История открытия синтетического каучука

Статья требует доработки или изменения. Вы можете принять участие в её создании.

Каучук существует столько лет, сколько и сама природа.

Окаменелые остатки каучуконосных деревьев, которые были найдены, имеют возраст около трёх миллионов лет. Каучук на языке индейцев тупи-гуарани означает «слёзы дерева».

Каучуковые шары из сырой резины найдены среди руин цивилизаций инков и майя в Центральной и Южной Америке, возраст этих шаров не менее 900 лет.

Первое знакомство европейцев с натуральным каучуком произошло пять веков назад.

Собственно, история каучука началась, как ни странно, с детского мячика и школьной резинки. На острове Гаити (а тогда — Эспаньола) во время своего второго путешествия в 1493 году испанский адмирал Христофор Колумб увидел туземцев, игравших большим плотным мячом. Испанцы были удивлены весёлой игрой индейцев. Они в такт песне подбрасывали чёрные шары. Хотя это казалось невероятным, но, ударяясь о землю, мячи довольно высоко подскакивали в воздух. Взяв эти шары в руки, испанцы нашли, что они довольно тяжелы, липки и пахнут дымом.

Индейцы скатывали их из загустевшего млечного сока, вытекавшего из порезов на коре дерева гевеи. Колумб привёз несколько кусков этого удивительного вещества на родину, но в те времена он никого не заинтересовал. Индейцы делали из него непромокаемые калоши, которые в жару прилипали к ногам, а растянувшись, больше уже не сжимались.

Много лет испанцы пытались повторить водонепроницаемые вещи (обувь, одежду, головные уборы) индейцев, но все попытки были неудачными.

Каучук в Европе и США

Первые попытки сделать каучуковую обувь вызывали только смех. Галоши или сапоги хорошо служили в дождь, но стоило выглянуть и припечь солнцу, как они растягивались, начинали прилипать. В мороз же такая обувь становилась хрупкой как стекло.

Следующие два века каучук для Европы был просто любопытной заморской диковинкой.

  • В 1731 году правительство Франции отправило математика и географа Шарля Кондамина (Charles Marie de La Condamine) в географическую экспедицию по Южной Америке. В 1736 он отправил обратно во Францию несколько образцов каучука вместе с описанием продукции, производимой из него людьми, населяющими Амазонскую низменность. После этого резко возрос научный интерес к изучению этого вещества и его свойств.
  • В 1770 году британский химик Джозеф Пристли (Joseph Priestley) впервые нашёл ему применение: он обнаружил, что каучук может стирать то, что написано графитовым карандашом. Тогда такие куски каучука называли гуммиэластиком («смолой эластичной»).
  • В 1791 году английский фабрикант Самуэль Пил (Samuel Peal) запатентовал способ сделать одежду водонепроницаемой с помощью обработки её раствором каучука в скипидаре.
  • Во Франции к 1820 г. научились изготовлять подтяжки и подвязки из каучуковых нитей, сплетённых с тканью.
  • В Англии британский химик и изобретатель Чарльз Макинтош (Charles Macintosh) предложил класть тонкий слой каучука между двумя слоями ткани и из этого материала шить водонепроницаемые плащи. В 1823 году в Глазго он начал мануфактурное производство водонепроницаемой одежды. Непромокаемый плащ из прорезиненной ткани до сих пор носит его имя. Но эти плащи зимой становились твёрдыми от холода, а летом расползались от жары.

  • В США вещи из каучука стали популярными в 1830-х годах, резиновые бутылки и обувь, сделанные южноамериканскими индейцами, импортировались в больших количествах. Другие резиновые изделия завозились из Англии, а в 1832 году в городе Роксбери штата Массачусетс Джон Хаскинс (John Haskins) и Эдвард Шафе (Edward Chaffee) организовали первую «каучуковую» фабрику в США. Но производимые вещи, как и импортируемые, становились хрупкими зимой, и мягкими и липкими летом.
  • В 1834 году немецкий химик Фридрих Людерсдорф (Friedrich Ludersdorf) и американский химик Натаниель Хейвард (Nathaniel

Hayward) обнаружили, что добавление серы к каучуку уменьшает или даже вовсе устраняет липкость изделий из каучука.

  • Американский изобретатель Чарльз Гудьир (Charles Goodyear) с 1834 г. упорно пытался «спасти» каучук. Но только в 1839 г. ему повезло. В этом году он, используя открытия этих двух химиков, обнаружил, что нагревание каучука с серой устраняет его неблагоприятные свойства. Он положил на печь кусок покрытой каучуком ткани, на которую был нанесён слой серы. Через некоторое время он обнаружил кожеподобный материал — резину. Этот процесс был назван вулканизацией.

Добыча каучука

Открытие резины привело к широкому её применению: к 1919 году было предложено уже более 40 000 различных изделий из резины.

Внимание всех стран обратилось на добычу каучука.

Бразилия оказалась владетельницей громадных богатств. Чтобы сохранить их, правительство Бразилии издало закон, запрещающий под страхом смерти вывоз семян и молодых деревьев гевеи. Но было поздно.

По совету ботаника Дж. Гукера, англичанин Генри Викгем (Henry Wickham) поехал в 1876 году на берега Амазонки, где собрал 70 000 семян гевеи и контрабандно вывез их из Бразилии. Тайком доставил их в Королевский ботанический сад в Лондоне. Семена были высеяны, но взошло только 4%.

Однако через несколько дней сеянцы достигли полуметровой высоты и были использованы для высадки на плантациях сперва в Шри-Ланке, а затем в других тропических районах Восточного полушария. Затем такие же плантации были устроены в полосе 1100—1300 км по обе стороны от экватора. Около 99% плантационного каучука приходит из Юго-Восточной Азии.

Попытки высадить каучуконосные деревья в тропических областях Западного полушария закончились неудачей из-за болезней растений в тех местностях.

Читайте также:  Самый надежный бензиновый генератор

Компании, организовывавшие добычу, сбор и перевозку каучука, безжалостно калечили людей, занятых его сбором, стремясь как можно больше и дешевле получить его

Сборщику каучука много приходилось бродить по лесу в поисках гевей, так как они растут друг от друга на расстоянии 20—100 м. Серингеро, добывая сок гевеи, сам же его и обрабатывал в каучук.

Тут же в лесу раскладывал костёр, вырезал лопаточку в виде весла и обмазывал её глиной. Он садился на корточки, обмакивал лопаточку в сосуд с соком гевеи и держал в белом дыму костра, поворачивая над огнём. А когда вода испарялась, и вокруг лопаточки образовывалась тонкая плёнка каучука, серингеро снова макал её в сок гевеи и снова коптил в дыму костра. Это продолжалось до тех пор, пока вокруг лопатки не образовывался большой ком килограммов в 5 весом. Затем серингеро разрезал его и снимал с лопатки в виде листа толщиной в 10 см. Это был лучший и, благодаря копчению, не загнивавший каучук. Но серингеро гибли от тяжёлого труда, укусов змей, малярии и других болезней. Вот что писал один инженер, прибывший в 1907 году в район Путумайо: «Индейцы имеют ужасный вид, они еле двигаются от слабости и истощения. С каждого индейца в месяц требуется до 25 кг каучука.

Каждые 10 дней индейцы сдают собранный каучук. Если стрелка весов показывает норму, они смеются и пляшут. При нехватке каучука индеец бросается на землю и ждёт наказания. Не выдерживая такой работы, истязаний, индейцы бегут. Если беглеца находят в какой-либо хижине, то её обливают керосином и сжигают вместе со всеми жителями. В выбегающих стреляют». Всё это происходит в XX веке.

Главное меню

Каучуками называют натуральные или синтетические полимеры, обладающие высокими эластичными свойствами в процессе эксплуатации. Каучуки могут растягиваться до размеров, многократно превышающих их первоначальную длину.

Каучуки эластичны и водонепроницаемы. Они не проводят электрический ток, что позволяет применять их в качестве изолирующих материалов. Они не растворяются в воде, хорошо растворимы в бензине, бензоле, эфире и других летучих жидкостях. Из них получают резины и эбониты.

История открытия каучуков

Название «каучук» произошло от слова «каучу» (кау- дерево, учу – течь). Так индейцы называли сок гевеи. Это дерево, растущее на берегах Амазонки. Белый сок этого дерева темнел и становился твёрдым на воздухе. Индейцы делали из него обувь, непромокаемые ткани, сосуды для воды и другие предметы обихода. С некоторыми из этих предметов европейцев познакомил Колумб, вернувшийся в Испанию из Нового Света. Но всерьёз каучуком заинтересовались только в XVIII в., когда французская экспедиция обнаружила в Южной Америке дерево, смола которого застывала на воздухе. Это вещество назвали резиной и начали думать над тем, где же можно применить его. В 1823 г. шотландский химик и изобретатель Чарльз Макинтош предложил делать прокладку из резины между двумя слоями ткани. Непромокаемые плащи, сделанные из этой ткани, получили название «макинтош». Позже англичанин Чаффи придумал прорезиненную ткань. Но изделия из этой ткани твердели и трескались на холоде, а летом превращалась в липкую смесь с неприятным запахом.

В 1839 г. американец Чарльз Нельсон Гудьир, добавив в каучук немного серы и, нагрев эту смесь, изобрёл новый материал с повышенной прочностью, эластичностью, устойчивый к нагреванию и к холоду. Именно этот материал называют сейчас резиной, а процесс его получения – вулканизацией. С этого времени изделия из резины завоевали весь мир.

Синтетический каучук

С изобретением автомобильных шин потребность в резине выросла настолько, что природного сырья стало не хватать для производства каучука. И вопросом получения синтетического каучука занялись учёные.

В 1879 г. французский химик Г.Бушарда, обработав вещество изопрен соляной кислотой, получил каучукоподобное вещество. А в 1901 г. русский химик И. Кондаков создал эластичный полимер из диметилбутадиена. В 1910 г. впервые был получен синтетический полибутадиеновый (дивиниловый) каучук по методу русского учёного-химика Сергея Васильевича Лебедева. Началось промышленное производство каучука.

Типы синтетических каучуков

Современная промышленность производит синтетические каучуки. Кроме бутадиенового каучука, полученного С.В. Лебедевым, выпускаются и другие виды синтетических каучуков, по своим свойствам превосходящие натуральные каучуки.

Синтетические каучуки получают полимеризацией. В процессе полимеризации макромолекула полимера образуется путём присоединения молекул мономеров. Абсолютно все каучуки имеют большую длину молекул полимеров.

Изопреновый каучук получают полимеризацией изопрена.

Натуральный каучук также является изопреновым каучуком. Поэтому синтетический изопреновый каучук, как и натуральный, обладает высокой эластичностью и прочностью. Применяют его в производстве шин, обуви, конвейерных лент, медицинских изделий.

Бутадиеновый каучук получают полимеризацией бутадиена. Этот каучук обладают высокой износоустойчивостью. Он широко используется при изготовлении шин.

Бутан-стирольный каучук получается в результате сополимеризации (полимеризации с участием двух мономеров) бутадиена 1,3 и стирола . Применяется для производства шин, резиновой обуви и других резиновых изделий высокого качества.

Бутадиен-нитрильный каучук. Этот каучук получают полимеризацией бутадиена с акрилонитрилом . Он обладает высокой масло- и бензостойкостью. Применяется в производстве сальников.

Винилпиридиновый каучук создаётся полимеризацией винилпиридина с диеновыми углеводородами. Он имеет отличную склеиваемость. И резины из него получаются морозоустойчивые, маслостойкие и бензостойкие.

Кремнийорганические каучуки – полимеры, молекула которых состоит из мономеров, содержащих атомы кремния. Их называют силиконами. Они широко применяются в медицине. Из них создают различные протезы, трубки для переливания крови и т.д. Жидкие кремнийорганические каучуки используются также как герметики.

Фторсодержащие каучуки – результат полимеризации фторорганичеких соединений, в состав которых входит хотя бы один атом фтора, непосредственно соединённый с углеродом. Эти каучуки характеризуются повышенной термостойкостью. Поэтому их применяют для изготовления герметиков и уплотнителей, работающих при температурах выше 200 о С.

Читайте также:  Ленточная пила ныряет вниз

Синтетические каучуки получили широкое распространение во многих отраслях современной промышленности. Каучуки являются основой резиновых смесей, из которых вулканизацией получают резину. А из резины выпускают несколько десятков тысяч разнообразных изделий, применяемых в самых различных отраслях промышленности, транспорта, сельского хозяйства, а также в быту.

Разделы: Химия

Класс: 10

  • Закрепить знания о химических свойствах диенов на примере реакции полимеризации. Познакомить учащихся с синтетическими и натуральными каучуками, их применением.
  • Обучать учеников приемам сравнения и обобщения, умению высказывать свои суждения о свойствах веществ и о строении веществ по их свойствам.
  • Использовать краеведческий материал при изучении предмета химии.

«Синтез каучука – источник бесконечного многообразия. Теория не кладет границ этому многообразию».
Академик С.В.Лебедев

1. История открытия каучука

Каучуки … Откуда появилось это странное название?

История открытия, изучения и искусственного получения этого чудо-материала ярка и увлекательна.

Где-то в зарослях тропического леса Центральной и Южной Америки у ствола гигантского дерева гевеи сидит один из местных жителей. Из разреза в коре дерева он собирает млечный сок гевеи, быстро густеющий на воздухе. «Каучу» называют этот сок индейцы, что в переводе означает «слезы дерева».

Моряки второй экспедиции Колумба к берегам Америки, высадившиеся на острове Гаити в 1496 году, с удивлением наблюдали, как островитяне играли в мяч, который высоко подпрыгивал при ударе о землю. Жители Гаити делали свои мячи из каучука! Так назвали новый материал европейцы, прибавив одну букву к местному названию удивительного природного полимера. Мяч из каучука, подаренный Колумбом испанской королеве Изабелле Кастильской, долго служил развлечением ее двора.

Португальские мореплаватели привезли своему королю одежду, пропитанную каучуком. Короля, облаченного в нее, облили водой, но он (в буквальном смысле) вышел сухим из воды.

Участник астрономической экспедиции в Южную Америку Кондомин представил во Французскую Академию наук в 1739 году первое научное описание каучука, его свойств, способов добычи и обработки.

Известный английский химик Д.Пристли нашел каучуку первое применение, весьма важное для всех рисующих и пишущих: шарики и кубики из каучука прекрасно стирали надписи, сделанные карандашом.

В Англии, когда в городах начали вводить газовое освещение, на газовых заводах скопилось довольно много жидких побочных продуктов сухой перегонки каменного угля. Шотландский химик Макинтош закупил их, чтобы использовать для изготовления непромокаемой одежды. Он растворял в этих продуктах каучук, а затем покрывал таким раствором ткани (1823 год). С того времени плащ из непромокаемой прорезиненной ткани по имени изобретателя носит название «макинтош». Однако вскоре пришлось убедиться, что при всей своей полезности изготовленная таким образом одежда имеет существенные недостатки: при низкой температуре ткань становится жесткой и ломкой, а при нагревании, наоборот, делается липкой. Кроме того, масла, жиры, скипидар и другие жидкости легко ее портили. Именно в 1823 году некий Томас Уэльс из Бостона привез как курьез несколько пар бразильских галош. Они понравились американцам не сразу. При нагревании они растягивались, чуть ли не до колен и вообще служили поводом для насмешек и карикатур.

2. Состав природного каучука

Состав каучука стал известен уже во второй половине XIX века. Французский химик Гюстав Бушарда в 1875 году выделил изопрен из продуктов термического разложения природного каучука, а также осуществил обратную полимеризацию: получил каучукоподобное вещество нагреванием изопрена и действием на него соляной кислоты (1879 год):

3. Вулканизация каучука

Промышленность изделий из каучука оказалась на краю гибели.

Однако вскоре стало все меняться. А началось с того, что американский изобретатель Чарльз Гудьир (1800–1860) неожиданно обнаружил интересное явление. Нагретый в присутствии серы каучук не размягчался, а приобретал высокую эластичность. Такой каучук легко деформировался под действием небольших нагрузок и легко восстанавливал свою форму после их снятия. Это произошло в 1839году, а в 1844 году изобретатель запатентовал полученный им вулканизированный каучук, который уже, собственно, не был обычным каучуком. Это был новый продукт – резина (от лат.resina – смола).

Превращение каучука в резину назвали вулканизацией, так как жар и сера – главные факторы отверждения каучука – согласно мифологии были атрибутами бога Вулкана…

Какова же химическая сущность процесса вулканизации?

При нагревании каучука с серой отдельные полимерные цепи сшиваются между собой за счет образования дисульфидных мостиков.

Резина содержит около 5% серы. Такой полимер имеет разветвленную пространственную структуру и менее эластичен, чем каучук, но обладает большей прочностью. Если содержание серы увеличить до 40% и выше, то такой каучук становится твердым, приобретая высокую прочность. Эта твердая резина называется эбонитом.

Лабораторная работа – изучение свойств каучука и резины (учащиеся заполняют таблицу).

Сравниваемые свойства Каучук Резина
Эластичность, способность к деформации низкая высокая
Растворимость в бензоле растворяется «набухает»
Взаимодействие с бромной водой обесцвечивается обесцвечивается
Реакция разложения (для каучука) жидкий продукт разложения обесцвечивает бромную воду

Вывод: Каучук и резина – непредельные полимеры, резина эластичнее и прочнее каучука благодаря пространственной структуре.

4. Синтетический каучук

Благодаря своим свойствам резина завоевала всемирную популярность. Началась настоящая каучуковая лихорадка. Но необходимый для изготовления резины натуральный каучук был достаточно дорогим и дефицитным материалом. Единственными поставщиками этого ценного природного полимера были тропические страны – Бразилия, английские и французские колонии в Юго-Восточной Азии. Для получения 1000 тонн растительного полимера необходимо было обработать 3 млн. каучуконосных деревьев и затратить на это в течение года труд 5,5 тыс. человек. Да и сам натуральный каучук не всегда удовлетворял промышленность: он растворялся в масле, в нефтепродуктах, имел плохую термостойкость и быстро терял свои качества.

Читайте также:  Рубанок для выборки пазов

Так возникла необходимость в получении каучука синтетическим путем.

Известно, что впервые синтетический изопрен был получен в 1897 году русским химиком В.Н.Ипатьевым. Спустя несколько лет изопрен синтезировали и другие химики. Однако все это было сложно и дорого.

Ближайшим «родственником» изопрена оказался дивинил (бутадиен – 1,3).

В 1926 году Высший совет народного хозяйства СССР объявил международный конкурс на лучший промышленный способ получения синтетического каучука (СК). Одержала победу советская наука: в 1931 г. На опытном заводе был получен первый синтетический каучук. Получен он был полимеризацией дивинила, который синтезировали из этилового спирта. Эту реакцию успешно осуществил академик С.В.Лебедев:

Первый в мире завод по производству дивинилового каучука был пущен в 1932 г. в Ярославле. Вскоре такие же заводы начали работать в Воронеже, Казани и Ефремове. Только через несколько лет подобные заводы начали строить в Германии, в США.

В Александро-Невской лавре в Санкт-Петербурге академику С.В.Лебедеву установлен гранитный памятник с барельефным портретом ученого и надписью: «Сергей Васильевич Лебедев – изобретатель синтетического каучука».

Тем не менее синтетическому каучуку никак не удавалось достичь качества натурального полимера. Причину этого удалось только в 40-х годах XX в. Дело оказалось в том, что в синтетическом каучуке элементарные звенья с цис-, трансконфигурацией расположены хаотически. Кроме того, полимеризация протекает не только как 1,4-, но и как 1,2-присоединение, в результате чего образуется полимер с разветвленной структурой.

Оказалось, что природный полимер имеет цисрасположение заместителей при двойной связи в более чем 97% элементарных звеньев. Это стереорегулярный полимер.

Впервые получить бутадиеновый каучук стереорегулярного строения удалось в 1957г. группе советских ученых под руководством академика Б.А.Долгоплоска (СКБ) и А.А.Короткова – синтез цис-изопренового каучука.

Эти каучуки по качеству не уступают натуральному, а в некоторых отношениях превосходят его. Это лучшие и наиболее перспективные каучуки общего назначения.

В технологическом процессе получения стереорегулярных каучуков участвуют три основных вещества – мономер, катализатор и растворитель. Растворитель (н-пентан, циклогексан, бензол) обеспечивает текучесть реакционной смеси. Катализатор (смесь триизобутил алюминия Al(CH2CH(CH3)CH3)3)– ТИБА с TiCl4 – в отношении 1:1) берут в количестве около 2% к весу мономера. Процесс проводится при 30–50° в течение 4–6 часов.

5. Значение каучука

В наше время трудно представить, что в конце 20-х гг. XX в. Потребление каучука на одного человека в год в нашей стране составляло около 50г, а один автомобиль приходился на три тысячи жителей. Жизнь современного человека трудно представить без резиновых изделий. Мир резины не только удивительный, но подчас и неожиданный.

Интересна история автомобильной шины. Впервые пневматические шины на автомобиль установил в 1894г. француз А.Мишлен. Это произвело настоящий переворот в автомобилестроении. Вскоре появились цельнолитые толстые шины. Однако настоящим «виновником» широкого использования резиновых шин стал велосипед. Это двухколесное «чудо» впервые изобрел К.Макмиллан из Шотландии в 1839–1844гг. Только в 1865г. француз Тефонон установил на велосипед массивные резиновые шины. Позже, другой его соотечественник – Трюффо – сконструировал для велосипедного колеса трубчатую шину, которая впоследствии стала накачиваться насосом и «оделась» в специальные покрышки – толстые, ребристые, легко преодолевающие все неровности на дороге.

В настоящее время химикам известно более 25 тыс. видов искусственных каучуков. Но промышленность освоила около сотни из них.

Самые главные каучуки представлены в таблице:

Каучуки общего назначения

Название каучука, Область применения
Бутадиеновый (дивиниловый) СКД

(-СН2-СН=СН-СН2-)n

Резины обладают высокой износо- и морозостойкостью, изготавливают из них шины, резинотехнические изделия, изоляцию для кабелей. Бутадиен-стирольный СКС

(-СН2-СН=СН-СН2-)n
(-СН2-СН(С6Н5)-)n

Производство шин, резинотехнических изделий, резиновой обуви, изделия отличаются повышенной морозостойкостью. Бутадиен-нитрильный СКН

(-СН2-СН=СН-СН2 -)n
(-СН2-СН(СN)СН-)n

Резины из этого каучука обладают масло-, бензо-, тепло– и износостойкостью. Применяют в производстве масло– и бензостойких изделий. Изопреновый СКИ

(-СН2-С(СН3)=СН-СН2-)n

Используется в производстве шин, рассчитанных на большие нагрузки (для самолетов, грузовых автомобилей, вездеходов, гоночных машин), резинотехнических изделий, изоляции кабелей.

Одним из крупнейших российских производителей сополимерных и полиизопреновых каучуков общего и специального назначения, используемых для изготовления шин, разнообразного ассортимента резинотехнических изделий, а также изделий пищевого, медицинского, бытового применения является Стерлитамакское ОАО «Синтез-Каучук».

Предприятие имеет прочные партнерские связи более чем со ста потребителями России: синтетические каучуки поставляются на шинные предприятия и заводы резинотехнических изделий.

Известна продукция ОАО «Синтез-Каучук» и за рубежом, потребителями стерлитамакского каучука являются мировые производители шин – «Бриджстоун», «Нокиа», «Матадор», «Мишлен». На предприятии вырабатываются и внедряются уникальные технологии, призванные улучшить качество продукции, снизить ее воздействие на окружающую среду. В их числе производство неодимового цис 1,4-полиизопрена, выпускаемого в виде двух марок: СКИ-5 и СКИ-5ПМ. В настоящее время они не имеют аналогов в мире. Это экологически чистые каучуки, изготовленные на редкоземельном катализаторе, не имеют запаха, не токсичны, биологически инертны к тканям живого организма, предназначены для использования в шинной, пищевой и медицинской промышленности.

“>