Латекс — каучуковое молоко

ЛатексСтоит ли возить воду?

Латекс — по латыни «сок» — название, данное испанскими завоевателями Южной Америки млечному соку гевеи, каучукового дерева.

Индейцы умели пропитывать латексом ткани и делать их водонепроницаемыми. Они превращали сок гевеи в обувь и головные уборы. Европейцы стали учиться тому же. И в 1791 году англичанин Сэмюэл Пиль взял патент на пропитку ткани каучуком «в натуральном жидком состоянии» — процесс, давно известный индейцам Южной Америки. Это был первый патент, в котором упоминался латекс…

Но история каучука пошла «по другой линии» — от упругого мяча «из затвердевшей древесной смолы», первое упоминание о котором в старинных рукописях относится еще к началу XVI века. А с тех пор как Чарльз Гудийр открыл вулканизацию, каучук стал одним из ведущих технических материалов.

Латекс нужен был лишь постольку, поскольку из него выделяли каучук.

Томас Хэнкок, много сделавший для изучения латекса в прошлом веке, нашел, по крайней мере, десяток областей, где его можно было с успехом применить. Не произошло этого по причинам, о которых Хэнкок писал в своей автобиографии: «Каучук в состоянии латекса может быть весьма полезен, и из него можно изготовлять много изделий; тем не менее потеря в весе при испарении воды, практически составляющая две трети от общего веса, а также стоимость транспорта и посуды для столь бесполезного материала, как вода, делают широкое применение латекса невозможным».

Коммерческая невыгода была налицо. В начале нашего века о латексе как материале почти забыли. В 1921 г. на Международной выставке каучука в Лондоне разговоры о том, что наступит когда-нибудь время, когда латекс сможет конкурировать с твердым каучуком, считались прожектерством. А всего через пять лет одна Малайя экспортировала свыше 11 миллионов литров латекса в год. И океанские корабли везли в Европу и Северную Америку тысячи тонн воды, в которой плавали крошечные, невидимые глазу частицы каучука.

Латекс под микроскопомЛатекс под микроскопом — частицы каучука в воде

Вы представляете себе, как из резины делают, скажем, перчатки? Обрабатывают каучук, смешивают его с добрым десятком веществ — готовят резиновую смесь. Эту смесь пропускают через многовалковый каландр, тюка не получится тонкий и ровный лист резины. Листы дублируют — кладут один на другой — и вырубают двуслойную заготовку. И, наконец, вулканизуют ее в котле. Шов заваривается и получается перчатка.

И хотя описание технологии уместилось на нескольких строках, сама технология сложна, ее процессы занимают не один час. На толстой и грубой перчатке остается неудобный и некрасивый шов. И те перчатки, в которых работают сейчас врач, уборщица или повар, сделаны не из резины, а из латекса. Изделие стало легким, тонким, удобным. Но дело не только в этом.

Главное преимущество латекса — простота изготовления изделий. Форму, «модель» человеческой руки, погрузили в латекс и вынули уже покрытую тонким эластичным слоем… Так можно получать много различных изделий и такого качества, которое не может быть достигнуто другим путем.

Но прежде чем говорить о том, как что-то делают из латекса, обратимся к его строению и свойствам.

Каучуковое молоко

Два основных и непременных компонента сока гевеи — каучук и вода. И поскольку каучук в воде нерастворим, единственный способ их совместного существования— коллоидная система. Если смотреть на разбавленный латекс в микроскоп с тысячекратным увеличением, можно увидеть мечущиеся в воде частицы. Размер самой большой из них достигает 5 микрон, самой маленькой — меньше микрона. В литре латекса больше 200 миллиардов таких частиц.

Чтобы изучить структуру частиц, исследователи ухитрялись прокалывать их под микроскопом тончайшей стеклянной иглой. Пройдя сквозь плотную оболочку, игла попадала в вязкое жидкое вещество. Оболочкой были адсорбированные поверхностью каучука белки из сока гевеи. Каучук не смачивается водой, и как бы ни были малы его частицы, они не могли бы образовать устойчивую коллоидную систему. Белковая оболочка придает каучуковым капелькам некоторую стабильность, но ее хватает ненадолго: бактерии разрушают белок. Начинается коагуляция — частицы каучука соединяются и всплывают на поверхность. Когда нужно получить каучук — это хорошо. Но когда необходим латекс…

Каучуковое молокоВеществами, способными стабилизовать латекс, оказались щелочи. В середине прошлого века англичанин Джонсон запатентовал консервирование сока гевеи аммиаком. Редко где встретишь в химии приемы столетней давности, а вот способ Джонсона существует и поныне в почти неизменном виде. Достаточно добавить к латексу 0,7% аммиака, чтобы коллоидная система стала совершенно устойчивой и сырье можно было безопасно транспортировать.

И все-таки это было не слишком экономичным делом — возить килограмм каучука в двух литрах воды. А нельзя ли сгустить латекс, снять каучуковые «сливки», а когда потребуется — опять разбавить их до «молока»? Кстати, сравнение с молоком вовсе не натяжка: молоко тоже коллоидная система, у него должны быть общие свойства с латексом. Крестьянам давно было известно, что если к молоку добавить некоторые растительные смолы, то сливки отделяются гораздо быстрее. Латекс отстаивается очень медленно, но когда к нему добавляют небольшое количество тех же самых смол, то «сливки» бывают готовы уже через два-три дня.

На молочный заводах сливки отделяют на центрифугах. И латекс был впервые сгущен на самом обычном молочном сепараторе, да и современные сепараторы для молока и латекса мало чем отличаются один от другого. А кроме того, латекс можно просто упаривать, но только — обязательно препятствуя образованию «пенки» на поверхности жидкости. Для этого ее интенсивно размешивают при нагреве, добавляют стабилизаторы. Получается густой концентрат, в котором содержится по меньшей мере две трети каучука.

Разумеется, до тех пор пока джунгли, а потом плантации гевеи были единственным источником сырья для резиновых сапог и непромокаемых плащей, мячей и шлангов, шин для автомобилей и самолетов, был только один каучук и один латекс — натуральный. Но в 1932 году в Советском Союзе был построен первый в мире завод синтетического каучука. И за прошедшие с тех пор 30 с небольшим лет производство синтетических каучуков стало процветающей отраслью химической промышленности во многих странах мира.

Что же касается латекса, то и на это раз к нему пришли «обратным путем»: сначала каучук, потом латекс. Сначала каучук получали полимеризацией дивинила в массе, сразу в виде твердого продукта. Потом появился процесс эмульсионной полимеризации (снова термин коллоидной химии!): мономер эмульгировали в воде, полимеризовали его, а затем из эмульсии образовавшегося полимера удаляли воду. Естественно, возникла мысль: если эмульсию стабилизовать, то получится не что иное, как синтетический латекс! В крупном масштабе это было впервые сделано в США, в годы второй мировой войны, когда Америка была отрезана от главных поставщиков каучукового сырья — Индонезийский архипелаг и Малаккский полуостров были оккупированы японцами.

Синтетический латекс под микроскопомСинтетический латекс под микроскопом

На практике латекс синтезируют большей частью не из одного мономера, а из нескольких — сополимеры часто обладают лучшими свойствами. Классический пример — дивинилстирольный латекс. Мономеры — дивинил и стирол — с помощью эмульгаторов смешивают с водой; образуется тончайшая эмульсия. Ей придают определенную температуру и вводят в реактор специальное вещество — инициатор реакции. Начинается полимеризация: возникают частицы полимера — дивинилстирольного каучука. Чтобы реакция не зашла слишком далеко, добавляют вещества — регуляторы, которые вовремя обрывают растущие цепочки молекул полимера. И наконец, как бы «закрепляя» образовавшийся латекс, примешивают к нему последний реагент — стоппер. И процесс останавливается.

Синтетических каучуков с самыми различными свойствами очень много. Почти все они могут существовать в виде коллоидов — латексов, свойства которых тоже далеко не одинаковы. Но есть одно общее условие, без выполнения которого никакого латекса не .получится. Нужно стабилизировать коллоидную систему, предохранить только что рожденные частицы от слипания сразу же — одновременно с синтезом. Ибо белковых веществ, защищающих шарики природного каучука от слипания, в нашем искусственном латексе нет. Роль белков выполняют в реакторе эмульгаторы — те же вещества, что помогали смешиванию исходных мономеров с водой, препятствуют их слипанию…

Чаще всего это мыло, образующее самую обыкновенную пену, — тонкая мыльная пленка обволакивает синтезированные каучуковые частицы и не дает им сблизиться и слиться.

Частицы синтетических латексов мельче и однороднее, чем частицы в натуральном каучуковом молоке. Из синтетических латексов тоже можно получить концентрат, «сливки». Изделия из синтетического и натурального латекса изготовляют очень похожими способами. Не значит ли все это, что от млечного сока гевеи пора отказаться и числить его по разряду экзотики? Нет, не значит, хотя бы потому, что каждый латекс (и в том числе, безусловно, натуральный!) обладает своим, особым сочетанием свойств. Одним словом, пока что — сосуществование, на которое, однако сильно влияет то обстоятельство, что большинство искусственных латексов — выгоднее, дешевле. И поскольку их свойства можно варьировать по желанию — если не всегда, то часто — будущее, несомненно, принесет этому синтетическому сырью еще большие успехи.

Как из латекса делают перчатку

Вернемся к примеру с резиновыми перчатками. Основные достоинства латекса таковы: упрощение технологии, возможность получения качественно новых изделий, отсутствие безвозвратно улетучивающихся растворителей, сведение к нулю опасности пожара. Прочность пленки из латекса выше, чем пленки из резины, потому что каждая операция, связанная с механическим воздействием на каучук, ослабляет и рвет его молекулы. А резина, прежде чем стать пленкой, проходит не одну такую операцию…

Как и сырой каучук, латекс сам по себе непригоден для производства каучуковых изделий. И точно так же, как из сырого каучука готовят резиновую смесь, способную к дальнейшей вулканизации, к «сшиванию» полимерных молекул, так из латекса сначала приготовляют латексную смесь. «Молоко» заправляют вулканизирующими агентами, активаторами, возбуждающими эти агенты, и ускорителями, сводящими к минимуму время вулканизации. В него вводят антиоксиданты, препятствующие преждевременному окислению каучука, при котором изделие из него «стареет». Добавляют наполнители — от мела до сажи, мягчители, пластификаторы, красители — причем все эти ингредиенты должны быть приведены в коллоидное состояние. Очень тонкие порошки иногда удается ввести сразу в латекс, но все равно приготовление смеси создает немало технических трудностей. Главное условие — коллоидная система латекса, а потом смесь должна оставаться стабильной.

И только в тот момент, когда должно начаться изготовление будущей вещи, условие задачи сразу круто меняется, становится «обратным»: нужно нарушить устойчивость коллоидной системы, заставить крохотные частицы каучука сливаться, коагулировать на поверхности формы. И для натурального, и для синтетических латексов эта задача решается одним путем: разрушением защитной оболочки частиц.

Как из латекса делают перчаткуКак из латекса делают перчатку

Чтобы сделать перчатку, можно просто погрузить «модель» руки в латексную смесь и через некоторое время вынуть ее. Правда, толщина осевшего слоя будет так мала, что операцию придется повторять много раз. Этот простейший способ — способ макания, известный еще индейцам Южной Америки, сейчас почти не употребляется. Но и современная технология внешне довольно похожа на индейскую. На форму наносят вещество, реагирующее с защитной оболочкой частиц каучука — соли цинка, кальция, магния. Ионы этих двухвалентных металлов обладают способностью агрессивно действовать на естественные и искусственные стабилизаторы латекса — образовывать с ними нерастворимые соединения. Форму погружают в латексную смесь. Результат — частицы каучука, освободившись от своей «одежды», сливаются, коагулируют. Но не во всей массе смеси, а только на форме, повторяющей человеческую руку. Образуется сплошная латексная пленка.

Этот способ (он называется ионным отложением) дает настолько прочные пленки, что перчатки можно снимать с формы еще сырыми. Сырая пленка — это фактически студень, из которого сначала нужно удалить воду. А студни способны к синерезису — уплотнению и отсечению излишка воды (типичный пример синерезиса — отделение молочной сыворотки). Перчатку из латекса уплотняют в воде, после чего ее окончательно сушат и вулканизуют — и перчатка готова.

Точно таким же способом делают и легкую обувь, и изоляцию для проводов, футбольные камеры и игрушки, детские воздушные шарики и метеорологические шары-зонды.

А если нужно получить более массивные изделия?

Тогда вещества, разрушающие защитные оболочки каучуковых частиц, вводят прямо в латексную смесь. Только теперь эти вещества должны обладать замедленным действием, чтобы не вызвать мгновенной коагуляции смесь нужно успеть залить в форму. Потом застывший в форме студень (процесс называют желатинированием) сушат и вулканизуют.

Существует и другой путь -вводят в смесь вещества, которые нарушают устойчивость коллоида только при повышенной температуре. Пока «молоко» холодное, оно может храниться долгое время. Но стоит нагреть его, залив в форму, или опустить в него горячую форму, как начнет образовываться студень.

Еще один метод — электроотложение, По существу это та же гальванотехника, но вместо ионов металла к аноду движутся частицы каучука — они обладают свойством заряжаться отрицательно. Этот способ особенно удобен для гуммирования — покрытия сплошной каучуковой оболочкой металлических деталей. Они сами и служат электродом. Если же на пути частиц к аноду поставить пористый заслон, например ткань, то она покроется тонким слоем каучука.

Пропитка ткани, с которой началась .история освоения латекса, может происходить и совсем просто — ткань погружается на короткое время в смесь (разумеется, с помощью непрерывно действующих машин). Такой способ широко применяется для пропитки шинного корда и приводных ремней, непромокаемой и водоотталкивающей одежды, заменителей кожи. И в производстве нетканых материалов и синтетического меха основным связующим тоже стал латекс.

Обивка самолетнего кресла, упругий ковер, легкий матрац — все это области применения латекса, но уме в ином виде. Резиновая губка известна давно. Ее изготовление напоминает выпечку теста: в смесь (здесь — резиновую, конечно) вводят порообразователь (в простейшем случае — соду) и начинают нагревать ее… И смесь «поднимается» вспучивается, делается губчатой — под действием выделяющегося газа. С латексом и в этом случае все обстоит проще. Достаточно сбить латексную смесь в пену, как это делают с яичными белками, и добавить туда агент желатинирования, чтобы образовалась губчатая смесь, которую можно заливать в какую угодно форму.

После вулканизации получается пористый, легкий и упругий материал.

Есть у латекса еще одно несколько неожиданное применение — в строительстве. Бетон, замешанный не на воде, а на каучуковом молоке, обладает всеми положительными качествами бетона плюс эластичность и вязкость каучука, а технология его приготовления нисколько не изменилась. Особенно заманчиво применять полимербетоны для конструкций, постоянно подверженных деформациям, например, в судостроении. Пример — палуба известного океанского корабля «Куин Мэри» была покрыта смесью цемент с латексом и после 20 лет эксплуатации не разрушилась, а лишь слегка износилась.

Латекс может служить связующим для красок, применяемых в строительстве, — для таких красок не нужны ни масло, ни растворители; они прочны и совершенно не боятся воды. Влагопрочные обои, пропитанные латексом, защитные покрытия на металлах, латексные клеи — все это только начало длинного списка. От упаковки пищевых продуктов до дорожных покрытий — таков диапазон применения «каучукового молока».

И последнее: в виде коллоидных систем могут быть получены не только каучуки, но и более жесткие полимеры. Промышленное производство таких латексов уже существует и у нас в стране, и за рубежом. Это значит, что технические возможности материалов, изготовленных человеком по образцу млечного сока экзотического дерева гевеи, становятся еще шире.

Инженер О. М. ЛИБКИН

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>