Одни компании по производству шин делают ставку на инновационные материалы компаундов, другие изменяют физическую структуру изделий 3D-формата. Примером этого являются шины Goodyear на основе соевого масла, изделия Pirelli из нижнекамских сортов изопреновых и дивинилстирольных каучуков, модели Bridgestone для полноприводных внедорожников. Что лучше?

Goodyear: ориентир на соевое масло

Компания Goodyear увеличивает экологичность своих шин. Ведущий инженер Волошинек сообщил, что в прошлом году был осуществлён серийный запуск изделий, где протектор выполнен на основе соевого масла. Благодаря инновации долю нефтепродуктов сократили на 60 %. Модели из линейки всесезонных Assurance WeatherReady стали отвечать новым стандартам экологичности, при этом их технические характеристики стали лучше адаптироваться к широкому спектру температур.

Изначально соевое масло рассматривалось как добавка к резиновой смеси. Но после того, как концерн Ford с Советом по производству сои получил весомые результаты при задействовании соевых продуктов, специалисты фирмы углубили и ускорили исследования в этой области. Благодаря триглицеридам смеси на основе масла стали полноценным заменителем основы для компаундов.

Термопластичность, эластичность и энергосберегающее микширование

Для всесезонных изделий показатель термопластичности важен, поскольку сцепление зоны контакта шин с мокрой, сухой, заснеженной, покрытой льдом поверхностью трассы напрямую зависит от характеристик резины. Обычно не удаётся избежать ухудшения каких-либо показателей. Поэтому оптимальный баланс между сцеплением шин и дорожного полотна обусловил выбор соевого масла.

Эластичность шин на основе соевого масла, их пластичность, экономичность в сравнении с нефтепродуктами стали другими движущими факторами замены. Лёгкое смешивание масла с составляющими компаунда, куда входит диоксид кремния, полимеры, обусловлено пониженной вязкостью и присутствием полиненасыщенных жирных кислот.

При микшировании затрачивается меньшее количество энергии, чем при использовании нефтепродуктов. Компания рассматривает вопрос использования высокоолеинового масла, которое задействуется в пищевой отрасли. Сейчас проводятся эксперименты, которые определяют его качество и пригодность для производства шин.

Вместо природного каучука для шин - искусственный из Татарстана

Нефтегазохимический комплекс Татарстана стал золотой жилой для предпринимателей. Ввиду роста цен на природный каучук его качественные заменители все больше интересуют производителей шин. Именно поэтому компания «Нижнекамскнефтехим» в декабре 2017 года подписала долгосрочный контракт о поставках искусственного каучука концерну Pirelli.

Минниханов, президент Татарстана, отметил, что за 10 лет объём поставок Pirelli вырос в 3 раза. Сейчас нижнекамцы и итальянцы сотрудничают не только по выпускаемой продукции, но совместно разрабатывают перспективные виды каучука, планируемого к серийному производству. Ввиду того, что Pirelli входит в пятёрку крупнейших производителей автошин (19 заводов, поставки в 160 стран мира), потребность в синтетическом каучуке и пластике позволит максимально загрузить производственные мощности «Нижнекамскнефтехима».

Планируется расширение выпуска изопренового каучука СКИ-3 до 330 тысяч тонн за год. В ближайших перспективах до 2021 года - увеличить выпуск всех видов искусственного каучука до миллиона тонн. Азат Бикмурзин, глава «Татнефтехиминвест-холдинга», сообщает, что через 2 года будут синтезировать 60 тыс. тонн дивинилстирольных каучуков для производства шин нового поколения. Сюда войдут 5 марок, рассчитанных на шины разного типажа и сезона.

Шины Bridgestone для полноприводных кроссоверов и внедорожников

Компания сделала акцент на экстерьере продукции. Она выпустила новую нешипованную зимнюю шину Blizzak DM-Z3З. Инновационный вариант рассчитан на владельцев полноприводных автомобилей. Отличие новой модели от старых состоит в комплексном совмещении микроскопических пор и специальных микроканавок, которые усиливают защиту от аквапланирования, предотвращают скольжение по льду. Контакт протектора с поверхностью дорожного полотна сопровождается впитыванием влаги (эффект «губки»), после чего она отводится через систему микродренажа.

Протектор оснащён кромками и ламелями формата 3D, которые имеют опорные вставки для предотвращения их деформации. За счёт этих инноваций давление в зоне контакта оптимизируется и распределяется равномерно. Кромка 3D-блока усиливает сцепление шины на промежутках дороги с крошащимся снежно-ледовым покрытием, что усиливает прохождение участка.

Поиск дешёвого сырья для производства побудил компанию начать строить лабораторию в Мекленбурге (Германия) для культивации русского одуванчика, последующего его использования в шинной промышленности вместо природного каучука. Ожидается, что стоимость запуска проекта составит 35 млн. евро, а млечный сок одуванчика успешно заменит сок гевеи из тропических регионов. Важную роль играет снижение стоимости транспортировки сырья, отказ от выжиганий тропических плантаций для расширения зон выращивания каучуконосных деревьев.

Природа и человек

Для большинства людей, населяющих нашу милую планету, такой материал как резина играет значимую роль на протяжении всей жизни, от микротрещинки в изделии номер два до перчаток на руках патологоанатома. Наиболее распространенным исходным материалом для производства резины является млечный сок бразильской гевеи, содержащий натуральный латекс. Разумеется, гевея - не самое распространенное дерево в мире, и вряд ли вы, выйдя из дома, тут же ее обнаружите. Но тот же млечный сок можно увидеть, сделав надрез на зеленой коробочке опиумного мака или сорвав одуванчик - на стебельке тут же проступит беленький ободок густой жидкости. Вот это и есть природный латекс. Из него получают каучук, которого в латексе бразильской гевеи примерно треть.

Слово «каучук» происходит от «каучу», что на языке амазонских индейцев означает «слеза млечного дерева». После изобретения процесса вулканизации Чарльзом Нельсоном Гудьиром, американским энтузиастом-экспериментатором, и получения в результате опытов той самой резины (патент от 3 июня 1844 года), которую нынче используют и вдоль и поперек, добыча латекса из гевеи приобрела промышленный размах.

С 1870 г. по 1912 г. в странах Латинской Америки вовсю разбушевалась так называемая каучуковая лихорадка. Сбор латекса стал одним из доходнейших легальных бизнесов этих стран. Денежки начали считать штабелями. Резиновые нувориши Бразилии, Перу и сопредельных государств пустились во все тяжкие, тратя доходы не на развитие производства, а на сладкую жизнь. И, как говорится, за что боролись, на то и напоролись.

Внезапно листья каучуконосных деревьев поразил грибок макроциклус, и они, пытаясь противостоять болезни, перестали выделять латекс. Громадные плантации пришли в упадок. Грибок оказался чрезвычайно устойчивым ко всякого рода средствам борьбы, легко мутировал и чихать хотел на усилия плантаторов отвоевать назад свои источники сладкой жизни.

Пострадали, порой вплоть до полного разорения, и крупные латиноамериканские производители каучука, и иностранные, такие как Генри Форд, приобретший огромную плантацию гевеи в Бразилии с целью сэкономить, объехав на собственной козе британских поставках каучука. Каучуковая лихорадка прошла в одночасье, заставив богатых плантаторов плакать, а бедных работников - голодать.

Пока Бразилия и иже с нею упивалась внезапно обрушившимся богатством, возводила дворцы и купалась в шампанском, предприимчивые люди в Европе туго задумывались о перспективах.

В 1879 году англичанин Генри Уикем тайно, не побоявшись закона, предусматривающего смертную казнь за подобные действия, умыкнул изрядную партию драгоценных семян гевеи, и в двадцатых годах прошлого века в Малазии, бывшей британской колонии, развернулись обширные плантации каучуконосного дерева. Затем гевея была распространена и в других экваториальных странах региона.

В отличие от Латинской Америки, в Юго-Восточной Азии не было никаких факторов, препятствующих разведению гевеи. Вскорости, благодаря отсутствию микроциклуса и дешевизне рабочей силы, азиатский каучук стал намного дешевле латиноамериканского. Впрочем, бытует мнение, что грибок просто припозднился в дороге и со временем доберется и в Азию. Количество же каучука, поучаемое в странах Латинской Америки, в настоящее время не покрывает и их собственных потребностей. Крупные компании, такие как «Michelin», тратят гигантские суммы на поиски способов борьбы с грибком, но ничего радикального пока не найдено.

Параллельно таким исследованиям ведутся поиски альтернативных источников латекса. И самым перспективным из них оказался вредитель огородный - одуванчик. Точнее, его казахстанский родственник - кок-сагыз, прозванный у западных ученых «русским одуванчиком».

Попытки получить каучук из кок-сагыза уже были. Во время Второй мировой войны, когда японская армия вторглась в Юго-Восточную Азию и захватила европейские колонии, производящие каучук, производители изделий из резины были вынуждены вновь обратиться к латиноамериканским плантаторам. Однако, объемы собираемого ими латекса были удручающе малы. А война - это не только храбрость солдат, но еще и материально-техническое оснащение. Срочно требовались другие источники латекса.

И тогда в США, Европе и Советском Союзе начали культивировать кок-сагыз, повышая его урожайность сульфатом цинка. Неискоренимый сорняк, бич садов и огородов сделался важной стратегической культурой. В млечном соке русского одуванчика содержится около 14% каучука, что вполовину меньше, нежели в латексе гевеи. Однако, он неприхотлив, не подвержен заболеваниям и благосклонен к усилиям ученых по выведению сортов, более приспособленных для производственных нужд.

Когда война закончилась, производители изделий из резины вернулись к прежним, азиатским источникам каучука. Основными потребителями сырья для производства резины были и остаются в наши дни производители автомобильных шин. Самые крупные из них - Michelin, Bridgestone, Continental, Goodyear и Dunlop, захватившие и мирно поделившие между собой боле половины мировых объемов производства авторезины.

Итак, захватчики были разбиты, и все вернулось на круги своя. Азиатские страны продолжили собирать латекс, южноамериканские - искать пути борьбы с грибком.

Но развитие производств и увеличение потребления, поскольку каждый совершеннолетний был желал самостоятельно порулить, привело к тому, что сельскохозяйственных площадей, отведенных в азиатских странах под каучуковые плантации, не стало хватать.

Роме того, из словаря финансистов и биржевиков просочилось в речь обыденную такое слово как волатильность - показатель изменчивости цен. Например, если в начале 2011 года стоимость килограмма каучука подскочила до $6 за килограмм, то в настоящее время она обвалилась до $2.

Причин тому множество, от погодных условий до трейдерских спекуляций на бирже. Нужен был источник каучука с прогнозируемой ценой. И тогда вновь вспомнили про одуванчик.

Ford Motor, не желая вновь наступать на бразильские грабли, совместно с Университетом штата Огайо начал изучать возможности промышленного получения каучука из одуванчиков. К проекту примкнули японская компания «Bridgestone» и американская «Cooper Tire & Rubber». Была сформирована команда ученых во главе с Катриной Корниш, и утвержден семилетний план исследований.

Ведутся они по двум направлениям: генетическая модификация и традиционная селекция с целью окультурить полевое растение. Латекс извлекается из основного корневища кок-сагыза. Генетики заняты тем, чтобы сделать растение более высоким, а его листья не отлогими, а прямостоящими. Тогда сельхозуборочная техника сможет легко захватывать его и выдергивать из земли вместе с корнем.

Несмотря на то, что одуванчик - растение, неизбалованное уходом и нетребовательное, существует немало насекомых и мелких грызунов, с удовольствием поедающих его семена.

«Мы обнаружили, что этими семенами в поле питаются и муравьи, и черви, и мыши», - так обосновывает Катрина Корниш необходимость поиска способов защиты посевов. Сейчас уже найдены некоторые пути, такие как укладка глиняного защитного слоя вокруг семян, либо смешивание их со стерилизованными семенами кентуккийского мятлика, чтобы соблазнить оголодавших вредителей лакомиться последними.

На экспериментальном участке команда Катрины Корниш добилась впечатляющего результата: свыше полутора тысяч килограммов каучука с гектара. Этот показатель вполне соответствует урожайности отборных азиатских плантаций гевеи. Однако достигнут он, что называется, в тепличных условиях. И сейчас русский одуванчик отправлен на полевые испытания, которые осуществляются в условиях фермы площадью около восьми акров (три с небольшим гектара).

По словам Чака Юрковича, начальника отдела исследований и развития в компании «Cooper Tire & Rubber», существует реальная перспектива в скором времени «получить стабильный источник натурального каучука, с устойчивой стоимостью, что поможет нам вырваться из режима безудержных ценовых колебаний».

Параллельно исследовательские работы ведутся и в странах Европейского сообщества, в частности, в Нидерландах, при поддержке ЕС и производителей шин Индии - India’s Apollo Tyres Ltd. и Чехии - Mitas a.s., а также в Германии, в мюнстерском Институте молекулярной биологии и прикладной экологии Общества имени Фраунгофера. Ученые Европы основной упор делают на традиционную селекцию. Ими применяется способ точечных посевов, когда семена укладываются в землю по одному, на одинаковом расстоянии друг от друга.

В настоящее время на экспериментальных полях университета Мюнстера получен урожай свыше пятисот килограммов каучука с гектара, и руководитель проекта Дирк Пруфер уверен, что в дальнейшем удастся достигнуть тысячи.

Конечно, и химическая промышленность не стоит на месте. Давно изобретены искусственные заменители каучука. Но в той же шинной промышленности до сих пор нет возможности отказаться от натуральных источников. Содержание натурального каучука в шинах легковых автомобилей колеблется от 10 до 40 процентов. Шины большегрузных автомобилей, самолетов и строительной техники должны содержать еще более высокий процент. Только натуральный каучук обладает достаточной устойчивостью к колебаниям температуры, а также прочностью на разрыв, что особенно важно в случае образования микротрещин в процессе эксплуатации.

Вот и получается, что современный мир возлагает большие надежды на маленький одуванчик, статус которого неуклонно меняется от огородного вредителя до надежды и опоры мировой промышленности. Катрина Корниш уверена, что после завершения семилетней программы исследований в 2020 году начнется эпоха освоения русским одуванчиком сельскохозяйственных просторов страны.

Ирина Грановская

"Хочешь жить – умей вертеться", — гласит народная мудрость. Пока цены на нефть стремительно растут и появляются всё новые разработки в области биотоплива, каучуковая промышленность тоже не дремлет, подыскивая для себя альтернативный источник для производства резины.

Учёные из исследовательских центров OARDC (Ohio Agricultural Research and Development Center) и OBIC (Ohio BioProducts Innovation Center) получили грант в размере $3 миллиона. В сотрудничестве с другими фирмами и университетами им предстоит создать проект перерабатывающего завода, который бы производил из млечного сока корней одуванчиков качественную резину за меньшие деньги.

Этот штат был выбран для подобного эксперимента неслучайно. В Огайо находится одно из крупнейших во всей стране производств изделий из резины (так уж исторически сложилось).

На данный момент дела с доступностью натурального каучука обстоят не лучшим образом. Ведь бразильская гевея (Hevea brasiliensis ) – основной коммерческий источник этого материала в мире — теперь произрастает в основном в Юго-Восточной Азии и Африке (болезнь уничтожила почти все растения в Южной Америке).

Так сложно представить, что кто-то в мире может намеренно выращивать одуванчики, да ещё и выделять под них огромные теплицы (фото Tom Dodge).

После Первой мировой войны во многих странах мира были предприняты попытки отыскать местные растения-каучуконосы. Тех, что содержали каучук и подобные ему соединения, оказалось достаточно много. Однако по разным причинам масштабных проектов по созданию производств на новом сырье так и не появилось.

В СССР также некоторое время резину получали из млечного сока одуванчиков, а именно из вида кок-сагыз (Taraxacum kok-saghyz ), признанного одним из лучших по своим показателям. «Коренной житель» Казахстана, в США более известный как «русский одуванчик», неплохо прижился и в лабораториях OARDC. Её сотрудники недавно ездили в наши края за очередной порцией образцов.

В отличие от одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale ), кок-сагыз является куда более эффективным каучуконосом: в его корнях содержится 6-11% каучука (в корнях дикорастущих растений — до 27%). При этом по качеству он не уступает каучуку из гевеи, даже если растения не модифицированы и не отобраны.

Отличить «братьев» обычному человеку почти невозможно: единственная более-менее заметная разница в толщине листьев - у кок-сагыза они более тонкие.

Ещё одно преимущество этого вида в том, что его корни на 45% состоят из инулина, естественного углеводорода, который можно переводить в этанол. Таким образом, из сырья можно получать и каучук, и инулин.

Вероятно, со временем одуванчиковые плантации станут стратегически важными, по крайней мере, так считают в Конгрессе США, который уже сейчас рассматривает млечный сок этого растения как будущую основу производства резины для нужд обрабатывающей и военной промышленности.

Пока исследователи собирают и сортируют растения вручную (фото Tom Dodge).

На данный момент Штаты на все сто процентов зависят от импорта натурального каучука из Юго-Восточной Азии. А между тем цены на него выросли с 2002 года почти в семь раз, что обходилось государству в среднем в $3,3 миллиарда ежегодно.

Мало того, поставки со временем могут значительно сократиться, так как на себя «тянут одеяло» быстроразвивающиеся Китай и Индия вкупе со странами бывшего СССР, да и всё большая индустриализация Юго-Восточной Азии даёт о себе знать.

Синтетические же каучуки не могут заменить натуральные в большинстве отраслей (80% из более чем миллиона тонн импортируемого растительного сырья расходуется на производство покрышек для автомобилей, самолётов и различной техники).

«Сколько бы химических методов мы ни применили, до сих пор нет никакой возможности создать искусственные заместители, способные „противостоять“ натуральному каучуку», — говорит Уильям Рэвлин (William Ravlin), один из вовлечённых в проект учёных.

Подводя итог, можно сказать: с ужасом ждёт Конгресс 2020 года, когда спрос на растительный каучук превысит предложение на 15%. А чтобы не было страшно, всячески поощряет подобные программы.

По мнению экспертов из Огайо, более эффективным производство станет тогда, когда специально обученные фермеры сядут на свои тракторы и займутся сбором одуванчиков с помощью машин, разработанных для вытаскивания из земли луковиц тюльпанов.

Но не тут-то было! Фермеры забеспокоились. Нет, дело вовсе не в том, что одуванчик (который, по мнению обывателей, является одним из самых распространённых сорняков) очень даже полезен, может быть употреблён как салатная трава или как лекарство.

Фермеры побоялись другого, а именно опасного соседства – ведь их посевы продовольственных культур могут быть вытеснены полями с одуванчиками для каучукового производства.

На первых порах и тестирование сока – ручная работа (фото Tom Dodge).

Что ж это получается? С одной стороны бесконечные кукурузные поля и пруды, заполненные водорослями (это для топливной промышленности), с другой – массивы солнечных батарей (для электроэнергетики), а с третьей — ещё и бескрайние поля сорняков, которые к тому же будут распространять свои семена по округе (эти для заводов по производству резины).

А ведь в мире свирепствует продовольственный кризис!

Учёные фермеров пока никак не успокаивают, и даже, наоборот, заявляют о том, что уже работают над селекцией растений. Так, группа Мэттью Кляйнхенца (Matthew Kleinhenz) из OARDC говорит, что уже отобрала достаточно большое количество семян растений, дающих 15 килограммов каучука с каждых 100 килограммов сухих корней одуванчиков.

Сначала из высушенных корней в ходе нескольких процессов выделяют инулин. Оставшийся материал смалывают в ёмкости с фарфоровыми шариками, которые снимают с корней кожицу. Затем 90-95% каучука экстрагируется с помощью воды (фото PENRA).

На данный момент отрабатывается технология высадки и сбора урожая кок-сагыза (в какие сроки и на каком расстоянии друг от друга будут выращиваться одуванчики). Учёные подыскивают болезне- и засухоустойчивые растения. И это при том что одуванчик, как известно, весьма неприхотлив.

Первые тесты, проведённые в лабораториях, показали, что каучук из кок-сагыза ничем не уступает тому, что получают из гевеи.

Исследователи надеются, что уже через несколько лет первый завод по производству резины из сока одуванчиков выйдет на рабочую мощность в 20 миллионов тонн ежегодно. А к 2015-му количество продаваемого продукта увеличится втрое.

Каучуки - это высокомолекулярные соединения, которые используются для получения резин, эбонитов и лаков, клеев, вяжущих веществ. Каучуки имеют линейное строение, обладают высокой эластичностью, широким диапазоном рабочих температур. При температуре 100° С они становятся хрупкими, а при температуре 200° С разжижаются (табл. 8.6).

Натуральный каучук (ПК) получают из млечного сока каучуконосных тропических растений. Сок обрабатывают кислотами и затем вальцуют образующийся продукт.

Синтетические каучуки (СК) получают полимеризацией непредельных соединений. В зависимости от вида исходного материала и условий их обработки изготавливают каучуки с различными свойствами и стойкостью (табл. 8.7).

Резина и эбонит - продукты вулканизации каучука. Ее проводят в присутствии веществ-вулканизаторов (часто серы, оксидов металлов)

при повышенной температуре. В зависимости от количества введенного вулканизатора получают мягкую резину (2-Л % 8), полужесткую (12-20% 8) и жесткую резину (30-50% 8). Последняя носит название эбонит.

Резины обладают уникальной способностью к обратной деформации в сочетании с высокой эластичностью и прочностью,

сопротивляемостью к истиранию, воздействию агрессивных сред, газо- и водонепроницаемостью.

Бутадиен-стиролъный каучук (СКС) - сополимер бутадиена и стирола. Эбониты на его основе характеризуются высокой химической стойкостью. Они стойки в сухом и влажном хлоре, в концентрированной уксусной кислоте до 65 °С, могут эксплуатироваться длительное время в 36 %-й соляной кислоте до 80 °С.

Бутадиен-нитржъный каучук (СКН) - сополимер бутадиена и нитрила акриловой кислоты. Резины на его основе обладают бензо-маслостойкостью, высокой сопротивляемостью абразивному износу и высокой теплостойкостью (до 100 °С).

Хлорпреновый каучук носит название наирит. Основным сырьем для его получения являются дешевые и доступные газы - ацетилен и хлористый водород.

Наириты растворяются в органических растворителях и дают маловязкие и концентрированные растворы, которые легко можно наносить на защищаемую поверхность. Невулканизированные покрытия из наирита являются термопластичными. Они размягчаются при температуре выше 40°С. Если их выдержать несколько дней в растворе серной кислоты или хлористого натрия при 60-70° С, то покрытие вулканизируется и приобретает свойства резины. Такие покрытия отличаются хорошим сопротивлением старению, могут работать в кислотах, щелочах и растворах солей до 70 °С. Выдерживают кратковременный нагрев до 90-95 °С.

Гуммированием называется покрытие химической аппаратуры резиной или эбонитом. Внутреннюю поверхность аппарата обкладывают одним, двумя или более слоями сырой листовой резины с последующей вулканизацией. Вулканизация производится в специальных котлах, обогреваемых острым паром. Она может быть произведена заполнением аппарата кипящей водой, водными растворами солей, имеющими температуру кипения выше 100°С. Сырая резиновая смесь при нагревании превращается в прочную эластичную резину. Обкладками из хлоропреновых каучуков защищают трубопроводы, электролизеры, резервуары.

Сырая резина в железнодорожных цистернах подвергается самовулканизации без подогрева, которая летом завершается за месяц.

Эбониты обладают хорошей адгезией к металлу. Это свойство используется для создания двухслойного покрытия, которое часто применяется на химических заводах. Нижний слой делают из эбонита, а верхний слой выполняют из мягкой резины. Такие покрытия устойчивы к действию соляной, плавиковой, уксусной, лимонной кислот, щелочей и растворов солей до 65 °С. Они разрушаются только в сильно

окислительных средах - в концентрированной серной кислоте и в азотной кислоте.

В качестве примера рассмотрим защиту теплообменной аппаратуры резиновыми покрытиями. Тонкие и бакелитовые покрытия стальных труб теплообменных аппаратов достаточно хорошо защищают сталь от коррозии. Но они не защищают ее от эрозии и интенсивного гидроабразивного износа. Между тем, часть теплообменной аппаратуры подвергается сильному износу под воздействием вод со взвешенными механическими твердыми частицами. В этом случае надежная защита от коррозионного и абразивного износа может быть достигнута только с помощью резиновых покрытий. Покрытия из наирита показали хорошие защитные свойства. Опыт эксплуатации таких теплообменников имеется на некоторых заводах России и США (рис. 8.6).

Следует учесть только, что у гуммированного теплообменника будет снижен коэффициент теплопередачи по сравнению с теплообменником без защитного покрытия.

Бутжкаучук является продуктом совместной полимеризации изо-бутилена и изопрена. Он отличается инертностью к воздействию агрессивных сред, высокой газонепроницаемостью и малой водона-бухаемостью. Резины на его основе противостоят действию некоторых органических растворителей.

Силиконовые каучуки обладают высокой теплостойкостью до 250- 300 °С и морозостойкостью до - 50 -1-60 °С. Их недостатком является сравнительно низкая коррозионная устойчивость.

Фторкаучуки являются непревзойденным материалом по химической стойкости и теплостойкости. Изделия на их основе можно эксплуатировать в сильно агрессивных средах и окислителях до температуры 200 °С. Недостатком этого вида каучука является его высокая усадка, что затрудняет его применение для защиты химической аппаратуры.

Алкадиены

ГЕВЕЯ БРАЗИЛЬСКАЯ

(Hevea brasiliensis )

Каучуконосы

Добытчик каучука, коагулирующий собранный латекс, сначала собирая его на палку, а затем удерживая ее над чаном с дымом

Переработка каучука на плантации в Восточном Камеруне

Каучуки - натуральные или синтетические материалы, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём специальной обработки получают резину. Природный каучук получают из жидкости молочно-белого цвета, называемой латексом , - млечного сока каучуконосных растений.

В технике из каучуков изготовляют шины для автотранспорта, самолётов, велосипедов; каучуки применяют для электроизоляции, а также производства промышленных товаров, медицинских приборов и латексних матрасов.

Химические свойства

1928 г.

Диеновые синтезы (реакция Дильса-Альдера)

Резина

Вулканизация каучука

Натуральные и синтетические каучуки используются преимущественно в виде резины, так как она обладает значительно более высокой прочностью, эластичностью и рядом других ценных свойств. Для получения резины каучук вулканизируют. Многие учёные работали над вулканизацией каучука.

В 1834 году немецкий химик Людерсдорф впервые обнаружил, что каучук можно сделать твёрдым после обработки его раствором серы в скипидаре.

Американский торговец Чарльз Гудьир был одним из неудачливых предпринимателей, который всю жизнь гнался за богатством. Он увлёкся резиновым делом и, оставаясь порой без гроша, настойчиво искал способ улучшить качество резиновых изделий. Гудьир открыл способ получения нелипкой, прочной и упругой резины путём смешения каучука с серой и нагревания.

В 1843 году Гэнкок, независимо от Гудьира, нашёл способ вулканизировать каучук погружением его в расплавленную серу, а несколько позднее Паркс открыл возможность получения резины обработкой каучука раствором полухлористой серы (холодная вулканизация ).

Англичанин Роберт Вильям Томсон, который в 1846 году изобрёл «патентованные воздушные колёса», и ирландский ветеринар Джон Бойд Денлоб, натянувший каучуковую трубку на колесо велосипеда своего маленького сына, и не подозревали, что тем самым положили начало применению каучука в шинной промышленности.

Современная технология резинового производства осуществляется по следующим этапам:

Из смеси каучука с серой, наполнителями (особенно важным наполнителем служит сажа) и другими веществами формуют нужные изделия и подвергают их нагреванию. При этих условиях атомы серы присоединяются к двойным связям макромолекул каучука и «сшивают» их, образуя дисульфидные «мостики». В результате образуется гигантская молекула, имеющая три измерения в пространстве - как бы длину, ширину и толщину. Полимер приобретает пространственную структуру:

Такой каучук (резина) будет, конечно, прочнее невулканизированного. Меняется и растворимость полимера: каучук, хотя и медленно, растворяется в бензине, резина лишь набухает в нём. Если к каучуку добавить больше серы, чем нужно для образования резины, то при вулканизации линейные молекулы окажутся «сшитыми» в очень многих местах, и материал утратит эластичность, станет твёрдым - получится эбонит . До появления современных пластмасс эбонит считался одним из лучших изоляторов.

Вулканизированный каучук имеет бoльшую прочность и эластичность, а также большую устойчивость к изменению температуры, чем невулканизированный каучук; резина непроницаема для газов, устойчива к царапанию, химическому воздействию, жаре и электричеству, а также показывает высокий коэффициент трения скольжения с сухими поверхностями и низкое - с увлажнёнными.

Ускорители вулканизации улучшают свойства вулканизаторов, сокращают время вулканизации и расход основного сырья, препятствуют перевулканизации. В качестве ускорителей используются неорганические соединения (оксид магния MgO, оксид свинца PbO и другие) и органические: дитиокарбаматы (производные дитиокарбаминовой кислоты), тиурамы (производные диметиламина), ксантогенаты (соли ксантогеновой кислоты) и другие.

Активаторы ускорителей вулканизации облегчают реакции взаимодействия всех компонентов резиновой смеси. В основном, в качестве активаторов применяют оксид цинка ZnO.

Антиокислители (стабилизаторы, противостарители) вводят в резиновую смесь для предупреждения «старения» каучука.

Наполнители - повышают физико-механические свойства резин: прочность, износостойкость, сопротивление истиранию. Они также способствуют увеличению объёма исходного сырья, а, следовательно, сокращают расход каучука и снижают стоимость резины. К наполнителям относятся различные типы саж (технический углерод), минеральные вещества (мел CaCO 3, BaSO 4, гипс CaO 2H 2O, тальк 3MgO 4SiO 2 2H 2O, кварцевый песок SiO 2).

Пластификаторы (мягчители) - вещества, которые улучшают технологические свойства резины, облегчают её обработку (понижают вязкость системы), обеспечивают возможность увеличения содержания наполнителей. Введение пластификаторов повышает динамическую выносливость резины, сопротивление «стиранию». В качестве пластификаторов используются продукты переработки нефти (мазут, гудрон, парафины), вещества растительного происхождения (канифоль), жирные кислоты (стеариновая, олеиновая) и другие.

Прочность и нерастворимость резины в органических растворителях связаны с её строением. Свойства резины определяются и типом исходного сырья. Например, резина из натурального каучука характеризуется хорошей эластичностью, маслостойкостью, износостойкостью, но в то же время мало устойчива к агрессивным средам; резина из каучука СКД имеет даже более высокую износостойкость, чем из НК. Бутадиенстирольный каучук СКС способствует повышению износостойкости. Изопреновый каучук СКИ определяет эластичность и прочность резины на растяжение, а хлоропреновый - стойкость её к действию кислорода.

В России первое крупное предприятие резиновой промышленности было основано в Петербурге в 1860 году, впоследствии названное «Треугольником» (с 1922 года - «Красный треугольник»). За ним были основаны и другие российские заводы резиновых изделий: «Каучук» и «Богатырь» в Москве, «Проводник» в Риге и другие.

Применение резины в промышленных товарах

Каучук имеет огромное народнохозяйственное значение. Чаще всего его используют не в чистом виде, а в виде резины. Резиновые изделия применяют в технике для изоляции проводов, изготовления различных шин, в военной промышленности, в производстве промышленных товаров: обуви, искусственной кожи, прорезиненной одежды, медицинских изделий…

Резина - высокоэластичное, прочное соединение, но менее пластичное, чем каучук. Она представляет собой сложную многокомпонентную систему, состоящую из полимерной основы (каучука) и различных добавок.

Наиболее крупными потребителями резиновых технических изделий являются автомобильная промышленность и сельскохозяйственное машиностроение. Степень насыщенности резиновыми изделиями - один из основных признаков совершенства, надёжности и комфортабельности массовых видов машиностроительной продукции. В составе механизмов и агрегатов современных автомобиля и трактора имеются сотни наименований и до тысячи штук резиновых деталей, причём одновременно с увеличением производства машин возрастает их резиноёмкость.

Виды резины и их применение

В зависимости от структуры резину делят на непористую (монолитную) и пористую.

Непористую резину изготовляют на основе бутадиенового каучука. Она отличается высоким сопротивлением истиранию. Срок износа подошвенной резины в 2-3 раза превышает срок износа подошвенной кожи. Предел прочности резины при растяжении меньше, чем натуральной кожи, но относительное удлинение при разрыве во много раз превышает удлинение натуральной подошвенной кожи. Резина не пропускает воду и практически в ней не набухает.

Резина уступает коже по морозостойкости и теплопроводности, что снижает теплозащитные свойства обуви. И наконец, резина является абсолютно воздухо- и паронепроницаемой. Непористая резина бывает подошвенная, кожеподобная, и транспарентная.

Обычную непористую резину применяют для изготовления формованных подошв, накладок, каблуков, полукаблуков, набоек и других деталей низа обуви.

Пористые резины применяют в качестве подошв и платформ для весенне-осенней и зимней обуви.

Кожеподобная резина - это резина для низа обуви, изготовленная на основе каучука с высоким содержанием стирола (до 85%). Повышенное содержание стирола придаёт резинам твёрдость, вследствие чего возможно снижение их толщины до 2,5-4,0 мм при сохранении хороших защитных функций.

Эксплуатационные свойства кожеподобной резины сходны со свойствами натуральной кожи. Она обладает высокой твёрдостью и пластичностью, что позволяет создавать след обуви любой формы. Кожеподобная резина хорошо окрашивается при отделке обуви. Она имеет высокую износостойкость благодаря хорошему сопротивлению истиранию и устойчивости к многократным изгибам. Срок носки обуви с подошвой из кожеподобной резины составляет 179-252 дня при отсутствии выкрошивания в носовой части.

Недостатком этой резины являются невысокие гигиенические свойства: высокая теплопроводность и отсутствие гигроскопичности и воздухонепроницаемости.

Кожеподобную резину выпускают трёх разновидностей: непористой структуры с плотностью 1,28 г/см 3, пористой структуры, имеющую плотность 0,8-0,95 г/см 3, и пористой структуры с волокнистым наполнителем, плотность которых не выше 1,15 г/см 3. Пористые резины с волокнистыми наполнителями называются «кожволон ». Эти резины по внешнему виду сходны с натуральной кожей. Благодаря волокнистому наполнителю повышаются их теплозащитные свойства, они отличаются лёгкостью, эластичностью, хорошим внешним видом. Кожеподобные резины применяют в качестве подошвы и каблука при изготовлении летней и весенне-осенней обуви клеевого метода крепления.

Транспарентная резина - это полупрозрачный материал с высоким содержанием натурального каучука. Отличается высоким сопротивлением истиранию и твёрдостью, по износостойкости превосходит все виды резин. Транспарентные резины выпускают в виде формованных подошв (вместе с каблуками), с глубоким рифлением на ходовой стороне.

Разновидостью транспорентной резины является стиронип , содержащий большее количество каучука. Сопротивление многократному изгибу у стиронипа в три с лишним раза выше, чем у обычных непористых резин. Стиронип применяется при изготовлении обуви клеевого метода крепления.

Резина пористой структуры имеет замкнутые поры, объём которых в зависимости от вида резины колеблется от 20 до 80 % её общего объёма. Эти резины имеют ряд преимуществ по сравнению с непористыми резинами: повышенные мягкость, гибкость, высокие амортизационные свойства, упругость.

Недостатком пористых резин является способность давать усадку, а также выкрошиваться в носочной части при ударах. Для повышения твёрдости пористых резин в их состав вводят полистирольные смолы.

В настоящее время освоено производство новых видов пористых резин: порокрепа и вулканита . Порокреп отличается красивым цветом, эластичностью, повышенной прочностью. Вулканит - пористая резина с волокнистыми наполнителями, обладающая высокой износостойкостью, хорошей теплозащитностью. Пористые резины применяют в качестве подошв для весенне-осенней и зимней обуви. Метод производства сырых резиновых заготовок в виде непрерывной ленты нужной толщины и ширины. Каландрирование улучшает физико-химические свойства резиновой смеси, от него зависит расход резиновых смесей и качество изделий.