Характерна властивість каучуків — висока еластичність, тобто здатність після деформації відновлювати свою форму. Однак при нагріванні або охолодженні нижче -50 °С вони втрачають цю властивість. Каучуки водонепроникні, зносостійкі, мають хороші електроізоляційні властивості.

Розрізняють природний і синтетичні каучуки.

Природний (натуральний) каучук міститься в соку деяких рослин. Цей сік нагадує молоко (мал. 94) і є емульсією каучуку у воді.

Мал. 94. Збирання соку гевеї

Основу натурального каучуку становить поліізопрен. У макромолекулі цього полімеру групи СН₂ розміщені з одного боку від подвійного зв’язку:

Натуральний каучук має білий колір; він легший за воду, розчиняється в бензині, бензені, деяких інших органічних розчинниках. Полімер повільно окиснюється киснем повітря. Щоб запобігти окисненню каучуку, щойно добутого із соку рослини, і розмноженню в ньому бактерій, його обробляють розбавленими розчинами кислот (мурашиної, оцтової) або інших речовин, промивають водою і висушують. У результаті каучук набуває жовтуватого кольору (мал. 95).

Мал. 95. На виробництві натурального каучуку

Серед усіх природних високомолекулярних сполук лише каучук виявляє високу еластичність. Така властивість каучуку зумовлена можливістю згортання його лінійних макромолекул у клубки. Якщо пластинку із каучуку розтягувати, то макромолекули випрямляються, а якщо після цього «відпустити», то вони повернуться в попередній стан, і пластинка набуде початкової довжини. Доклавши більшого зусилля, каучукову пластинку можна розірвати.

Синтетичні каучуки. Натуральний каучук добувають у значній кількості, проте цього недостатньо для задоволення зростаючих потреб. Тому вчені створили синтетичні каучуки, які успішно замінюють природний каучук і широко застосовуються в різних сферах.

Більшість каучуків походить від вуглеводнів із двома подвійними зв’язками в молекулі (с. 54). Залежно від мономера розрізняють бутадієновий каучук, ізопреновий (аналог натурального), хлоропреновий та ін. Їх добувають, здійснюючи реакції полімеризації, переважно за участю каталізаторів.

Загальна схема утворення каучуків:

де Y — H (мономером є бута-1,3-дієн, полімером — бутадієновий каучук, або полібутадієн); CH₃ (мономер — ізопрен, полімер — ізопреновий каучук, або поліізопрен); Cl (мономер — хлоропрен, полімер — хлоропреновий каучук, або поліхлоропрен).

Напишіть схему реакції полімеризації бута-1,3-дієну.

Цікаво знати

Бутадієн стирольний каучук — продукт полімеризації двох сполук-мономерів.

Хімічні властивості. Маючи подвійні зв’язки в макромолекулах, натуральний і синтетичні каучуки здатні приєднувати водень, галогени, галогеноводні. При нагріванні за відсутності повітря ці полімери розкладаються з утворенням відповідних мономерів.

Гума. Найеластичнішим матеріалом серед природних і синтетичних матеріалів є гума. Її у великих кількостях використовують для виготовлення шин (мал. 96).

Мал. 96. Продукція шинного заводу

Основу технології виробництва гуми становить процес вулканізації, що полягає в нагріванні каучуку із сіркою. Спочатку каучук змішують із наповнювачами (глиною, сажею, крейдою, кремнеземом), барвниками і речовинами, які збільшують термін використання гуми. Потім до суміші додають певну кількість сірки. У результаті взаємодії каучуку із сіркою за рахунок розриву одного зі складників подвійного зв’язку відбувається зшивання карбонових ланцюгів за допомогою «містків» -S-S- (мал. 97). При цьому частина подвійних зв’язків у макромолекулі залишається.

Мал. 97. «Зшиті» карбонові ланцюги в гумі

Якщо взяти надлишок сірки, то всі подвійні зв’язки будуть «витрачені» на зшивання карбонових ланцюгів, і утвориться твердий термореактивний матеріал — ебоніт (мал. 98). Його використовують для виготовлення електротехнічних деталей, хімічної апаратури.

Мал. 98. Ебонітовий стержень

Існують гуми різного призначення — для експлуатації при високих або низьких температурах (тепло-, морозостійкі), для тривалого контакту з бензином і нафтою (шланги на автозаправних станціях), кислотами і лугами, стійкі до рентгенівського випромінювання тощо.

Порівняння властивостей каучуків і гуми. Каучук є еластичною речовиною, а гума — еластичним матеріалом.

Каучуки і гума не розчиняються у воді. Якщо ж помістити подрібнені шматочки каучуку і гуми в органічний розчинник (бензен), то через добу каучук розчиниться з утворенням колоїдного розчину, а гума лише збільшиться в об’ємі (набрякне). Це свідчить про здатність гуми вбирати органічний розчинник.

Каучук завдяки наявності в ньому подвійних зв’язків може реагувати з галогенами. Зокрема, його колоїдний розчин у бензені знебарвлює бромну воду. При нагріванні каучуки розкладаються з утворенням ненасичених сполук.

Наявність Сульфуру в гумі можна довести, нагріваючи її в пробірці з газовивідною трубкою, зануреною в блакитний розчин купрум(ІІ) нітрату. Сірководень, що є одним із продуктів термічного розкладу гуми, спричинить утворення в розчині чорного осаду CuS.

Працюючи в хімічній лабораторії, потрібно враховувати, що гумові вироби (пробки, трубки) руйнуються нітратною і концентрованою сульфатною кислотами. Розбавлені хлоридна кислота і розчини лугів на гуму практично не діють.

Застосування каучуків і гуми. Синтетичний ізопреновий каучук за властивостями схожий на натуральний. Вироблена з нього гума вирізняється високою міцністю та еластичністю. Цей каучук використовують у виробництві шин, конвеєрних доріжок, взуття, медичних і спортивних виробів, ізоляційних матеріалів.

Хлоропреновий каучук є негорючим, термо- і світлостійким, не руйнується мастилами, не окиснюється на повітрі. З нього виготовляють гуму для устаткування, що контактує з нафтою і нафтопродуктами. Каучуки, які містять Флуор, хімічно стійкі, витримують нагрівання до 300 °С.

Основне застосування гуми — виробництво шин. Гумові вироби використовують у промисловості, техніці, медицині, побуті.

Відходи гуми і довкілля. Майже 90 % від маси гумових відходів припадає на зношені автомобільні шини, а решта — використані предмети технічного та побутового призначення, старе взуття.

Цікаво знати

У Європі утилізують менше половини шин, непридатних для використання.

Відходи гуми, як і пластмас, не руйнуються в природних умовах. На жаль, більша частина їх потрапляє в навколишнє середовище. Утилізацію гумових відходів здійснюють спалюванням (після подрібнення) і термічним розкладом у спеціальних агрегатах¹. У першому випадку отримують теплову енергію (теплота згоряння гуми приблизно така сама, що й вугілля), а у другому — добувають мономери для виробництва каучуку.

Природні та хімічні волокна

Волокна — це довгі гнучкі нитки, які виробляють із природних або синтетичних полімерів і використовують для виготовлення пряжі та текстильних виробів.

Розрізняють природні (натуральні) й хімічні волокна (схема 7).

Схема 7

Класифікація волокон

Природні волокна. Рослинні волокна можуть формуватись у стеблах і листі (коноплі, льон), у насінні (бавовник) (мал. 99, а, б). Основа цих волокон — целюлоза.

Тваринні волокна є білковими полімерами. Більшу частину вовни дає вівчарство. Шовк — продукт виділення особливих залоз тутового шовкопряда (мал. 99, в).

Мал. 99. Льон (а), бавовник (б), кокон шовкопряда (в)

Лляне і бавовняне волокна мають достатню термічну стійкість, хороші механічні властивості (мал. 100, а). Вовняне волокно вирізняється високою еластичністю, а шовкове — міцністю й характерним блиском (мал. 100, б).

До мінеральних волокон належить азбестове (мал. 100, в). Із нього виготовляють фільтри, брезент, тканини для захисного одягу, шифер, спеціальні папір і картон, тепло- та електроізоляційні покриття.

Мал. 100. Тканини із природних волокон: а — лляна; б — шовкова; в — азбестова

Хімічні волокна виробляють із деяких полімерів лінійної будови. Ці полімери спочатку розплавляють або розчиняють в органічних розчинниках, а утворену рідину пропускають крізь дуже малі отвори. При цьому утворюються довгі й тонкі нитки (мал. 101).

Мал. 101. У цеху з виробництва волокон

Хімічні волокна поділяють на штучні й синтетичні.

Штучні волокна добувають із природних полімерів, зазвичай — целюлози. Вони мають деякі переваги, які стосуються технології та якості виробів із них.

Найважливішими штучними волокнами є віскозне й ацетатне (мал. 102). Основу віскозного волокна становить целюлоза, ацетатного — її ацетатні естери.

Мал. 102. Штучні волокна: а — віскозне; б — ацетатне

Синтетичні волокна виробляють з органічних сполук, здійснюючи хімічні реакції. До цих волокон належать поліпропіленове, полівінілхлоридне, поліестерні та ін. Вони переважають природні волокна за міцністю, еластичністю, довговічністю, не руйнуються мікроорганізмами. Недоліки синтетичних волокон — низька гігроскопічність, здатність до електризації. З метою їх подолання до синтетичних волокон додають природні, а також речовини-антистатики.

Лавсан — поліестерне волокно. Воно нагадує вовну, але є міцнішим (мал. 103). Вироби із цього волокна не потребують прасування.

Мал. 103. Тканини з лавсану

Лавсан — термостійкий, погано загоряється й не обвуглюється, не розчиняється в органічних розчинниках, але руйнується кислотами і лугами. Нитки із цього волокна (мал. 104) мають низьку гігроскопічність. Тому при виготовленні тканин їх часто змішують з бавовняними, лляними або вовняними нитками.

Мал. 104. Нитки і краватки з поліестеру

Поліестерне волокно використовують для виготовлення бензино- й нафтостійких шлангів, канатів, риболовних тралів, електроізоляційних матеріалів, вітрил, декоративних тканин, штучного хутра, ковдр, а також у виробництві шин.

Капрон і найлон — поліамідні волокна. Вони міцні, витримують низькі температури, є хімічно стійкими (руйнуються лише концентрованими неорганічними кислотами), легко забарвлюються. Капронові нитки використовують для виготовлення канатів, риболовних сіток, різних тканин (мал. 105). Найлонове волокно додають до інших волокон; його застосовують у виробництві ковроліну, спортивного одягу.

Мал. 105. Нитки і тканина з капрону

ВИСНОВКИ

Волокна — довгі гнучкі нитки, які мають полімерну основу й використовуються для виготовлення пряжі та текстильних виробів.

Розрізняють природні (натуральні) і хімічні волокна. Основою рослинних волокон є целюлоза, а тваринні волокна мають білкове походження. Хімічні волокна (штучні, синтетичні) виробляють із полімерів лінійної будови.

Рефлексія від 13 учнів

Сподобався:

Так: 12

Ні: 1

Зрозумілий:

Так: 13

Ні: 0

Потрібні роз'яснення:

Ні: 13

Так: 0