Незаменимый материал

Каучук и каучуковый латекс давно привлекали внимание учёных.

Белый, похожий на молоко, латекс гевеи представляет собой дисперсию (взвесь мельчайших твёрдых частиц в жидкости) каучука в водной среде. В латексе, однако, в 10 раз больше каучука, чем жира в молоке. Если посмотреть в сильный современный микроскоп на разбавленный водой латекс гевеи, то мы увидим множество круглых и продолговатых частиц, находящихся в оживлённом тепловом (броуновском) движении. Эти частицы носят название глобул («глобула» — шарик). В обычный, достаточно сильный микроскоп, увеличивающий до 2000 раз, мы видим только 1/10 часть всех глобул. Их средний диаметр равен 1,5 μ (μ = 0,001 мм). Остальные девять десятых глобул латекса гевеи имеют диаметр в среднем не больше 0,5 μ, и их можно наблюдать только в ультрамикроскоп, имеющий боковое освещение рассматриваемого предмета, а ещё лучше — в наиболее сильный современный увеличивающий прибор, так называемый электронный микроскоп. Количество глобул в латексе огромно. В одном грамме 35-процентного латекса гевеи их содержится более 600 млрд.!

Глобулы латекса гевеи не просто сплошные шарики. Каждая глобула состоит из защитной  белковой оболочки, твёрдого каучукового слоя и вязкой жидкости внутри.

Несмотря на малый размер, глобулы каучука в латексе всё же огромны по сравнению с молекулами. Поперечник молекул — гигантов белка измеряется миллионными долями миллиметра, тогда как диаметр каучуковых шариков, взвешенных в латексе, составляет тысячные доли миллиметра, т. е. они примерно в тысячу раз крупнее.

Если же сравнить глобулы каучука с молекулами обычных размеров, например молекулами воды, то   глобулы окажутся больше в десятки тысяч раз.

Латекс, как и молоко, может свёртываться. Этот процесс носит название коагуляции. Сущность коагуляции в общих чертах заключается в следующем. Каждая глобула в латексе несёт определённый заряд отрицательного электричества. Будучи заряжены одноимёнными зарядами, глобулы не могут соединяться друг с другом. Чтобы заставить частицы соединиться, их необходимо нейтрализовать. Это и происходит, когда к латексу прибавляют какой-нибудь электролит, жидкость, проводящую электрический ток, например раствор кислоты. Молекулы кислот в водных растворах диссоциируют — распадаются на положительно заряженные йоды водорода (катионы) и отрицательно заряженные частицы кислотных остатков (анионы). Катионы притягиваются глобула-ми-латекса и нейтрализуют их заряд. Глобулы, лишённые электрических зарядов, легко соединяются друг с другом.  Коагуляция имеет большое значение в производстве синтетического каучука.

Рис. 3. Разбавленный латекс гевеи под микроскопом.

С точки зрения коллоидной химии, натуральный каучук относится к типичным коллоидам («клееподобным»). Коллоидные растворы каучука, например в бензине, в отличие от истинных растворов, представляют собой не множество отдельных молекул, взвешенных в жидкой среде, а взвесь в растворителе больших сгустков молекул (мицелл). Свойства этих двух видов растворов различны.

Необычайный успех нового продукта — каучука — объясняется теми свойствами, которыми обладает получаемая из него резина. Резина эластична (упруга), прочна, газонепроницаема, водонепроницаема, хорошо растяжима, легка; она прекрасный изолятор, мягка, устойчива к действию многих веществ, стойка к истиранию, растворима в бензине и других органических растворителях. Сочетания всех этих свойств нет ни в одном из других, известных человеку материалов, и это делает резину в большинстве случаев незаменимым материалом. Особо важным свойством резины является эластичность (упругость) — способность восстанавливать форму после исчезновения силы, вызвавшей изменение этой формы.

Все свойства каучука используются в тех или иных изделиях из него. Вулканизованный каучук — резина — намного прочнее и эластичнее, чем сырой каучук, из которого она получена. Специальные сорта резины по прочности на истирание могут превосходить сталь. Резиновый шнур способен растягиваться в 10—11 раз, быстро сокращаясь затем до первоначальной длины. Такой шнур, сечением в 1 см², может выдерживать груз весом до 35 кг; каучуковую пластинку можно сотни тысяч раз сгибать и разгибать или перекручивать — она не разрушится. Если резиновый шар, толщина стенок которого 1 мм, а поверхность 1 м², заполнить газом под давлением 10 атм., то через оболочку такого шара за сутки уйдёт только 1 см³ газа. Резиновая шина автомобиля через 1000 км пути теряет в весе только 80 г — такова стойкость резины к истиранию.

В начале XIX в. было известно около десяти тысяч различных видов резиновых изделий; сейчас таких изделий насчитывается уже свыше тридцати тысяч, и число их непрерывно возрастает. Появление синтетических каучуков с различными свойствами увеличивает количество разноимённых резиновых изделий.

Трудно представить современную жизнь без резины. «Резиновый голод» парализовал бы всю хозяйственную жизнь, вызвал бы бесчисленные неудобства в быту и сделал бы невозможной надёжную оборону страны. В самом деле, исчезни резина — и остановились бы автомобили, лишённые шин и различных деталей, ни один самолёт не смог бы подняться в воздух, расстроилась бы работа заводов и т. д.

Расход каучука — основы резины — чрезвычайно велик. Только для изготовления одной грузовой машины требуется 240 кг каучука (не резины, а чистого каучука); для одного самолёта требуется 600 кг, для танка 800 кг, а на один большой корабль 68 т! Даже на каждый из плащей, которых выпускается сотни тысяч, расходуется 0,97 кг каучука, а на каждую пару калош, производимых десятками миллионов пар, нужно затратить 0,2 кг каучука.

Мы видим, какую важную роль играет каучук в производстве и в быту. Естественно, что каждая самостоятельная страна стремится к тому, чтобы обеспечить себя надёжными источниками каучука. В Советском Союзе гевея произрастать не может. Неоднократные попытки в этом направлении не дали успеха. Но вообще каучук является продуктом, весьма распространённым в природе: как это ни кажется неожиданным, он встречается почти в каждом растении. Ботаники насчитывают 500 растений, в которых каучук содержится в заметных количествах. Даже обыкновенный всем известный полевой одуванчик или домашний фикус содержат каучуковый сок, но почти нет растений, из которых можно было бы экономически выгодно получать каучук в промышленном масштабе. Лучшим каучуконосом до сих пор является гевея, латекс которой содержит до 35% чистого каучука. Однако каучук из гевеи и родственные ему балата и гуттаперча, являются продуктами знойных и влажных тропиков.

Советский Союз встал на единственно возможный в наших условиях надёжный путь — путь синтеза каучука. Искусственное получение каучука путём химического синтеза, как показала жизнь, полностью обеспечило нашу социалистическую родину собственным каучуком, сделало её независимой в этом отношении от стран монополистов по производству натурального каучука — Англии, Голландии и Америки, и позволило производить каучуки разных видов, с различными, нужными технике, свойствами.

Каким же образом пришли учёные к мысли о возможности заводского получения каучука? Это был сложный путь, потребовавший многих десятилетий упорного труда большого числа исследователей.