Каучук, свойства и характеристики, получение и применение

Химическое строение натурального каучука и его состав. Формула каучука:

Натуральный каучук является полимерным ненасыщенный углеводородом, имеющим большое количество двойных связей. Его универсальная химическая формула выглядит так: (C₅H₈)_n, где степень полимеризации (n) составляет 1000-3000 единиц. Мономер натурального каучука называется изопреном.

При химическом анализе природного каучука видно, что он состоит только из углерода и водорода. Это позволяет отнести его к углеводородам. Подтверждением этому есть первичная формула каучука. Молекулярная масса отдельных единиц может превышать полумиллион грамм на моль. Таким образом, натуральный каучук является природным полимером изопрена, а точнее цис-1,4-полиизопрена.

Если представить молекулу каучука не атомарно тонкой, ее можно было бы разглядеть в микроскоп, вследствие того, что она очень длинная. А если ее еще и максимально растянуть, то получится большая зигзагоподобная линия. Это обусловлено типом углеродных связей.

По причине того, что в изопрене чередуются одинарные и двойные связи, части молекулы могут вращаться только вокруг одинарных связей. И в результате подобных колебаний молекула постоянно изгибается, и даже в состоянии покоя у нее сближены концы.

Молекулы натурального каучука похожи на почти круглые пружины, что позволяет им легко и сильно растягиваться и увеличиваться в размерах при разведении концов.

История и распространение

→ Основная статья : натуральный каучук

источник

Первоначально распространение ограничивалось тропическим бассейном Амазонки . Коренное население также называет завод «ч-х-чу», что означает что — то вроде «плачущего дерева». В 15 веке португальцы первыми сообщили о латексе и признали его положительные свойства, такие как возможность создания водонепроницаемой одежды, покрывая ее вязким соком, похожим на волокно коры тапа из Полинезии . После открытия в 1839 году процесса производства каучука (путем вулканизации каучука) спрос резко вырос и привел к резиновому буму в регионе Амазонки вокруг Манауса и Белена .

Распространение через резиновую стрелу

Бразилия удерживала мировую монополию на протяжении десятилетий, даже после того, как в африканских тропиках начали добывать натуральный каучук. После нескольких безуспешных попыток авантюрист Генри Викхэм сумел вывезти семена каучукового дерева из страны в 1876 ​​году по поручению Британского и Королевского ботанического сада Кью ( Кью ) недалеко от Лондона. В восточноазиатских районах поселений Проливов (Малайский полуостров) после различных неудач в 1890-х годах были построены первые плантации, которые поставляли свою продукцию на мировой рынок с 1905 года . Британская Малайя резина скоро заслонила бразильский каучук из мирового рынка, а Великобритания имела монополию над глобальной торговлей каучуком.

Сегодняшнее распространение

Сегодня это дерево в основном высаживают в так называемом каучуковом поясе (от 30 ° северной широты до 30 ° южной широты ). Тремя крупнейшими странами-производителями являются Таиланд , Индонезия и Малайзия . С другой стороны, бразильскому населению в настоящее время серьезно угрожает болезнь опадания листьев в Южной Америке , которую вызывает паразитический гриб Microcyclus ulei . Помимо бесхозяйственности, этот грибок также ответственен за упадок каучуковой плантации Фордландия, созданной в Бразилии в начале 20 века Генри Фордом , владельцем концерна Ford . Грибок в основном поражает каучуковое дерево в течение примерно двухнедельной фазы развития нового листа. Во влажном экваториальном климате новые листья развиваются круглый год, что делает дерево очень восприимчивым к инфекциям . С другой стороны, в регионах с сезонными особенностями гриб имеет меньше возможностей для заражения. Это, например, Так обстоит дело, например, в штате Сан-Паулу, который отличается более прохладными и сухими зимами , поэтому сегодня здесь производится около 60% бразильского каучука.

Значительная часть мирового спроса на каучук (прогноз: 23,9 млн. Т в 2009 г.) в настоящее время покрывается за счет синтетического каучука (прогноз: 13,5 млн. Т в 2009 г.). Тем не менее, в будущем ожидается рост спроса на натуральный каучук (прогноз: 10,4 млн т в 2009 г.). Ожидается, что в 2019 году потребность в каучуке составит 30,4 млн т, из них натуральный каучук составит 14,0 млн т. Следовательно, можно ожидать значительного расширения посевных площадей.

Резиновое (каучуковое) дерево

Резиновое (каучуковое) дерево

Каучуковое дерево, если говорить научным языком, называется Гевея. И растет в Южной Америке, Индонезии и Малайзии. Почему же в народе его называют каучуковым? Дело в том, что если на коре гевеи сделать надрез, оттуда сразу же начнет выступать белый, молокообразный сок, похожий на сок нашего одуванчика – это латекс. В нем содержатся частицы, которые путем коагуляции выделяются в виде упругой массы. Вот ее то и называют необработанным или сырым каучуком.

Прибывшие в Америку Христофор Колумб и его спутники обратили внимание на индейцев, игравших чёрными мя­чами. Их скатывали из загустевшего млечного сока, вытекав­шего из порезов на коре местного дерева — гевеи бразильской (Hevea brasilensis)

Эти сгустки называли «као-чу» («слёзы дерева»). Индейцы делали из них непромокаемые галоши, ко­торые, правда, в жару прилипали к ногам, а растянувшись, больше уже не сжимались.

«Каучук», о котором Колумб рассказал европейцам, долго оставался просто заморской диковиной. Лишь первооткрыватель фотосинтеза Джозеф Пристли впервые нашёл ему применение. Он стал стирать кусочком каучука карандашные линии, изоб­ретя чертёжную «резинку». А в 1819 г. американский фаб­рикант Макинтош стал производить из ткани, покрытой каучу­ковой плёнкой, знаменитые непромокаемые дорожные пла­щи — макинтоши. Они надёжно защищали от дождя путников, путешествующих в открытых экипажах, хотя и имели многие недостатки: липкость в жару, хрупкость в холод, неприятный запах.

Лишь в 1839 г. американский учёный Гудайр научился уст­ранять эти недостатки, открыв вулканизацию — превращение каучука в резину при нагревании с серой. Подсчитано, что в наше время резина имеет свыше 40 тыс. различных применений в промышленности и быту.

Не желая потерять монополию на производство каучука, бразильские власти запретили вывозить семена гевеи из страны. Но в 1876 г. английский ботаник Генри Уикхэм тайно вывез из Бразилии крупную партию семян и на Цейлоне и в Индонезии были созданы огромные плантации гевеи. И сейчас 30% произ­водимого в мире каучука собирается на плантациях. Остальное приходится на искусственный каучук, созданный в XX в. Гектар плантаций гевеи даёт до 950 кг, а порой и все 2 тыс. кг каучука в год. Но если учесть, что собирают его порциями по 10—15 г, можно представить себе всю кропотливость работы сборщиков.

Каучуковое дерево относится к роду красных деревьев. Весь этот род отличается необыкновенной твердостью и прочностью древесины, устойчивостью к гниению, податливостью в обработке и долговечностью.

Гевея – это вечнозеленое дерево из семейства молочайных, на вид совсем ни чем не примечательное. И основное ее предназначение, не древесина, а добыча каучука, путем собирания сока – латекса, и подвергания его коагуляции. Жители тропиков называют сок гевеи «резиновым молоком».

Интересно, что не всякое дерево дает каучук. Латекс можно собирать только с растений, которые достигли «подросткового» возраста – десять или двенадцать лет. Наличие латекса в древесине гевеи делает это дерево неприступным для паразитов-древоточцев, и очень прочным для мебельного производства. По своей крепости древесина гевеи ничуть не уступает европейскому дубу, который считается самым прочным и крепким среди всех деревьев.

Гевея имеет уникальную, можно сказать, художественную окраску своей древесины. Если разрезать ствол дерева вдоль, можно увидеть, как от корней нежно-кремовый оттенок с темными коричневыми прожилками, переходит к середине в ровный кремовый цвет, а ближе к кроне становится светло розовым. Такой стильный оттеночный переход свойственен только каучуковому дереву. И это дает возможность всем дизайнерам – художникам создавать эксклюзивные мебельные аксессуары, добиваться изысканных форм и линий, воплощать свои идеи в жизнь.

Разновидности

Амазонское каучуковое дерево ( Hevea brasiliensis )

Основным коммерческим источником латекса натурального каучука является амазонская каучукового дерева ( гевея бразильская ), член молочай семьи , молочайных . Этот вид предпочтителен, потому что он хорошо растет при культивировании. Правильно ухаживаемое дерево реагирует на ранение, производя больше латекса в течение нескольких лет.

Конго каучук ( Landolphia owariensis и L. spp. )

Конголезский каучук , ранее являвшийся основным источником каучука, происходил из виноградных лоз рода Landolphia ( L. kirkii , L. heudelotis и L. owariensis ).

Одуванчик

Молоко одуванчика содержит латекс. Латекс имеет такое же качество, как и натуральный каучук из каучуковых деревьев . В одуванчиках диких видов содержание латекса невелико и сильно варьируется. В нацистской Германии исследовательские проекты пытались использовать одуванчики в качестве основы для производства резины, но безуспешно. В 2013 году, подавляя один ключевой фермент и используя современные методы культивирования и методы оптимизации, ученые из Института молекулярной биологии и прикладной экологии им. Фраунгофера (IME) в Германии разработали сорт российского одуванчика ( Taraxacum kok-saghyz ), который подходит для выращивания. промышленное производство натурального каучука. В сотрудничестве с Continental Tyres IME открыла пилотный завод.

Другой

Многие другие заводы производят формы латекса, богатые полимерами изопрена, хотя не все производят пригодные для использования формы полимера так же легко, как пара . Некоторые из них требуют более сложной обработки, чтобы получить что-то вроде годной к употреблению резины, и большинство из них труднее поднять. Некоторые производят другие желательные материалы, например гуттаперчу ( Palaquium gutta ) и чикл из видов Manilkara

Другие, которые использовались в коммерческих целях или, по крайней мере, были перспективными в качестве источников каучука, включают каучуковый инжир ( Ficus elastica ), каучуковое дерево Панамы ( Castilla elastica ), различные молочай (виды Euphorbia ), салат ( виды Lactuca ), родственные Scorzonera тау-сагыз , различные виды Taraxacum , в том числе одуванчик обыкновенный ( Taraxacum officinale ) и одуванчик русский, и, что, возможно, наиболее важно из-за его гипоаллергенных свойств, гуаюла ( Parthenium argentatum ). Термин жевательная резинка иногда применяется к древесной версии натурального каучука, чтобы отличить его от синтетической версии.

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.

Виды массива

Гевею выращивает целый ряд азиатских стран, но все же главный экспортер, поставляющий по миру массив гевеи – Малайзия. Столы, стулья, кровати и шкафы, продаваемые в большинстве мебельных магазинов, производятся там же. В этой стране деревообрабатывающую промышленность огласили приоритетным видом хозяйствования. Для плантаторов создали хорошие условия работы, но вместе с тем контролирующие инстанции выдвигают к ним довольно жесткие требования относительно качества материала и изделий, которые они делают.

Лучшая мебель из массива гевеи производится из цельных кусков древесины. Бывает и клееный материал, его производят из брусков. Чтобы изделия не рассыхались и не деформировались, бруски должны быть хорошо просушены, потому что из-за содержания в волокнах древесины каучука и высокого уровня их влажности они плохо поддаются склеиванию. Также стоит отметить, что важна география произрастания дерева. Если оно росло на каменистой почве, то древесина будет тверже, чем у гевеи, выросшей на черноземе (в среднем этот показатель варьируется в пределах 3,5-4 НВ).

Ценность древесины

Из гевеи делают мебель, которая обладает повышенной прочностью, не гниёт и устойчива к воздействию вредителей.

Древесина гевеи очень плотная, по структуре сходна с махагоном, практически не впитывает влагу, чем вызывает трудности при склеивании.

В коре ствола и ветвей находится множество млечных сосудов, по которым циркулирует латекс (млечный сок гевеи). Стоит отметить, что именно благодаря наличию в структуре древесины натурального каучука, который скрепляет волокна, древесина гевеи обладает высокой прочностью и долговечностью, стойкая к повышенным температурам, высокой влажности воздуха, воздействию вредителей и гниению. Именно поэтому мебель из гевеи обладает такой высокой прочностью — ее относят к твердой породе. Гевея не уступает по прочности европейскому дубу.

Древесина гевеи обладает слабо выраженной текстурой, так как не имеет годовых колец, образующихся от смены времен года. В местах произрастания гевеи всегда одинаковый тропический климат и перепады температур крайне незначительны.

Это благородное дерево имеет древесину нежно-кремового окраса, которая у корней пронизана мелкими коричневыми прожилками, а выше имеет ровный кремовый цвет, ближе к кроне переходящий в светло-розовый.

Все эти особенности позволяют создавать эксклюзивную мебель при помощи игры фактуры дерева и различных его оттенков. Твердость древесины позволяет дизайнерам воплощать фантастические формы, а мебельщикам — добиваться ровных линий и изысканных форм.

Гевея прекрасно поддается полировке, и даже после небольшой полировочной обработки начинает красиво блестеть и переливаться.

Также из гевеи распространены разделочные доски и кухонные аксессуары – они более долговечны и гигиеничны прочих.

Гевея бразильская, выращивание

Эта культура растет на кислых почвах, богатых гумусом, азотом и фосфатами в общей корневой системе. Плантации засаживают специально обработанными семенами, на расстоянии 2-3 метров рядами. Расстояние между рядами должно быть 5-6 метров.

Промежутки засаживают кофе, чаем, ананасами для создания защиты почвы и обогащения её азотом. Землю регулярно нужно очищать от сорняков, удобрять 900 г аммофоса для каждого саженца гевеи в год.

Размножаются растения двумя способами: выращивание из семян или прививание почек к подходящим стволам, так называемый вегетативный способ. Саженцы выращивают в специальных питомниках, напоминающих тепличные ограждения. После достижения ими возраста 1,5-2 года их высаживают в подготовленную почву на плантацию.

Необходимо следить за кислотно-щелочным балансом почвы, корректировать его в кислотную сторону. При повышении pH и истощении почвы, замедляется выделение латексного сока и нарушаются его свойства. Примерно через 40-50 лет, когда сок прекращает выделяться, используется только древесина, которая также обладает уникальными свойствами.

Резиновое дерево практически никогда не болеет, так как его сок обладает защитными антибактериальными, противовирусными и противогрибковыми свойствами. Если кора была повреждена, используются препараты антибактериального назначения, паста из ланолина. Это ускоряет восстановление и регенерацию дерева.

Полезные свойства каучукового дерева и применение

Каучуковое дерево имеет характерный бордовый оттенок, из-за чего его также называют «красным».

Его древесина встречается разных цветов в зависимости от вида и условий выращивания:

• Карамельного оттенка.
• С темно-шоколадными разводами.
• Белого цвета.
• Розового или пудрового оттенка.
• С перламутровым отливом.

Под разным углом переливы оттенков могут менять цвет. Сама древесина отличается повышенной плотностью и прочностью из-за многократной пропитки каучуковым соком. Дерево не впитывает воду, не подвергается гниению и повреждению насекомыми.

Благодаря этим свойствам его легко обрабатывать. Древесина часто используется в декоративных целях, так как имеет красивый срез.

Этот материал применяется при создании:

• Паркетных досок.
• Мебели (в том числе кухонного уголка).
• Статуэток.
• Ювелирных украшений (ожерелья, серьги, кольца).

Каучуковый сок собирается исключительно вручную. Для этого делаются разрезы, подобные ложбинкам, глубиной до 1 см и несколько сантиметров вдоль. Под ними размещаются емкости для сбора сока. Емкость не забирают до полного ее наполнения. Как консервант используется нашатырь, раствор уксусной кислоты, чтобы предотвратить засыхание.

Каждое дерево выделяет сок ежедневно, исключая период сезона дождей. Собранный сок очищается от примесей промыванием большим количеством воды. После этого воду отжимают.

Полученное сырье раскладывается на специальные горизонтальные поверхности и подсушивается, а после подвергается процессу копчения для избавления от муравьев и лишней воды и примесей. Так каучук становится пригодным для производства латексных изделий.

Сам по себе латекс является эластомером, состоящим из полиизопрена на 97%. Этот материал используется в нескольких сферах:

• Машиностроительной, лёгкой промышленности.
• Строительство.
• Медицина.
• Производство предметов ухода и детских игрушек.
• Бытовые предметы.

С появлением новой технологии процесса вулканизации резины стали производить искусственный латекс, однако он отличается по химическому составу и уступает по своим техническим характеристикам и гипоаллергенным свойствам.

Во время производства и утилизации искусственных материалов выделяются испарения и химические отходы, вредные для окружающей среды.

Из семян производится натуральная олифа, которая применяется в производстве высококачественных художественных, промышленных и строительных красок, лаков, растворителей.

Выращивание каучукового дерева предупреждает выделение углекислого газа в окружающую среду, нет отходов химического происхождения. Из-за условий среды обитания каучук выращивают в ограниченном количестве, что не скажешь про дерево — бамбук. По этой причине более распространенным материалом является искусственный латекс.

Применение резины в промышленных товарах

Каучук имеет огромное народнохозяйственное значение. Чаще всего его используют не в чистом виде, а в виде резины. Резиновые изделия применяют в технике для изоляции проводов, изготовления различных шин, в военной промышленности, в производстве промышленных товаров: обуви, искусственной кожи, прорезиненной одежды, медицинских изделий.

Резина — высокоэластичное, прочное соединение, но менее пластичное, чем каучук. Она представляет собой сложную многокомпонентную систему, состоящую из полимерной основы (каучука) и различных добавок.

Наиболее крупными потребителями резиновых технических изделий являются автомобильная промышленность и сельскохозяйственное машиностроение. Степень насыщенности резиновыми изделиями — один из основных признаков совершенства, надёжности и комфортабельности массовых видов машиностроительной продукции. В составе механизмов и агрегатов, современных автомобиля и трактора имеются сотни наименований и до тысячи штук резиновых деталей, причём одновременно с увеличением производства машин возрастает их резиноёмкость.

Описание

Гевея выглядит узким и длинным растением за счёт прямого ровного голого ствола и узкой кроны. Это также тропическое растение. В высоту оно достигает максимум 40 метров, но в среднем 25 метров, при диаметре ствола 40-60 см.

Листья у дерева:

• Темно-зеленого цвета.
• Овальной формы.
• С острым наружным концом.
• Маслянистые.
• С тонкими прожилками.
• Длиной до 16 см.

Они меняются медленно, постоянно выпадая по одному, что свойственно всем вечнозеленым деревьям и кустарникам. Расцветает каучуконос весной беловато-желтыми мелкими цветочками, объединенными в соцветия.

Он относится к виду однодомных, так как цветы обоих полов вмещает в себя каждый экземпляр. Растение плодоносит один раз в год. Плоды похожи на каштаны. Внутри расположены небольшие семена до 3 мм с маслом (до 40%), из которого производится натуральная олифа.

Каучуковый сок начинает вырабатываться в достаточном количестве на 8 год жизни с момента посадки. Он выделяется из ствола и ветвей в объеме до 200 мл в сутки.

В нем содержится:

• 60% воды.
• 35% латекса.
• 1,5–2% белков и углеводов.
• 2% смолы.

Вытекая через разрез в стволе, сок густеет, становясь жёлто-коричневого цвета. Это и есть смола каучукового дерева. В среднем можно собрать до 2500 кг «резинового молока» в год. Количество и состав сока напрямую зависит от минерального состава почвы и уровня влажности.

Данной культуре требуется плодородная почва и высокая тропическая влажность, с выпадением около 1500 литров осадков в год, а также тепло и солнечный свет, оптимальная температура воздуха +25 градусов. При снижении температуры ниже 20 градусов, сок не вырабатывается, и почки могут погибнуть.

Где растет каучуковое дерево

Изначально гевея распространялась в пределах бассейна южноамериканской реки Амазонки. К концу XVIII века, европейцы обнаружили, что аборигены часто используют каучук в бытовой жизни. Поселенцы воспользовались знаниями индейцев, высадив дерево по остальным регионам Америки и Азии:

• Индонезия.
• Цейлон.
• Индия.
• Тайвань.
• Шри-Ланка.
• Вьетнам.
• Конго.
• Нигерия.
• Камбоджа.
• Мьянма.
• Боливия.
• Колумбия.
• Перу.
• Либерия, на специальных плантациях.

Все виды объединяет одно общее: они растут в экваториальном тропическом поясе. Для произрастания этого растения необходим влажный и жаркий климат, субтропики уже не подходят по этим условиям.

В Таиланде дерево известно, как «золотое». Производство матрасов и древесных материалов являются стратегически важными для развития экономики этой страны. Таким образом растение приносит жителям Таиланда деньги или в более ранние времена – золото.