Что такое вулканизация

История одного открытия

С момента открытия Америки (неважно кому именно принадлежит эта заслуга) в Европу было завезено немало всяких удивительных, полезных и даже съедобных предметов, веществ и растений. Среди прочих был и каучук, который первое время назывался не иначе как "индийская резина".

Первое время широкого применения новому веществу не нашлось и вплоть до 1839 года каучук использовали мало. Всё изменилось с открытием Чарльза Гудиера (Charles Nelson Goodyear). Нельзя сказать, что история этого открытия или изобретения была простой и приятной. От идеи улучшить свойства натурального каучука до патента на процесс вулканизации Гудиер прошёл долгий и далеко не лёгкий путь, на котором были и бедность, и огромные долги требовательным кредиторам, и большие проблемы со здоровьем. Надо отдать должное неутомимому исследователю: его опыты увенчались успехом, несмотря на все препятствия.

В ходе своих экспериментов Гудиер смешивал натуральный каучук с магнезией (оксид магния), соединял полученное вещество со скипидаром и негашёной известью, проводил опыты с высокотоксичными азотной кислотой и оксидом цинка, что подорвало его и без того не идеальное здоровье. Точку в истории опытов поставили эксперименты по соединению каучука и серы.

Техническая сторона вопроса

Собственно, основным продуктом, получаемым в результате вулканизации каучука является хорошо знакомая нам резина. С точки зрения химии вулканизация представляет собой процесс, при котором происходит соединение гибких и довольно нестабильных при внешнем воздействии макромолекул каучука в трехмерную пространственную (вулканизационную) сетку редкими поперечными химическими связями.

Образование этой сетки происходит либо в результате действия химического агента, либо в результате объединения агента и, например, высокой температуры. Возникающие при этом поперечные связи ограничивают необратимые перемещения макромолекул при механических воздействиях, сохраняя при этом способность вещества к высокоэластичной деформации.

Вулканизационная сетка имеет сложное строение. Помимо узлов, в которые соединяются по две макромолекулы, формируются также узлы, соединяющие в себе по несколько макромолекул одновременно. Поперечные химические связи, возникающие в процессе представляют собой своеобразные "мостики". Они образуются под действием различных агентов, используемых для вулканизации и представляют собой фрагменты молекул самого агента. От того, какой агент был использован в процессе зависит и состав этих мостиков и большая часть эксплуатационных характеристик полученной в итоге вулканизированной резины. В список этих важнейших характеристик входят, в частности, сопротивление термоокислительносму старению, скорость накопления остаточных деформаций в условиях сжатия при повышенных температурах, стойкость к действию агрессивных сред.

Часто при вулканизации в смесь каучука и агента вводят ускорители и наполнители. Первые улучшают свойства вулканизаторов, сокращают время вулканизации и расход основного сырья, препятствует перевулканизации. Вторые же повышают физико-механические свойства резин: прочность, износостойкость, сопротивление истиранию. Они так же способствуют увеличению объёма исходного сырья, а, следовательно, сокращают расход каучука и снижают стоимость резины.

Кроме этого используют:

• Активаторы ускорителей вулканизации облегчают реакции взаимодействия всех компонентов резиновой смеси. В основном в качестве активаторов применяют оксид цинка.
• Антиокислители (стабилизаторы, противостарители) вводят в резиновую смесь для предупреждения «старения» каучука.
• Пластификаторы (мягчители) – вещества, которые улучшают технологические свойства резины, облегчают её обработку (понижают вязкость системы), обеспечивают возможность увеличения содержания наполнителей. Введение пластификаторов повышают динамическую выносливость резины, сопротивление «стиранию».

Прямых зависимостей между количеством этих веществ и конечными свойствами получаемой резины до сих пор не выведено, но замечены разные качественные и полуколичественные зависимости, которые широко используют для разработки рецептур резин и прогнозирования их поведения при вулканизации.

Сфера применения вулканизации

Самыми крупными потребителями резиновых технических изделий были и остаются автомобильная промышленность и сельскохозяйственное машиностроение. Сегодня одним из параметров оценки совершенства, надёжности и комфортабельности массовых видов машиностроительной продукции является степень их насыщенности резиновыми изделиями.

Кроме этого одной из основных сфер применения резины также долгое время было и остаётся изготовление обуви. Производятся специальные обувные резины, идущие на изготовление подошв ботинок, сапог и домашних тапочек. Резину используют и для изготовления канцелярских товаров, резиновые детали используются при сантехнических монтажных работах, в изготовлении детских игрушек и даже при создании ювелирных украшений и бижутерии.

Похоже, если бы не Чарльз Гудиер и все, так или иначе имеющие отношение к этому открытию, человечество получило бы всё это в распоряжение на несколько десятков лет позднее.