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.
Как резина изменила историю…
Когда стали ясны преимущества вулканизации резины, спрос на этот материал стал быстро расти. Млечный сок дают многие тропические растения, однако деревья рода гевея произрастают исключительно в дождевых лесах бассейна Амазонки. Буквально за несколько лет “резиновые бароны” разбогатели за счет труда наемных рабочих, многие из которых были родом как раз из района Амазонки. На самом деле система долгового рабства мало чем отличалась от обычного рабства. Как только рабочие подписывали соглашение с работодателем, они обязаны были покупать у него инструменты и продукты, а их долги росли, поскольку зарплата никогда не покрывала расходов. Сборщики резины работали от восхода до заката, собирая млечный сок, прогревая липкую массу над плотным дымом костров и оттаскивая твердые шары почерневшего латекса к месту погрузки на корабли. В сезон дождей, то есть с декабря по июнь, когда латекс не застывает, рабочие оставались в своих нищих жилищах под присмотром жестоких надсмотрщиков, которые без колебаний стреляли в тех, кто пытался сбежать.
В лесах бассейна Амазонки каучуковые деревья составляют не более 1 % растительности. С лучших деревьев можно собрать килограмм резины в год. Самые крепкие рабочие за один день могли собрать и обработать около десяти килограммов. Шары подготовленной резины на лодках отвозили скупщикам, а оттуда доставляли в Манаус, стоящий в полутора тысячах километров от Атлантического океана, на реке Риу-Негру, в двадцати километрах от ее слияния с Амазонкой. Благодаря торговле резиной тропический поселок Манаус превратился в быстро растущий город. Именно здесь заметнее всего было различие между жизнью сотни преуспевающих “баронов” (главным образом европейцев) и их рабочих. Роскошные особняки и экипажи, экзотическая пища, ухоженные сады и другие признаки изобилия и процветания можно было обнаружить в Манаусе в 1890-1920-х годах — в период резиновой монополии Бразилии. В здании оперного театра выступали звезды Европы и Америки. В какой-то момент Манаус даже приобрел славу города, в котором идет самая бойкая торговля бриллиантами.
Однако “резиновый пузырь” уже готов был лопнуть. Еще в 70-х годах XIX века Британия обеспокоилась постоянной вырубкой каучуконосных деревьев в тропических лесах. Если дерево срубить, из него можно получить больше млечного сока — до тридцати килограммов по сравнению с одним килограммом в год при надрезании коры. Такая практика привела к почти полному исчезновению деревьев вида Castilla, производящих менее качественный каучук, из которого изготавливали товары домашнего обихода и детские игрушки. В 1876 году англичанин Генри Александер Уикхэм увез с Амазонки семьдесят тысяч семян дерева Hevea brasiliensis, которое впоследствии оказалось лучшим источником природного каучука. В лесах бассейна Амазонки произрастают семнадцать видов гевеи, и никто не знает, было ли Уикхэму известно, что собранные им маслянистые семена относятся к самому продуктивному виду, или ему просто повезло. Также осталось тайной, почему его корабль не обыскали бразильцы. Возможно, местные власти не подозревали, что гевея может расти за пределами региона.
Уикхэм с большим вниманием отнесся к транспортировке своего груза и тщательно упаковал семена, чтобы предотвратить их порчу и прорастание. Июньским утром 1876 года он явился домой к известному ботанику Джозефу Гукеру, курировавшему Королевские ботанические сады в Кью (Кью-Гарденз) неподалеку от Лондона. Для семян было обустроено специальное помещение. Уже через несколько дней появились первые ростки — всходы почти двух тысяч каучуконосных деревьев, которые позднее были отправлены в Азию и стали родоначальниками новой большой династии. Первые саженцы, упакованные в миниатюрные ящики-оранжереи, отправили на кораблях в Коломбо, на остров Цейлон (ныне Шри-Ланка).
В те времена почти ничего не было известно об условиях роста каучуконосных деревьев, а также о том, как условия жизни в Азии повлияют на их способность производить млечный сок. В Кью-Гарденз была организована программа интенсивного научного исследования условий культивирования Heveabrasiliensis и было установлено, что, вопреки тогдашним представлениям, из здоровых деревьев сок можно извлекать ежедневно. Собирать млечный сок можно с деревьев, достигших четырехлетнего возраста, тогда как раньше считалось, что дикие деревья дают сок только в возрасте двадцати пяти лет.
Первые две плантации каучуконосов были организованы в Селангоре (Малайзия). В 1896 году в Лондон прибыла первая партия светлой, янтарного цвета малайской резины. Голландцы вскоре организовали плантации на Яве и Суматре, а к 1907 году у Британии было около десяти миллионов каучуковых деревьев, посаженных ровными рядами на площади более тысячи квадратных километров в Малайзии и на Цейлоне. Для обеспечения рабочей силой были перевезены тысячи рабочих: китайцы в Малайзию, тамилы — на Цейлон.
Спрос на резину затронул и Африку, особенно центральную часть континента, в частности Конго. В 80-х годах XIX века король Бельгии Леопольд II, обнаружив, что западные, восточные и южные регионы Африки уже поделены между Британией, Францией, Германией, Португалией и Италией, начал колонизацию Центральной Африки, население которой сократилось в результате столетий рабства. Добыча слоновой кости в XIX веке также привела к ужасным последствиям, нарушив образ жизни местного населения. Торговцы слоновой костью не брезговали тем, чтобы брать в заложники кого-либо из местных жителей и требовать у семьи выкуп слоновой костью, что вынуждало людей предпринимать небезопасную охоту на слонов. По мере того как слоновой кости становилось все меньше, а цена резины начала расти, торговцы в качестве выкупа стали требовать красный каучук, выделяемый диким растением, произрастающим в бассейне реки Конго.
