Почему она тянется?

Почему она тянется?

Гудьир, который не был химиком, не знал, почему сера и нагревание так позитивно повлияли на свойства природной резины. Он не знал структуры изопрена, не знал, что резина является его природным полимером и что с помощью серы он добился образования столь важных перекрестных сшивок между молекулами. При нагревании атомы серы образуют мостики, которые удерживают между собой молекулы полимера. Прошло более семидесяти лет после открытого Гудьиром процесса, названного вулканизацией (в честь Вулкана, древнеримского бога огня), прежде чем английский химик Сэмюель Шраудер Пиклз предположил, что каучук представляет собой линейный полимер изопрена — и суть вулканизации стала наконец ясна.

Эластичность резины обусловлена ее химической структурой. Случайным образом свернутые цепи полиизопрена при натяжении выстраиваются в направлении приложенной силы. Когда натяжение ослабевает, молекулы полимера вновь сворачиваются. Длинные гибкие цепи молекул природной резины, имеющие цис-конфигурацию, недостаточно тесно прижаты друг к другу, чтобы образовывать эффективные перекрестные сшивки, и при натяжении молекулы скользят друг относительно друга. Обратная ситуация имеет место в случае зигзагообразной структуры полностью транс-изомеров. Эти молекулы могут тесно прилегать друг к другу, образуя прочные перекрестные связи, которые не позволяют цепям проскальзывать, и поэтому такие полимеры нерастяжимы. Таким образом, транс-изомеры гуттаперча и балата представляют собой твердые и нерастяжимые вещества, а резина, цис-изомер изопрена, — гибкий эластомер.

Протяженные гибкие цепи цис-изомера не могут прилегать друг к другу достаточно тесно, чтобы образовать перекрестные сшивки, поэтому при растяжении молекулы скользят друг относительно друга

Напротив, вытянутые зигзагообразные цепи транс-изомера укладываются вплотную друг к другу и образуют слишком много перекрестных сшивок, поэтому гуттаперча и балата не растягиваются

Атомы серы выступают в роли мостиков между полимерными молекулами, а нагревание способствует фиксации этих новых связей. При определенном количестве перекрестных связей молекулы резины остаются гибкими, но больше не могут проскальзывать друг относительно друга.

Молекулы резины с перекрестными сшивками (дисульфидными мостиками), предотвращающими проскальзывание цепей

После открытия Гудьира вулканизированная резина стала важным предметом потребления в мирное время и жизненно важным материалом во время войны. Всего 0,3 % серы в составе резины изменили свойства природного полимера настолько, что он больше не растекался в жару и не каменел на морозе. Мягкая резина, из которой делают резиновые ленты, содержит 1–3 % серы. В резине, содержащей 3-10 % серы, образуется больше перекрестных сшивок. Такая резина тверже. Из нее делают автомобильные шины. Если же перекрестных сшивок еще больше, резина становится слишком жесткой, чтобы ее можно было использовать в тех областях, где требуется эластичность. Так, полученный братом Чарльза Гудьира Нельсоном очень твердый черный материал эбонит, использующийся в качестве изолятора, представляет собой резину, содержащую 23–35 % серы.