Що таке вулканізація

Історія одного відкриття

З моменту відкриття Америки (неважливо кому саме належить ця заслуга) до Європи було завезено чимало дивовижних, корисних і навіть їстівних предметів, речовин та рослин. Серед інших був і каучук, який спочатку називався не інакше як "індійська гума".

Спочатку широкого застосування нової речовини не знайшлося і аж до 1839 року каучук використовували мало. Все змінилося з відкриттям Чарльза Гудієра (Charles Nelson Goodyear). Не можна сказати, що історія цього відкриття чи винаходу була простою та приємною. Від ідеї поліпшити властивості натурального каучуку до патенту на вулканізації Гудієр пройшов довгий і далеко не легкий шлях, на якому були і бідність, і величезні борги вимогливим кредиторам, і великі проблеми зі здоров'ям. Треба віддати належне невтомному досліднику: його досліди мали успіх, незважаючи на всі перешкоди.

В ході своїх експериментів Гудієр змішував натуральний каучук з магнезією (оксид магнію), з'єднував отриману речовину зі скипидаром і негашеним вапном, проводив досліди з високотоксичною азотною кислотою та оксидом цинку, що підірвало його і без того не ідеальне здоров'я. Точку в історії дослідів поставили експерименти зі з'єднання каучуку та сірки.

Технічний бік питання

Власне, основним продуктом, що отримується в результаті вулканізації каучуку, є добре знайома нам гума. З точки зору хімії вулканізація є процесом, при якому відбувається з'єднання гнучких і досить нестабільних при зовнішньому впливі макромолекул каучуку в тривимірну просторову (вулканізаційну) сітку рідкісними поперечними хімічними зв'язками.

Утворення цієї сітки відбувається або в результаті хімічної діїагента або в результаті об'єднання агента і, наприклад, високої температури. Поперечні зв'язки, що виникають при цьому, обмежують незворотні переміщення макромолекул при механічних впливах, зберігаючи при цьому здатність речовини до високоеластичної деформації.

Вулканізаційна сітка має складну будову. Крім вузлів, які з'єднуються по дві макромолекули, формуються також вузли, що з'єднують у собі кілька макромолекул одночасно. Поперечні хімічні зв'язки, що виникають у процесі є своєрідними "містками". Вони утворюються під дією різних агентів, що використовуються для вулканізації і є фрагментами молекул самого агента. Від того, який агент був використаний в процесі залежить і склад цих містків і більшість експлуатаційних показників отриманої в результаті вулканізованої гуми. До списку цих найважливіших характеристик входять, зокрема, опір термоокислювальному старінню, швидкість накопичення залишкових деформацій в умовах стиснення при підвищених температурах, стійкість до дії агресивних середовищ.

Часто при вулканізації в суміш каучуку та агента вводять прискорювачі та наповнювачі. Перші покращують властивості вулканізаторів, скорочують час вулканізації та витрата основної сировини, перешкоджає перевулканізації. Другі підвищують фізико-механічні властивості гум: міцність, зносостійкість, опір стирання. Вони також сприяють збільшенню обсягу вихідної сировини, а, отже, скорочують витрату каучуку і знижують вартість гуми.

Крім цього використовують:

Активатори прискорювачів вулканізації полегшують реакцію взаємодії всіх компонентів гумової суміші. В основному як активатори застосовують оксид цинку.
Антиокислювачі(стабілізатори, протистарільники) вводять у гумову суміш попередження «старіння» каучуку.
Пластифікатори (м'якшувачі) – речовини, які покращують технологічні властивості гуми, полегшують її обробку (знижують в'язкість системи), забезпечують можливість збільшення вмісту наповнювачів. Введення пластифікаторів підвищують динамічну витривалість гуми, опір «стиранню».

Прямих залежностей між кількістю цих речовин і кінцевими властивостями гуми, що отримується, досі не виведено, але помічені різні якісні та напівкількісні залежності, які широко використовують для розробки рецептур гум та прогнозування їх поведінки при вулканізації.

Сфера застосування вулканізації

Найбільшими споживачами гумових технічних виробів були і залишаються автомобільна промисловість та сільськогосподарське машинобудування. Сьогодні одним із параметрів оцінки досконалості, надійності та комфортабельності масових видів машинобудівної продукції є ступінь їх насиченості гумовими виробами.

Крім цього, однією з основних сфер застосування гуми також тривалий час було і залишається виготовлення взуття. Виробляються спеціальні взуттєві гуми, що йдуть на виготовлення підошв черевиків, чобіт та домашніх капців. Гуму використовують і для виготовлення канцелярських товарів, гумові деталі використовуються під час сантехнічних монтажних робіт, у виготовленні дитячих іграшок і навіть при створенні ювелірних прикрас та біжутерії.

Схоже, якби не Чарльз Гудієр і всі, що так чи інакше мають відношення до цього відкриття, людство отримало б усе це в розпорядження на кілька десятків років пізніше.