователи пытались устранить недостатки каучука, сохранив его достоинства, но безуспешно. Наконец, это удалось американ­скому изобретателю Ч.Гудьиру.

Чарлз Гудьир (29-XII 1800 - 1.VII 1860) родил­ся в Нью-Хейвене, штат Коннектикут. В молодос­ти он делил свое время между магазином, фабри­кой и фермой отца, который среди прочих инструментов продавал и собственные изобретения. В 1826 г. Чарлз с отцом организовали в Филадель­фии первый американский специализирован­ный магазин скобяных товаров, бизнес оказался неудачным: в 1830 г. фирма разорилась.

Энергичный молодой человек занялся изоб­ретательством. В 1834 г. на витрине нью-йоркско­го магазина его заинтересовали изделия из каучу­ка. Узнав, что требуется улучшить термостойкость этого перспективного материала, Гудьир после ряда опытов предложил добавлять в каучук окси­ды магния и кальция. Он начал делать обувь из полученного "гум-эластика", но в сильный мороз тот вел себя не лучше обычного каучука.

В 1836 г. изобретатель научился обрабатывать каучук азотной кислотой, нитратами висмута и меди и 17 июня 1837 г. получил патент, а затем ос­новал фабрику в Нью-Йорке. Однако дела шли неважно. Гудьир продолжал эксперименты. В 1838 г. он приобрел патент Хэйварда, состоящий в смешивании каучука с раствором серы.

Но лишь в 1839 г. Гудьир изобрел способ, ко­торый ныне именуется вулканизацией и получил широкое распространение во всем мире. Отчасти это произошло случайно, когда оставленный на горячей печи образец из смеси каучука с серой не растекся, а превратился в твердый обугленный материал, который нам известен как резина. Еще пять лет изобретатель посвятил напряженной ра­боте над технологическим процессом, прежде чем 15 июня 1844 г. появился патент №3633- Од­нако автор не мог получать с патента прибыль, ибо не располагал средствами для его юридичес­кого оформления.

В 1841 г. Гудьир дал несколько кусков резины англичанину. Эти образцы, попавшие в руки анг­лийского химика Т.Гэнкока, помогли ему повто­рить технологию вулканизации и получить в 1843 г. британский патент. Название процесса по имени бога Вулкана предложил также англий­ский изобретатель.

Ч. Гудьир пытался широко распространить свое изобретение сначала в США, затем в Европе, затратил огромные деньги на выставки в Лондоне и Париже, экспозицию которых составляли изде­лия из резины, вплоть до страниц книги самого Гудьира. Изобретатель способствовал развитию резиновой промышленности в Старом и Новом свете, но сам не смог разбогатеть. Он шутил, что его можно узнать как человека, одетого во все ре­зиновое и с резиновым кошельком без единого цента. Гудьир умер в бедности, оставив большие долги. Лишь его" сыну, тоже Чарлзу, который про­должил дело отца, удалось добиться .успеха в ре­зиновом бизнесе.

Натуральный каучук содержит в своих длин­ных молекулах, составленных из больше чем ты­сячи изопреновых групп (С₅Н₈)n, двойные связи. Именно эти двойные связи оказываются задейст­вованными в процессе вулканизации. Суть мето­да горячей вулканизации заключается в добавле­нии к сырому каучуку оксида свинца и серы при повышенной температуре (около 140 °С). При этом атомы серы соединяются с молекулами кау­чука в сложные пространственные образования. Чем больше двойных связей задействовано, тем более твердой получится резина.

В 1846 г. А.Паркс предложил процесс холод­ной вулканизации при помощи хлористой серы S₂Cl₂. Каучуковые изделия при комнатной темпе­ратуре помещают в хлористую серу, растворен­ную в сероуглероде, либо в камеру, наполненную парами хлористой серы. Процесс длится 1-2 мин, после чего остатки реагента удаляют с из­делия. Этот метод применяют при изготовлении тонкостенных изделий (перчатки, детские иг­рушки и т.п.). Полученные при холодной вулка­низации изделия обладают худшими свойствами, чем продукты горячей вулканизации.

В 1912 г. И.И.Остромысленский, а в 1921 г. Б.В.Бызов предложили в качестве вулканизатора не содержащие серы органические соединения, но этот метод не нашел широкого распростране­ния.

Современные резины в зависимости от обла­сти применения и требуемых свойств содержат 15-20 ингредиентов. Существуют диэлектричес­кие, теплостойкие и морозостойкие, стойкие к воздействию радиации, бензина, масел и других агрессивных сред резины. Свойства резины за­висят от того, какие вещества (наполнители, мягчители, противостарители и т.п.) входят в ее со­став. Мягкие резины включают 1-3 % серы, а для получения эбонита ее требуется около 45 %. В ка­честве наполнителей используют сажу, мел, као­лин, в качестве мягчителей — смолы, высококи­пящие углеводороды.

С изобретением процесса вулканизации раз­нилась целая, промышленность — резиновая. Свыше 50 % ее продукции идет на производство шин. Без резиновых камер и покрышек были бы невозможны передвижение автомашиной велоси­педов, безопасная посадка самолетов и т.п. Рези­ну применяют в различных отраслях хозяйства. Из нее делают амортизаторы и конвейерные лен­ты, уплотнительные прокладки и изоляцию кабе­лей, эластичные покрытия протезов и спортив­ные снаряды, обувь и непромокаемую одежду, игрушки и канцелярские изделия.

В настоящее время резину в основном изго­тавливают на основе искусственного каучука, ко­торый открыл С.В.Лебедев в 1932 г. Качества та­кой резины позволяют одному из старейших ис­кусственных материалов успешно конкурировать с другими продуктами современной химии

 Источник: ресурсы Интернет, "Химия в школе"

Похожие материалы: