Каучук , также называемый индийским каучуком , латексом , амазонским каучуком , каучо или каучуком , [1] в первоначальном виде состоит из полимеров органического соединения изопрена с незначительными примесями других органических соединений. Таиланд , Малайзия , Индонезия и Камбоджа являются четырьмя ведущими производителями каучука. [2] [3] [4]
Типы полиизопрена , которые используются в качестве натуральных каучуков, классифицируются как эластомеры .
В настоящее время каучук собирают в основном в виде латекса каучукового дерева Пара ( Hevea brasiliensis ) или других растений. Латекс представляет собой липкий молочно-белый коллоид, который получается путем надрезов коры и сбора жидкости в сосудах в процессе, называемом «постукиванием». Затем латекс перерабатывается в каучук, готовый к коммерческой переработке. В большинстве случаев латекс может свертываться в чаше для сбора. Свернувшиеся комки собирают и перерабатывают в сухие формы для продажи.
Натуральный каучук широко используется во многих сферах применения и продуктах, как отдельно, так и в сочетании с другими материалами. В большинстве своих полезных форм он имеет большую степень растяжения и высокую эластичность, а также является водонепроницаемым. [ нужна цитата ]
К концу XIX века промышленный спрос на каучукоподобные материалы начал превышать поставки натурального каучука, что привело к синтезу синтетического каучука в 1909 году химическим путем. [ нужна цитата ]
Основным коммерческим источником натурального каучукового латекса является амазонское каучуковое дерево ( Hevea brasiliensis ), [1] член семейства молочайных , Euphorbiaceae . Когда-то этот вид был родом из Бразилии, а теперь является пантропическим. Этот вид предпочтителен, поскольку он хорошо растет в культуре. Правильно ухоженное дерево реагирует на ранение производством большего количества латекса в течение нескольких лет. [ нужна цитата ]
Каучук Конго , ранее являвшийся основным источником каучука, ставшего причиной злодеяний в Свободном государстве Конго , происходил из виноградных лоз рода Landolphia ( L. kirkii , L. hedelotis и L. owariensis ). [5]
Молоко одуванчика содержит латекс. Латекс имеет то же качество, что и натуральный каучук каучуковых деревьев . В диких видах одуванчика содержание латекса невелико и сильно варьирует. В нацистской Германии исследовательские проекты пытались использовать одуванчики в качестве основы для производства каучука, но потерпели неудачу. [6] В 2013 году, ингибируя один ключевой фермент и используя современные методы выращивания и методы оптимизации, ученые Института молекулярной биологии и прикладной экологии Фраунгофера (IME) в Германии разработали сорт казахского одуванчика ( Taraxacum kok-saghyz ), который подходит для коммерческого производства натурального каучука. [7] В сотрудничестве с Continental Tyres компания IME запустила пилотный объект.
Многие другие заводы производят формы латекса, богатые полимерами изопрена, хотя не все производят пригодные для использования формы полимера так же легко, как Пара. [8] Некоторые из них требуют более сложной обработки, чтобы получить что-то похожее на пригодную к употреблению резину, и большинство из них труднее изготовить. Некоторые производят другие желательные материалы, например, гуттаперчу ( Paquium Gutta ) [9] и чикл из видов Manilkara . Другие, которые использовались в коммерческих целях или, по крайней мере, показали себя многообещающими в качестве источников каучука, включают инжир каучуконосный ( Ficus elastica ), панамское каучуковое дерево ( Casilla elastica ), различные виды молочая ( Euphorbia spp.), салат ( виды Lactuca ), родственные Scorzonera. тау-сагыз , различные виды Taraxacum , в том числе одуванчик обыкновенный ( Taraxacum officinale ) и одуванчик казахский, и, что, пожалуй, наиболее важно по своим гипоаллергенным свойствам, гваюла ( Parthenium argentatum ). Термин «каучуковая резина» иногда применяется к полученной из дерева версии натурального каучука, чтобы отличить его от синтетической версии. [10]
Впервые каучук использовали коренные народы Мезоамерики . Самые ранние археологические свидетельства использования натурального латекса дерева гевеи относятся к культуре ольмеков , в которой каучук впервые использовался для изготовления мячей для мезоамериканской игры в мяч . Позднее каучук использовался в культурах майя и ацтеков — помимо изготовления мячей, ацтеки использовали каучук для других целей, например, для изготовления контейнеров и для придания водонепроницаемости текстилю путем пропитки его латексным соком. [11] [12]
Шарлю Мари де ла Кондамину приписывают представление образцов каучука в Королевской академии наук Франции в 1736 году . . Это называют первой научной работой по каучуку. [13] В Англии Джозеф Пристли в 1770 году заметил, что кусок материала очень хорошо подходит для стирания карандашных пометок на бумаге, отсюда и название «резина». Он медленно распространялся по Англии. В 1764 году Франсуа Фресно обнаружил, что скипидар является растворителем каучука . Джованни Фабброни приписывают открытие нафты в качестве растворителя каучука в 1779 году. Чарльз Гудиер заново разработал вулканизацию в 1839 году, хотя мезоамериканцы использовали стабилизированную резину для изготовления мячей и других предметов еще в 1600 году до нашей эры. [14] [15]
Южная Америка оставалась основным источником латексного каучука, который использовался на протяжении большей части XIX века. Торговля каучуком жестко контролировалась деловыми интересами, но не было законов, прямо запрещающих экспорт семян или растений. В 1876 году Генри Уикхем контрабандой вывез из Бразилии 70 000 семян амазонских каучуковых деревьев и доставил их в Кью-Гарденс , Англия. Только 2400 из них проросли. Затем саженцы были отправлены в Индию , Британский Цейлон ( Шри-Ланка ), Голландскую Ост-Индию ( Индонезия ), Сингапур и Британскую Малайю . Малайя (ныне полуостровная Малайзия ) позже стала крупнейшим производителем каучука. [16]
В начале 1900-х годов Свободное государство Конго в Африке также было важным источником латекса натурального каучука, в основном собираемого принудительным трудом . [ нужна цитата ] Колониальное государство короля Леопольда II жестоко соблюдало производственные квоты. Тактика обеспечения соблюдения квот на каучук включала отрывание рук жертвам, чтобы доказать, что они были убиты. Солдаты часто возвращались из набегов с корзинами, полными отрубленных рук. Деревни, которые сопротивлялись, были снесены с лица земли, чтобы побудить к более полному подчинению на местном уровне. [ нужна ссылка ]
Каучуковый бум в Амазонке также в разной степени затронул коренное население. Коррериас, или набеги рабов, часто происходили в Колумбии, Перу и Боливии, где многие были либо схвачены, либо убиты. Самый известный случай зверств, связанных с добычей каучука в Южной Америке, произошел во время геноцида в Путумайо . Между 1880–1913 годами Хулио Сезар Арана и его компания, которая впоследствии стала Перуанской компанией Амазонки, контролировали реку Путумайо. У.Э. Харденбург, Бенджамин Салданья Рокка и Роджер Кейсмент сыграли влиятельную роль в разоблачении этих злодеяний. Роджер Кейсмент также сыграл важную роль в раскрытии миру зверств Конго. За несколько дней до прибытия на лодке в Икитос Кейсмент написал: «Каучук сначала называли «индийским каучуком», потому что он пришел из Индии, и самое раннее его использование в Европе было для стирания или стирания. Теперь его называют индийским каучуком, потому что он стирается. или стирает индейцев». [17] [18]
В Индии коммерческое выращивание было введено британскими плантаторами, хотя экспериментальные попытки выращивать каучук в коммерческих масштабах были начаты еще в 1873 году в Ботаническом саду Калькутты . Первые коммерческие плантации гевеи были заложены в Таттекаду в Керале в 1902 году. В последующие годы плантации расширились до Карнатаки , Тамил Наду , а также Андаманских и Никобарских островов Индии. Сегодня Индия является третьим по величине производителем и четвертым по величине потребителем каучука в мире. [19]
В Сингапуре и Малайе коммерческое производство активно продвигал сэр Генри Николас Ридли , который был первым научным директором Сингапурского ботанического сада с 1888 по 1911 год. Он раздавал семена каучука многим плантаторам и разработал первую технику вырубки деревьев для получения латекса. не причинив серьезного вреда дереву. [20] Из-за его активной пропаганды этой культуры его в народе помнят под прозвищем «Безумный Ридли». [21]
До Второй мировой войны значительное применение включало дверные и оконные профили, шланги, ремни, прокладки, коврики , напольные покрытия и демпферы (антивибрационные опоры) для автомобильной промышленности. Использование резины в автомобильных шинах (первоначально цельных, а не пневматических) требовало, в частности, значительного количества резины. Перчатки (медицинские, бытовые и промышленные) и игрушечные воздушные шары были крупными потребителями резины, хотя в качестве типа резины используется концентрированный латекс. Значительные объемы каучука использовались в качестве клеев во многих отраслях обрабатывающей промышленности и производства продуктов, хотя наиболее заметными из них были бумажная промышленность и промышленность по производству ковров. Каучук обычно использовался для изготовления резинок и ластиков для карандашей .
Каучук, производимый в виде волокна, иногда называемого «эластичным», имел большое значение для текстильной промышленности из-за его превосходных свойств удлинения и восстановления. Для этих целей изготавливали резиновое волокно либо в виде экструдированного круглого волокна, либо в виде прямоугольных волокон, нарезанных на полосы из экструдированной пленки. Из-за плохого восприятия красителя, его ощущения и внешнего вида резиновое волокно либо покрывалось пряжей из другого волокна, либо напрямую вплеталось в ткань из других нитей. Резиновые нити использовались в основах одежды. Хотя каучук все еще используется в текстильном производстве, его низкая прочность ограничивает его использование в легкой одежде, поскольку латекс не устойчив к окислителям и повреждается под воздействием старения, солнечного света, масла и пота. Текстильная промышленность обратилась к неопрену (полимеру хлоропрена ), типу синтетического каучука, а также к другому, более часто используемому эластомерному волокну, спандексу (также известному как эластан), из-за его превосходства над резиной как по прочности, так и по долговечности.
Каучук обладает уникальными физическими и химическими свойствами. Поведение резины при растяжении и деформации демонстрирует эффект Маллинза и эффект Пейна и часто моделируется как гиперупругий . Резиновая деформация кристаллизуется . Поскольку в каждой повторяющейся единице имеются ослабленные аллильные связи CH , натуральный каучук подвержен вулканизации , а также чувствителен к растрескиванию озоном . Двумя основными растворителями каучука являются скипидар и нафта (нефть). Поскольку резина не растворяется легко, перед погружением материал мелко измельчается путем измельчения. Для предотвращения коагуляции сырого латекса можно использовать раствор аммиака . Каучук начинает плавиться примерно при 180 °C (356 °F).
В микроскопическом масштабе расслабленная резина представляет собой неорганизованный кластер беспорядочно меняющихся морщинистых цепочек. В растянутой резине цепи почти линейны. Восстанавливающая сила обусловлена преобладанием морщинистых конформаций над более линейными. Для количественной обработки см. идеальную цепь , дополнительные примеры см. в энтропийной силе .
Охлаждение ниже температуры стеклования допускает локальные конформационные изменения, но переупорядочение практически невозможно из-за большего энергетического барьера для согласованного движения более длинных цепей. Эластичность «замороженной» резины низкая, а деформация возникает из-за небольших изменений длины и углов соединений : это стало причиной катастрофы «Челленджера» , когда сплющенные уплотнительные кольца американского космического корабля не смогли расслабиться и заполнить расширяющийся зазор. [22] Стеклование происходит быстро и обратимо: действие силы возобновляется при нагревании.
Параллельные цепи растянутой резины подвержены кристаллизации. Это занимает некоторое время, поскольку витки скрученных цепочек должны расступиться с пути растущих кристаллитов . Кристаллизация происходила, например, когда через несколько дней надутый игрушечный воздушный шар обнаруживался засохшим при относительно большом остаточном объеме. Там, где к нему прикасаются, он сжимается, потому что температуры руки достаточно, чтобы расплавить кристаллы.
Вулканизация резины создает ди- и полисульфидные связи между цепями, что ограничивает степени свободы и приводит к тому, что цепи сжимаются быстрее при заданной деформации, тем самым увеличивая константу упругой силы и делая резину более твердой и менее растяжимой.
Хранилища сырого каучука и переработка каучука могут вызывать неприятный запах, настолько серьезный, что он может стать источником жалоб и протестов со стороны тех, кто живет поблизости. [23] Микробные примеси возникают при переработке блочной резины. Эти примеси разрушаются во время хранения или термического разложения и образуют летучие органические соединения. Исследование этих соединений с помощью газовой хроматографии / масс-спектрометрии (ГХ/МС) и газовой хроматографии (ГХ) показывает, что они содержат серу, аммиак, алкены, кетоны , сложные эфиры , сероводород , азот и низкомолекулярные жирные кислоты (С2). –С5). [24] [25] При производстве латексного концентрата из каучука для коагуляции используется серная кислота . При этом образуется зловонный сероводород. [25] Промышленность может смягчить эти неприятные запахи с помощью скрубберов . [25]
Каучук представляет собой полимер цис-1,4-полиизопрена с молекулярной массой от 100 000 до 1 000 000 дальтон . Обычно в натуральном каучуке содержится небольшой процент (до 5% сухой массы) других материалов, таких как белки , жирные кислоты , смолы и неорганические материалы (соли). Полиизопрен также можно создавать синтетическим путем, производя то, что иногда называют «синтетическим натуральным каучуком», но синтетический и природный пути различны. [10] Некоторые источники натурального каучука, такие как гуттаперча , состоят из транс-1,4-полиизопрена, структурного изомера , который имеет аналогичные свойства. Натуральный каучук представляет собой эластомер и термопласт . После вулканизации резина становится термореактивной . Большая часть резины, используемой в повседневном использовании, вулканизируется до такой степени, что она разделяет свойства обоих; т. е. если его нагревать и охлаждать, он разлагается, но не разрушается. Конечные свойства резинового изделия зависят не только от полимера, но и от модификаторов и наполнителей, таких как сажа , фактис , белила и другие.
Частицы каучука образуются в цитоплазме специализированных клеток, производящих латекс, называемых латициферами каучуковых растений. [26] Частицы каучука окружены единственной фосфолипидной мембраной с гидрофобными хвостами, направленными внутрь. Мембрана позволяет изолировать биосинтетические белки на поверхности растущих частиц каучука, что позволяет добавлять новые мономерные единицы снаружи биомембраны, но внутри молочнокислого вещества. Каучуковая частица представляет собой ферментативно активное вещество, которое содержит три слоя материала: резиновую частицу, биомембрану и свободные мономерные звенья. Биомембрана плотно прилегает к каучуковому ядру за счет высокого отрицательного заряда вдоль двойных связей основной цепи каучукового полимера. [27] Свободные мономерные единицы и конъюгированные белки составляют внешний слой. Предшественником каучука является изопентенилпирофосфат ( аллильное соединение), который удлиняется за счет Mg 2+ -зависимой конденсации под действием каучуктрансферазы. Мономер присоединяется к пирофосфатному концу растущего полимера. [ нужна цитата ] Этот процесс вытесняет концевой высокоэнергетический пирофосфат. В результате реакции образуется цис-полимер. Стадия инициации катализируется пренилтрансферазой , которая превращает три мономера изопентенилпирофосфата в фарнезилпирофосфат . [28] Фарнезилпирофосфат может связываться с каучуктрансферазой, удлиняя новый каучуковый полимер.
Необходимый изопентенилпирофосфат получается мевалонатным путем , который образуется из ацетил-КоА в цитозоле . В растениях изопренпирофосфат также может быть получен по пути 1-дезокс-D-ксиулозо-5-фосфат/2-C-метил-D-эритрит-4-фосфат внутри плазмид. [29] Относительное соотношение инициатора фарнезилпирофосфата и мономера удлинения изопренилпирофосфата определяет скорость синтеза новых частиц по сравнению с удлинением существующих частиц. Хотя известно, что каучук производится только одним ферментом, экстракты латекса содержат множество белков с малой молекулярной массой с неизвестной функцией. Белки, возможно, служат кофакторами, поскольку скорость синтеза снижается при полном удалении. [30]
В 2017 году было произведено более 28 млн тонн каучука, из них примерно 47% — натуральный. Поскольку основная часть натурального каучука является синтетической, полученной из нефти, цена натурального каучука в значительной степени определяется преобладающей мировой ценой на сырую нефть. [31] [32] Азия была основным источником натурального каучука, на долю которого в 2021 году пришлось около 90% производства. [33] На трех крупнейших производителей, Таиланда , Индонезии [34] и Малайзии, вместе приходится около 72% производства натурального каучука. все производство натурального каучука. Натуральный каучук не выращивается широко на его родном континенте в Южной Америке из-за южноамериканского фитофтороза и других естественных хищников.
Каучуковый латекс добывают из каучуковых деревьев. Экономическая жизнь каучуковых деревьев на плантациях составляет около 32 лет, из которых до 7 лет приходится на незрелую фазу и около 25 лет на продуктивную фазу.
Требуемая почва — хорошо дренированная, выветрившаяся почва, состоящая из латеритных , латеритных, осадочных типов, нелатеритных красных или аллювиальных почв.
Климатические условия для оптимального роста каучуковых деревьев:
Для коммерческого выращивания было выведено множество высокоурожайных клонов. Эти клоны при идеальных условиях дают более 2000 килограммов сухого каучука с гектара (1800 фунтов на акр) в год.
В таких местах, как Керала и Шри-Ланка, где кокосов много, половину скорлупы кокоса использовали в качестве контейнера для сбора латекса. Глазурованная керамика, алюминиевые или пластиковые чашки стали более распространены в Керале, Индии и других странах. Чашки поддерживаются проволокой, опоясывающей дерево. В этой проволоке есть пружина, поэтому она может растягиваться по мере роста дерева. Латекс в чашку подается с помощью оцинкованного «носика», вбитого в кору. Постукивание резины обычно происходит рано утром, когда внутреннее давление дерева максимальное. Хороший сборщик может постукивать по дереву каждые 20 секунд при использовании стандартной полуспиральной системы, а обычный ежедневный размер «задачи» составляет от 450 до 650 деревьев. Деревья обычно подрезают через день или в третий день, хотя используются многие вариации времени, длины и количества срезов. «Тамперы делали надрезы в коре небольшим топором. Эти косые надрезы позволяли латексу вытекать из каналов, расположенных на внешнем или внутреннем слое коры ( камбия ) дерева. Поскольку камбий контролирует рост дерева, рост прекращается, если его срезать. Таким образом, постукивание резины требовало точности, чтобы надрезы не были слишком многочисленными, учитывая размер дерева, или слишком глубокими, которые могли бы задержать его рост или убить его». [35]
Обычно в течение жизни дерева постукивают по панели не менее двух, а иногда и трех раз. От того, насколько качественно проведена подрезка, зависит хозяйственная жизнь дерева, так как решающим фактором является расход коры. В Малайзии стандарт поочередного ежедневного постукивания составляет 25 см (вертикального) потребления коры в год. Содержащие латекс трубки в коре поднимаются по спирали вправо. По этой причине резьбы обычно поднимаются влево, чтобы разрезать больше трубок. С деревьев капает латекс в течение примерно четырех часов, останавливаясь, поскольку латекс естественным образом свертывается на срезе, блокируя таким образом латексные трубки в коре. После окончания работы по постукиванию мастера обычно отдыхают и едят, а затем примерно в полдень начинают собирать жидкий «полевой латекс».
Четыре типа полевой коагулы: «чашка», «шнурок», «мелкий комок» и «земляной лом». Каждый из них имеет существенно разные свойства. [36] Некоторые деревья продолжают капать после сбора, что приводит к образованию небольшого количества «чашечного комка», который собирается при следующем постукивании. Латекс, свертывающийся на разрезе, также собирают как «деревянное кружево». Древесное кружево и чашечная масса вместе составляют 10–20% производимого сухого каучука. Капающий на землю латекс, «земной лом», также периодически собирается для переработки низкосортного продукта.
Комок в чашке — это коагулированный материал, который обнаруживается в чашке для сбора, когда сборщик в следующий раз посещает дерево, чтобы снова постучать по нему. Он возникает из-за прилипания латекса к стенкам чашки после того, как латекс в последний раз выливали в ведро, а также из-за позднего капания латекса, вытекшего до того, как сосуды дерева, несущие латекс, закупорились. Он имеет более высокую чистоту и большую ценность, чем три других типа.
«Чашечные комки» также можно использовать для описания совершенно другого типа коагулята, который собирался на мелких плантациях в течение 1–2 недель. После постукивания по всем деревьям сборщик возвращается к каждому дереву и добавляет определенный тип кислоты, что позволяет свежесобранному латексу смешаться с ранее коагулированным материалом. Смесь каучука и кислоты придает каучуковым плантациям, рынкам и фабрикам сильный запах.
Древесное кружево — это полоска коагулума, которую метчик отделяет от предыдущего разреза перед тем, как сделать новый разрез. Обычно в нем содержится больше меди и марганца, чем в чашечном куске. И медь, и марганец являются прооксидантами и могут повредить физические свойства сухой резины.
Мелкоземельный комок производят мелкие землевладельцы, собирающие каучук с деревьев вдали от ближайшего завода. Многие индонезийские мелкие землевладельцы, которые выращивают рисовые поля в отдаленных районах, вырубают разбросанные деревья по дороге на рисовые поля и собирают латекс (или свернувшийся латекс) по дороге домой. Поскольку часто невозможно сохранить латекс в достаточной степени, чтобы вовремя доставить его на фабрику, которая перерабатывает латекс и использовать его для производства высококачественной продукции, и поскольку латекс в любом случае коагулировался бы к моменту, когда он достигнет фабрики, мелкий землевладелец коагулирует его любым доступным способом, в любом доступном контейнере. Некоторые мелкие фермеры используют небольшие контейнеры, ведра и т. д., но часто латекс коагулируется в ямах в земле, которые обычно выложены пластиковой пленкой. Для коагуляции латекса — формы вспомогательной биологической коагуляции — используются кислые вещества и сброженные фруктовые соки. Мало заботятся о том, чтобы исключить из образующихся комков веточки, листья и даже кору, в которую также могут входить древесные кружева.
Земляной лом — это материал, который собирается вокруг основания дерева. Он возникает в результате вытекания латекса из среза и стекания по коре, в результате попадания дождя в сборную чашку, содержащую латекс, а также в результате пролития из ведер сборщиков во время сбора. Он содержит почву и другие загрязнения, а содержание каучука варьируется в зависимости от количества загрязнений. Земляной лом собирается полевыми рабочими два или три раза в год и может быть очищен в моечной машине для восстановления каучука или продан подрядчику, который очищает его и восстанавливает каучук. Он низкого качества.
Латекс свертывается в чашках при длительном хранении, и его необходимо собрать до того, как это произойдет. Собранный латекс, «полевой латекс», перекладывают в коагуляторы для приготовления сухой резины или переливают в герметичные емкости с ситами для аммиака. Аммиак, изобретенный патентным юристом и вице-президентом компании United States Rubber Company Эрнестом Хопкинсоном примерно в 1920 году, сохраняет латекс в коллоидном состоянии в течение более длительных периодов времени. Латекс обычно перерабатывается либо в латексный концентрат для производства окунаемых изделий, либо коагулируется в контролируемых, чистых условиях с использованием муравьиной кислоты. Коагулированный латекс затем может быть переработан в технически определенные блочные каучуки более высокого качества, такие как SVR 3L или SVR CV, или использован для производства сортов Ribbed Smoke Sheet. Натурально коагулированный каучук (чашечно-комковый) используется при производстве каучуков марок ТСР10 и ТСР20. Обработка этих марок представляет собой процесс измельчения и очистки для удаления загрязнений и подготовки материала к заключительному этапу сушки. [37]
Затем высушенный материал прессуют в тюки и укладывают на поддоны для хранения и транспортировки.
Каучук – это природный полимер изопрена (полиизопрена) и эластомера (эластичного полимера). Полимеры — это просто цепочки молекул, которые могут быть связаны друг с другом. Каучук — один из немногих встречающихся в природе полимеров, который ценится за высокий коэффициент растяжения, эластичность и водонепроницаемость. Другие примеры природных полимеров включают панцирь черепахи, янтарь и рог животного. [38] При сборе латексный каучук принимает форму латекса — непрозрачной белой молочно-белой суспензии частиц каучука в воде. Затем с помощью промышленных процессов он преобразуется в обычную твердую форму, которую мы часто видим сегодня.
Натуральный каучук реакционноспособен и уязвим к окислению, но его можно стабилизировать с помощью процесса нагрева, называемого вулканизацией. Вулканизация — это процесс, при котором каучук нагревается и добавляется сера , пероксид или бисфенол для улучшения сопротивления и эластичности , а также для предотвращения его окисления. Технический углерод , который может быть получен на нефтеперерабатывающем заводе или в результате других процессов естественного сжигания, иногда используется в качестве добавки к резине для повышения ее прочности, особенно в автомобильных шинах. [39] [40]
Во время вулканизации молекулы полиизопрена каучука (длинные цепи изопрена) нагреваются и сшиваются молекулярными связями с серой, образуя трехмерную матрицу. Оптимальный процент серы составляет примерно 10%. В этой форме ориентация молекул полиизопрена по-прежнему случайна, но при растяжении каучука они выравниваются. Эта вулканизация серой делает резину более прочной и жесткой, но при этом очень эластичной. [41] Предполагается, что в процессе вулканизации сера и латекс полностью израсходуются в индивидуальной форме.
Латекс натурального каучука поставляется с заводов в Юго-Восточной Азии , Южной Америке , Западной и Центральной Африке в пункты назначения по всему миру. Поскольку стоимость натурального каучука значительно возросла, а резиновые изделия являются плотными, предпочтительными являются способы доставки, предлагающие наименьшую стоимость за единицу веса. В зависимости от пункта назначения, наличия склада и условий транспортировки те или иные покупатели отдают предпочтение тем или иным методам. В международной торговле латексный каучук в основном перевозится в 20-футовых океанских контейнерах. Внутри контейнера для хранения латекса используются контейнеры меньшего размера. [42]
Растет беспокойство по поводу будущих поставок каучука из-за различных факторов, включая болезни растений, изменение климата и нестабильную рыночную цену каучука. [43] [44] [45] [46] Производителями натурального каучука являются в основном небольшие семейные плантации, часто обслуживающие крупные промышленные агрегаторы. Высокая волатильность цен на каучук влияет на инвестиции в каучуковые плантации, и фермеры могут удалить свои каучуковые деревья, если спотовая цена на международном рынке на, казалось бы, более прибыльную культуру (например, пальмовое масло ) резко вырастет по отношению к каучуку.
Например, во время международной пандемии COVID-19 в 2020 и 2021 годах спрос на резиновые перчатки резко вырос, что привело к росту цен на каучук примерно на 30%. Помимо пандемии, спрос превысил предложение отчасти потому, что долгосрочные плантации были вырваны и заменены другими культурами в течение предыдущих 5-10 лет, а другие районы пострадали от стихийных бедствий, вызванных климатом. В этих условиях производители действительно повышали свои цены в соответствии с динамикой спроса и предложения, оказывая повышательное ценовое давление на всю цепочку поставок. [46]
Неотвержденная резина используется для изготовления цементов; [47] для клейких, изоляционных и фрикционных лент; и креп-каучук, используемый для изоляции одеял и обуви. Вулканизированная резина имеет множество других применений. Устойчивость к истиранию делает более мягкие виды резины ценными для протекторов автомобильных шин и конвейерных лент, а твердую резину — для корпусов насосов и трубопроводов, используемых при переработке абразивного шлама.
Гибкость резины привлекательна для изготовления шлангов, шин и роликов для самых разных устройств — от бытовых отжимных машин до печатных станков ; благодаря своей эластичности он подходит для различных типов амортизаторов и для крепления специализированных машин, предназначенных для снижения вибрации. Его относительная газонепроницаемость делает его полезным при производстве таких изделий, как воздушные шланги, воздушные шары, мячи и подушки. Устойчивость резины к воде и действию большинства жидких химикатов привела к ее использованию в дождевой одежде, водолазном снаряжении, химических и медицинских трубках, а также в качестве покрытия резервуаров для хранения, технологического оборудования и железнодорожных цистерн. Из-за своего электрического сопротивления изделия из мягкой резины используются в качестве изоляции, а также для изготовления защитных перчаток, обуви и одеял; твердая резина используется для изготовления таких изделий, как корпуса телефонов и детали радиоприемников, счетчиков и других электрических приборов. Коэффициент трения резины, высокий на сухих поверхностях и низкий на мокрой, обуславливает ее использование для приводных ремней , высокоэластичных муфт [48] и для подшипников с водяной смазкой в глубинных насосах. Индийские резиновые мячи или мячи для лакросса изготавливаются из резины.
Ежегодно производится около 25 миллионов тонн каучука, из которых 30 процентов — натуральный. [49] Остальное — синтетический каучук, полученный из нефтехимических источников. Верхняя часть производства латекса приводит к производству латексных изделий, таких как хирургические перчатки, воздушные шары и другие относительно дорогостоящие продукты. Средний диапазон, полученный из технически определенных материалов из натурального каучука, в основном используется в шинах, а также в конвейерных лентах, судовых продуктах, дворниках и других товарах. Натуральный каучук обеспечивает хорошую эластичность, в то время как синтетические материалы, как правило, обладают большей устойчивостью к факторам окружающей среды, таким как масла, температура, химикаты и ультрафиолетовый свет. «Вулканизированная резина» — это резина, которая была составлена и подвергнута процессу вулканизации для создания поперечных связей внутри резиновой матрицы. Каучук можно добавлять в цемент для улучшения его свойств. [50]
У некоторых людей серьезная аллергия на латекс , и воздействие изделий из натурального латекса, таких как латексные перчатки , может вызвать анафилактический шок . Антигенные белки , обнаруженные в латексе гевеи , значительно уменьшаются примерно на 99,9 процента (хотя и не удаляются) [51] в результате обработки вулканизацией.
Латекс из источников, отличных от гевеи , таких как гваюла , может использоваться без аллергической реакции людьми с аллергией на латекс гевеи . [52]
Некоторые аллергические реакции возникают не на сам латекс, а на остатки химикатов, используемых для ускорения процесса сшивки. Хотя это можно спутать с аллергией на латекс, она отличается от нее и обычно принимает форму гиперчувствительности IV типа при наличии следов определенных обрабатывающих химикатов. [51] [53]
Натуральный каучук подвержен разложению под действием широкого спектра бактерий. [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] Бактерии Streptomyces coelicolor , Pseudomonas citronellolis и Nocardia spp. способны разрушать вулканизированный натуральный каучук. [62]
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)Важность разработки альтернативных источников натурального каучука становится очевидной, если принять во внимание, что с 2004 года ежегодно наблюдается нехватка этого важнейшего ресурса. По прогнозам, к 2020 году глобальный дефицит натурального каучука превысит весь объем 1,2 миллиона метрических тонн) США импортируют каждый год.
Словарное определение натурального каучука в Викисловаре