Каучук — це еластичний матеріал, який має велике народногосподарське значення. З нього дістають гуму, а гумова промисловість виготовляє понад 70 тисяч назв різноманітних виробів. Каучук іде на виготовлення покришок і камер для коліс літаків, автомобілів і велосипедів. Його застосовують для електроізоляції, виробництва промислових товарів і медичних приладів.
Розрізняюсь два види каучуків: натуральний і синтетичний.
Натуральний (природний) каучук був відомий ще індійцям доколумбівської Америки, який вони добували з соку південноамериканського дерева гевеї. Від цього способу добування і походить назва каучук (caa-o-chu), що на стародавній мові майя означає «сльози дерева». В Європу каучук був завезений на початку ХІХ ст. Гевея в промислових масштабах культивується в Бразилії, Індонезії та інших тропічних країнах. Відомі ще деякі рослини-каучуконоси: звичайний фікус, окремі види кульбаби (кок-сагиз, тау-сагиз), гваюла, ваточник, який поширений в Україні. Проте вміст каучуку в них порівняно невисокий.
Каучук — тверда речовина, до складу якої, як показав аналіз, входять два елементи: вуглець і водень. Визначення відносної молекулярної маси його показує, що вона досягає кількох сотень тисяч (150 000—500 000). При нагріванні без доступу повітря молекула каучуку розпадається, утворюючи дієновий вуглеводень — ізопрен (2-метил-1,3-бутадієн). Отже, натуральний каучук е високомолекулярною ненасиченою сполукою складу (C5H8)n, де n становить від 1000 до 3000. Натуральний каучук — полімер ізопрену:
Здатність ізопрену полімеризуватись під дією ультрафіолетових променів і хімічних реагентів була відома ще в кінці минулого століття. Вчені намагалися відтворити натуральний каучук способом полімеризації ізопрену. Але протягом багатьох років ці спроби були безуспішними. Причиною, як виявилося пізніше, була будова молекули каучуку.
Фізико-хімічними методами встановлено, що макромолекули природного каучуку мають структуру цис-1,4-поліізопрену, в якому регулярно чергуються ланки ізопрену з цис-розміщеними (по один бік) метиленовими групами біля подвійного С=С-зв'язку:
Як бачимо, кожний четвертий атом вуглецю однієї ланки приєднує перший атом вуглецю другої ланки (1,4-положення). Такі полімери називають стереорегулярними (просторово упорядкованими). Натуральний каучук частіше називають ізопреновим каучуком,
Макромолекули каучуку мають лінійну структуру. Ми вже зустрічалися з полімерами, макромолекули яких являють довгі ланцюги. Проте вони не мали такої еластичності, як каучук. Справа в тому, що макромолекули каучуку не витягнуті в лінію, а ніби згорнуті в клубки. При розтягуванні його молекули вирівнюються, зразок при цьому стає довшим. Якщо зняти навантаження, то внаслідок внутрішнього теплового руху ланок молекули знову згортаються, розміри каучуку зменшуються, відновлюється його попередня форма. Від сильного розтягування молекули не тільки випрямляються, а й зміщуються одна відносно одної, зразок каучуку може розірватися.
Велике практичне значення має реакція каучуку з сіркою.
Вироби з каучуку в спеку розм'якшуються і стають липкими, а на морозі — жорсткими й крихкими. Ці недоліки усуваються, якщо каучук вступає в реакцію з сіркою і перетворюється на гуму. Процес відбувається при нагріванні і називається вулканізацією.
Із суміші каучуку з сіркою (2—3 %), наповнювачами (найважливішим наповнювачем є сажа) та іншими речовинами формують потрібні вироби і нагрівають їх. При цьому сірка вступає у взаємодію з макромолекулами каучуку, приєднується за місцем подвійних зв'язків і утворює поперечні (місткові) зв'язки між полімерними ланцюгами. Відбувається «зшивання» лінійних макромолекул каучуку у більші, сітчасті полімерні молекули, внаслідок чого добутий матеріал (гума) набуває тривимірної просторової структури.
Поперечні зв'язки, які утворює при цьому сірка, надають такому каучуку еластичності, міцності й усувають липкість. Вулканізований каучук може розтягуватися до 900 %. Змінюється і розчинність полімеру: каучук, хоч і повільно, але розчиняється в бензині, гума тільки набухає в ньому,
Якщо до каучуку добавляти більше сірки (20—30 %), то під час вулканізації лінійні молекули «зшиваються» в багатьох місцях і матеріал втрачає еластичність, стає твердим — утворюється ебоніт. До появи сучасних пластмас ебоніт вважався одним з найкращих ізоляторів.
Синтетичні каучуки. Після впровадження процесу вулканізації попит на каучук почав швидко зростати. Проте плантації гевеї, які займали хоча і великі площі, не могли забезпечити усі країни, особливо нетропічні, природним каучуком. З'явилась гостра потреба у синтезі каучуку. Розв'язанню проблеми штучного його добування сприяло з'ясування складу і будови натурального каучуку, оскільки у розв'язанні цього практичного завдання вчені прагнули наслідувати природу.
У результаті багаторічних пошуків російському вченому С. В. Лебедєву (1874—1934 pp.) вдалося синтезувати каучук. Для цього він з етилового спирту каталітичним способом добував бутадієн:
2C2H6О ? СН2=СН—СН=CН2 + 2Н2O + Н2,
а потім проводив його полімеризацію за наявності каталізатора — металічного натрію за такою схемою:
nСН2=СН—СН=СН2 ? (—СН2—СН=СН—СН2—)n
Каучук здобув назву «бутадієновий». Промислове виробництво такого каучуку було здійснене вперше у 1932 р.
Проте бутадієновий каучук поступався перед натуральним як за еластичністю, так і за зносостійкістю. Тепер освоєно виробництво ізопренового каучуку стереорегулярної будови, аналогічного за будовою до натурального каучуку. Добуто також і бутадієновий каучук стереорегулярної будови. Щоб відрізнити від бутадієнового, який не має стереорегулярної будови, його називають дивініловим. Розроблено також і економніший метод добування бутадієну каталітичним дегідруванням бутану, який міститься у газах нафтопереробки і в попутних газах. Ізопрен добувають, виходячи з ізопентану (2-метил-бутану).
Каучуки стереорегулярної будови — ізопреновий і дивініловий — близькі за властивостями до натурального каучуку, а дивініловий — за стійкістю проти стирання навіть перевершує його. Для поліпшення якості синтетичні каучуки також піддають вулканізації і перетворюють на гуму.
