Структурная формула натурального каучука

Каучук это материал, который широко применяется в промышленности и в быту. Это происходит за счёт наличия у него важных свойств, нашедших применение в большинстве сфер человеческой деятельности. Что он собой представляет, как получают, каковы преимущества — об этом и многом другом будет рассказано в этой статье.

История открытия

Это вещество известно человечеству много сотен лет. Известно, что инки и майя делали из каучука шары для игры в мяч. Археологи находили их при проведении раскопок, причём их возраст достигал 900 лет.

Структурная формула натурального каучука

Европейцы узнали об этом материале гораздо позже. Колумб в 1493 г. на Гаити увидел туземцев, которые играли мячом, сделанным из каучука.

Когда испанцы взяли их в руки, они обнаружили, что каучук липкий и тяжёлый, при этом пахнет дымом. Чтобы изготовить такие мячи местные жители собирали млечный сок из гевеи. Из него скатывали мячи и давали изделию загустеть.

Применение необычного материала этим не ограничивалось. Индейцы из него делали калоши. Хотя они не пропускали воду, но в жару начинали плавиться и прилипали к ногам. Если получалось так, что эта обувь растягивалась, то она уже никогда не сжималась так, чтобы соответствовать прежнему размеру.

Колумб привёз образцы каучука в Европу, однако там в течение долгого времени не удалось изготовить предметы подобные тем, которыми пользовались индейцы.

В течение двух веков этот материал оставался диковинкой до тех пор, пока в 1730 г. британский химик Джозеф Пристли не выяснил, что каучук может вытирать то, что написано графитовым карандашом. В 1791 г.

бизнесмен из Англии Самуэль Пил получил патент на изобретённый им способ обработки одежды, позволяющий сделать её водонепроницаемой с помощью каучука. Начиная с 1820 г. во Франции научились на основе этого материала изготавливать подвязки для женщин и подтяжки для мужчин.

Для этого использовались каучуковые нити, которые были сплетены с тканью.

Британский учёный Чарльз Макинтош придумал, что между слоями ткани можно прокладывать слой каучука и таким образом получить водонепроницаемый материал для изготовления плащей. В 1823 г. им было начато производство такой одежды. К сожалению плащ, изготовленный таким образом не выдерживал холода или жары. В первом случае он становился задубевшим, а во втором — начинал расползаться.

Учёные стали искать способы сделать из каучука материал, который был бы лишён упомянутых недостатков. Американский изобретатель Чарльз Гудьир в 1839 г. решил эту проблему, добавив серу в каучук. 

Структурная формула натурального каучука

Оказалось, что если положить на печь ткань, покрытую каучуком, а затем нанести слой серы и подогреть, то получившийся материал будет лишён указанных недостатков.

Обогащение каучука серой стало называться вулканизацией. В результате была получена резина, которую стали активно использовать. К 1919 г. существовало около 40 тысяч различных видов резиновых изделий.

То, чем отличается каучук от резины, состоит в следующем:

  • у резины высокий уровень эластичности, прочности, стойкости к неблагоприятным воздействиям;
  • каучук ценен в первую очередь не своими эксплуатационными качествами, а тем, что он является сырьём для производства резины.

Знаете ли вы, в каком из городов производят каучук в России? Это Ярославль. Завод работает с 1932 года.

Физико-химические свойства каучука

Этот материал является эластичной массой, которую первоначально получали из гевеи. С течением времени млечный сок свёртывается и образует вязкий материал. Для того, чтобы этого не происходило, в него добавляют гидросернистый натрий или формалин.

Структурная формула натурального каучука

Только что добытый сок каучука (латекс) характеризуется следующими свойствами:

  1. Удельный вес составляет 0,9794 (при содержании каучука 35 г в 100 куб. см).

  2. При температуре, равной 30 градусов тепла, вязкость находится в пределах от 12 до 15.

  3. Размер каучуковых частиц равен 0,5-5 мк. В 1 куб. см сока их количество достигает 200 миллионов.

Каучук представляет собой полимер ненасыщенного углеводорода. Его химическая формула выглядит следующим образом: (C5H8)n — он представляет собой изопреновый полимер. Молекулярная масса этого вещества составляет 15000-30000. После проведения исследований учёные выяснили, что каучук состоит из полимера 2-метилбутадиена.

Натуральный каучук

99% такого материала получают из дерева гевеи. Для этого на коре делают надрезы в виде буквы V. В нижней части перпендикулярно поверхности устанавливается желобок, по которому постепенно стекает сок в миску, установленную ниже. Вытекание латекса (млечного сока гевеи) длится в течение полутора часов. 

Структурная формула натурального каучука

Содержание каучука в нём может быть различным. Это зависит от:

  • того, какой возраст у дерева, с которого собирают сок;
  • важное значение имеет состав почвы, в которой растёт гевея;
  • времени года, когда происходит сбор;
  • того, какая была в это время погода;
  • времени и качества сделанных надрезов;
  • других особенностей сбора латекса.

Для того, чтобы натуральный каучук можно было использовать, он должен пройти следующую обработку:

  1. Сначала производится отжим. Он необходим для того, чтобы удалить из латекса излишнюю влагу.

  2. После этого полученные полосы обматывают вокруг палки и просушивают над костром.

  3. Полосы раскладывают в один слой и оставляют под лучами солнца.

  4. Теперь осталось подержать над дымом.

Структурная формула натурального каучука

Подготовленный таким образом каучук может служить сырьем для производства резины.

Сок добывают из тех деревьев, которым уже исполнилось 12 лет. В год может быть получено от 3 до 5,5 кг латекса.

Состав латексного раствора:

  • до 70% воды;
  • содержание каучука в различных случаях колеблется от 25% до 70%;
  • содержание других химических веществ, включая протеин, не превышает 1-2%.

Синтетический каучук и его основные виды

Бутадиеновый каучук применяется для изготовления автомобильных камер и шин. Эксплуатационные, а также физико-химические свойства изделий гораздо лучше по сравнению с натуральным материалом. 

Структурная формула натурального каучука

Одной из его особенностей является способность надёжно удерживать воздух. Она превосходит аналогичное качество природного материала примерно в 10 раз. Химия позволила создать материалы, которые по своим характеристикам существенно превосходят природный каучук.

Ещё одна область применения — изготовление эбонита или химически стойкой резины.

Хлоропреновый каучук поставляется клиентам в виде светло-жёлтой массы. Отличительные качества продукта:

  • высокая стойкость к огню и температурному воздействию;
  • он отличается невосприимчивостью к озону, низким температурам и другим видам погодного воздействия;
  • у него имеется высокий уровень адгезии к тканям, металлам и другим материалам.

Материал под действием растяжения способен кристаллизоваться. Это качество повышает его прочностные характеристики.

Материал, изготовленный на основе этилен-пропилена используется там, где нужна ударопрочная резина.

Кремнийорганические каучуки обладают повышенной стойкостью к температурному и химическому воздействию, к истиранию. Этот материал не пропускает газы.

Дивиниловый каучук используется для создания прокладок в установках высокого давления.

Получение синтетического каучука

Когда резина стала массово применяться в промышленности, природного каучука для её производства стало остро не хватать. Эта ситуация поставила перед учёными задачу синтеза искусственного материала с такими же физическими и химическими свойствами.

Структурная формула натурального каучука

  • Получение синтетического каучука по методу Лебедева
  • Установка для получения этого материала была впервые введена в действие в тридцатых годах XX века.

Синтетический каучук производят из дивинила, который добывают при помощи реакции разложения спирта. Мономером искусственного каучука является изопрен. Материал получают в результате полимеризации.

Применение каучука

В чистом виде этот материал применяется редко. В большинстве случаев его используют в качестве основы для изготовления резины.

Структурная формула натурального каучука

После того, как каучук привезли в Европу, до XVIII века каучук считался просто одной из заморских диковинок. Эластичность и водоотталкивающие свойства позволяли применять материал для изготовления обуви и одежды, не пропускающих воду, тем не менее низкие эксплуатационные качества мешали его распространению.

Читайте также:  Маслоотделитель для компрессора своими руками

После того, как была открыта вулканизация каучука, позволившая изготавливать резину, использование нового материала стало очень распространённым. Постепенно качество резины улучшилось и из неё стали делать большое количество различных товаров. 

В качестве примеров можно привести:

  • шины;
  • детские резиновые игрушки;
  • обувь;
  • одежду;
  • электрическую изоляцию для проводов;
  • конвейерные ленты;
  • медицинские изделия;
  • резиновые защитные перчатки.

Сейчас сложно назвать область человеческой жизни, где не применялась бы резина.

Натуральный каучук продолжает использоваться в настоящее время. Из него делают покрышки, амортизаторы, некоторые изделия для санитарных и гигиенических целей.

Интересные факты о каучуке

После того, как был открыт процесс вулканизации, материал стал активно использоваться в промышленности. При этом сока гевеи, который добывали в бразильских джунглях, стало не хватать. 

Структурная формула натурального каучука

  1. Для того, чтобы увеличить производство каучука, на островах Ява и Суматра были созданы большие плантации гевеи.
  2. Хотя основной источник натурального каучука — это гевея, тем не менее в природе есть и другие варианты получения этого сырья из растений.

Заключение

Использование каучука многогранно, однако при выборе материала нужно учитывать особенности различных его видов. Для этого будет полезным более подробно разобраться в том, что из себя представляет этот материал.

Получение и применение природного каучука

Каучук натуральный это изомер
(от кау — дерево учу — течь, на языке тупи)
природный эластичный материал, получаемый из каучуконосных растений и применяемый для изготовления резины других технических материалов (эбонит и т. д.).

Товарный каучук добывается почти исключительно (св. 98%) из плантационной бразильской гевеи, из млечного сока (латекса) деревьев, достигших не менее чем 5-летнего возраста.

Извлекаемый подсечкой, латекс гевеи содержит 34—37% каучука, находящегося в виде частиц (глобул) диаметром 0,1—0,6 р.

Структурная формула натурального каучука

  • В среднем одно дерево даёт в год 2—3 кг каучука.
  • Основная масса латекса перерабатывается на месте, сырой каучук, который выпускается в виде прозрачных листов янтарного цвета, известных под названием «смокед шит» (копчёный лист), «белый креп» и др.
  • Товарные типы каучука содержат 93—94% каучука.

Структурная формула натурального каучука

Чистый натуральный каучук представляет собой высокомолекулярный углеводород состава: химическая формула каучука — (С5Н8)n.

Основной структурной группировкой в полимерной молекуле натурального каучука является изопентенная (изопреновая группа) в цис-изомерной форме :

Структурная формула натурального каучука

  1. Средний молекулярный вес 150000—500000, что соответствует длина цепи 10000—40000 А при поперечном сечении 1,5—2,0 А.
  2. Эти размеры и форма молекул определяют его физические и механические свойства, наиболее характерную и важную особенность — высокую эластичность.
  3. Мягкие вулканизаторы способны обратимо растягиваться более чем на 1000% и имеют при этом сопротивление при разрыве до 350 кг на 1 см2 исходного сечения.
  4. Высокая эластичность может проявляться только в определенном температурном интервале, около —70° каучук становится хрупким, а выше +80° — он начинает плавиться.

Структурная формула натурального каучука

Каучук растворяется в жирных и ароматических углеводородax и их производных, образуя вязкие растворы, которые применяются в качестве клея.

В воде, спирте, ацетоне и т. п. ассоциированных жидкостях каучук практически не набухает и не растворяется.

Структурная формула натурального каучука

Как ненасыщенное соединение реагирует с водородом, галогенами, галоидоводородом, серой, кислородом и др. веществами.

Почти все химические реакции каучука приводят изменению растворимости, прочности, эластичности др. физических и механических свойств.

Структурная формула натурального каучука Структурная формула натурального каучука

Основная масса добываемого каучука используется для производства автомобильных и авиационных шин. Из каучука производят также хирургические перчатки и др. изделия.

До начала 30-х гг. 20 в. резиновая промышленность базировалась чти исключительно на натурально каучуке. В 1956 уд. вес в общем сырьевом балансе мировой резиновой промышленности составлял — 60%.

Структурная формула натурального каучука

В 2017 году, по данным ANRPC, в мире было произведено 13,3 миллиона тонн натурального каучука, что на 6,8% больше, чем в предыдущем году. В то же время объемы потребления увеличились только на 1,4% до 12,9 миллиона тонн. На долю членов ANRPC приходится 90% от всех поставок каучука в мире.

Каучуки | Химия онлайн

Каучуки – природные или синтетические продукты полимеризации некоторых диеновых углеводородов с сопряженными связями. Важнейшими физическими свойствами каучуков являются эластичность (способность восстанавливать форму) и непроницаемость для воды и газов.

Каучуки – это эластичные высокомолекулярные материалы (эластомеры), из которых методом вулканизации (нагреванием с серой) получают резину.

Особенно важное значение имеют получаемые из непредельных  углеводородов полимеры, в том числе искусственные каучуки. Все каучуки делятся на натуральные и синтетические, последние в свою очередь в зависимости от вещества, используемого для синтеза, делятся на бутадиеновый, изопреновый и хлорпреновый каучуки.

Структурная формула натурального каучука

Натуральный каучук или гуттаперча

Натуральный каучук получают из латекса – млечного сока гевеи. Чтобы заставить его вытекать, на коре дерева делают V-образные надрезы. Со здорового дерева латекс можно собирать в течение 30 лет. Индейцы назвали его «кау чу», т.е. «слезы дерева».

Сбор ка­у­чу­ка с рас­те­ния гевея

История открытия и применения каучука

Натуральный (природный) каучук по химическому составу представляет собой высокомолекулярный непредельный углеводород состава (С5Н8)n, где n составляет 1000—3000 единиц. При нагревании без доступа воздуха каучук распадается с образованием диенового углеводорода – 2-метилбутадиена-1,3 или изопрена.

  • Каучук, в котором все элементарные звенья находятся или в цис- , или в транс-конфигурации, называется стереорегулярным.
  • Видеофильм «Натуральный каучук»
  • Натуральный каучук – это стереорегулярный полимер, в котором молекулы изопрена соединены друг с другом по схеме 1,4- присоединения с цис-конфигурацией полимерной цепи:
  • Структурная формула натурального каучука
  • цис-полиизопрен (каучук)
  • В природных условиях натуральный каучук образуется не путем полимеризации изопрена, а другим, более сложным способом.
  • Молекулярная масса натурального каучука колеблется в пределах от 7·104 до 2,5·106.
  • Транс-полимер изопрена также встречается в природе в виде гуттаперчи:

Структурная формула натурального каучука

Цис-форма более эластична, т.к. легко скручивается в клубок.

Транс-форма  менее эластична, т.к. макромолекулы более вытянуты.

Важнейшее физическое свойство каучука – эластичность, т.е способность обратимо растягиваться под действием даже небольшой силы. Другое важное свойство – непроницаемость для воды и газов. Основной недостаток каучука – чувствительность к высоким и низким температурам. При нагревании каучук размягчается и теряет эластичнсть, а при охлаждении становится хрупким и также теряет эластичность.

Эти недостатки можно преодолеть, если нагреть каучук вместе с серой. Этот процесс называется вулканизацией каучука.

Синтетические каучуки

Первый синтетический каучук, полученный по методу С.В. Лебедева при полимеризации дивинила под действием металлического натрия, представлял собой полимер нерегулярного строения со смешанным типом звеньев 1,2- и 1,4-присоединения:

  1. Структурная формула натурального каучука
  2. В пятидесятые годы отечественные ученые осуществили каталитическую стереополимеризацию диеновых углеводородов и получили стереорегулярный каучук (структурные звенья и функциональные группы расположены в пространстве в определенном порядке), близкий по свойствам к натуральному каучуку.
  3. В настоящее время в промышленности выпускают каучук, в котором содержание звеньев изопрена, соединенных в положении 1,4, достигает 99%, тогда как в натуральном каучуке они составляют 98%.
  4. Кроме того, в промышленности получают синтетические каучуки на основе других мономеров – например, изобутилена, хлоропрена, и натуральный каучук утратил свое монопольное положение.
  5. Учебный фильм «Каучук»
  6. Учебный фильм «Каучук»

Вулканизация каучуков

  • Для улучшения качества натуральных и синтетических каучуков их превращают в резину.
  • Резина – это вулканизированный каучук с наполнителем (сажа). Суть процесса вулканизации состоит в том, что атомы серы присоединяются к линейным (нитевидным) молекулам каучука по месту двойных связей и как бы сшивают эти молекулы друг с другом дисульфидными мостиками, образуя трехмерный сетчатый полимер:
  • Структурная формула натурального каучука

В результате вулканизации липкий и непрочный каучук превращается в упругую и эластичную резину. Резина прочнее каучука и более устойчива к изменению температуры.

  1. Наполненные активной сажей каучуки в виде резин используют для изготовления автомобильных шин и других резиновых изделий.
  2. Строение резины
  3. В зависимости от количества сшивающего агента (серы) можно получать сетки с различной частотой сшивки.
Читайте также:  Распиновка розетки прицеп легковой авто

Для вулканизации каучука берётся немного серы 2 – 3 % от общей массы. Если добавить к каучуку более 30 % серы, то она присоединится по линии разрыва почти всех π–связей и образуется  предельно сшитый натуральный каучук – эбонит, который не обладает эластичностью и представляет собой твердый материал.

  • Структурная формула натурального каучука
  • Наиболее массовое применение каучуков — это производство резин для автомобильных, авиационных и велосипедных шин.
  • Из каучуков изготавливаются специальные резины огромного разнообразия уплотнений для целей тепло- звуко- воздухо- гидроизоляции разъёмных элементов зданий, в санитарной и вентиляционной технике, в гидравлической, пневматической и вакуумной технике.
  • Каучуки применяют для электроизоляции, производства медицинских приборов и средств контрацепции.
  • В ракетной технике синтетические каучуки используются в качестве полимерной основы при изготовлении твёрдого ракетного топлива, в котором они играют роль горючего, а в качестве наполнителя используется порошок селитры (калийной или аммиачной) или перхлората аммония, который в топливе играет роль окислителя.
  • Изделия из резины
  • Натуральный каучук
  • Структурная формула натурального каучука
  • Алкадиены

Натуральный каучук

Структурная формула натурального каучука

Под каучуком понимают твердое тело, которое имеет способность кристаллизоваться, сохранять свою форму. Ресурс набухает и потом растворяется в углеводородах, вследствие чего образовываются коллоидные растворы, активно применяемые в технической сфере. 

Натуральный каучук формула

Натуральный каучук обладает множественными двойными связями, его общая формула выглядит так: (C5H8) n. Символ n представляет уровень полимеризации, достигает приблизительно 1000-3000 единиц.

В процессе совершения химического исследования каучука становится очевидно, что он включает лишь водород и углерод, потому и относится к углеводородам, что подтверждает формула. Молекулярный вес некоторых единиц является больше полумиллиона грамм на моль. Следовательно, каучук представляет собой натуральный полимер изопрена.

В случае представления формулы не атомарно тонкой ее вполне можно рассмотреть в микроскоп – она длинная. Если еще формулу растянуть по максимуму, получится линия подобная зигзагу, что объясняется разновидностью углеродных связей.

Известно, что в изопрене могут чередоваться двойные и одинарные связи, тогда молекулы вращаются лишь возле одинарных. Такие колебания влияют на молекулу, под некоторым давлением она изгибается и ее концы сближаются в состоянии покоя. Она имеет сходство с круглой пружиной, что дает возможность легко растягиваться, увеличивать собственные размеры в момент разведения концов. 

Получение натурального каучука

Главный сырьевой источник натурального каучука – это сок конкретной растительности, могущей выделять латекс, то есть, жидкость белого цвета с наличием особенных характеристик. Сам латекс представляет собой широко распространенную составляющую растений, его можно встретить у представителей каучуконосных различных ботанических групп.

  • Он присутствует во всяких частях растений, потому те и делятся на отдельные виды:
  • ·        латексные — вещество собирается в соке;
  • ·        хлоренхимные – когда вещество собирается в молодых побегах и листве;
  • ·        паренхимные – когда вещество собирается в стеблях и корнях;

·        травянистые растения, относящиеся к семейству сложноцветных, происходит накопление каучука в подземных органах и в минимальном количестве. Данные растения обычно не употребляются в процессе промышленного изготовления каучука.

Известные каучуконосные виды растений – деревья, произрастают на экваторе, данный пояс достигает ширины 1300 км, именуется «каучуковым поясом». Здесь занимаются выращиванием специальных деревьев, которые предназначаются для промышленных целей.

В большинстве случаев натуральный продукт получают из латекса тропических деревьев, точнее, гевеи бразильской.

Процедура проходит быстро и несложно: на корне пятилетнего дерева делают небольшой надрез, и с одной гевеи выходит два-три килограмма каучука.

Для получения каучука из бразильской гевеи, млечный сок подвергают специальной процедуре свертывания, постепенно добавляя муравьиную кислоту. После тщательного промывания водой, полученное вещество прокатывают, добиваются формы листа, затем коптят.

Применение натурального каучука

В чистом виде натуральный каучук практически не используется из-за его поведения в низких и повышенных температурах.

А вот вулканизированный натуральный каучук чаще всего служит сырьем для производства резины и всевозможных изделий из нее. В первую очередь, именно шинная промышленность нуждается в каучуке природного происхождения.

Из него производят летние и зимние шины, а также шины для велосипедов, автомобилей, тракторов, специальной техники.

Стоит понимать, что для производства резины и шин, в том числе, используется не только каучук, но и различные наполнители, пластификаторы, противостарители, катализаторы и другие вещества.

Это необходимо для ускорения или упрощения процесса производства или же для придания дополнительных свойств изделиям.

Например, противостарители нужны для замедления старения резины и тем самым увеличения срока эксплуатации изделий из нее, а катализаторы вводят для того, чтобы ускорить процесс вулканизации.

Виды натурального каучука

В 1969 году вступил в действие стандарт, регламентирующий качества природного продукта. В нем весь каучук разделен на 8 типов, состоящих из 35 сортов. К основным можно отнести:

  • рифленый смокед-шит, иногда его называют копченый лист;
  • светлый креп, он имеет светло-кремовый цвет и множество других.

Качество природного каучука оценивают по результатам осмотра и верификации его с эталонным образцом. Кроме этого, применяется классификация каучука в соответствии с техническими нормами и правилами. В них нормируются количества допустимых примесей.

Структурная формула натурального каучука

Свойства натурального каучука

Натуральный каучук имеет высокие физические и технологические свойства, позволяет совершать обработку на оборудовании предприятий резиновой промышленности. Главное и нестандартное свойство – это эластичность, то есть способность возвращаться к начальной форме после того, как прекратится влияние сил, вызывающих деформацию.

Натуральный каучук настолько эластичен, что даже при малейших усилиях может показывать изменения растяжения до 1000%, тогда как для стандартных тел данная величина составляет не больше 1%. Это качество сохраняется в больших пределах температуры, что выделяет материал среди других.

Когда температуры повышена, он становится липким, мягким, в условиях холода — хрупким и твердым. Если каучук хранить на протяжении длительного времени, то он станет очень твердым.

Температура 80 °С – это условия, при которых он утратит эластичность, а 120 °С – станет жидкостью, похожей на смолу, после чего уже не вернется к первоначальному виду. Такому преображению помешает процесс, заключающийся в окислении главного вещества – углеводорода.

Если температура поднимется до 250 °С, каучук начнет разлагаться, вследствие чего возникнет множество жидких и газообразных веществ. Каучук можно назвать отличным диэлектриком, обладающим пониженной газопроницаемостью и водопроницаемостью.

Вместе с эластичностью материл обладает еще ярко выраженной пластичностью, что сразу очевидно при его изучении. Он может сохранять свою форму, которая получилась под сильным воздействием внешней среды.

Если сказать по-другому, то пластичность каучука – это способность деформироваться, что станет необратимым процессом. Она является отличительной характеристикой материала, проявляется в момент сильного нагревания и обработки механического типа.

Потому как каучук имеет, вышеперечисленные свойства, в настоящее время его называют пласто-эластическим материалом и широко используют в современной промышленности.

Когда происходит растяжение или охлаждение, разворачивается необычный процесс, заключающийся в переходе из аморфного состояния в кристаллической. По-другому он называется кристаллизацией, на его полное осуществление необходимо внушительное количество времени. При всем этом, когда происходит растяжение каучук может нагреваться от теплоты, появляющейся в результате процесса кристаллизации.

Кристаллы материала отличаются миниатюрностью, не имеют четких очертаний и граней, конкретной формы. При наличии температурных показателей примерно – 70 °С теряется полностью эластичность, возникает масса, подобная обычному стеклу.

Вообще каучуки, относящиеся к аморфным веществам, способны преображаться, приобретая три физические формы: стекло, вязко-текучая жидкость и материал с высокой эластичностью. Именно третье состояние обычное для природного каучука.

Читайте также:  Переработка горбыля в щепу

Каучук | это… Что такое Каучук?

Каучу́ки — натуральные или синтетические эластомеры, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём вулканизации получают резины и эбониты.

Природный каучук

Структурная формула натурального каучука

Сбор латекса гевеи (Шри-Ланка)

Высокомолекулярный углеводород (C5H8)n, цис- полимер изопрена; содержится в млечном соке (латексе) гевеи, кок-сагыза (разновидности одуванчика) и других растений. Растворим в углеводородах и их производных (бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде и т. д.). В воде, спирте, ацетоне натуральный каучук практически не набухает и не растворяется. Уже при комнатной температуре натуральный каучук присоединяет кислород, происходит окислительная деструкция (старение каучука), при этом уменьшается его прочность и эластичность. При температуре выше 200 °C натуральный каучук разлагается с образованием низкомолекулярных углеводородов. При взаимодействии натурального каучука с серой, хлористой серой, органическими пероксидами (вулканизация) происходит соединение через атомы серы длинных макромолекулярных связей с образованием сетчатых структур. Это придает каучуку высокую эластичность в широком интервале температур. Натуральный каучук перерабатывают в резину. В сыром виде применяют не более 1 % добываемого натурального каучука (резиновый клей). Более 60 % натурального каучука используют для изготовления автомобильных шин.

Синтетические каучуки

Первым синтетическим каучуком, имевшим промышленное значение, был полибутадиеновый (дивиниловый) каучук, производившийся синтезом по методу С. В. Лебедева (анионная полимеризация жидкого бутадиена в присутствии натрия), однако из-за невысоких механических качеств нашёл ограниченное применение.

В Германии бутадиен-натриевый каучук нашёл довольно широкое применение под названием «Буна».

Изопреновые каучуки — синтетические каучуки, получаемые полимеризацией изопрена в присутствии катализаторов — металлического лития, перекисных соединений. В отличие от других синтетических каучуков изопреновые каучуки, подобно натуральному каучуку, обладают высокой клейкостью и незначительно уступают ему в эластичности.

В настоящее время большая часть производимых каучуков является бутадиен-стирольными или бутадиен-стирол-акрилонитрильными сополимерами.

Каучуки с гетероатомами в качестве заместителей или имеющими их в своём составе часто характеризуются высокой стойкостью к действию растворителей, топлив и масел, устойчивостью к действию солнечного света, но обладают худшими механическими свойствами. Наиболее массовым в производстве и применении каучуками с гетерозаместителями являются хлоропреновые каучуки (неопрен) — полимеры 2-хлорбутадиена.

В ограниченном масштабе производятся и используются тиоколы — полисульфидные каучуки, получаемые поликонденсацией дигалогеналканов (1,2-дихлорэтана, 1,2-дихлорпропана) и полисульфидов щелочных металлов.

Первой страной, наладившей масштабное производство синтетического каучука, стал СССР (в 1931 году)[1][2]. В 1932 году начал производить синтетический каучук завод «Красный Треугольник».

7 июля 1932 года был запущен завод по производству синтетического каучука — Ярославский завод СК-1. В этот день была получена первая в мире промышленная партия натрий-бутадиенового каучука. В 1932 году в СССР строились три крупных завода по производству синтетического каучука: СК-1 в Ярославле, СК-2 в Воронеже (запущен осенью 1932 года) и СК-3 в Ефремове (запущен в 1933 году).

Основные типы синтетических каучуков:

Промышленное применение

  • Наиболее массовое применение каучуков — это производство резин для автомобильных, авиационных и велосипедных шин.
  • Из каучуков изготавливаются специальные резины огромного разнообразия уплотнений для целей тепло- звуко- воздухо- гидроизоляции разъёмных элементов зданий, в санитарной и вентиляционной технике, в гидравлической, пневматической и вакуумной технике.
  • Каучуки применяют для электроизоляции, производства медицинских приборов и средств контрацепции.
  • В ракетной технике синтетические каучуки используются в качестве полимерной основы при изготовлении твердого ракетного топлива, в котором они играют роль горючего, а в качестве наполнителя используется порошок селитры (калийной или аммиачной) или перхлората аммония, который в топливе играет роль окислителя

См. также

Примечания

  1. Битва за резину
  2. Происхождение резины

Каучук — виды, получение и применение

1 Виды каучука 1.1 Вулканизация каучука

В наше время почти любая область жизнедеятельности предполагает применение каучука. Это производство шин, кабеля, труб, строительный и отделочный материал, его используют в обувной, медицинской и других областях промышленности. Но что же такое «каучук», каковы виды каучука и как его получают?

Еще в конце 15 века индейцы Северной Америки из сока дерева гевеи научились получать каучук, который использовали при изготовлении обуви и других вещей. При надрезе коры гевеи происходило выделение капель молочно-белого сока – латекса. Этот сок индейцы назвали «слезы дерева», что звучит как кау-учу. Отсюда и название – каучук.

Открытие Америки Христофором Колумбом способствовало распространению чудесного материала в Европу, где путем проб и ошибок впервые получили резину.

С появлением автомобильной промышленности в 20 веке спрос на резину, а, значит, и на каучук стал расти. В то время стоимость изделий из каучука была очень высокой.

Это связано с тем, что в год с одного дерева гевеи можно получит всего 1—2 кг каучука, а на производство, например, шин требовалось в 50 больше.

Вскоре возникла нехватка, дефицит получаемого из сока гевеи каучука (натуральный каучук). Ученые занялись поиском решений этой проблемы. И, наконец, в 20-е годы 20 века русский учёный С.В. Лебедев получил первый синтетический каучук путем полимеризации 1,3-бутадиена (дивинила) на натриевом катализаторе.

Позже натриевый катализатор заменили катализатором Циглера-Натта (Al(C2H5)3∙TiCl4), что дало возможность получения полибутадиена и полиизопрена — синтетического каучука, обладающего нужными свойствами эластичности и прочности.

Синтетический каучук стал настолько популярен, что к концу 20 века почти полностью вытеснил натуральный каучук.

В настоящее время получают различные виды каучука. Все синтетические каучуки принято классифицировать на:

  • Каучуки общего назначения. Используются в массовом производстве таких изделий, как шины, транспортерные ленты, резиновая обувь и т.п., в которых реализуется такое свойство резины как эластичность:
  1. Бутадиеновый (СКД; СКБ)
  2. Изопреновый (СКИ)
  3. Хлоропреновый (наирит)
  4. Бутадиен-стирольный (CKC, CKMC)
  5. Этиленпропиленовый (СКЭП, СКЭПТ)
  6. Бутилкаучук (БК) и др.
  • Каучуки специального назначения.Применяеются в производстве изделий, обладающих не только эластичностью, но и стойкостью к воздействию различных агрессивных сред, тепло- и морозостойкостью и другими уникальными свойствами. Синтетических:
  1. Бутадиен-нитрильный (СКН)
  2. Полисуль­фидный (тикол)
  3. Кремнийорганический (CKT)
  4. Уретановый (СКУ)
  5. Фторосодержащий (СКФ)
  6. Винилпиридиновый, метил­винилпиридиновый (МБП) и др.
  • Сравнительная характеристика и область применения каучуков представлены в таблице, а получение некоторых из них описано в разделе Свойства и получение алкадиенов:
  • Виды и область применения каучуков:

Вулканизация каучука

Важное практическое значение имеет вулканизированный продукт – резина. Вулканизация каучука представляет собой специально обработанную смесь каучука и серы при воздействии температуры.

Линейные молекулы каучука в местах двойных связей сшиваются атомами серы, образуя дисульфидные мостики.. Такой продукт имеет трехмерную структуру и обладает повышенной прочностью, эластичностью, изностойкостью и другими полезными свойствами.

При массовой доле серы 1-5 % — продукт эластичный, мягкий; 30% — жесткий, твердый (эбонит).

Состав резины

  • Каучук натуральный или синтетический
  • Вулканизирующий агент – сера, тиурам , селен, перекиси, ионизирующая радиация.
  • Ускорители вулканизации — полисульфиды, оксиды свинца, магния
  • Антиоксиданты (вещества замедляющие скорость старения резины) — альдоль, неозон Д, парафин, воск)
  • Пластификаторы (вещества, улучшающие эластичность резины) — пара­фин, вазелин, стеариновую кислоту, битумы, дибутилфталат, рас­тительные масла. Их массовая доля составляет 8—30 % от массы каучука.
  • Наполнители активные и неактивные. Активные наполнители — кремнекислота, оксид цинка; неактивные наполнители — мел, тальк, барит
  • Регенерат (продукт переработки старых резиновых изделий и отходов резинового производства).
  • Красители — минеральные или органические красящие вещества.

Назначение будущего изделия, условий его эксплуатации, технических требований к нему и т.д. определяет выбор каучука и состава резиновой смеси.

Производство изделий из резины включает этапы смешения каучука с ингредиентами в смесителях, изготовления полуфабрикатов и их раскроя, сборки заготовок изделия при помощи сборочного оборудования и вулканизацию изделий в прессах, котлах, автоклавах и др.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector