KAUČIUKAS
Kaučiukas yra viena svarbiausiųjų techninių žaliavų. Iš jo gaminami įvairiausi gumos dirbiniai, naudojami pramonėje ir buityje. Ypač daug jo sunaudojama automobilių padangoms – net 60% visos pasaulinės produkcijos. Iš jo dalies gaminami įvairiausi kiti daiktai: transporterių juostos, guminės žarnos, amortizatoriai, guminė avalynė, sanitarijos-higienos reikmenys, gausybė detalių, naudojamų įvairiausiose pramonės šakose, mechanizuotame žemės ūkyje ir transporte.
Pramonėje sutinkamas dviejų rūšių kaučiukas: natūralusis, arba gamtinis, ir sintetinis.
Žmonija pirmiausia susipažino su natūraliuoju kaučiuku. Didžiausios Pietų Amerikos upės – Amazonės ir jos intakų pakrantėse nuo seniausių laikų auga kaučiukmedis hevėja. Jau prieš kelis šimtmečius Pietų Amerikos indėnai pastebėjo, kad, sužeidus kaučiukmedį, iš jo ima tekėti tirštos baltos sultys – lateksas. Lateksui gauti hevėjos medžio kamienas yra suraižomas, ir pro jo žaizdas teka šis skystis. Jis yra surenkamas ir veikiamas rūgštimis, druskomis ir šildomas. Taip paveiktas kaučiukas koaguliuoja ir atsiskiria nuo vandeningo skysčio minkštos, lengvai formuojamos masės pavidalu. Tai ir yra grynas kaučiukas. Žodis „kaučiukas”(„kao”- medis, „čou”- tekėti, ašaroti) yra indėniškas ir reiškia „medžio ašaras”.
Europos gyventojai su kaučiuku pirmą kartą susipažino prieš 500 metų Haičio saloje. Čia jie matė kaip vietos gyventojai žaidė žaidimą su sviediniu, pagamintu iš kaučiuko ir turintys savybę atšokti nuo kieto paviršiaus, tačiau jie net nepagalvojo, kad ši medžiaga ateityje turės tokią didelę reikšmę ir įvykdys tikrą revoliuciją technikoje.
XIX a. Pradžioje kaučiuką bandyta naudoti nepermirkstantiems drabužiams, diržams, kaliošams ir kitiems gaminiams gaminti. Tačiau greitai buvo pastebėta, kad šie gaminiai yra geri ir patogūs, tik esant vidutinei temperatūrai, karštyje jie pasidarydavo minkšti ir lipnūs, šaltyje – kieti ir trapūs. Tuomet daug tyrinėtojų ėmė ieškoti būdų kaučiuko savybėms pakeisti, padaryti jį patvarų temperatūrų svyravimams. Ta pavyko padaryti 1839 m. amerikiečiui Č. Gudjirui ir 1843 m. anglui T. Genkokui. Jie pastebėjo, kad šildant kaučiuką su siera 400 temperatūroje, pasigamina naujas produktas, kuris yra patvarus tiek šiltame, tiek ir šaltame ore. Šis produktas buvo pavadintas guma, o gumos gavimo iš kaučiuko procesas pavadintas vulkanizacija.
Atradus vulkanizacijos procesą, kaučiuko (gumos pavidalu) pritaikymas ėmė greitai plisti. Daugiausia kaučiuko sunaudojama automobilių, lėktuvų, dviračių padangų ir kamerų gamybai. Pagal savo reikšmę kaučiukas prilygsta plienui, naftai, akmens angliai.
Natūralaus kaučiuko sudėtis ir sandara. Kokybinė analizė rodo, kad kaučiuką sudaro du elementai – anglis ir vandenilis, t.y. jis priklauso angliavandenilių klasei.
Kiekybinė jo analizė rodo, kad natūralaus kaučiuko formulė yra C5H8. Nustatant molekulinę masę, pasirodė, kad ji siekia keletą šimtų tūkstančių (150 000 – 500 000). Taigi kaučiukas – gamtinis polimeras. Jo molekulinė formulė (C5H8)n. Stipriai kaitinamas, jis skyla į izopreną (2-metilbutadieną-1,3):
(C5H8)n → nCH2 = C – CH = CH2
CH3
Dėl savo elastingumo gamtinis kaučiukas yra labai atsparus trinčiai. Taip pat jis vertinamas dėl to, kad nepraleidžia vandens ir dujų yra geras elektros izoliatorius vandenyje kaučiukas praktiškai netirpsta. Etilo alkoholyje jo tirpumas nedidelis, o anglies disulfide, chloroforme ir benzine jis iš pradžių išbrinksta, po to ištirpsta.
Natūralus kaučiukas yra linijinės struktūros izopreno polimeras. Svarbiausia jo savybė yra didelis elastingumas – gebėjimas stipriai išsitemti dėl išorinės jėgos poveikio ir atgauti pradinę formą, kai ši jėga nustoja veikusi.
Kitas gamtinis izopreno polimeras – gutaperčia – nėra tamprus. Tokį savybių skirtumą lemia nevienoda molekulių struktūra. Ir kaučiukas, ir gutaperčia yra ne tik reguliarios struktūros, bet ir stereoreguliarūs. Kaučiuko polimero grandinės fragmentai prie kiekvienos dvigubos jungties yra ciskonfigūracijos, o gutaperčios – transkonfigūracijos. Taigi abiejų polimerų struktūrinė formulė yra tokia pat, bet erdvinės formulės skirtingos:
CH3 CH3
Natūralaus kaučiuko fragmentas
CH3 CH3
CH3 CH3 CH3 CH3
Gutaperčios makromolekulės fragmentas
Gutaperčios molekulių tarpusavio trauka daug stipresnė, nes jos ištiestos konformacijos molekulės gali būti arčiau viena kitos, negu kaučiuko molekulės, kurioms suartėti kliudo į skirtingas puses nukrypusios metilo grupės. Todėl šiluminis judėjimas „suvynioja” kaučiuko molekules į kamuolius. Kaučiuko gabalą tempiant, globulės „išvyniojamos”, o jį paleidus, šiluminis judėjimas vėl „suvynioja” molekules. Visos gutaperčios molekulės tiesios, o tempiamas šio polimero gabalas suyra.
Vulkanizacija – gaminio, suformuoto iš kaučiuko, nedidelio kiekio sieros ir užpildo (dažniausiai suodžių arba kreidos miltelių) mišinio, kaitinimas.