Каучук

Исключительно важным природным полиеном с очень длинной цепью является каучук, содержащийся в млечном соке некоторых растений. Его выделяют из млечного сока в виде упругой аморфной массы. Натуральный каучук имеет огромное техническое значение как основа для резиновых изделий.

Наиболее важными каучуконосными растениями являются некоторые деревья, произрастающие в Бразилии и в Центральной Америке, относящиеся к семейству Euphorbiaceae, особенно Hevea brasiliensis, а также к семейству Atocarpeae, к которому, кроме деревьев Южной Америки, относится также произрастающий в Индии Ficus elastica. В тропической Африке также имеется большое число древесных пород, дающих каучук, например лиана Landolphia из семейства Apocinaceae, и др. В настоящее время основное значение приобрела плантационная культура каучуконосных растений (Индонезия, Малайя, Цейлон).

Каучук содержится в наплывах, образующихся при повреждении корней произрастающих в Средней Азии (Казахстан) травянистых растений рода Chondrilla (сложноцветные), в коре корней гваюлы (Partenium argentatum), тау-сагыза (Scorzonera), произрастающего в горах Кара-Тау (Казахстан), и растений, относящихся к роду одуванчиков (кок-сагыз и др.). Млечный сок обычного одуванчика (Taraxacum) также содержит немного каучука.

Млечный сок (латекс), содержащий каучук в виде золя, коагулирует при высушивании, обкуривании дымом или под действием кислот. При этом получается сырой каучук, который всегда содержит примеси белковых веществ и кислородсодержащих смол. Примеси весьма сильно влияют на технические свойства получаемого каучука. Освобожденный от примесей каучук имеет состав (C₅H₈)_x, легко растворим в бензоле, сероуглероде и хлороформе. При сухой перегонке каучука, кроме более сложных углеводородов, получаются дипентен С₁₀Н₁₆ и изопрен С₅Н₈. Путем обработки серой или хлористой серой S₂Cl₂ каучук превращается в чрезвычайно эластичную массу, называемую вулканизованным каучуком или резиной.

Вопрос о строении каучука в течение многих лет чрезвычайно занимал химиков. Так как природный каучук при действии озона образует озонид состава C₁₀H₁₆O₆, который при нагревании с водой дает две молекулы левулинового альдегида, то Гарриес (1904) вначале предположил, что каучук представляет собой полимер ненасыщенного циклического углеводорода (1,5-диметилциклооктадиена-1,5), содержащего цикл из восьми атомов углерода.

Штаудингер (1924) высказал гипотезу, являющуюся теперь общепринятой, согласно которой натуральный каучук представляет собой ненасыщенный алифатический углеводород, построенный из групп C₅H₈, соединенных в очень длинную цепь:

Вулканизация, по-видимому, обусловлена образованием мостикоподобных связей между отдельными цепями, что и приводит к понижению пластичности. Возникновение большого числа мостиков может приводить к образованию твердых вулканизатов (эбонит). Процесс вулканизации каучука, чрезвычайно важный для техники и потому подвергавшийся многочисленным исследованиям, все же является недостаточно выясненным.

По Штаудингеру, молекулярный вес каучука составляет 100 000—150 000, причем эти цифры характеризуют лишь молекулярный вес в среднем, поскольку каучук представляет собой смесь однотипно построенных макромолекул с различной длиной цепи.

В подвергшемся механическому растяжению каучуке с помощью рентгеновских лучей обнаруживается кристаллическое (упорядоченное) строение.

При вальцевании, особенно в присутствии кислорода, средний молекулярный вес каучука уменьшается вследствие разрыва длинных цепей. При нагревании происходит деполимеризация каучука, при более сильном нагреве приводящая даже частично к выделению мономера — изопрена.

Каучук обладает способностью к реакциям присоединения, свойственным этиленовым углеводородам. Он присоединяет бром и бромистый водород. При действии на гидробромид каучука металлоорганических соединений атомы брома заменяются на радикалы метил, этил и др. При действии азотистой кислоты или двуокиси азота каучук образует нитрозиты различного состава.

Присутствие двойных связей в макромолекулах каучука придает ему известную чувствительность к кислороду воздуха и особенно к атмосферному озону. Медленное окисление, вызывающее расщепление длинных углеродных цепей, приводит к утрате каучуком и даже вулканизованными изделиями ценных механических свойств, к старению каучука и резины. Для борьбы с этими явлениями к каучуку перед вулканизацией добавляют противостарители. или антиоксиданты (например, альдоль-α-нафтиламин), которые являются ингибиторами окислительных реакций.

Каталитическим восстановлением каучука получаются гидрокаучуки, не содержащие двойных связей. По физическим свойствам они мало отличаются от исходного каучука.