Каучуки. 
Резина. 
Органическая химия

Каучуки — продукты реакции полимеризации сопряженных диеновых соединений, в элементарном звене которых содержится двойная связь.

Сопряженные диеновые соединения рассмотрены в 13.9, а реакция их полимеризации — в 12.5.

Существуют синтетические и естественные (природные) каучуки. Природный каучук добывают из тропического растения — гевеи, а также из растений коки тау-сагыза. Наибольшее практическое значение имеет добыча натурального каучука из млечного сока гевеи — латекса. Млечный сок гевеи подвергают коагуляции и, используя определенный технологический цикл, в конечном счете выделяют натуральный каучук.

При деполимеризации натурального каучука получают 2-метилбутадиен-1,3 (изопрен).

Схематически натуральный каучук изображают формулой.

Натуральный каучук — стереорегулярный полимер, поэтому он обладает высокими технологическими свойствами (эластичность, механическая прочность и др.), что позволяет широко применять его в разных сферах человеческой деятельности. Однако запасов натурального каучука недостаточно для удовлетворения в нем нужд человечества, поэтому были разработаны методы получения синтетического каучука.

Синтетический каучук получают из бутадиена-1,3; 2-хлор-бутадиена-1,3 (хлоропрена), изопрена; сополимеризацией дивинила (бутадиена-1,3) и стирола и др.

Рассмотрим сущность процесса сополимеризации дивинила и стирола, который можно выразить схемой:

Синтез дивинила из этанола осуществил русский ученый С. В. Лебедев (см. 14.5). В настоящее время его получают из «-бутана при его дегидрогенизации.

Хлоропрен получают из винилацетилена, являющегося продуктом димеризации ацетилена (см. 13.8). Напишите схемы реакций полимеризации хлоропрена и дивинила.

Каучуки являются полимерами линейной структуры, термопластичны. Важнейшим свойством каучуков является их эластичность. Как показали исследования, эластичностью обладают каучуки стереорегулярного строения, у которых элементарное звено является цис-изомером, поэтому синтез каучуков нужно вести в таких условиях, в которых получаются молекулы такого строения:

Эластичность — способность тела изменять свою форму под влиянием растягивающего механического воздействия и принимать исходную форму после его прекращения.

Бутадиеновый каучук стереорегулярного строения, в отличие от каучука нерегулярного строения, называют дивиниловым. Дивиниловый каучук по стойкости к истиранию даже превосходит натуральный.

Каучуки обладают ценными свойствами, но при повышении температуры они размягчаются, а изделия из них прилипают к поверхности. При низких температурах изделия из каучука становятся хрупкими. Каучуки горят, разлагаются, подвергаются деполимеризации. Их растворы в органических растворителях обесцвечивают бромную воду и кислый раствор перманганата калия (доказательство наличия двойных связей в полимерной цепи).

Для придания лучших механических свойств и предотвращения размягченного и хрупкого состояний каучуки подвергают вулканизации.

Процесс превращения каучука в резину за счет его превращения из полимера линейной структуры в полимер трехмерной структуры под воздействием определенных факторов (температуры, добавок некоторых веществ и др.) называется вулканизацией.

Различают горячую и холодную вулканизацию.

Горячей называется вулканизация, протекающая при высокой температуре в присутствии серы.

Холодной называется вулканизация, протекающая при воздействии раствора серы в сероуглероде при обычной температуре.

Продуктом вулканизации является или резина, механические свойства которой (твердость, эластичность и др.) зависят от степени вулканизации, или эбонит. При 100%-й вулканизации каучука получают твердое неэластичное вещество — эбонит.

Сущность вулканизации состоит в том, что под влиянием серы при нагревании двойные связи разрываются и линейные полимерные цепи «сшиваются» сульфидными мостиками. При этом возникает полимер трехмерной пространственной структуры и в конечКаучуки используют для приготовления «резиновых» клеев, для производства резины, которая широко используется в автои машиностроении. Без резины в настоящее время нельзя представить современной цивилизации.

ном счете термопластичный полимер становится термореактивным. Процесс вулканизации можно выразить схемой:

При изготовлении резины используют каучуки, наполнители (углерод), антистарители. Используют резину для изготовления игрушек, непромокаемых тканей, жевательной резинки, одежды. Большие количества резины потребляет авиаи автотранспорт.

Отработанная резина трудно утилизируется. Она плохо разлагается под воздействием естественных факторов среды, не усваивается микроорганизмами. Это приводит к возникновению экологических проблем. Установлено, что утилизировать отработанную резину можно при производстве строительных работ, вводя измельченные отработанные изделия из резины в состав строительных материалов. Проблема утилизации отработанных резиновых изделий требует своего разрешения.

Все вышерассмотренные полимеры (см. 16.2—16.9) являются продуктами реакции полимеризации. Однако при получении полимеров широко используются и реакции поликонденсации.

• ? Задания для самостоятельной работы
• 1. Поясните, чем каучуки как ВМС принципиально отличаются от других полимеров; ответ обоснуйте.
• 2. Поясните, что такое природный каучук и можно ли каучук, полученный полимеризацией изопрена, считать натуральным.
• 3. Поясните, чем синтетические каучуки отличаются от натурального каучука.
• 4. Поясните, почему каучуки широко применяются в деятельности человека (на трех обоснованных примерах).