Гевея: полезные свойства каучукого дерева

Важнейшие виды синтетического каучука

Вышерассмотренный бутадиеновый каучук (СКБ) бывает двух видов: стереорегулярный и нестереорегулярный. Стереорегулярный бутадиеновый каучук применяют главным образом в производстве шин (которые превосходят шины из натурального каучука по износостойкости), нестереорегулярный бутадиеновый каучук — для производства, например, кислото- и щелочестойкой резины, эбонита.

В настоящее время химическая промышленность производит много различных видов синтетических каучуков, превосходящих по некоторым свойствам натуральный каучук. Кроме полибутадиенового каучука (СКБ), широко применяются сополимерные каучуки — продукты совместной полимеризации (сополимеризации) бутадиена с другими непредельными соединениями, например, со стиролом (СКС) или с акрилонитрилом (СКН). В молекулах этих каучуков звенья бутадиена чередуются со звеньями соответственно стирола и акрилонитрила.

Бутадиен-стирольный каучук отличается повышенной износостойкостью и применяется в производстве автомобильных шин, конвейерных лент, резиновой обуви.

Бутадиен-нитрильные каучуки — бензо- и маслостойкие, и поэтому используются, например, в производстве сальников.

Винилпиридиновые каучуки — продукты сополимеризации диеновых углеводородов с винилпиридином, главным образом бутадиена с 2-метил-5-винилпиридином.

Резины из них масло-, бензо- и морозостойки, хорошо слипаются с различными материалами. Применяются, в основном, в виде латекса для пропитки шинного корда.

В России разработано и внедрено в производство получение  синтетического полиизопренового каучука (СКИ), близкого по свойствам к натуральному каучуку. Резины из СКИ отличаются высокой механической прочностью и эластичностью. СКИ служит заменителем натурального каучука в производстве шин, конвейерных лент, резин, обуви, медицинских и спортивных изделий.

Кремнийорганические каучуки, или силоксановые каучуки, применяются в производстве оболочек проводов и кабелей, трубок для переливания крови, протезов (например, искусственных клапанов сердца) и др. Жидкие кремнийорганические каучуки — герметики.

Полиуретановый каучук используется как основа износостойкости резины.

Фторсодержащие каучуки имеют как особенность повышенную термостойкость и поэтому используются главным образом в производстве различных уплотнителей, эксплуатируемых при температурах выше 200 °C.

Хлоропреновые каучуки — полимеры хлоропрена (2-хлор-1,3-бутадиена) — по свойствам сходны с натуральным каучуком, в резинах применяются для повышения атмосферо-, бензо- и маслостойкости.

Находит свое применение вспененный каучук. Вспениванию подвергаются различные виды каучуков. Существует и неорганический синтетический каучук — полифосфонитрилхлорид.

Процесс производства натурального каучука

Производство натурального сырья основано на коагуляции латекса, так называют сок, выделяемый каучуконосами. Другими словами, в процессе производства, происходит укрупнение частиц мелкого размера, содержащихся в латексе в более крупные.

Получение натурального каучука

Как уже отмечалось, латекс, в том или ином виде содержится во многих растениях, прием он может находиться в корневой системе и стебле, такой каучук называют паренхимным, тот, который, содержится в листьях называют хлоренхимным, а тот, который находят в млечном соке называют латексным или латекс.

Практически весь натуральный каучук добывают из деревьев. С момента начала промышленной добычи этого сырья ни одно растение не превзошло гевею. Она изначально росла в Южной Америке и до сих пор из нее добывают 96% натурального продукта в мировой экономике. Млечный сок, который несет в себе латекс начинают добывать из этого растения с момента достижения им 12 лет. Одно дерево может выдать от 3 до 7,5 кг продукта в год. Как только дерево перестает выделять сок, его удаляют с плантации и отправляют на переработку.

Латекс состоит из:

• воды до 70%;
• натурального каучука – 25 – 70%;
• протеина и натуральных минералов 1 – 2 %.

Для добычи латекса на стволе растения выполняют надрез в виде буквы V, из него добывают порядка 45- 60 г сырья. Добытое молочко сливают в один большой поддон. В нем добытое сырье отстаивают длительное время, и тут происходит реакция получения натурального каучука.

V-образный надрез на стволе дерева Гевея

Через определенное время молочко становится плотной массой, которую в последствии пропускают через валковый пресс. Это необходимо для избавления от лишней влаги. В итоге такой обработки образуется плотный брикет. На завершающем этапе, полученный полуфабрикат проходит сушку, и масса меняет цвет с белого на темный.

После сушки, полуфабрикаты готовят к отправке на предприятия по переработке натурального каучука. На них полученное сырье проходит операцию вулканизации каучука и происходит синтез готовой продукции – резины.

Промышленная революция, свершившаяся на рубеже XIX – XX веков вызвала рост потребности в каучуке. Это привело к тому, что стали появляться новые плантации и кроме Южной Америки гевею стали выращивать в Малайзии, во Вьетнаме и пр.

Производительность одного гектара плантации составляет порядка 1 – 2 тн каучука в год.

Каучук: свойства

Какими качествами наделен природный каучук? Этот полимер абсолютно уникален и меняет свои свойства в зависимости от температуры окружающей среды. Он может быть и высокоэластичным, и текучим, и даже стеклообразным.

Каучук: pixabay.com

В диапазоне от 20 до 30 °С для материала характерны:

• белая окраска или отсутствие цвета;
• аморфная рыхлая структура;
• способность растворяться только в бензине, бензоле, эфире;
• нерастворимость в воде и спиртах.

Среди важных свойств каучука следует отметить:

• упругость и эластичность. Каучуковое изделие можно растянуть на 1000%, и даже после этого оно быстро возвращается в исходное состояние. Данное качество теряется только при очень длительном хранении;
• мягкость при комнатной температуре и проявление пластичности при нагревании. Если подобрать правильные условия работы с материалом, то форму, полученную при его тепловой обработке, удастся сохранить;
• непроницаемость для электричества, тепла, газов и воды. Это свойство делает применение каучука очень удобным во всех сферах. Изготовленные из него изделия обладают длительным сроком хранения и мало подвержены воздействиям окружающей среды.

Каучук: pixabay.com

Вот почему ни один из известных ранее материалов не смог сравниться с каучуком и тем более конкурировать с ним.

Гевея бразильская, выращивание

Эта культура растет на кислых почвах, богатых гумусом, азотом и фосфатами в общей корневой системе. Плантации засаживают специально обработанными семенами, на расстоянии 2-3 метров рядами. Расстояние между рядами должно быть 5-6 метров.

Промежутки засаживают кофе, чаем, ананасами для создания защиты почвы и обогащения её азотом. Землю регулярно нужно очищать от сорняков, удобрять 900 г аммофоса для каждого саженца гевеи в год.

Размножаются растения двумя способами: выращивание из семян или прививание почек к подходящим стволам, так называемый вегетативный способ. Саженцы выращивают в специальных питомниках, напоминающих тепличные ограждения. После достижения ими возраста 1,5-2 года их высаживают в подготовленную почву на плантацию.

Необходимо следить за кислотно-щелочным балансом почвы, корректировать его в кислотную сторону. При повышении pH и истощении почвы, замедляется выделение латексного сока и нарушаются его свойства. Примерно через 40-50 лет, когда сок прекращает выделяться, используется только древесина, которая также обладает уникальными свойствами.

Резиновое дерево практически никогда не болеет, так как его сок обладает защитными антибактериальными, противовирусными и противогрибковыми свойствами. Если кора была повреждена, используются препараты антибактериального назначения, паста из ланолина. Это ускоряет восстановление и регенерацию дерева.

Полезные свойства каучукового дерева и применение

Каучуковое дерево имеет характерный бордовый оттенок, из-за чего его также называют «красным».

Его древесина встречается разных цветов в зависимости от вида и условий выращивания:

• Карамельного оттенка.
• С темно-шоколадными разводами.
• Белого цвета.
• Розового или пудрового оттенка.
• С перламутровым отливом.

Под разным углом переливы оттенков могут менять цвет. Сама древесина отличается повышенной плотностью и прочностью из-за многократной пропитки каучуковым соком. Дерево не впитывает воду, не подвергается гниению и повреждению насекомыми.

Благодаря этим свойствам его легко обрабатывать. Древесина часто используется в декоративных целях, так как имеет красивый срез.

Этот материал применяется при создании:

• Паркетных досок.
• Мебели (в том числе кухонного уголка).
• Статуэток.
• Ювелирных украшений (ожерелья, серьги, кольца).

Каждое дерево выделяет сок ежедневно, исключая период сезона дождей. Собранный сок очищается от примесей промыванием большим количеством воды. После этого воду отжимают.

Полученное сырье раскладывается на специальные горизонтальные поверхности и подсушивается, а после подвергается процессу копчения для избавления от муравьев и лишней воды и примесей. Так каучук становится пригодным для производства латексных изделий.

Сам по себе латекс является эластомером, состоящим из полиизопрена на 97%. Этот материал используется в нескольких сферах:

• Машиностроительной, лёгкой промышленности.
• Строительство.
• Медицина.
• Производство предметов ухода и детских игрушек.
• Бытовые предметы.

С появлением новой технологии процесса вулканизации резины стали производить искусственный латекс, однако он отличается по химическому составу и уступает по своим техническим характеристикам и гипоаллергенным свойствам.

Во время производства и утилизации искусственных материалов выделяются испарения и химические отходы, вредные для окружающей среды.

Из семян производится натуральная олифа, которая применяется в производстве высококачественных художественных, промышленных и строительных красок, лаков, растворителей.

Выращивание каучукового дерева предупреждает выделение углекислого газа в окружающую среду, нет отходов химического происхождения. Из-за условий среды обитания каучук выращивают в ограниченном количестве, что не скажешь про дерево — бамбук. По этой причине более распространенным материалом является искусственный латекс.

Химическое строение натурального каучука и его состав. Формула каучука:

Натуральный каучук является полимерным ненасыщенный углеводородом, имеющим большое количество двойных связей. Его универсальная химическая формула выглядит так: (C5H8)n, где степень полимеризации (n) составляет 1000-3000 единиц. Мономер натурального каучука называется изопреном.

При химическом анализе природного каучука видно, что он состоит только из углерода и водорода. Это позволяет отнести его к углеводородам. Подтверждением этому есть первичная формула каучука. Молекулярная масса отдельных единиц может превышать полумиллион грамм на моль. Таким образом, натуральный каучук является природным полимером изопрена, а точнее цис-1,4-полиизопрена.

Если представить молекулу каучука не атомарно тонкой, ее можно было бы разглядеть в микроскоп, вследствие того, что она очень длинная. А если ее еще и максимально растянуть, то получится большая зигзагоподобная линия. Это обусловлено типом углеродных связей.

По причине того, что в изопрене чередуются одинарные и двойные связи, части молекулы могут вращаться только вокруг одинарных связей. И в результате подобных колебаний молекула постоянно изгибается, и даже в состоянии покоя у нее сближены концы.

Молекулы натурального каучука похожи на почти круглые пружины, что позволяет им легко и сильно растягиваться и увеличиваться в размерах при разведении концов.

Использование каучука

Каучук имеет чрезвычайно большое зна­чение в разнообразных отраслях промыш­ленности, техники и медицины. Это значе­ние обусловлено его своеобразными меха­ническими свойствами, из которых наиболее важны эластичность, растяжимость и уп­ругость, равномерные во всех направле­ниях. Растяжимость составляет 4—7 раз от перво­начальной длины. Эта особенность используется при изготовлении множества вещей, начиная от качественных матрасов и заканчивая медицинскими изделиями.

Каучук применяют в виде вулканизированной резины, которая представляет физико-химические соединения каучука с серой, а не в чистом виде. Основ­ное медицинское значение резины в том, что из неё делают различные медицинские инструменты, предметы ухода за больными, различные лабораторные предметы. Большое значение резина имеет в производстве протезов. Получило развитие производство синтетического каучука, к которому в ряде случаев необходимо добавление натураль­ного каучука для придания ему надлежа­щих технологических свойств.

Основная масса натурального каучука, потребляе­мого мировой промышленностью, добы­вается из некоторых тропических деревьев, главным образом, из гевеи (Hevea brasiliensis). Рань­ше считали, что каучук может накапли­ваться в достаточных для промышленной эксплуа­тации количествах только в условиях тропического климата и исключительно де­ревьями. Были проведены большие работы по изысканию каучуконосных растений в составе дико­растущей флоры. В резуль­тате специально проведённых ботанических экспедиций были открыты травянистые каучуконосные растения, в млечном соке каких содер­жится достаточное количество каучука. Из этих растений в промышленную культуру вошли кок-сагыз, крым-сагыз, тау-сагыз. Кроме того, промышленное значение по­лучило введённое в культуру (в Азербай­джане) мексиканское растение гваюла.

Кок-сагыз (Taraxacum kok-saghyz), многолетнее растение семейства сложноцветных, в диком состоянии растёт в Казахстане, в горах Тянь- Шаня. Он введён в широкую культуру и определил создание советской сырьевой базы натурального каучука. Техника возде­лывания кок-сагыза разработана н.-и. учре­ждениями, обес­печившими получение высоких устойчивых урожаев корней (из которых получают кау­чук) и семян. Огромными успехами каучуководство обязано акад. Т. Д. Лысенко, разработавшему, обосновавшему и внедрившему в производство гнездовые посевы кок-сагыза, а также разведение его черенками.

Крым-сагыз (Taraxacum megalorhizon var. gymnanthum), многолетнее растение семейства сложноцветных, растущее в ди­ком виде в Крыму. Содержит меньше каучу­ка, чем кок-сагыз, и малозимостоек. Он внедрён в культуру в гораздо меньших мас­штабах, чем кок-сагыз, но имеет перспек­тивы дальнейшего расширения.

Тау-сагыз (Scorzonera tau-saghyz), многолетнее растение семейства сложноцветных, растущее в диком состоянии в огра­ниченном ареале в горах Кара-Тау (Казах­стан). Введён в культуру на поливных землях в Казахстане, Узбеки­стане. Отличается высоким содержанием каучука в млечном соке. Созданы высоко­продуктивные сорта этого растения.

Гваюла (Parthenium argentatum), по­лукустарник семейства сложноцветных, родом из Мексики. Семена впервые были завезены к нам в 1926 г. Созданы новые сорта. Возделывается в многолет­ней культуре в Азербайджане, Туркмении. Растение не имеет млечного сока. Каучук накапливается в паренхимных клетках вто­ричной коры и сердцевины. Каучук извле­кают из дроблёного сырья механическим способом (на центрифугах) или экстрак­цией бензином или хлороформом. Готовый технический каучук из гваюлы по каче­ству хуже, чем продукт из кок-сагыза, ка­чество которого соответствует лучшим миро­вым образцам. Каучук из гваюлы содержит до 65% смол и имеет более ограниченное применение, чем продукт корневых каучуконосных растений (главным образом, идёт в примесь к синтетическому каучуку для его смягчения и придания ему клейкости).

Возникли вопросы или что-то непонятно? Спросите у редактора статьи — .

Из других растений как каучуконосные растения изучались ваточник, подсолнечник, земляная груша.

Характеристики дерева

Гевея – вечнозеленое тропическое растение семейства молочайных. Включает этот род деревьев около 20 видов, и самым известным из них является гевея Бразильская. Получила она довольно широкое признание как лучшее в мире каучуконосное растение.

Дерево достаточно высокое (20-35 метров, реже до 50 метров) с голым в нижней части прямым стволом в диаметре до 50 см. Кора у него коричневато-серого цвета. Листья слегка заостренные, овальные. Цветки светло-желтого оттенка собраны пучками на кончиках ветвей. В коре дерева имеется множество сосудов, по которым циркулирует млечный сок (латекс).

Применение

Как стало понятно из вышесказанного, главное предназначение дерева гевеи – добыча натурального каучука.

Самая большая продуктивность достигается на 8-9 году после высадки плантации, и сохраняется она вплоть до 30 лет. Затем она снижается, а старые деревья вырубаются. На их месте высаживается молодняк. Этот процесс происходит постоянно на площади примерно в 10 млн гектаров земель Азии (юго-восток), предназначенных для искусственных плантаций этого растения.

Эта деятельность позволяет владельцам подобных садов производить не только ценный каучук, но и большое количество древесины, применяемой в изготовлении самой разнообразной продукции. Это уникальная безотходная деятельность. Сегодня наиболее широко применяется в мебельном производстве гевея бразильская, которая в диком виде растет в лесах бассейна реки Амазонки.

Когда-то индейцы майя научились из каучукового сока делать мячи, придумали игру, напоминающую сегодняшний футбол. Свойство мячей отскакивать от поверхности побудило жрецов воспринимать это как волшебство. Поэтому мячи каучуковые использовали и для магических ритуалов, а различными предметами, выполненными из гевеи, украшали святилища и храмы.

Производство каучука на сегодняшний день стало одной из важнейших промышленных отраслей, а продажа древесины и различной продукции из нее – важная часть экспорта тропических стран, особенно Таиланда.