додати матеріал


Каучуки

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Міністерство загальної та професійної освіти Свердловської області
МОУО р. Первоуральська
Освітній заклад № 32
Доповідь на тему
«Каучуки»
Виконавець: учнівська 10 ф-м класу
Лядова Вероніка
Науковий керівник:
Ісупова Олена Вікторівна
МО № 32, вчитель хімії
р. Первоуральськ
2005
Зміст
Введення
Натуральний каучук
Історія відкриття натурального каучуку
Природні каучуконоси
Збір латексу і виробництво натурального каучуку
Фізичні і хімічні властивості натурального каучуку
Склад і будова натурального каучуку
Синтетичний каучук
Спосіб отримання синтетичного каучуку методом Лебедєва
Отримання синтетичного каучуку
Найважливіші види синтетичного каучуку
Гума
Вулканізація каучуку
Застосування гуми в промислових товарах
Види гуми та їх застосування
Використана література
Введення
Каучуки - натуральні чи синтетичні матеріали, що характеризуються еластичністю, водонепроникністю й електроізоляційними властивостями, з яких шляхом спеціальної обробки одержують гуму. Природний каучук одержують з рідини молочно-білого кольору, званої латексом, - молочного соку каучуконосних рослин.
У техніці з каучуків виготовляють шини для автотранспорту, літаків, велосипедів; каучуки застосовують для електроізоляції, а також виробництва промислових товарів і медичних приладів.
Натуральний каучук
Історія відкриття натурального каучуку
Каучук існує стільки років, скільки і сама природа. Скам'янілі залишки каучуконосних дерев, які були знайдені, мають вік близько трьох мільйонів років. Каучук мовою індіанців тупі-гуарані означає «сльози дерева». Каучукові кулі із сирої гуми знайдені серед руїн цивілізацій інків і майя в Центральній і Південній Америці, вік цих куль не менше 900 років.
Перше знайомство європейців з натуральним каучуком відбулося п'ять століть тому. Власне, історія каучуку почалася, як не дивно, з дитячого м'ячика і шкільної гумки.
На острові Гаїті (а тоді - Еспаньола) під час своєї другої подорожі в 1493 році іспанський адмірал Христофор Колумб побачив тубільців, що грали великим щільним м'ячем. Іспанці були здивовані веселою грою індіанців. Вони в такт пісні підкидали чорні кулі. Хоча це здавалося неймовірним, але, вдаряючись об землю, м'ячі досить високо підскакували в повітря. Узявши ці кулі в руки, іспанці знайшли, що вони досить важкі, липки і пахнуть димом.
Індіанці скачували їх із загустели молочного соку, що випливав з порізів на корі дерева гевеї. Колумб привіз кілька шматків цього дивного речовини на батьківщину, але в ті часи він нікого не зацікавив. Індіанці робили з нього непромокальні калоші, які у спеку прилипали до ніг, а, розтягнувшись, більше вже не стискалися.
Багато років іспанці намагалися повторити водонепроникні речі (взуття, одяг, головні убори) індіанців, але всі спроби були невдалими.
Перші спроби зробити каучукову взуття викликали тільки сміх. Калоші або чоботи добре служили в дощ, але варто було визирнути і припекти сонцю, як вони розтягувалися, починали прилипати. У мороз ж таке взуття ставала тендітної як скло.
Наступні два століття каучук для Європи був просто цікавою заморською дивиною.
У 1731 році уряд Франції відправило математика і географа Шарля Кондамін (Charles Marie de La Condamine) у географічну експедицію по Південній Америці. У 1736 він відправив назад у Францію кілька зразків каучуку разом з описом продукції, виробленої з нього людьми, що населяють Амазонську низовина. Після цього різко зріс науковий інтерес до вивчення цієї речовини і його властивостей.
У 1770 році британський хімік Джозеф Прістлі (Joseph Priestley) уперше знайшов йому застосування: він виявив, що каучук може стирати те, що написано графітовим олівцем. Тоді такі шматки каучуку називали гумміластіком («смолою еластичної»).
У 1791 році англійський фабрикант Самуель Пив (Samuel Peal) запатентував спосіб зробити одяг водонепроникної за допомогою обробки її розчином каучуку в скипидарі.
У Франції до 1820 р. навчилися виготовляти підтяжки і підв'язки з каучукових ниток, сплетених із тканиною.
В Англії британський хімік і винахідник Чарльз Макінтош (Charles Macintosh) запропонував класти тонкий шар каучуку між двома шарами тканини і з цього матеріалу шити водонепроникні плащі. У 1823 році в Глазго він почав мануфактурне виробництво водонепроникного одягу. Непромокальний плащ із прогумованої тканини до цих пір носить його ім'я. Але ці плащі взимку ставали твердими від холоду, а влітку розповзалися від спеки.
У США речі з каучуку стали популярними в 1830-х роках, гумові пляшки і взуття, зроблені південноамериканськими індіанцями, імпортувалися у великих кількостях. Інші гумові вироби завозилися з Англії, а в 1832 році в місті Роксбері штату Массачусетс Джон Хаскінс (John Haskins) і Едвард Шафе (Edward Chaffee) організували першу «каучукову» фабрику в США. Але вироблені речі, як і імпортовані, ставали тендітними узимку, і м'якими і липкими влітку. У 1834 році німецький хімік Фрідріх Людерсдорф (Friedrich Ludersdorf) і американський хімік Натаніель Хейвард (Nathaniel Hayward) виявили, що додавання сірки до каучуку зменшує або навіть зовсім усуває липкість виробів з каучуку. Американський винахідник Чарльз Гудьір (Charles Goodyear) з 1834 р. наполегливо намагався «врятувати» каучук. Але тільки в 1839 р. йому пощастило. У цьому році він, використовуючи відкриття цих двох хіміків, виявив, що нагрівання каучуку з сіркою усуває його несприятливі властивості. Він поклав на піч шматок покритої каучуком тканини, на яку був нанесений шар сірки. Через деякий час він виявив кожеподобний матеріал - гуму. Цей процес був названий вулканізацією.
Відкриття гуми призвело до широкого її застосування: до 1919 року було запропоновано вже більше 40 000 різних виробів з гуми.
Увага капіталістів усіх країн звернулося на видобуток каучуку. Бразилія виявилася володарка величезних багатств. Щоб зберегти їх, уряд Бразилії видав закон, що забороняє під страхом смерті вивіз насіння і молодих дерев гевеї. Але було пізно.
За порадою ботаніка Дж. Гукера, англієць Генрі Вікгем (Henry Wickham) поїхав в 1876 році на береги Амазонки, де зібрав 70 000 насінь гевеї і контрабандно вивіз їх з Бразилії. Потайки доставив їх в Королівський ботанічний сад в Лондоні. Насіння були висіяні, але зійшло тільки 4%. Однак через кілька днів сіянці досягли півметрової висоти і були використані для висадки на плантаціях спочатку в Шрі-Ланці, а потім в інших тропічних районах Східної півкулі. Потім такі ж плантації були
влаштовані в смузі 1100-1300 км по обидві сторони від екватора. Близько 99% плантаційного каучуку приходить з Південно-Східної Азії. Спроби висадити каучуконосні дерева в тропічних областях Західної півкулі закінчилися невдачею через хвороби рослин у тих місцевостях.
Компанії, що організовували видобуток, збирання та перевезення каучуку, безжально калічили людей, зайнятих його збором, прагнучи якомога більше і дешевше одержати його. Збирачеві каучуку багато доводилося блукати лісом у пошуках гевей, так як вони ростуть один від одного на відстані 20-100 м.
Серингеро, добуваючи сік гевеї, сам же його і обробляв в каучук. Тут же в лісі розкладав багаття, вирізав лопаточку у вигляді весла і обмазував її глиною. Він сідав навпочіпки, умочували лопаточку у посудину з соком гевеї і тримав в білому диму багаття, повертаючи над вогнем. А коли вода випаровувалася, і навколо лопаточки утворювалася тонка плівка каучуку, серингеро знову вмочав її у сік гевеї і знову коптив в диму багаття. Це продовжувалося до тих пір, поки навколо лопатки не утворювався великий кому кілограмів в 5 вагою. Потім серингеро розрізав його і знімав з лопатки у вигляді листа товщиною в 10 см. Це був найкращий і, завдяки копчення, не загниваючий каучук. Але серингеро гинули від важкої праці, укусів змій, малярії та інших хвороб. Ось що писав один інженер, який прибув в 1907 році в район Путумайо: «Індіанці мають жахливий вигляд, вони ледве рухаються від слабкості і виснаження. З кожного індійця на місяць потрібно до 25 кг каучуку. Кожні 10 днів індіанці здають зібраний каучук. Якщо стрілка вагів показує норму, вони сміються і танцюють. При нестачі каучуку індіанець кидається на землю і чекає покарання. Не витримуючи такої роботи, катувань, індіанці біжать. Якщо втікача знаходять у будь-якій хатині, то її обливають гасом і спалюють разом з усіма жителями. У вибігаючих стріляють ». Все це відбувалося в XX столітті.
У нашій країні не було відомо природних джерел для одержання натурального каучуку, а з інших країн каучук до нас не завозився. Ще в 1931 році І. В. Сталін сказав: «У нас є в країні все, крім каучуку. Але через рік-два і в нас буде свій каучук ». Не минуло й року, як колгоспник Співаченко вказав ботаніку Л. Є. Батьківщину в горах Тянь-Шаню в Казахстані на каучуконосний кульбаба кок-сагиз, що містить у коренях від 16 до 28% каучуку.
Необхідність створення сировинної бази гумової промисловості спонукала радянський уряд на початку 1926 р. оголосити конкурс на кращий спосіб отримання синтетичного каучуку. Останній термін подання пропозицій (і одночасно 2 кг зразка синтетичного каучуку) був призначений на 1 січня 1928 р. На заклик уряду відгукнувся С. В. Лебедєв, який організував групу дослідників з семи чоловік. Перший успіх в роботі визначився в середині 1927 р. і тільки 30 грудня 1927 2 кг дівінілового каучуку разом з описом способу С. В. Лебедєва було відправлено на конкурсну комісію. Його спосіб полягав у полімеризації 1,3-бутадієну під дією натрію. З 1932 р. було розпочато промислове виробництво 1,3-бутадієну за методом Лебедєва, а з 1,3-бутадієну - виробництво каучуку.
Природні каучуконоси
Слово «каучук» походить від двох слів мови тупі-гуарані: «кау» - дерево, «вчу» - текти, плакати. «Каучу» - сік гевеї, першого і найголовнішого каучуконоса. Європейці додали до цього слова всього одну букву.
Натуральний каучук одержують коагуляцією молочного соку (латексу) каучуконосних рослин. Основний компонент каучуку - вуглеводень поліізопрен (91-96%).
Природний каучук зустрічається в дуже багатьох рослинах, що не становлять одного певного ботанічного сімейства. У залежності від того, в яких тканинах накопичується каучук, каучуконосні рослини поділяють на:
-Паренхімні - каучук у коренях і стеблах;
-Хлоренхімние - каучук у листі і зелених тканинах молодих пагонів.
-Латексні - каучук в молочному соку.
-Трав'янисті латексні каучуконосні рослини із сімейства складноцвітих (кок-сагиз, крим-сагиз та інші), що виростають у помірній зоні, у тому числі в південних республіках, що містять каучук у невеликій кількості в коренях, промислового значення не мають.
Серед трав'янистих рослин Росії є усім знайомі кульбаба, полин і молочай, які теж містять молочний сік.
Промислове значення мають латексні дерева, які не тільки накопичують каучук у великій кількості, але і легко його віддають; з них найважливіша - гевея бразильська (Hevea brasiliensis), що дає за різними оцінками від 90 до 96% світового виробництва натурального каучуку.
Сирий каучук з інших рослинних джерел звичайно засмічений домішками смол, які повинні бути видалені. Такі сирі каучуки містять гутаперчу - продукт деяких тропічних дерев сімейства сапотових (Sapotaceae).
Протягом Другої світової війни (1939-1945) з економічних причин були культивовані інші, нетропічні джерела каучуку: гуайуль (guayule) мексиканського походження, а також кульбаба кок-сагиз (Taraxatum kok-saghyz), що виростає на території Західного Туркестану.
Каучуконоси найкраще виростають не далі 10 ° від екватора на північ і південь. Тому ця смуга шириною 1300 кілометрів по обидві сторони від екватора відома як «каучуковий пояс».
Справа в тому, що для каучуконосів потрібно дуже теплий і вологий клімат і родючий грунт. Розвиток автомобільної промисловості значно підвищило потреби в гумі і, відповідно, в каучуку. Тому з'явилися нові плантації гевей: молоді деревця з Південної Америки посадили в Малайзії, на Шрі-Ланці та в Індонезії. Вони відмінно прижилися і дають великий врожай.
Збір латексу і виробництво натурального каучуку
Це високе струнке дерево може досягати 45 метрів у висоту при 2,5-2,8 м в обхваті. Батьківщиною гевеї є басейн Амазонки - великої водної магістралі. Звідси вивозився перший каучук до Європи.
Каучук у гевее міститься в молочному соку - латексі, розподіленому в молочних каналах, які утворюють у стовбурі концентричні кільця.
Латекс складається з найдрібніших частинок рідини, твердих частинок та інших домішок. Тільки близько 33% латексу становить каучук, 66% вода і близько 1% інші речовини.
Для збору латексу з дерев на корі робиться діагональний гострокутий надріз, вершиною кута спрямований вниз, потім надріз розширюють до 0,3-0,5
від окружності стовбура. З надрізу виділяється латекс і стікає в невелику чашу. З кожного надрізу виходить близько 30 мл латексу. Після цього зазвичай наступного дня нижче первісного надрізу обдирається тонка смужка кори, щоб отримати новий сік. Коли надрізи досягають поверхні землі, стовбур залишають у спокої, щоб він зміг відновити кору на дереві перед новою підсочка. На 1 гектарі висаджується близько 250 дерев, на рік з 1 гектара отримують близько 450 кг сухого необробленого каучуку. Зі спеціально виведених високоврожайних дерев можна отримати 2225 кг з гектара на рік, були розроблені досвідчені дерева з врожайністю до 3335 кг з гектара на рік.
Отриманий латекс розтягують, розбавляють водою і піддають коагуляції шляхом обробки кислотою, щоб частки каучуку в латексі зчепилися один з одним. Потім проводять протягування між валками, надаючи листам товщину 0,64 см, отримані листи висушують шляхом обдування сухим теплим повітрям або димом, і відправляють на навантаження.
Фізичні і хімічні властивості натурального каучуку
Натуральний каучук - аморфне, здатне кристалізуватися тверде тіло.
Природний необроблений (сирої) каучук - білий або безбарвний вуглеводень.
Він не набухає і розчиняється у воді, спирті, ацетоні і ряді інших рідин. Набухаючи і потім розчиняючись в жирних і ароматичних вуглеводнях (бензині, бензолі, ефірі та інших) та їх похідних, каучук утворює колоїдні розчини, широко використовуються в техніці.
Натуральний каучук однорідний за своєю молекулярною структурою, відрізняється високими фізичними властивостями, а також технологічними, тобто, здатністю оброблятися на обладнанні заводів гумової промисловості.
Особливо важливим і специфічним властивістю каучуку є його еластичність (пружність) - здатність каучуку відновлювати свою первісну форму після припинення дії сил, що викликали деформацію. Каучук - високоеластичний продукт, має при дії навіть малих зусиль оборотного деформацією розтягування до 1000%, а у звичайних твердих тіл ця величина не перевищує 1%. Еластичність каучуку зберігається в широких температурних межах, і це є характерним його властивістю. Але при довгому зберіганні каучук твердне.
При температурі рідкого повітря -195 ° C він жорсткий і прозорий; від 0 ° до 10 ° C - тендітний і вже непрозорий, а при 20 ° C - м'який, пружний і напівпрозорий. При нагріванні понад 50 ° C він стає пластичним і липким; при температурі 80 ° C натуральний каучук втрачає еластичність; при 120 ° C - перетворюється на смолоподобную рідину, після застигання якої вже неможливо отримати первинний продукт. Якщо підняти температуру до 200-250 ° C, то каучук розкладається з утворенням ряду газоподібних і рідких продуктів.
Каучук - гарний діелектрик, він має низьку водо-і газопроникність.
Каучук не розчиняється у воді, луги та слабких кислотах; в етиловому спирті його розчинність невелика, а в сірковуглеці, хлороформі і бензині він спочатку набухає, а вже потім розчиняється.
Легко окислюється хімічними окислювачами, повільно - киснем повітря.
Теплопровідність каучуку в 100 разів менше теплопровідності сталі.
Поряд з еластичністю, каучук ще і пластичний - він зберігає форму, придбану під дією зовнішніх сил. Пластичність каучуку, що виявляється при нагріванні і механічної обробки, є одним з відмінних властивостей каучуку. Так як каучуку притаманні еластичні і пластичні властивості, то його часто називають пласто-еластичним матеріалом.
При охолодженні або розтягуванні натурального каучуку спостерігається перехід його з аморфного в кристалічний стан (кристалізація). Процес відбувається не миттєво, а в часі. При цьому у разі розтягнення каучук нагрівається за рахунок теплоти, що виділяється кристалізації. Кристали каучуку дуже малі, вони позбавлені чітких граней і певної геометричної форми.
При температурі близько -70 ° C каучук повністю втрачає еластичність і перетворюється на стеклообразную масу.
Взагалі всі каучуки, як аморфні матеріали, можуть знаходитися в трьох фізичних станах: стеклообразном, високоеластичному і вязкотекучем.
Високоеластичний стан для каучуку найбільш типово.
Каучук легко вступає в хімічні реакції з цілим поряд речовин: киснем (O2), воднем (H2), галогенами (Cl2, Br2), сіркою (S) та іншими. Ця висока реакційна здатність каучуку пояснюється його ненасиченої хімічною природою. Особливо добре реакції проходять в розчинах каучуку, у яких каучук знаходиться у вигляді молекул порівняно великих колоїдних частинок.
Майже всі хімічні реакції призводять до зміни фізичних і хімічних властивостей каучуку: розчинності, міцності, еластичності та інших. Кисень і, особливо, озон, окислюють каучук вже при кімнатній температурі. Упроваджуючи в складні і великі молекули каучуку, молекули кисню розривають їх на більш дрібні, і каучук, деструктуріруясь, стає крихким і втрачає свої цінні технічні властивості. Процес окислення лежить також в основі одного з перетворень каучуку - переходу його з твердого в пластичне стан.
Склад і будова натурального каучуку
Натуральний (природний) каучук (НК) являє собою високомолекулярний неграничні вуглеводень, молекули якого містять велику кількість подвійних зв'язків; склад його може бути виражений формулою (C5H8) n (де величина n становить від 1000 до 3000 [4]); він є полімером ізопрену : [pic]
Як видно з цієї схеми, при полімеризації ізопрену розкриваються обидві його подвійні зв'язку, а в елементарній ланці полімеру подвійний зв'язок виникає на новому місці - між атомами вуглецю 2 і 3.
Природний каучук міститься в молочному соку каучуконосних рослин, головним чином, тропічних (наприклад, бразильського дерева гевея).
Інший природний продукт - гутаперча - також є полімером ізопрену, але з іншою конфігурацією молекул.
Довгу молекулу каучуку можна було б спостерігати безпосередньо за допомогою сучасних мікроскопів, але це не вдається, оскільки ланцюжок занадто тонка: діаметр її, відповідний діаметру однієї молекули, становить приблизно 2? 10-10 м. Якщо макромолекулу каучуку розтягнути до межі, то вона буде мати вигляд зигзага, що пояснюється характером хімічних зв'язків між атомами вуглецю, складовими скелет молекули.
Ланки молекули каучуку можуть обертатися не безперешкодно в будь-якому напрямку, а обмежено - тільки навколо одинарних зв'язків. Теплові коливання ланок змушують молекулу згинатися, при цьому кінці її в спокійному стані зближені.
При розтягуванні каучуку кінці молекул розсуваються і молекули орієнтуються по напрямку розтягуючого зусилля. Якщо усунути зусилля, що викликало розтягнення каучуку, то кінці його молекул знову зближуються і зразок приймає первісну форму і розміри.
Молекулу каучуку можна уявити собі як круглу, незамкнену пружину, яку можна сильно розтягнути, розвівши її кінці. Звільнена пружина знову приймає попереднє положення. Деякі дослідники представляють молекулу каучуку у вигляді пружної спіралі.
Якісний аналіз показує, що каучук складається з двох елементів - вуглецю і водню, тобто, відноситься до класу вуглеводнів.
Спочатку прийнята формула каучуку була С 5 Н 8, але вона дуже проста для такого складного речовини як каучук. Визначення молекулярної маси показує, що вона досягає кількох сотень тисяч (150 000 - 500 000).
Каучук, отже, природний полімер.
Експериментально доведено, що в основному макромолекули натурального каучуку складаються із залишків молекул ізопрену, а сам натуральний каучук - природний полімер цис-1 ,4-поліізопрен. Структурна формула його така: [pic]
Молекула натурального каучуку складається з декількох тисяч вихідних хімічних груп (ланок), з'єднаних один з одним і знаходяться в безперервному коливально-обертальному русі. Така молекула схожа на спутаний клубок, в якому складові його нитки місцями утворюють правильно орієнтовані ділянки.
Основний продукт розкладання каучуку - вуглеводень, молекулярна формула якого однозначна з найпростішої формулою каучуку. Це ізопрен (2-метил-1 ,3-бутадієн): [pic]
Можна вважати, що макромолекули каучуку утворені молекулами ізопрену.
Уявімо цей процес схематично. Спочатку за рахунок розриву подвійних зв'язків відбувається з'єднання двох молекул ізопрену [pic]
При цьому вільні валентності середніх вуглецевих атомів (2 і 3) змикаються і утворюють подвійні зв'язки в середині молекул, що стали тепер вже ланками зростання ланцюга.
До щойно утвореної частці приєднується наступна молекула ізопрену: [pic]
Подібний процес триває і далі. Будова утворюється каучук може бути виражено формулою: [pic]
Ми вже зустрічалися з полімерами, яких представляють собою довгі ланцюги атомів. Однак вони не виявляють такої еластичності, яку має каучук. Чим же пояснюється це його особливу властивість?
Молекули каучуку, хоча і мають лінійну будову, не витягнуті в лінію, а багаторазово вигнуті, як би згорнуті в клубки. При розтягуванні каучуку такі молекули розпрямляються, зразок каучуку від цього стає довшим.
При знятті навантаження, внаслідок внутрішнього теплового руху, ланки молекули повертаються в колишнє згорнуте стан, розміри каучуку скорочуються. Якщо ж каучук розтягувати з досить великою силою, то відбудеться не тільки випрямлення молекул, але і зміщення їх відносно один одного - зразок каучуку може порватися.
Синтетичний каучук
Спосіб отримання синтетичного каучуку методом Лебедєва
Одне дерево бразильської гевеї в середньому, до недавнього часу, була здатна давати лише 2-3 кг каучуку в рік; річна продуктивність одного гектара гевеї до Другої Світової війни складала 300-400 кг технічного каучуку. Такі обсяги натурального каучуку не задовольняли зростаючі потреби промисловості. Тому виникла необхідність отримати синтетичний каучук. Заміна натурального каучуку синтетичним дає величезну економію праці.
Сучасна, все розвивається і усложняющаяся техніка вимагає каучуки гарні і різні; каучуки, які не розчинялися б в оліях і бензині, витримували високу і низьку температуру, були б стійки до дії окислювачів і різних агресивних середовищ.
У 1910 році С. В. Лебедєву вперше вдалося отримати синтетичний каучук і бутадієн. Сировиною для отримання синтетичного каучуку служив етиловий спирт, з якого отримували 1,3-бутадієн (він виявився більш доступним продуктом, ніж ізопрен). Потім через реакцію полімеризації в присутності металевого натрію отримували синтетичний бутадієновий каучук.
У 1926 році ВРНГ СРСР оголосив конкурс з розробки промислового способу синтезу каучуку з вітчизняної сировини. До 1 січня 1928 року в журі потрібно було представити опис способу, схему промислового одержання продукту і 2 кг каучуку. Переможцем конкурсу стала група дослідників, яку очолював професор Медико-хірургічної академії в Ленінграді С. В. Лебедєв.
У 1932 році саме на базі 1,3-бутадієну виникла велика промисловість синтетичного каучуку. Були побудовані два заводи з виробництва синтетичного каучуку. Спосіб С. В. Лебедєва виявився більш розробленими і економічним.
У 1908-1909 роках С. В. Лебедєв вперше синтезував каучукоподобное речовина при термічній полімеризації дивинила і вивчив його властивості. У 1914 році вчений приступив до вивчення полімеризації близько двох десятків вуглеводнів з системою подвійних чи потрійних зв'язків.
У 1925 році С. В. Лебедєв висунув практичну задачу створення промислового способу синтезу каучуку. У 1927 році ця задача була вирішена.
Під керівництвом Лебедєва були отримані в лабораторії перші кілограми синтетичного каучуку. С. В. Лебедєв вивчив властивості цього каучуку і розробив рецепти отримання з нього важливих для промисловості гумових виробів, у першу чергу автомобільних шин. У 1930 році за методом Лебедєва була отримана перша партія нового каучуку на дослідному заводі в Ленінграді, а через два роки в Ярославлі пущений в дію перший в світі завод з виробництва синтетичного каучуку.
Отримання синтетичного каучуку
У розробці синтезу каучуку Лебедєв пішов шляхом наслідування природі.
Оскільки натуральний каучук - полімер дієнового вуглеводню, то Лебедєв скористався також дієновим вуглеводнем, тільки більш простим і доступним - бутадієном [pic]
Сировиною для отримання бутадієну служить етиловий спирт. Отримання бутадієну засноване на реакціях дегідрування і дегідратації спирту. Ці реакції йдуть одночасно при пропущенні парів спирту над сумішшю відповідних каталізаторів: [pic]
Бутадієн очищають від не прореагировавшего етилового спирту, численних побічних продуктів і піддають полімеризації.
Для того щоб змусити молекулу мономеру з'єднатися один з одним, їх необхідно попередньо порушити, тобто привести їх у такий стан, коли вони стають здатними, в результаті розкриття подвійних зв'язків, до взаємного приєднанню. Це вимагає витрати певної кількості енергії або участі каталізатора.
При каталітичної полімеризації каталізатор не входить до складу утворюється полімеру і не витрачається, а виділяється по закінченню реакції у своєму первісному вигляді. В якості каталізатора полімеризації 1,3-бутадієну С. В. Лебедєв вибрав металевий натрій, вперше застосований для полімеризації ненасичених вуглеводнів російським хіміком А. А. Кракау.
Відмінною особливістю процесу полімеризації є те, що при цьому молекули вихідної речовини або речовин з'єднуються між собою з утворенням полімеру, не виділяючи при цьому будь-яких інших речовин.
Найважливіші види синтетичного каучуку
Вишерассмотренние бутадієновий каучук (СКБ) буває двох видів: стереорегулярних і нестереорегулярний. Стереорегулярних бутадієновий каучук застосовують головним чином у виробництві шин (які перевершують шини з натурального каучуку по зносостійкості), нестереорегулярний бутадієновий каучук - для виробництва, наприклад, кислото-і лугостійкою гуми, ебоніту.
В даний час хімічна промисловість виробляє багато різних видів синтетичних каучуків, що перевершують за деякими властивостями натуральний каучук. Крім полібутадіенового каучуку (СКБ), широко застосовуються сополімерні каучуки - продукти спільної полімеризації (кополімеризації) бутадієну з іншими неграничними сполуками, наприклад, зі стиролом (СКС) або з акрилонітрилом (СКН): [pic]
У молекулах цих каучуків ланки бутадієну чергуються з ланками відповідно стиролу і акрилонітрилу.
Бутадієн-стірольний каучук відрізняється підвищеною зносостійкістю і застосовується у виробництві автомобільних шин, конвеєрних стрічок, гумового взуття.
Бутадієн-нітрильних каучуки - бензо-та маслостійки, і тому використовуються, наприклад, у виробництві сальників.
Вінілпірідіновие каучуки - продукти кополімеризації дієнових вуглеводнів з вінілпіридину, головним чином бутадієну з 2-метил-5-вінілпіридину.
Гуми з них масло-, бензо-і морозостійкі, добре злипаються з різними матеріалами. Застосовуються, в основному, у вигляді латексу для просочення шинного корду.
У СРСР розроблено та впроваджено у виробництво отримання синтетичного каучуку полиизопреновой (СКІ), близького за властивостями до натурального каучуку. Гуми з СКІ відрізняються високою механічною міцністю і еластичністю. СКІ служить замінником натурального каучуку у виробництві шин, конвеєрних стрічок, гум, взуття, медичних та спортивних виробів.
Кремнійорганічні каучуки застосовуються у виробництві оболонок проводів і кабелів, трубок для переливання крові, протезів (наприклад, штучних клапанів серця) та ін Рідкі кремнійорганічні каучуки - герметики.
Поліуретановий каучук використовується як основа зносостійкість гуми.
Фторовмісні каучуки мають як особливість підвищену термостійкість і тому використовуються головним чином у виробництві різних ущільнювачів, які експлуатуються при температурах вище 200 ° C.
Хлоропренові каучуки - полімери хлоропрену (2-хлор-1 ,3-бутадієну) - за властивостями схожі з натуральним каучуком, в резинах застосовуються для підвищення атмосферо-, бензо-і малостійкості.
Існує і неорганічний синтетичний каучук - поліфосфонітрілхлорід.
Гума
Вулканізація каучуку
Натуральні та синтетичні каучуки використовуються переважно у вигляді гуми, так як вона має значно більш високою міцністю, еластичністю та низкою інших цінних властивостей. Для отримання гуми каучук вулканізіруют. Багато вчених працювали над вулканізацією каучуку.
У 1834 році німецький хімік Людерсдорф вперше виявив, що каучук можна зробити твердим після обробки його розчином сірки в скипидарі.
Американський торговець Чарльз Гудьір був одним з невдах підприємців, який усе життя гнався за багатством. Він захопився гумовим справою і, залишаючись, часом без гроша, наполегливо шукав спосіб поліпшити якість гумових виробів. Гудьір відкрив спосіб отримання не липкої, міцною і пружною гуми шляхом змішування каучуку з сіркою і нагрівання.
У 1843 році Генкок, незалежно від Гудьір, знайшов спосіб вулканізованої каучук зануренням його в розплавлену сірку, а трохи пізніше Паркс відкрив можливість отримання гуми обробкою каучуку розчином полухлорістой сірки (холодна вулканізація).
Англієць Роберт Вільям Томсон, який у 1846 році винайшов «патентовані повітряні колеса», і ірландський ветеринар Джон Бойд Денлоб, натягнувши каучукову трубку на колесо велосипеда свого маленького сина, і не підозрювали, що тим самим поклали початок застосуванню каучуку в шинної промисловості.
Сучасна технологія гумового виробництва здійснюється за такими етапами:
1. Виготовлення напівфабрикатів:
-Развеска каучуків та інгредієнтів;
-Пластикація каучуку;
-Прорезініваніе тканин, каландрування, шприцювання;
-Розкрій прогумованих тканин і гумових листів, складання виробів із напівфабрикатів.
2. Вулканізація, після якої з сирих гумових сумішей отримують готові гумові вироби.
З суміші каучуку з сіркою, наповнювачами (особливо важливим наповнювачем служить сажа) та іншими речовинами формують потрібні вироби і піддають їх нагрівання. За цих умов атоми сірки приєднуються до подвійних зв'язків макромолекул каучуку і «зшивають» їх, утворюючи дисульфідні «містки». У результаті утворюється гігантська молекула, що має три виміри в просторі - як би довжину, ширину і товщину. Полімер набуває просторову структуру: [pic]
Такий каучук (гума) буде, звичайно, краще невулканізованого.
Змінюється і розчинність полімеру: каучук, хоч і повільно, розчиняється в бензині, гума лише набухає в ньому. Якщо до каучуку додати більше сірки, ніж потрібно для утворення гуми, то при вулканізації лінійні молекули виявляться «зшитими» в дуже багатьох місцях, і матеріал втратить еластичність, стане твердим - вийде ебоніт. До появи сучасних пластмас ебоніт вважався одним з кращих ізоляторів.
Вулканізований каучук має більшу міцність і еластичність, а також велику стійкість до зміни температури, ніж невулканізованого каучук; гума непроникна для газів, стійка до подряпин, хімічної дії, спеки та електрики, а також показує високий коефіцієнт тертя ковзання з сухими поверхнями і низьке - з зволоженими.
Прискорювачі вулканізації покращують властивості вулканізаторів, скорочують час вулканізації і витрата основної сировини, перешкоджають перевулканизации. В якості прискорювачів використовуються неорганічні сполуки (оксид магнію MgO, оксид свинцю PbO та інші) і органічні: дітіокарбамати (похідні дитиокарбаминовой кислоти), тіурами (похідні диметиламина), ксантогенатом (солі ксантогеновой кислоти) та інші.
Активатори прискорювачів вулканізації полегшують реакції взаємодії всіх
компонентів гумової суміші. В основному, в якості активаторів застосовують оксид цинку ZnO.
Антиокислювачі (стабілізатори, противостарители) вводять в гумову суміш для попередження «старіння» каучуку.
Наповнювачі - підвищують фізико-механічні властивості гум: міцність, зносостійкість, опір стиранню. Вони також сприяють збільшенню обсягу вихідної сировини, а, отже, скорочують витрати каучуку і знижують вартість гуми. До наповнювачам відносяться різні типи саж (технічний вуглець), мінеральні речовини (крейда CaCO3, BaSO4, гіпс, тальк, кварцовий пісок SiO2).
Пластифікатори (пом'якшувачі) - речовини, які покращують технологічні властивості гуми, полегшують її обробку (знижують в'язкість системи), забезпечують можливість збільшення вмісту наповнювачів. Введення пластифікаторів підвищує динамічну витривалість гуми, опір «стирання». Як пластифікаторів використовуються продукти переробки нафти (мазут, гудрон, парафіни), речовини рослинного походження (каніфоль), жирні кислоти (стеаринова, олеїнова) та інші.
Міцність і нерозчинність гуми в органічних розчинниках пов'язані з її будовою. Властивості гуми визначаються і типом вихідної сировини.
Наприклад, гума з натурального каучуку характеризується хорошою еластичністю, маслостойкостью, зносостійкістю, але в той же час мало стійка до агресивних середовищ; гума з каучуку СКД має навіть більш високу зносостійкість, ніж з НК. Бутадієн-стірольний каучук СКС сприяє підвищенню зносостійкості. Ізопреновий каучук СКІ визначає еластичність і міцність гуми на розтяг, а хлоропреновий - стійкість її до дії кисню.
У Росії перше велике підприємство гумової промисловості було засновано в Петербурзі в 1860 році, згодом назване «Трикутником» (з 1922 року - «Червоний трикутник»). За ним були засновані і інші російські заводи гумових виробів: «Каучук» і «Богатир» у Москві, «Провідник» в Ризі та інші.
Застосування гуми в промислових товарах
Каучук має величезне народногосподарське значення. Найчастіше його використовують не в чистому вигляді, а у вигляді гуми. Гумові вироби застосовують в техніці для ізоляції проводів, виготовлення різних шин, у військовій промисловості, у виробництві промислових товарів: взуття, штучної шкіри, прогумованої одягу, медичних виробів ...
Гума - високоеластичний, міцне з'єднання, але менш пластична, ніж каучук. Вона являє собою складну багатокомпонентну систему, що складається з полімерної основи (каучуку) і різних добавок.
Найбільш великими споживачами гумових технічних виробів є автомобільна промисловість і сільськогосподарське машинобудування. Ступінь насиченості гумовими виробами - один з основних ознак досконалості, надійності і комфортабельності масових видів машинобудівної продукції. У складі механізмів і агрегатів, сучасних автомобіля і трактора є сотні найменувань і до тисячі штук гумових деталей, причому одночасно зі збільшенням виробництва машин зростає їх резіноемкость.
Види гуми та їх застосування
У залежності від структури гуму ділять на непористу (монолітну) і пористу.
Непористу гуму виготовляють на основі бутадиенового каучуку. Вона відрізняється високим опором стиранню. Термін зносу підошовної гуми в 2-3 рази перевищує термін зносу підошовної шкіри. Межа міцності гуми при розтягуванні менше, ніж натуральної шкіри, але відносне подовження при розриві у багато разів перевищує подовження натуральної підошовної шкіри.
Гума не пропускає воду і практично в ній не набухає.
Гума поступається шкірі по морозостійкості і теплопровідності, що знижує теплозахисні властивості взуття. І нарешті, гума є абсолютно повітро-і паронепроникною. Непориста гума буває підошовна, кожеподобная, і транспарентна.
Звичайну непористу гуму застосовують для виготовлення формованих підошов, накладок, каблуків, полукаблуков, набойок та інших деталей низу взуття.
Пористі гуми застосовують як підошов і платформ для весняно-осінньої та зимової взуття.
Кожеподобная гума - це гума для низу взуття, виготовлена ​​на основі каучуку з високим вмістом стиролу (до 85%). Підвищений вміст стиролу надає резинам твердість, внаслідок чого можливе зниження їх товщини до 2,5-4,0 мм при збереженні хороших захисних функцій.
Експлуатаційні властивості кожеподобной гуми схожі з властивостями натуральної шкіри. Вона володіє високою твердістю і пластичністю, що дозволяє створювати слід взуття будь-якої форми. Кожеподобная гума добре забарвлюється при обробці взуття. Вона має високу зносостійкість завдяки гарному опору стирання і стійкості до багаторазових вигинів.
Строк носіння взуття з підошвою з кожеподобной гуми становить 179-252 дні при відсутності викришування в носовій частині.
Недоліком цієї гуми є невисокі гігієнічні властивості: висока теплопровідність і відсутність гігроскопічності і повітронепроникності.
Кожеподобную гуму випускають трьох різновидів: непористої структури з щільністю 1,28 г/см3, пористої структури, що має щільність 0,8-0,95 г/см3, і пористої структури з волокнистим наповнювачем, щільність яких не вище 1,15 г/см3 . Пористі гуми з волокнистими наповнювачами називаються «кожволон». Ці гуми за зовнішнім виглядом схожі з натуральною шкірою. Завдяки волокнистій наповнювачу підвищуються їх теплозахисні властивості, вони відрізняються легкістю, еластичністю, гарним зовнішнім виглядом.
Кожеподобние гуми застосовують як підошви і каблука при виготовленні річної та весняно-осіннього взуття клейового методу кріплення.
Транспарентна гума - це напівпрозорий матеріал з високим вмістом натурального каучуку. Відрізняється високим опором стиранню і твердістю, по зносостійкості перевершує всі види гум. Транспарентні гуми випускають у вигляді формованих підошов (разом з підборами), з глибоким рифленням на ходовий стороні.
Різновидом транспорентной гуми є стіроніп, який містить більшу кількість каучуку. Опір багаторазовому вигину у стіроніпа в три з гаком рази вище, ніж у звичайних непористих гум. Стіроніп застосовується при виготовленні взуття клейового методу кріплення.
Гума пористої структури має замкнуті пори, обсяг яких в залежності від виду гуми коливається від 20 до 80% її загального обсягу. Ці гуми мають ряд переваг в порівнянні з непористої гуми: підвищені м'якість, гнучкість, високі амортизаційні властивості, пружність.
Недоліком пористих гум є здатність давати усадку, а також фарбувати в ділянці носка при ударах. Для підвищення твердості пористих гум до їх складу вводять полістирольні смоли.
В даний час освоєно виробництво нових видів пористих гум: порокрепа і вулканітів. Порокреп відрізняється гарним кольором, еластичністю, підвищеною міцністю. Вулканіт - пориста гума з волокнистими наповнювачами, що володіє високою зносостійкістю, хорошими теплозахисними. Пористі гуми застосовують як підошов для весняно-осінньої та зимової взуття.
Використана література
-Рудзітіс Г. Є., Фельдман Ф. Г. Хімія -11: Органічна хімія. Основи загальної хімії: (Узагальнення та поглиблення знань): Підручник для 11 класу середньої школи - М.:
-Глінка Н. Л. Загальна хімія: Навчальний посібник для вузів. - 23-е изд., Стереотипне. / Под ред. В. А. Рабиновича. - Л.: Хімія, 1984. - 704 с. мул.
-Великий Енциклопедичний словник. - М.: Велика російська енциклопедія, 1998.
-Мегаенциклопедія, http://mega.km.ru
-Microsoft ® Encarta ® Online Encyclopedia 2001, http://www.encarta.com/
-Encyclopaedia Britannica Online, http://www.britannica.com/
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Доповідь
77.9кб. | скачати


Схожі роботи:
Каучуки та гумові матеріали
Каучуки і кремній органічні сполуки
Дослідження взаємодії в системах нітрати целюлози уретанові каучуки
Дослідження взаємодії в системах нітрати целюлози уретанові каучуки
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru