კაუჩუკი

კაუჩუკი (ბრაზილიის ინდიელების ენაზე — „ხის ცრემლები“ [„კაუ“ — ხე, „უჩუ“ — დენა, ტირილი]) — სამრეწველო პოლიმერების ჯგუფი, რომელთა გადამუშავებით მიიღება რეზინი. ნატურალური კაუჩუკი მცენარეული წარმოშობის პოლიმერია, რომლის ვულკანიზაციით მიიღება რეზინი. მიეკუთვნება ელასტომერების ჯგუფს. ნატურალური კაუჩუკი არის კაუჩუკისშემცველი მცენარეების რძისებრ წვენში (ლატექსში). მას უმთავრესად ღებულობენ ბრაზილიური ჰევეის ლატექსისაგან. ტერმინი „კაუჩუკი“ წარმოდგება სახელწოდებისაგან „კაუჩუ“, რომლითაც ბრაზილიის ინდიელები აღნიშნავდნენ ჰევეასაგან მიღებულ პროდუქტს. ნატურალური კაუჩუკის სამრეწველო გამოყენება შესაძლებელი გახდა ვულკანიზაციის პროცესის აღმოჩენის შემდეგ (ჩ. გუდირი — აშშ, 1839; ტ. ჰენკოვი — ინგლისი, 1843). ბუნებრივი კაუჩუკის წარმოების მონოპოლისტი დიდხანს რჩებოდა ბრაზილია. 1876 წელს ინგლისელებმა ბრაზილიიდან მოიპარეს ჰევეას თესლი, მიუხედავად სიკვდილით დასჯის შიშისა (მისი გატანა ქვეყნიდან აკრძალული იყო). პირველი ნატურალური კაუჩუკის პლანტაციები გააშენეს 1898 წელს. საერთაშორისო კლასიფიკაციის მიხედვით ნატურალური კაუჩუკი იყოფა 8 საერთაშორისო ტიპად. ნატურალური კაუჩუკის ტიპს განსაზღვრავენ საწყისი ნედლეულითა და მიღების მეთოდებით, გარეგანი შემოწმებითა და ეტალონურ ნიმუშთან შედარებით. ნატურალური კაუჩუკის ძირითადი შემადგენელი ნაწილია — კაუჩუკის ნახშირწყალბადი (91-96%), რომელიც განიხილება როგორც პოლიიზოპრენი ( C 5 H 8 ) n {\displaystyle {\ce {(C5H8)n}}} . ნატურალური კაუჩუკი აგრეთვე შეიცავს 2,2-3,8% ცილებსა და ამინმჟავებს, 1,5-4% აცეტონში ხსნად ნივთიერებებს (ე. წ. აცეტონის ექსტრაქტი — ოლეინის, სტერინის, ლინოლის მჟავები, კაროტინი და სხვები), ცვალებადი ვალენტობის ლითონთა (სპილენძი, მანგანუმი, რკინა) ნაერთებს, სილას და ზოგიერთ სხვა მინარევს. ნატურალური კაუჩუკი სტერეორეგულარული პოლიმერია. მისი მოლეკულები შეიცავს იზოპრენის რგოლებს (98-99%), რომლებიც 1,4 ცის მდგომარეობაში არიან შეერთებულნი. Н3C Н Н3C Н │ │ │ │ С=С С=С │ │ │ │ Н2C CН2—CН2 CН2 ნატურალური კაუჩუკის მოლეკულური მასაა 1400000-2600000, სიმკვრივე 910-920 კგ/მ3. კარგად იხსნება ბენზოლში, ბენზინში, ოთხქლორიან ნახშირბადში, ქლოროფორმში, გოგირდნახშირბადში, ციკლოჰექსანში. მედეგია წყლის მიმართ. 10°C უფრო მაღალი ტემპერატურისას ნატურალური კაუჩუკი ამორფულია. უფრო დაბალ ტემპერატურაზე ხანგრძლივი შენახვისას ან ოთახის ტემპერატურაზე გაჭიმვისას ნაწილობრივ კრისტალდება. მისთვის დამახასიათებელია მარალი კომპოზიტური სიმტკიცე. ნატურალური კაუჩუკის გადამუშავებისას მიმართავენ მის პლასტიკაციას, რის შედეგად მისი საშუალო მოლეკულური მასა მცირდება. ამ ოპერაციას ატარებენ რეზინშემრევებში, კაუჩუკს შეურევენ მავულკანიზებელ და ვულკანიზაციის დამაჩქარებელ ნივთიერებებს, აქტიურ შემავსებებს, პლასტიფიკატორებს, ანტიოქსიდანტებს ანტიოზონანტებსა და სხვას, რომელთა დამატებით მიიღება მაღალი თვისებების მქონე რეზინის ნაკეთობები. ნატურალური კაუჩუკის ვულკანიზაციისათვის ფაროდ იყენებენ გოგირდს. ვულკანიზაციას აჩქარებენ სხვადასხვა გოგირდშემცველი ორგანული ნაერთებით. ასევე შესაძლებელია მისი რადიაციული ვულკანიზაციაც. ნატურალური კაუჩუკის კრისტალიზაცია განაპირობებს მის საფუძველზე დამზადებული რეზინის მაღალ სიმტკიცეს. აქტიური შემვსების დამატებით რეზინის სიმტკიცე უმნიშვნელოდ იცვლება, მაგრამ ზოგიერთი სხვა მექანიკური თვისება მნიშვნელოვნად დიდდება. ნატურალური კაუჩუკიდან მიღებული რეზინისათვის დამახაზიათებელია კარგი ელასტიურობა, ცვეთა- და ყინვამედეგობა და მაღალი დინამიური თვისებები, მაგრამ დაბალია მისი მედეგობა გამხსენელებისა და ზეთებისადმი, აგრეთვე დაბალია მათი თბო- და ატმოსფერომედეგობა ზოგიერთ სინთეზურ კაუჩუკთან შედარებით. ნატურალურ კაუჩუკს იყენებენ საბურავების წარმოებაში, აგრეთვე რეზინტექნიური ნაკეთობების, ელექტროსაიზოლაციო მასალის, რეზინის ნაკეთობების, რეზინის წებოს დასამზადებლად. იმის გამო, რომ მიღებულია სტერეორეგულარული სინთეზური კაუჩუკი და სპეციალური დანიშნულების სხვადასხვა სინთეზური კაუჩუკი, ნატურალური კაუჩუკის გამოყენება მრეწველობის ზოგიერთ დარგში თანდათანობით მცირდება. სინთეზური კაუჩუკი სინთეზური პოლიმერია, რომელიც ნატურალური კაუჩუკის მსგავსად შეიძლება გადამუშავდეს რეზინად. ტექნიკის განვითარებასთან ერთად სულ უფრო და უფრო იზრდებოდა მოთხოვნა კაუჩუკზე. ბუნებრივი რესურსები კი არ იყო საკმარისი ამ მოთხოვნის დასაკმაყოფილებლად. მეცნიერთა წინაშეე დადგა მაღალელასტიური სინთეზური მასალის შექმნის აუცილებლობის საკითხი. ქიმიური ანალიზის მეთოდებით დადგენილია, რომ ნატურალური კაუჩუკი შედგება ნახშირბადისა ( C {\displaystyle {\ce {C}}} ) და წყალბადისაგან ( H {\displaystyle {\ce {H}}} ). მისი ფორმულაა ( C 5 H 8 ) n {\displaystyle {\ce {(C5H8)n}}} . ე.ი. კაუჩუკი ბუნებრივი მაღალმოლეკულური ნივთიერებაა. მისი ფარდობითი მოლეკულური მასა 100-ს აღწევს. კაუჩუკის მოლეკულა შედგება იზოპრენის მოლეკულებისაგან -კაუჩუკი არის იზოპრენის პოლიმერიზაცის პროდუქტი, რაც ტოლობის სახით შემდეგნაირად გამოისახება. n CH2 = C _ CH = CH2 ___> (_ CH2 _ C = CH _ CH2 _)n | | CH3 CH3 იზოპრენი იზოპრენის კაუჩუკი პირველადი კაუჩუკის მასის მიღება შეძლო იზოპრენიდან ი. ოსტრომისლენსკიმ და ს. ლებედევმა 1906 წელს, მაგრამ მიღებული პოლიმერის ხარისხი არ იყო დამაკმაყოფილებელი. დიდი რაოდენობის კარგი პოლიმერის მისაღებად საჭირო იყო იაფი იზოპრენი, რომლის მიღებაც იმ დროს არ იცოდნენ. ს. ლებედევმა თავისი გამოკვლევა ჩაატარა დიენური ნახშირწყალბადის პოლიმერიზაციით. მსოფლიოში კაუჩუკის პირველი სამრეწველო სინთეზი ს. ლებედევმა განახორციელა ეთილის სპირტისაგან ( C 2 H 5 OH {\displaystyle {\ce {C2H5OH}}} ), კატალიზატორების ( Al 2 O 3 ZnO {\displaystyle {\ce {Al2O3ZnO}}} ) მეშვეობით მიიღეს 1,3-ბუტადიენი. 2 C 2 H 5 OH ⟶ CH 2 = CH − CH = CH 2 + 2 H 2 O + H 2 {\displaystyle {\ce {2C2H5OH->CH2 = CH - CH = CH2 + 2H2O + H2}}} ეთილის სპირტი ბუტადიენი 1,3 ბუტადიენი 1,3 -ის პოლიმერიზაციით (კატალიზატორი მეტალური ნატრიუმი Na) მიიღება სინთეზური კაუჩუკი. nCH 2 = CH − CH = CH 2 ⟶ ( − CH 2 − CH = CH − CH 2 ) n {\displaystyle {\ce {nCH2 = CH - CH = CH2->(- CH2 - CH = CH - CH2)n}}} ამჟამად მიღებულია მრავალი სახის სინთეზური კაუჩუკი, რომელიც წარმატებით გამოიყენება საყოფაცხოვრებო სფეროში. მიღებულია მრავალი სახის სინთეზური კაუჩუკი. სინთეზური კაუჩუკი ცალკეული მაჩვენებლებით ბუნებრივ კაუჩუკზე უკეთესი თვისებებით ხასიათდება, მაგრამ დაბალია მისი ელასტიურობა. მაგალითად ქლოროპრენის კაუჩუკს ქლორის შემცველობის გამო ამაღლებული აქვს ცეცხლგამძლეობა. იგი მდგრადია ქიმიური რეაგენტების, გამხსნელების, სითბოსა და სინათლის მიმართ. ბუტადიენსტიროლის კაუჩუკი ცვეთამედეგია, რის გამოც წარმატებით გამოიყენება ავტომობილების საბურავების დასამზადებლად. დროთა განმავლობაში შეიცვალა კაუჩუკის სინთეზურად მიღების წყაროები. მაგალითად: ბუტადიენის მისაღებად საჭირო იყო ეთილის სპირტი, ხოლო სპირტის მისაღებად საჭირო იყო მარცვლეული და კარტოფილი. ამჟამად კაუჩუკის სინთეზისათვის იყენებენ ნახშირწყალბადებს, რომელიც არის ნავთობის თანხლები აირებში და ნავთობის გადამუშავების შედეგად მიღებულ ნავთობპროდუქტებში. სინთეზური კაუჩუკი ორგვარია: საერთო და სპეციალური დანიშნულების. პირველს იყენებენ ისეთი ნაკეთობების წარმოებაში, რომლებშიც რეალიზებულია რეზინის ძირითადი თვისება — ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე მაღალი ელასტიურობა. სპეციალური დანიშნულების სინთეზურ კაუჩუკს იმ ნაკეთობათა წარმოებაში იყენებენ, რომელთაც ახასიათებთ მედეგობა გამხსნელების, ზეთების, ჟანგბადის, ოზონის მოქმედებისადმი, უნდა ჰქონდეთ სითბო- და ყინვამედეგობის უნარი და სხვა. გამოყენების დარგების მიხედვით სინთეზური კაუჩუკის კლასიფიკაცია ერთგვარად პირობითია, რადგან ზოგიერთ კაუჩუკს აქვს თვისებათა ისეთი კომპლექსი, რომელიც საშუალებას იძლევა გამოყებულ იქნეს როგორც საერთო, ისე სპეციალური დანიშნულების კაუჩუკადაც. სინთეზური კაუჩუკის განსაკუთრებული ჯგუფებია: კაუჩუკის წყლიანი დისპერსია (ლატექსი), თხევადი კაუჩუკი (ოლიგომერი), შევსებული კაუჩუკი (შემვსებების ან პლასტიფიკატორების ნარევს სინთესურ კაუჩუკთან). სინთეზური კაუჩუკის ყველაზე გავრცელებული ხერხია ემულსიური და სტერეოსპეციფიური პოლიმერიზაცია. პოლიმერიზაციისას შესაძლებელია კაუჩუკის მოლეკულლური მასის რეგულირება, რაც საშუალებას იძლევა მათი გადამუშავებისას გამოვრიცხოთ ენერგოტევადი პლასტიკაციის სტადია. სინთეზური კაუჩუკი ავტომობილების საბურავების მასალაა. ბუნებრივ და სინთეზურ კაუჩუკს ძირითადად რეზინის სახით იყენებენ, რადგან მათ გაცილებით მეტი სიმტკიცე, ელასტიურობა და ბევრი უკეთესი მექანიკური თვისება აქვს. რეზინის მისაღებად ახდენენ კაუჩუკის ვულკანიზაციას. კაუჩუკს, გოგირდს, შემავსებლებს (მნიშვნელოვანი შემავსებელია მური) და სხვა ნივთიერებების ნარევს ახურებენ. შედეგად წარმოიქმნება გიგანტური მოლეკულები, რომელთაც უკვე 3 განზომილება აქვს: სიგრძე, სიგანე, სისქე. ასეთ კაუჩუკს (რეზინს) სივრცითი სტრუქტურა აქვს და მნიშვნელოვნად უფრო მტკიცეა, ვიდრე არავულკანიზირებული კაუჩუკი: არ იხსნება გამხსნელებში, ის მხოლოდ ჯირჯვდება. თუ კაუჩუკს დავუმატებთ მეტი რაოდენობით გოგირდს, ის კარგავს ელასტიურობას, მიიღება ებონიტი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება როგორც იზოლატორი. კაუჩუკოვანი მცენარეები, მცენარეები, რომლებიც თავის ამა თუ იმ ორგანოში წარმოქმნიან და შეიცავენ ნატურალურ კაუჩუკს. იმის მიხედვით, თუ რომელ ქსოვილში გროვდება კაუჩუკი, გამოყოფენ ლატექსურ (კაუჩუკი რძეწვენში - ლატექსშია), პარენქიმულ (ღერძული ორგანოების — ღეროსა და ფესვის პარენქიმიაში) და ქლორენქიმულ (ახალგაზრდა ყლორტებისა და და ფოთლების მწვანე ქსოვილებში) კაუჩუკოვან მცენარეებს. მათ შორის საწარმოო მნიშვნელობა აქვს ლატექსიან ხეებს, რომლებიც დიდი რაოდენობით შეიცავენ რძეწვენს, საიდანაც ადვილად შეიძლება კაუჩუკის გამოყოფა. ამ მხრივ ყველაზე მნიშვნელოვანია ბრაზილიური ჰევეა, რომელიც ბუნებრივი კაუჩუკის მსოფლიო წარმოების 95%-ს იძლევა, დანარჩენი 5% მიიღება სხვა ტროპიკული ლიტექსიანი მცენარეებისაგან - საპიუმის, მანიოკის (რძიანასებრთა ოჯახი), ფიკუსის, კასტილას (თუთისებრთა ოჯახი), ლანდოლფიას (ქენდირისებრთა ოჯახი) გვარებიდან. ლატექსიანი კაუჩუკოვანი მცენარეებია აგრეთვე კოგსაგიზი, ტაუსაგიზი, კრიომსაგიზი და სხვა, მაგრამ მათ ფესვებში კაუჩუკი მცირე რაოდენობითაა. პარენქიმულ კაუჩუკოვან მცენარეებს განეკუთვნება მექსიკური გვაიულა (რთულყვავილოვნებიდან). ქლორენქიმულ კაუჩუკოვან მცენარეებს საწარმოო მნიშვნელობა არა აქვთ. ქართული საბჭოთა ენციკლოპედია, ტ. 5, თბ., 1980. — გვ. 439-440.; Догаткин Б. А., Химия аластомеров, Москва, 1972; გ. ჭირაქაძე - ორგანული ქიმია; Потапов В. М. - Органическая химия.