Даже в современном высокотехнологичном мире, где почти любое вещество природного происхождения можно синтезировать в лаборатории, остались растения, которые пока нечем заменить. И их до сих пор продолжают выращивать ради получения ценного технического сырья. Одно из них — тропическое дерево гевея. Несмотря на то, что из нефти сегодня получают множество полимеров, в том числе и для получения разнообразной резины, некоторые производства все еще зависят от млечного сока этого дерева. О занимательной истории гевеи и о той роли, которую это растение играет в мире современных технологий, расскажем в нашем материале.
Страны Юго-Восточной Азии с их теплым и влажным климатом — это идеальное место для выращивания не только риса, кофе, бананов и масличной пальмы. Здесь же сосредоточены и крупнейшие в мире плантации каучуконосной гевеи бразильской: Таиланд, Индонезия и Вьетнам — тройка мировых лидеров на рынке природного каучука. Эти страны в 2022 году произвели более 9 миллионов тонн сырья. Существует даже специальный межправительственный орган ключевых стран-производителей каучука — Международный трехсторонний каучуковый совет (International Tripartite Rubber Council), созданный по аналогии с ОПЕК — организацией стран-экспортеров нефти: каучуковые лидеры тоже регулируют объемы экспорта и цены на свое сырье. Помимо трех названных стран в десятке лидеров-производителей каучука Кот-д’Ивуар, Индия, Китай, Филиппины, Камбоджа, Малайзия и Мьянма.
Но как же получилось, что дерево с бразильскими корнями теперь выращивают только в тропической Азии и Африке, а в родной Южной Америке таких масштабных плантаций гевеи нет?
Гевея и натуральный каучук
Естественный ареал произрастания гевеи бразильской (лат. Hēvea brasiliēnsis) — экваториальные и тропические леса Южной Америки. Но в природе оно встречается достаточно редко — буквально несколько одиночных экземпляров на 1 гектар влажного леса. Хотя продолжительность жизни такого дерева высока — до 100 лет.
Гевея бразильская относится к каучуконосам — группе растений, из которых можно получить природный каучук. Млечный сок гевеи, называемый латексом, содержит около 40-50% каучука. При контакте с воздухом латекс становится более густым.
Это качество, как и само дерево гевея бразильская, было хорошо известно коренным обитателям Нового Света — индейцам. Само слово «каучук» имеет индейские корни: «каа-о-чу» переводится как «слезы дерева». У древних майя и ацтеков была командная игра с мячом из каучука и кольцом, имевшая ритуальное предназначение и напоминавшая баскетбол, волейбол и футбол одновременно. Играли в нее на специальном стадионе, а мяч можно было отбивать бедрами, коленями и локтями.
Когда Христофор Колумб во время своего второго плавания в Америку в 1493–1496 годах посетил остров Гаити, то увидел там необычные мячи темно-коричневого цвета, которыми играли местные индейцы. Европейцев удивила невероятная прыгучесть этих мячей: после удара о землю они очень высоко отскакивали вверх. Островитяне рассказали, что изготавливают эти мячи из сока дерева под названием «геве». Индейские мячи вызвали удивление, но не более. В начале эпохи Великих географических открытий европейцев интересовали только золото, серебро, пряности и рабы, а время каучука еще не пришло.
Первым европейцем, кто подробно описал дерево гевею и сам процесс получения индейцами природного каучука, был французский ученый и путешественник Шарль Мари де ла Кондамин. Вместе с французской геодезической экспедицией он с 1736 по 1746 год находился в Южной Америке. Главной целью экспедиции было измерение длины дуги земного шара в районе экватора: необходимо было доказать или опровергнуть предположение Исаака Ньютона о том, что наша планета Земля слегка сплюснута у полюсов. Но в итоге геодезическая по своему назначению экспедиция обернулась неожиданными ботаническими открытиями. Во время скитаний по амазонским джунглям Кондамин описал каучуконосную гевею, а также хинное дерево и хинин, который стал спасением от малярии. Кондамин подробно рассказал, как индейцы несколько раз обмакивают глиняный шар в загустевший латекс, как потом обжигают его на костре, а затем снимают полученную форму с основы, сделав небольшой надрез. Похожим способом индейцы изготавливали и непромокаемую обувь — галоши, а также сосуды для хранения. Все эти сведения вместе с образцами изделий из каучука были переданы во Французскую академию наук. К слову, дугу меридиана в той экспедиции тоже измерили, и предположение Ньютона подтвердилось. А некоторое время спустя ученые стали делать интересные открытия, связанные с каучуком.
- В 1770 году Джозеф Пристли, британский химик, обнаружил, что кусочек каучука превосходно стирает надписи, сделанные карандашом, и справляется с этим лучше, чем хлебный мякиш, который применялся ранее для подобных целей. Современные стирательные резинки или, как их еще называют, ластики (прим. ред. : от греческого lastós, т.е. «упругий, эластичный») чаще всего производят из синтетического каучука Но есть и производители, которые используют натуральный каучук: например, известные каждому школьнику бело-серые стирательные резинки бренда «Koh-I-Noor» сделаны из природного латекса гевеи бразильской.
- В 1823 году шотландский химик Чарльз Макинтош запатентовал процесс производства водонепроницаемой ткани, главным компонентом которой был тонкий слой резины. В ходе своих экспериментов Макинтош смешал каменноугольную нафту с природным каучуком и получил вязкую массу, которая после нанесения тонким слоем высыхала и образовывала водонепроницаемую пленку (прим. ред.: каменноугольная нафта — это жидкая смесь углеводородов, которая образуется при перегонке каменноугольной смолы, выделяющейся при коксовании каменного угля). А вскоре Макинтош наладил мануфактурное производство водонепроницаемых плащей, которые были названы по фамилии ученого. Правда, в летнюю жару эти плащи становились немного липкими, а в зимний мороз затвердевали: но зато в межсезонье при средних температурах макинтоши были незаменимы. Известно, что в 1830 году экспорт природного каучука и различных изделий на его основе из Амазонии уже достигал 156 тонн.
- В 1839 году американский химик Чарльз Гудиер открыл процесс вулканизации: он смешал природный каучук с серой и нагрел. В результате смесь приобрела новые свойства: каучук стал более пластичным, прочным и долговечным, а главное — более стабильным при изменении температуры окружающей среды. Новый продукт назвали резиной. С тех пор в истории природного каучука началась новая глава. Промышленная революция открыла для нового материала большие возможности: его применяли для изготовления эластичных приводных ремней в фабричных станках, различных уплотнителей, шин для велосипедов, а также для производства галош, которые теперь не плавились на жаре. В 1860 году из Бразилии экспортировали уже 2 673 тонны каучука: латекс собирали с деревьев гевеи, растущих в амазонских лесах в природных условиях. Позднее изоляционные свойства резины нашли применение в телефонных кабелях и электрических проводах, а рост автомобильной промышленности в начале XX века и потребность в шинах привели к резкому спросу на природный каучук.
Каучуковая лихорадка в Амазонии
Долгие годы Бразилия оставалась монополистом на мировом рынке природного каучука: цены на него были высоки, и в амазонских джунглях сформировалась целая система из сборщиков сырья, скупщиков, кредиторов и банков. Весь регион был вовлечен в добычу этого «природного золота», деньги лились рекой, и среди местной знати появились богачи, жившие в роскошных домах в Манаусе и Белеме — центрах бразильской каучуковой системы. Бразильское государство строго контролировало экспорт, а вывоз семян и саженцев гевеи был запрещен законом.
Британцы предприняли несколько попыток тайно вывезти семена гевеи бразильской, и в 1876 году исследователь Генри Викхем смог, наконец, осуществить коварный план по подрыву бразильской монополии. Около 70 тысяч семян драгоценного дерева были привезены в Великобританию и высажены в Королевских ботанических садах Кью. Прорастить удалось лишь 2,8 тысячи, но и этого было достаточно, чтобы отправить саженцы на остров Цейлон и в Британскую Малайю. Позже плантации гевеи бразильской появились и в Африке. Сама же Бразилия стала терять свои позиции: к 1910 году она занимала лишь 57 % мирового рынка, а африканские производители вышли на второе место. К 1920 году доля Бразилии упала до ничтожных 7 %. А вскоре в амазонской сельве появляется Генри Форд — американский промышленник и крупный производитель автомобилей.
Каучуковый провал Генри Форда
В 1920-х годах автомобильный магнат Генри Форд купил огромные площади амазонской сельвы и основал город Фордландия на реке Тапажос, в полной глуши, без дорог и признаков цивилизации. Американец планировал выращивать бразильскую гевею, получать свой природный каучук и не платить британцам бешеных денег за нужное для его заводов сырье. Помимо этого, он собирался построить в изолированных джунглях особенный город — поселение, жители которого будут усердно работать, вести трезвый образ жизни и исправно посещать воскресные службы.
Увы, умелый руководитель и опытный промышленник Генри Форд на этот раз просчитался. Плантации гевеи бразильской атаковал местный грибок-паразит микроциклус (лат. microcyclus ulei): в естественных условиях деревья гевеи были к нему вполне устойчивы, но вот в сплошных монопосадках на плантациях грибок приводил к массовой гибели растений. Плантации не принесли ожидаемых объемов каучукового сырья, и проект пришлось свернуть. Вдобавок к этому население Фордландии не исповедовало моральных принципов основателя города: рабочие люди хотели проводить вечера в тавернах и больше развлекаться, в то время как в городе даже не было питейных заведений. Так закончилась бразильская мечта Генри Форда: в 1945 году его внук продал основанный дедом город, но сама Фордландия до сих пор существует.
Почему природный каучук все еще актуален?
Каучуковое солнце Бразилии навсегда зашло за горизонт: коварный микроциклус не позволяет массово выращивать здесь гевеи, и сделать с этим ничего нельзя. Были попытки выведения устойчивого клона, и в Бразилии во второй половине XX века даже культивировали эти формы, но спустя какое-то время микроциклус все же атаковал их и уничтожил. А вот в Юго-Восточной Азии грибок удается держать под контролем: в регионе действуют строгие карантинные меры в отношении микроциклуса. К тому же здесь отсутствуют природные очаги распространения грибка-паразита, откуда он может перекинуться на культурные посадки гевеи. Поэтому в Юго-Восточной Азии сегодня сосредоточены основные плантации гевеи бразильской. Впрочем, и в этом регионе есть свои проблемы, но они носят социально-экономический характер: мелкие фермерские хозяйства отказываются от выращивания гевеи бразильской в пользу масличной пальмы как более рентабельной культуры.
На сегодняшний день гевея бразильская обеспечивает производство около 90–95% натурального каучука в мире. Дерево начинает давать латекс в возрасте 7–8 лет. Максимальная продуктивность сохраняется до 25–30 лет, после чего плантация вырубается и засаживается молодыми саженцами. Параллельно со сбором латекса на плантациях получают семена гевеи, масло из которых идет на производство лакокрасочных материалов. Древесина тоже находит применение: она пригодна для изготовления мебели.
Если основные производители природного каучука — это страны Юго-Восточной Азии, то главный потребитель сырья на этом рынке — Китай. В этой стране природный каучук идет главным образом на производство автомобильных шин. Другие значимые потребители натурального каучука — это Индия, США, Япония и страны Евросоюза. К началу XXI века около 70 % производимого в мире натурального каучука шло на производство различных шин. Остальное сырье по большей части направляется для получения лакокрасочных материалов, обуви, промышленных ремней, конвейерных лент и изделий из латекса: медицинских перчаток, детских сосок, катетеров, резиновых нитей, средств контрацепции, оболочек для метеозондов и воздушных шаров.
В мире активно используются и синтетические аналоги натурального каучука: полиизопреновый, бутадиеновый, хлоропреновый и другие каучуки, получаемые промышленным путем из углеводородов. Но совсем обойтись без природного оригинала мы не можем: он превосходит синтетических двойников по ряду параметров, таких как гибкость, прочность и износоустойчивость. Например, для производства шин для легковых авто используется соотношение природного и натурального каучука — примерно 50/50. А вот для тяжелого грузового автотранспорта, где нагрузки на шины выше и требуется повышенная прочность и долговечность, в составе используется в основном природный каучук, до 100 %. Такая же ситуация и с авиационными шинами: нагрузки здесь колоссальные, и справиться с ними может только натуральный каучук.
Другие растения-каучуконосы
На сегодняшний день промышленное значение для мирового производства резины и других изделий из природного каучука имеет только гевея бразильская. Хотя это не единственный на нашей планете каучуконос — есть и другие растения, из которых тоже можно получить латекс. Вот примеры некоторых из них.
- Фикус каучуконосный (лат. Ficus elastica). Млечный сок этого растения, которое в наших широтах стало одним из популярных комнатных цветов, содержит латекс и, собрав его, можно даже получить небольшое количество природного каучука в домашних условиях. Родина фикуса каучуконосного — влажные леса Индии и Юго-Восточной Азии.
- Ландольфия Толлона (лат. Landolphia thollonii). В корнях этого растения родом из тропических лесов Африки тоже содержится природный каучук. Его не выращивали на плантациях для получения каучука, но раньше добывали корни в естественной среде.
- Кастилла каучуконосная (лат. Castilla elastica). Это дерево произрастает в тропических районах Нового Света. И индейцам доколумбовой Америки тоже было известно о том, что его млечный сок содержит каучук: они активно использовали кастиллу каучуконосную для изготовления мячей и других изделий.
- Кок-сагыз (лат. Taraxacum kok-saghyz). Это растение из рода одуванчик, и внешне оно похоже на всем известный одуванчик лекарственный, широко распространенный в нашей стране. Кок-сагыз растет в Средней Азии, и в его толстом корне содержится природный каучук. В 1930–1940-х на территории СССР даже существовали плантации кок-сагыза, который специально выращивали для получения качественного натурального каучука для нужд промышленности. В наши дни его тоже культивируют в небольших масштабах в экспериментальных целях, например, в Великобритании и Голландии. В России несколько лет назад анонсировали планы по выращиванию кок-сагыза для получения натурального каучука.
Что такое гуттаперча
Помните печальный рассказ русского писателя Дмитрия Григоровича «Гуттаперчевый мальчик» о маленьком акробате, удивляющем цирковую публику свой необычайной гибкостью? Гуттаперча — брат-близнец натурального каучука. Основное вещество гуттаперчи — это гутта, содержание которой в растительном сырье доходит до 50–90% в зависимости от вида растения. В литературе слова «гутта» и «гуттаперча» часто выступают синонимами.
Гутта — это природный полимер, с такой же химической формулой, как и каучук, только он имеет другую конфигурацию молекулы: каучук — это цис-изомер, а гутта — транс-изомер.
Поэтому гутта обладает немного другими физическими свойствами: при комнатной температуре это твердое вещество, и только при нагреве выше 60 °С она становится пластичной.
Гуттаперча содержится в млечном соке растений рода палаквиум (лат. Palaquium), например, в деревьях вида палаквиум гутта (лат. Palaquium gutta). Они произрастают в Юго-Восточной Азии, и небольшое их количество культивируется в Индонезии для получения гуттаперчи. Страны Юго-Восточной Азии являются поставщиками натуральной гуттаперчи, хотя у нее тоже есть синтетические аналоги. Гуттаперча также содержится в тканях кустарников из рода бересклет. Бересклет бородавчатый (лат. Euonymus verrucosus) в прошлом даже выращивали в промышленных масштабах ради получения гуттаперчи. Гуттаперча имеет высокую устойчивость к влаге и отличные электроизоляционные свойства, поэтому в прошлом она применялась при изоляции трансатлантических телеграфных кабелей. В наши дни гуттаперча используется в стоматологии: ее биологическая инертность и пластичность делают ее незаменимым материалом для пломбирования корневых зубных каналов. Основное производство материалов для стоматологии из этого сырья сосредоточено в Китае.
Автор текста Ольга Фролова
На обложке: плантация гевеи бразильской в Тайланде. Изображение: © Vyacheslav Argenberg, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons
The post Гевея бразильская и природный каучук: почему человечество не может заменить его синтетическими аналогами appeared first on Поиск - новости науки и техники.