Розділ 8. Промислова сировина на основі каучуків

§1.Сучасні уявлення про натуральний каучук та промислову сировину на їх основі .

За сучасними уявленнями натуральний каучук (НК) - це ненасичений вуглевод, високомолекулярний полімер, молекули якого містять велику кількість подвійних зв’язків, завдяки яким НК спроможний до структуризації; за хімічним складом це полімер ізопрену (С₃–Н₈)_n (n = 1000–3000) густиною 910-920 кг/м³, що має морозостійкість (температура склування) - мінус 70°С, теплостійкість +200°С. У воді, спирті, ацетоні, жирних кислотах практично не розчиняється і не набрякає; розчинний в бензині, бензолі, толуолі, ксилолі, сірковуглеці. Розтягування НК супроводжується виділенням, стиснення - поглинанням тепла. Незворотна частка теплового ефекту є причиною нагріву НК і гум на його основі (так, температура масивних гумових шин при великих швидкостях може досягати +200°С). Взаємодія НК з киснем, озоном і іншими окислювачами приводить до його старіння, тобто зниженню пластичності, підвищення крихкості, появи тріщин.

Основними каучуконосами є гевея (тропічне дерево, батьківщиною якого є ліси басейну річки Амазонки, висотою близько 30 м, діаметром до 3,5 м; продуктивність некультивованих сортів гевеї становить найбільше 20г/добу, що складає приблизно 2-3 кг/рік з одного дерева і майже 300-400 кг/рік з 1 га каучуконосів; в основних країнах-виробниках НК гевею вирощують на плантаціях) та кок-сагиз (подібне, але менш розповсюджене для збирання каучуку через значно нижчу продуктивність (до100 кг каучуку з 1 га /рік) тропічне дерево). У природі відомі і інші каучуконоси, які поки що не мають промислового використання (зокрема, розповсюджена у наших географічних широтах кульбаба).

Сік гевеї містить незначну кількість каучуку, що знаходиться у вигляді дрібних грушоподібних часточок (щось на зразок пляшечки з каучуком) розміром приблизно 1мкм, оболонка яких з твердого каучуку, а всередині часточок є каучук у стані рідини. У кислому середовищі означені часточки втрачають негативний заряд і взаємно притягуються (коагулюють). У новітній історії НК вважається одним з найважливіших народногосподарських матеріалів. Напр., відсутність НК в СССР, неможливість його експорту через ізоляцію від світової економіки у 1930-ті р.р. - були настільки важливою народногосподарською проблемою, що вона стала причиною створення синтетичного каучуку. Отримання (збирання, коагуляція, консервування) НК є надзвичайно трудомістким процесом. НК, яким торгують світові товарні біржі, практично повністю отримують з молокоподібного соку (латексу) бразильської гевеї, основними районами вирощування якої є плантації Південно-Східної Азії та Південної Америки. Латекс – це дисперсія каучуку у соку дерева; вміст НК у латексі становить  40%.

Сирий НК – липкий, неміцний, високопластичний, крихкий при незначному коливанні температури за межу додатних; розчиняється у багатьох розчинниках, зокрема, у бензолі, хлороформі, сірководні (розчин НК у бензині давно відомий як гумовий клей). Для надання і забезпечення при експлуатації певної міцності, пружності і еластичності та обмеження притаманної НК високої пластичності його структурують шляхом вулканіза­ції (додаванням сірки і нагріванням). При взаємодії з киснем та іншими окислювачами НК старіє; при нагріванні понад 200⁰С розкладається, а при мінус 70⁰С стає дуже крихким.

Вважається, що найперше застосування НК було викликане потребою захисту від дощової води ще у XI ст. у Центральній Америці, де вирощується НК. Туземці називали сік каучуконосів “сльози дерева” (саме таке значення має переклад з індіанської мови слова каучук); вони використовували у грі, подібній до сучасного футболу, каучукові м’ячі; змочували свої ноги соком гевеї і під дією сонячного проміння та кисню повітря “формували” у такий спосіб щось подібне до сучасних гумових чобіт; просочували соком дерев-каучуконосів текстильні матеріали і отримували вироби на зразок сучасних водонепроникних плащів тощо. У Європі НК відомий майже 500 р. - у 1994 р. святкувалося 500-річчя відкриття Америки, з якої саме іспанці ще тоді привезли НК у Європу і назвали сік каучуконосів латексом. Та широкого застосування НК у Європі він не мав ні у часи Колумба, ні через 200 років після відкриття Америки, коли у місцях вирощування каучуконосів побував французький дослідник природи і за 8 років науково-дослідної діяльності виявив НК у соку каучуконосів. Тільки у 1810 р. французький хімік Карл Макінтош виявив розчинність каучуку у певних фракціях переробки нафти та можливість отримувати тканину, яка не промокає. У 1939 р. відкрито вулканізацію каучуку американським вченим Гуді Ієром (Good Year) і цю дату вважають початком широкомасштабного використання НК; дещо пізніше було відкрито вулканізацію під тиском в автоклавах, яка використовується і по сьогодні.

Основні галузі використання НК: виробництво гуми загального (санітарного, медичного, харчового, побутового, спортивного) та спеціального призначення (масло-, термо-, світло-, зносостійкі та електротехнічні); отримання композитів; виробництво пального твердопаливних реактивних двигунів (міжконтинентальних балістичних ракет, ракет-носіїв тощо); отримання клеїв і лаків (розчини в бензині, бензолі, хлороформі, сірковуглеці); замінник гутаперчі; присадка до мастил; виробництво пластмас і міцної екологічної упаковки для харчових продуктів.

Найважливіші характеристики гуми, які формує НК - структура (монолітні, пористі (звичайні і мікропористі), склад (наповнені і ненаповнені) та твердість (м’які, еластичні, середньої твердості, тверді, високої твердості, жорсткі або ебоніти).

Найбільшу частку серед виробів з гуми становлять гумові технічні вироби, які використовуються у машинобудуванні і обсяги використання яких постійно розширюються. Основними видами виробів у цій сфері є ущільнюючі, віброзвукоізоляційні, силові, протизношувальні, декоративні, фрикційні, захисні деталі; труби і рукави; привідні (силові) ремені; транспортні стрічки; опори ковзання; прокладки, шини. Виробництво шин широкого спектру використання (для швидкісних автомобілів і мотоциклів, літаків тощо) є основним фактором формування потреб світового ринку НК.

Вулканізати на основі НК мають дуже високі показники межі міцності (34–39 МПа проти 12 МПа у ізопренового синтетичного каучуку (СК), 32 МПа бутадієннітрильного СК, 25 МПа бутадієнстирольного СК); високу еластичність вони зберігають в межах від мінус 5⁰С до плюс 90⁰С. Властивості гуми з НК визначаються перш за все типом каучуку.

Найважливіші характеристики властивостей НК: екологічність (у переліку характеристик багатьма експертами ринку НК впродовж останніх років свідомо ставиться на перше місце), еластичність, здатність до деформації і стискання, стійкість до стирання, газо- і водопроникність, хімічна стійкість, щільність, тепло- та атмосферостійкість, електроізоляційні властивості. За комплексом споживних властивостей гуми з НК і в наш час, не дивлячись на величезну кількість гум з СК, відносять до особливо цінних для різноманітних виробів побутового призначення; у багатьох технічних галузях характеристики такої гуми є неперевершеними.

Основні товарознавчі характеристики НК як сировини обумовлюються методом його отримання та географічним районом вирощу­ван­ня. Найважливішим фактором формування споживних властивостей НК є спосіб отримання, залежно від якого НК поділяють на 8 типів і 35 сортів за якісними характеристиками (СК – понад 30 типів і 200 марок). Основні типи НК:

а) смокед-шітс (копчені, вуджені листи) – отримують після фільтрування і коагуляції латексу розчином оцтової кислоти, подальшого відтискання рідини вальцями, вимочування листів, сушіння і консервування копченням (останнє триває близько 1 тижня і запобігає псуванню НК, який є органічною сполукою); має форму рифлених листів, обумовлену коагуляцією на сітках, і бурштиновий колір; є частково прозорим; це найбільш цінний і поширений тип НК; переважно використовується для виготовлення клею та гумових виробів;

б) світлий креп – отримують обробленням латексу сірчистокислим натрієм, що забезпечує відбілювання і консервування з подальшою коагуляцією, вальцюванням і висушуванням; такий НК частково підвулканізований, може бути у вигляді листів чи у порошкоподібному стані; листи непрозорі і мають кремовий відтінок; є менш поширеним і менш цінним, ніж смокед-шітс; використовується, зокрема, для виготовлення підошов взуття. Стандартний малазійський НК – це спресована у брикети крихта;

в) пара-каучук – найменш цінний тип НК, що добувається із дикоростучої (не плантаційної) гевеї старовинним кустарним способом.

Якісні характеристики НК, яким він повинен відповідати як ринковий товар у світовій торгівлі, викладені у міжнародному стандарті якості і пакування каучуку (1979р.) та національних стандартах Великобританії (GB 8081-8090 - 87). Найчастіше світові ціни усіх видів НК формують на основі марки RSS3 (каучук інших сортів котирується вище або нижче означеного).

Основною перевагою НК є висока пружна деформація (до 1000%) – його можна розтягнути в 10 разів і він набуде вихідне положення (для порівняння - пружна деформація найпоширеніших СК складає: 500-600% бутадієнового, до 700% бутадієнстирольного і майже 900% ізопренового).

Ціни на НК тісно (прямо пропорційно) пов’язані з світовими цінами на СК (перш за все - бутадієнстирольний і бутадієновий), які, у свою чергу, за­ле­жать від цін на енергоносії, метали (що використовують у хімічній промисловості виробництва СК), складові СК (бутадієн, стирол), собівартості виробництва СК в основних регіонах продукування - Європі, США та Азії. Напр., у 2002 р. ціни на НК з цієї причини зросли майже на 20% порівняно з 2000 р.

Таблиця 8.1.