|
|
«Приручение» каучука Существует заблуждение, что изобретением резины европейцы обязаны Колумбу. На самом деле мореплаватель всего лишь оставил описание того, как туземцы островов Гаити играли с мячом, сделанным из загустевшего млечного сока, вытекавшего из порезов на коре гевеи бразильской. Само слово «каучук» на языке индейцев Амазонки произносится «као-чу» и означает «слезы дерева». Значительно позже европейцы, побывавшие в Америке, познакомились с каучуком поближе и даже научились, подобно местным жителям, пропитывать соком каучуконосного дерева свои плащи. Но в Старый Свет каучук попал только в 1751 году. Немного застывшего сока привез математик Шарль Ла Кондамин. Он долго наблюдал за своим «трофеем», но никак не мог сообразить, какую пользу каучук может принести ему лично и человечеству в целом. Кроме эластичности каучук не имел никаких других свойств. Поэтому математик назвал американскую резинку гуммиластиком и забыл о ней. И только почти 20 лет спустя застывшему соку нашли применение. Английский священник и химик Джозеф Пристли (Joseph Priestley) в 1770 году случайно обнаружил, что сырой натуральный каучук способен стирать следы графита (карандаша) лучше, чем частицы хлеба, которые использовались в то время с этой же целью. Это преимущество каучука связано с тем, что его трение по бумаге вызывает электростатическое напряжение, которое позволяет частицам каучука притягивать частицы графита. Приcтли назвал данное вещество «индийской резиной» (от англ. indian rubber - «индийский каучук»). Местом происхождения каучука была Америка, но в то время все американские вещи называли индийскими, и именно это неточное название сохранилось по сей день. Однако опыты с каучуком продолжались. Шотландский химик Чарльз Макинтош (Charles Mackintosh) однажды случайно испачкал им то ли пиджак, то ли брюки. Оказалось, что испорченная вещь приобрела водонепроницаемые свойства. Так родился прорезиненный плащ, названный в честь его изобретателя макинтошем. Однако «шотландский дождевик» далеко не сразу завоевал всеобщее признание. Дело в том, что натуральный каучук при похолодании терял свою эластичность, а в жару размягчался, становился липким и начинал дурно пахнуть. Еще не зная о таком свойстве материала, английский сапожник Рилли начал выпускать резиновую обувь. Говорят, его товар поначалу вызвал большой интерес, но когда припекло летнее солнышко, сапоги и калоши буквально расплавились на полках лавки. Несмотря на неудачу, постигшую Рилли, его дело продолжил американец Чарльз Гудир (Charles Goodyear). Он был бедным человеком, но, поставив перед собой цель «приручить» каучук, упорно добивался ее достижения. Рассказывают, что один промышленник, заинтересовавшись опытами изобретателя-самоучки, решил отыскать его. Он поинтересовался у соседей, как найти господина Гудира. Ему ответили, что «если вы встретите человека в резиновой шапке, брюках, сюртуке, накидке, башмаках и с резиновым кошельком без единого цента в нем, то это и будет Гудир». На самом деле изобретатель совершил переворот в технологии изготовления резиновых изделий. Он открыл принцип вулканизации резины, то есть особой обработки каучука, при которой последний соединяется с серой и вследствие этого приобретает способность не реагировать на перепады температуры. В 1843 году он запатентовал этот процесс. Как видите, к каучуку приложили руки и голову много интересных исторических личностей. Помимо всего прочего, Пристли нужно сказать спасибо еще и за газированную воду, а мистеру Гудиру – за известные американские автопокрышки Goodyear, прославляющие его фамилию и по сей день. Производство натурального каучука Натуральный каучук получают коагуляцией млечного сока (латекса) каучуконосных растений. В зависимости от того, в каких тканях накапливается каучук, каучуконосные растения делятся на: - латексные – каучук в млечном соке, - паренхимные – каучук в корнях и стеблях, - хлоренхимные – каучук в листьях и зеленых тканях молодых побегов. Промышленное значение имеют латексные деревья, которые не только накапливают каучук в большом количестве, но и легко его отдают. Из них наиважнейшее – гевея бразильская (Hevea Brasiliensis), дающая 96% мирового производства каучука. Гевея, хевея (Hevea), род вечнозелёных однодомных деревьев семейства молочайных. Около 12 видов, высота дерева 30—40 м, листья тройчатосложные, цветки мелкие, однополые, собранные в метельчатые соцветия. Плод коробочковидный. Семена овальные, крупные (до 3 см), с плотной коричневой оболочкой, быстро теряют всхожесть. Млечный сок растений содержит каучук, для получения которого применяют подсочку деревьев с 10—12-летнего возраста. С одного дерева получают от 3-4 до 7,5 кг каучука в год. Каучуконосы лучше всего произрастают не далее 10 градусов от экватора на север и на юг, т.к. очень требовательны к теплому влажному климату и плодородной почве. Полоса шириной 1300 км по обе стороны от экватора известна как «каучуковый пояс». Травянистые латексные каучуконосные растения из семейства сложноцветных (кок-сагыз, крым-сагыз и другие), произрастающие в умеренной зоне и содержащие каучук в небольшом количестве в корнях, промышленного значения не имеют. Развитие промышленности, начиная с конца XIX века, значительно повысило потребности в каучуке, поэтому кроме лесов бассейна Амазонки появились новые плантации гевей. Молодые деревца из Южной Америки посадили в Малайзии, Индонезии и на острове Цейлон, где они отлично прижились и дают большой урожай. Сейчас 30% производимого в мире каучука собирается на плантациях. Гектар плантаций гевеи бразильской дает от 950 до 2000 кг каучука в год. В настоящее время странами-лидерами в области производства каучука являются Индонезия, Малайзия, Таиланд и Шри-Ланка. Гевея выращивается на отдельных плантациях и в течение 13 лет (с 7 до 20) используется для производства каучука. Затем старые деревья вырубаются и идут на производство мебели. Сок каучукового дерева называется «латекс», который добывается при вырубании V-образного клина в стволе дерева. Он собирается в специальные коллекторы порциями по 45-60 грамм. Вискозная каучуковая масса очищается и прессуется в брикеты, которые затем высушиваются при высоких температурах, в результате чего масса приобретает более темный цвет. Состав латекса: Производство искусственного каучука Успешное решение проблемы промышленного синтеза каучука относится к числу наиболее значительных достижений науки и техники XX в., т.к. потребности промышленности явно превосходили природную возможность в выработке каучука каучуконосных растений. Синтез каучука в крупном заводском масштабе впервые в мире был осуществлен в 1932 году в СССР по способу, разработанному С. В. Лебедевым. В 1938 году было организовано промышленное производство бутадиен-стирольных каучуков в Германии, в 1942 – крупное производство синтетических каучуков в США. К 1972 году синтетические каучуки выпускали более чем в 20 странах. В разработке синтеза каучука С.В.Лебедев шел по пути подражания природе. Поскольку натуральный каучук – полимер диенового углеводорода, то С.В.Лебедев воспользовался также диеновым углеводородом, только более простым и доступным – бутадиеном. Сырьем для получения бутадиена служил этиловый спирт. Однако, полученные синтетические каучуки, превосходя натуральный по отдельным показателям, уступали ему в одном свойстве – эластичности. Между тем, это свойство является основополагающим при изготовлении таких изделий, как автомобильные и авиационные шины, испытывающие во время движения многократные деформации. Дальнейшие исследования показали, что натуральный каучук имеет стереорегулярное строение, группы -СН2- в макромолекулах каучука расположены не беспорядочно, а по одну и ту же сторону двойной связи в каждом звене, т.е. находятся в цис-положении. Такое расположение групп -СН2-, через которые осуществляется связь звеньев в макромолекуле, способствует естественному скручиванию ее в клубок, что и обуславливает высокую эластичность каучука. В случае же транс-строения звеньев макромолекулы оказываются более вытянутыми и такой эластичностью не обладают. В условиях синтеза стереорегулярное строение не получалось, что отражалось на свойствах полимера. Но проблему все же удалось решить, благодаря катализатору (металлический натрий), который обеспечивает стереорегулярную укладку в растущую полимерную цепь. В результате создается каучук по свойств аналогичный натуральному; он обладает хорошей водо- и газонепроницаемостью. Для повышения прочности и эластичности он, как и натуральный каучук, подвергается вулканизации. Широкое использование бутадиенового каучука для производства разнообразных резиновых изделий повлекло за собой серьезные изменения в сырьевой базе производства каучука. Во времена синтеза синтетического каучука С.В.Лебедевым сырьем для бутадиена служил этанол, а на его производство шли зерно и картофель. Интересы экономики требовали более доступных источников сырья, поэтому в настоящее время для синтеза каучука используются углеводороды, содержащиеся в нефтяных газах и в продуктах переработки нефти. Подобно тому, как натуральный каучук получают из латекса, искусственный каучук получают из синтетического латекса. Он вырабатывается из двух основных веществ: бутадиена-1,3 и стерина. Бутадиен-1,3 – это газ, получаемый из нефти, а стерин – жидкость, производимая из нефти и угля. Бутадиен-1,3 и стерин закачиваются в большие контейнеры, содержащие мыльный раствор, который облегчает процесс формирования частичек каучука. Добавляются катализаторы. Когда смесь в контейнере перемешивается, она постепенно превращается в жидкость молочного цвета – синтетический латекс, который внешне очень сходен с натуральным. Когда синтетический латекс приобретает нужную кондицию, добавляются ингибиторы, останавливающую реакцию. Затем латекс перекачивают в другой контейнер с кислотой и соляным раствором, где он свертывается. Свернувшиеся кусочки каучука выглядят серыми крупинками, который впоследствии омываются, чтобы удалить ненужные химические вещества. Синтетический каучук просушивается и спрессовывается в гранулы. Существуют разные виды синтетического каучука. Они вырабатываются путем добавления различных дополнительных веществ или соединения их особым образом. Классификация ластиков Каучуковые ластики Существует несколько видов ластиков, изготавливаемых на основе каучука: 1. Ластики с минимальным содержанием абразивных наполнителей и наполнителями, делающими материал ластика более эластичным; имеют светлый цвет и предназначены для быстрого и качественного удаления следов графита с рабочей поверхности. Принцип удаления написанных линий состоит в прилипании графита к ластику и одновременному очищению последнего трением о поверхность. Благодаря этим свойствам ластика, его стирающая поверхность постоянно обновляется. Если ластик правильно подобран к используемым бумаге, то рабочая поверхность остается без или с минимальными повреждениями. 2. Ластики с меньшим содержанием смягчающих наполнителей и небольшой долей абразивных веществ, а также большим процентом содержания других наполнителей и красителей. Такие ластики предназначены для повседневного использования и удаляют следы обычных канцелярских пишущих принадлежностей. 3. Относительно твердые ластики с большой долей абразивных веществ. В качестве абразивов используется наждак или пемза (размельченное вулканическое стекло). Основной причиной применения этих материалов является их способность снимать трением верхний слой бумаги вместе с линией, написанной чернилами или пастой шариковой ручки, одновременно вместе с ними частично стирается и поверхность ластика. Пользоваться этими ластиками надо осторожно; при стирании на низкокачественной бумаге они могут истирать ее до дыр. 4. Специальные ластики, состоящие только из каучука и большого количества растительного масла, без абразивных веществ и других наполнителей. Вулканизация при их производстве относительно мала. В результате возникает очень клейкий и легко деформирующийся ластик. Благодаря сильной клейкости ластика к нему хорошо прилипает слабо держащийся верхний слой рабочей поверхности. Это свойство используется при рисовании углем или сухими мелками. Адгезия к бумаге у этих материалов слабее, чем к ластику. Приклеенный след остается на ластике и тем самым постепенно его портит. Каучуковые ластики со временем становятся тверже. Процесс затвердевания ускоряется, если продукт находится на открытом воздухе или на солнце, поэтому каучуковые ластики рекомендуется хранить в упаковке. Если условия хранения соблюдаются, то ластики сохраняют свои свойства в течение многих лет. Синтетические ластики К этой группе относятся ластики из синтетического каучука, винила или пластика. Иногда их называют «пластиковыми» или «пластичными». Они, как правило, имеют декоративную форму, выпускаются различных цветов и отличаются отпечатанным на них рисунком - картинкой. Эти ластики практически не вызывают статического электричества, что значительно уменьшает прилипание частичек ластика к рабочей поверхности. Обычно при стирании от виниловых ластиков отделяются широкие длинные частички, что уменьшает количество движений, а сами частички легко смахиваются с рабочей поверхности. В отличие от каучуковых виниловые ластики не портятся с годами. Некоторые виды виниловых ластиков содержат микрокапсулы с растворителями, которые в процессе стирания лопаются, и выступивший растворитель воздействует на линию, ослабляя красящие вещества. В комплексе со стирающими свойствами винилового материала растворитель обеспечивает быстрое чистое стирание без повреждения рабочей поверхности. Механические ластики Механические ластики используют для окончательного удаления линий и следов с рабочей поверхности путем применения абразивных материалов и скребков. В таких случаях необходимо помнить, что удаляются не только линии, но и часть поверхности. Механический стекловолокнистый ластик имеет на окончании скопление узких стекловолокон, которые расположены параллельно внутри втулки, обеспечивающей их жесткость. Когда волокна истираются, двигающий механизм подает новую часть волокон. Рабочая часть волокон этого вида ластика должна иметь короткую длину. Такой ластик подходит для удаления чернильных линий (любого возраста) и даже ржавых пятен с автомобиля. Очень абразивный и требует осторожного применения. Нож для коррекции применяется для соскабливания линий и следов, имеющих большую толщину. Техника стирания заключается в соскабливании линии лезвием ножа, расположенным перпендикулярно рабочей поверхности. Состав ластиков Первые фабрики по производству ластиков из натурального каучука появились в конце XIX века в Америке и Германии. С тех пор изменилось многое – и состав, и форма, и цвет, неизменным осталось только название «ластик», произошедшее от латинского «гумми эластикум». Со временем на смену каучуку пришли различные эластомеры (полимеры, по качеству аналогичные резине), которые обеспечили ряд преимуществ: более длительный срок хранения и превосходное качество стирания. В настоящее время ластики производят из разных материалов: каучука (натурального, синтетического или даже сырого), пластика и винила. Но по-прежнему именитые производители указывают в аннотациях к своим лучшим образцам: «с добавлением натурального каучука». При производстве каучуковых ластиков сам по себе натуральный каучук является только связующим веществом и его количество не более 10-20% от общего состава ластика. Натуральный каучук хорошо стирает чернографитовые остатки с бумаги, но имеет один существенный недостаток – размазывает графит. Для улучшения качества стирания к натуральному каучуку необходимо добавлять дополнительные вещества. Необходимой добавкой является пластификатор на основе животных или ненасыщенных растительных масел, таких как рапсовое масло, смешанное, например, с серой. Практически, именно пластификатор – основное вещество, обеспечивающее качество стирания ластика. В середине 50-х годов XX века в производстве обычных ластиков стали применять полимеры (например, поливинилхлорид). Состав натуральных ластиков Основными компонентами натуральных ластиков являются: Фактис имеет бело-желтый цвет и добывается из молочка рапсового семени. Это наиболее важный ингредиент ластика, так как именно благодаря ему ластик получает способность к адсорбции графита. Благодаря добавлению серы и обрабатыванию массы при высоких температурах и под большим давлением (этот процесс называется вулканизацией), липкая каучуковая масса приобретает эластичность. Кварцевая пудра и другие наполнители, например, меловая или пемзовая пудра, добавляются в зависимости от предназначения ластика. Цвет ластика определяется входящими в него красителями. Например, литопон или цинк используются для белого ластика, сульфид ртути, оксид железа или сульфид сурьмы - для красного, и так далее. Мягкость ластика определяется пропорциональным содержанием каждого из компонентов. Мягкие ластики содержат больше фактиса, твердые – серы и наполнителей. Состав синтетических ластиков Синтетические ластики производятся из мягких виниловых материалов, которые содержат минимальное количество абразивных веществ. Часто в процессе изготовления этого вида ластиков добавляются дополнительные пластификаторы (размягчители), обеспечивающие повышение эластичности и адсорбции. Продукты, содержащие пластификаторы, обладают способностью их передачи другим синтетическим веществам при прямом контакте. Чтобы избежать данного процесса, синтетические ластики оборачиваются в полиэтилен; бумажная манжетка же позволяет держать такой ластик более комфортно во время его использования. Преимуществом синтетических ластиков является то, что «стружки» скатываются и легко удаляются, не пачкая и не прилипая к рабочей поверхности, в отличие от ластиков натуральных. |
