додати матеріал


Каучуки і кремній органічні сполуки

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

скачати

Каучуки і кремній органічні сполуки
зміст
Стор.
Введення ................................................. ....
Глава 1.
Каучуки ............................................
1.1.
Природний каучук ...................................
1.2.
Синтетичний каучук ...............................
Глава 2.
Гуми і їх промислове отримання .................
2.1.
Інгредієнти гумових сумішей .......................
2.2.
Виготовлення гумових виробів .....................
Глава 3.
Кремнійорганічні високомолекулярні сполуки та їх галузі отримання ...............................
3.1.
Стеклопласт .......................................
3.2.
Склотекстоліти ...................................
3.3.
Стекловолокніти ....................................
3.4.
Свамі ...............................................
Висновок ................................................. ..
Список літератури ............................................

введення
Вчені досягли успіху і сьогодні більше однієї третини гуми, виробленої у світі, виготовляється з синтетичного каучуку. Каучук і гума внести величезний внесок у технічний прогрес останнього століття. Згадаймо хоча б про міни і різноманітних ізоляційних матеріалах, і нам стане зрозуміла роль каучуку в найважливіших галузях господарства. Каучук робить наше життя зручніше.
Але навряд чи знайдеться інше природна сировина, видобуток якого так була пов'язана з кров'ю, свавіллям і безмежної колоніальної експлуатацією. Сотні тисяч негрів і індіанців загинули від хвороб і непосильної праці на плантаціях білих колонізаторів. Їх смерть забивали нелюдські наглядачі - Європа і Америка нам настійно вимагали каучуку, і безправні раби-тубільці змушені були добувати його.
Коли іспанські конкістадори в XVI столітті висадилися в Південній Америці, їхню увагу привернули м'ячі, якими індіанці користувалися в спортивних іграх. Ці м'ячі були зроблені з невідомого в Іспанії пружного і пластичного речовини, одержуваного індіанцями із соку якихось дерев. Індіанці знаходили йому й інше застосування. Виготовляли з нього водонепроникну взуття або обробляли їм тканину, щоб зробити її непромокаючої. Чутки про дивну речовину досягли Іспанії. Спочатку це здалося цікавим, але незабаром про дивовижних іграшках просто забули. І суду вирушили в небезпечні подорожі на за ними, а за золотом. Коли набагато пізніше французький вчений Шарль де ля Кондамін нагадав про цю речовину, його повідомлення сприйняли як цікавий курйоз. Однак цим деревом, що росло у величезних незайманих лісах Амазонки, в наступні роки продовжували цікавитися і спостерігали, як місцеві жителі добували його сік - каучук. Каучуки - це еластичні матеріали, з яких методом вулканізації (нагріванням з сіркою) отримують гуму. З каучуків виготовляють покришки і камери для коліс літаків, автомобілів і велосипедів. Вони застосовуються для електроізоляції, виробництва промислових товарів і медичних приладів.

Глава 1. Каучуки

1.1. Природний каучук
Натуральний (природний) каучук - це високо-молекулярний неграничні вуглеводень елементарного складу (С 5 Н 8) n, його відносна молекулярна маса коливається в межах 150000-500000. Рурірованіе каучуку призводить до граничного вуглеводню складу (С 5 Н 10) n, озонування - до озоніди (С 5 Н 8 О 3) n. З продуктів сухої перегонки каучуку (М. Фарадей) був виділений ізопрен:
23
5 Н 10) n ← 5 Н 8) n → 5 Н 8 О 3) n
↓ t 0
СН 2 = С-СН = СН 2
|
СН 3 ізопрен


Р. Штаудінгером (1931 р.) була запропонована гіпотеза про ізопренаізном будову каучуку, що містить ланцюжка послідовно з'єднаних залишків ізопрену. Ретельно виконане озонування підтвердило припущення Р. Штаудінгера - продукти озонування на 95% складаються з левуліновая альдегіду:
...- СН 2-С = СН-СН 2-СН 2-С = СН-СН 2-СН 2-С = СН-СН 2 -...
| | |
СН 3 СН 3 СН 3
Натуральний каучук
↓ NО 3

О - О О - О О - О

| | | | | |
...- СН 2-С СН-СН 2-СН 2-С СН-СН 2-СН 2-С СН-СН 2 -...
| Про | Про | 0
СН 3 СН 3 СН 3
Озоніди натурального каучуку
-N Н 2 О 2 ↓ N Н 2 О

О О О О О О

║ ║ ║ ║ ║ ║
...- СН 2-С + СН-СН 2-СН 2-С + СН-СН 2-СН 2-С + СН-СН 2 -...
| | |
СН 3 СН 3 СН 3

Левуніловий альдегід



Методом рентгеноструктурного аналізу встановлено цис-1 ,4-будова изопреноидной ланцюга, при якому метиленові СН 2-групи розташовані по один бік від подвійного зв'язку:
СН 2 СН 2 СН 3 СН 2 СН 2
|

С = СН С = СН С = СН

| СН 2 | |
СН 3 СН 2 СН 3
0,913 нм
Цис-1 ,4-полізопрен


Макромолекула каучуку має спіральне будова з періодом ідентичності 0,913 нм і має понад 1000 ізопреновий залишків. Будова макромолекули каучуку забезпечує його високу еластичність - найбільш важливе технічне властивість. Каучук має вражаючу здатність оборотно розтягуватися до 900% первісної довжини.
Різновидом каучуку є менш еластична гутаперча, або балата, - сік деяких каучуконосних рослин, які ростуть в Індії та на Малайському півострові. На відміну від каучуку молекула гутаперчі коротше і має транс-1 ,4-будову з періодом ідентичності 0,504 нм.
Видатне технічне значення натурального каучуку, відсутність у ряді країн, у тому числі в Радянському Союзі, економічно рентабельних джерел, прагнення розташовувати матеріалами, переважаючими по ряду властивостей (масло-, морозостійкість, міцність до стирання) натуральний каучук, стимулювали дослідження щодо отримання синтетичного каучуку. [6]
1.2. Синтетичний каучук
Синтетичний каучук у промисловому масштабі вперше отриманий в 1931 році в СРСР за способом С. В. Лебедєва. На напівзаводські установці було отримано 260 кг синтетичного каучуку з дивинила, а в 1932 році вперше у світі здійснено його промисловий синтез. У Німеччині каучук був синтезований у 1936-1937 роках, а в США - в 1942 році.
Сировиною для отримання синтетичного каучуку за способом Лебедєва служить етиловий спирт. Тепер розроблено отримання бутадієну з бутану через каталітичне дегідрування останнього.
Мономерами для синтетичного каучуку служать переважно пов'язані дієнові вуглеводні: дивинил, ізопрен, хлоропрен, полімеризуються з радикального або ионному механізму. Для поліпшення технічних властивостей каучуку дієни часто полімеризують спільно з мономерами, що містять активний вінільні залишок (наприклад, з акрілонітратом, зі стиролом):
≈ 200єC
1. Н 2 С - СН 2 + НСNСН 2 ОН-СН 2 СN
β-оксінітріл-Н 2 О
пропіонової
кислоти
каталізатор (NH 4 Cl, CuCl)
СН ≡ СН + НСN СН 2 = СН-СN
80-90 0 С акрилонітрил
змішаний каталізатор

СН 2 = СН-СН 3 + О 2 + 3

400-500 0 С; 2 * 10 5 - 3 * 10 5 Па
2. NСН = СН 2...- СН-СН 2 --СН-СН 2 --СН-СН 2 -...
| | | |
З 6 Н 5 З 6 Н 5 З 6 Н 5 З 6 Н 5
m
Полістирол


Подібний процес, який отримав назву кополімеризації, має широке промислове застосування.
Дивинил (1,3-бутадієн) - найважливіший мономер для синтетичного каучуку - може бути полімеризовані щодо радикального або ионному механізму. У першому промисловому синтезі каучуку ініціатором полімеризації був металевий натрій, на поверхні якого відбувалася адсорбція і поляризація 1,3-бутадієну; механізм цієї реакції аніонний:
n СН 2 = СН-СН = СН 2
↓ Na
...- СН 2 = СН-СН = СН 2 - [- СН 2 = СН-СН = СН 2 -] m - СН 2 = СН-СН = СН 2


Ізопрен у присутності металоорганічних комплексів легко перетворюється на синтетичний каучук, фізико-механічні властивості якого подібні до властивостей натурального.
Сополімерні каучуки мають найбільше технічне застосування. До них відносяться бутадієн-стирольний каучук, одержуваний сополимеризацией 1,3-бутадієну і стиролу, він є найкращою маркою синтетичного каучуку для автомобільних покришок.
Будова бутадієн-стирольного сополимера не з'ясовано, передбачувану структуру окремих ланок можна зобразити наступною схемою:
n СН 2 = СН-СН = СН 2 + m СН 2 = СН-С 6 Н 5
1,3-бутадієн стирол
...- СН 2-СН = СН-(СН 2) 2-СН-СН 2-СН = СН-(СН 2) 2-СН = СН-СН 2 -...
|
З 6 Н 5
або
...- СН 2-СН = СН-(СН 2) 2-СН-СН 2-СН = СН-(СН 2) 2-СН-...
| |
З 6 Н 5 З 6 Н 5


Бутадієн-нітрильних каучук - сополімер 1,3-бутадієну і акрилонітрилу - має в'язкістю натурального каучуку, однак перевищує його по стійкості до стирання, масло-і бензіностойкості.
Бутилкаучук - сополімер ізобутилену і 1,3-бутадієну, що вводиться для додання каучуку здатності до вулканізації, виходить низькотемпературної йонної полімеризацією в присутності фториду бору (III). Він володіє високою хімічною стійкістю і газонепроницаемостью, є хорошим ізолятором для проводів та кабелів. Передбачувана структура сополимера:
СН 3 СН 3 СН 3
| | |
n СН 2 = С + m СН 2 = СН-СН = СН 2...-СН 2-С-СН 2 = СН-СН 2-С-...
| | |
СН 3 СН 3 СН 3
Изобутилен


Парні дієнові вуглеводні при іонної полімеризації в залежності від характеру каталізатора утворюють різному побудовані полімерні ланцюги. Розрізняють два типи цепеобразованія: цис-1, 4, транс-1, 4 і цис-1, 2. Полімеризація ізопрену в присутності тріалкілалюмінія і хлориду титану (IV) призводить у цис-1 ,4-полімеру, в якому цис-побудовані залишки диєна пов'язані один з одним у положенні 1,4:
1 квітня 1ґ 4ґ
...- СН 2 СН 2 - СН 2 СН 2 -...
2 Березня 2ґ 3ґ

С = С С = С

СН 3 Н СН 3 Н
Цис-1 ,4-поліізопрен


При полімеризації змішаним гідридом алюмінію та лужного металу в присутності хлориду титану (IV) переважає полімер транс-1 ,4-будови, в якому залишки транс-диена пов'язані в положенні 1,4:
...- СН 2 Н СН 3 СН 2 -...

С = С С = С

СН 3 СН 2 - СН 2 Н
Транс-1 ,4-поліізопрен


Дієни з неконцевимі подвійними зв'язками полімеризуються з працею, так як просторові підприємства ускладнюють їх адсорбцію на активних центрах каталізатора.
Один з видів синтетичного каучуку отримують з ацетилену. При полімеризації ацетилену утворюється вінілацетилену СН ≡ С-СН = СН 2. Вінілацетилену приєднує молекулу хлористого водню, при цьому виходить 2-хлорбутадиен-1, 3 (хлоропрен):

Cl

|
СН ≡ С-СН = СН 2 + НClСН 2 = С-СН = СН 2


Хлоропрен - безбарвна рідина, що кипить при 59 0 С. Він мимоволі дуже легко полімеризується, утворюючи спочатку пластичну масу, схожу з невулканізованим каучуком, а в подальшому - твердий продукт (вулканізація без сірки):
СН 2 = СН-ССl = СН 2 + СН 2 = СН-ССl = СН 2 + СН 2 = СН-ССl = СН 2 + ... →
:::
→ ... СН 2-СН = ССl-СН 2-СН 2-СН = ССl-СН 2 - ... - СН 2-СН = ССl-СН 2 -...
:::


Така будова доводиться тим, що при окисленні цього виду синтетичного каучуку утворюється янтарна кислота, формула якої СООН-СН 2-СН 2-СООН. Місця розриву вуглецевого ланцюга показані на схемі пунктиром.
Хлоропреновий каучук завдяки своїй негорючості, термостійкості, світлостійкості, а також стійкості до впливу масел знаходить широке застосування у виробництві гумово-технічних виробів.
Каучуки на основі кремнійорганічних сполук відрізняються збереженням еластичних властивостей як при низьких, так і при високих температурах; каучуки на основі фторорганічних сполук поєднують високу термостійкість з майже абсолютною хімічної стійкістю; каучуки, отримані сополимеризацией дивинила з акрилонітрилом, добре витримують дію бензину та інших нафтопродуктів. [3]
Натуральний і синтетичний каучуки не можуть бути безпосередньо використані для хімічних цілей внаслідок термічної нестійкості, слабкості до стирання і здатності до набухання і розчинення в органічних розчинниках.
Найважливішим процесом перетворення каучуку в технічний продукт - гуму - є вулканізація, в результаті якої відбувається різка зміна фізико-механічних властивостей каучуків: підвищується термостійкість, механічна міцність, стійкість до дії розчинників і т.д.
У 1939 році два американці Гудвір і Хейвардс після багаторічних та наполегливих дослідів виявили, що при обробці сирого каучуку сірої відбувається його вулканізація. Після такої обробки каучук втрачає в'язкість, стає набагато еластичнішою і зберігає цю еластичність в широкому температурному інтервалі.
Сутність вулканізації полягає в утворенні нових поперечних зв'язків між полімерними ланцюгами. При вулканізації сіркою містки утворюють дисульфідні групи, а при радикальній вулканізації з'являються поперечні зв'язки між полімерними ланцюгами:
СН 3
|
...- СН 2-С-СН 2-СН 2 -
|
...- СН 2-С-СН 2-СН 2 -
| |
СН 3:
СН 3
|
...- СН 2-С-СН 2-СН 2 -
|
S
|
S
|
...- СН 2-С-СН 2-СН 2 -
|
СН 3


Для отримання гумових виробів спочатку формують вироби із суміші каучуку з сіркою, а також так званими наповнювачами - сажею, крейдою, глиною і деякими органічними сполуками, які служать прискорювачами вулканізації. Потім вироби піддаються нагріванню - гарячої вулканізації.
При холодної вулканізації, яка застосовується для тонких і дрібних виробів (прогумовані тканини, тонкі трубки і т.д.), їх нетривалий час обробляють розчином сірки в сірковуглеці або в хлористої сірці. Каучук з великим вмістом сірки (до 32%) являє собою тверде нееластичне речовина і називається ебонітом; застосовується він як ізолятор в електроприладах.
У результаті вулканізації сірка хімічно зв'язується з каучуком. Крім того, в вулканізованої каучуку міститься у вигляді дрібних частинок і вільна сірка.
Тепер відкрилися нові галузі застосування каучуку. Гуму, отриману з нього, почали застосовувати як амортизаторів на автомобілях і мотоциклах. Пізніше такі амортизатори перетворилися у сучасні шини та камери.
Бурхливий розвиток електротехніки зробило гуму необхідним ізоляційним матеріалом для електричних проводів і кабелів. Каучук дуже підходив для цієї мети, так як не проводив струму, а його еластичність робила дроти з ізоляцією гнучкими.
У Німеччині в 1935 році почалося виробництво синтетичного каучуку в великих кількостях. У які працюють горизонтально розташовані автоклави накачують бутадієн і при охолодженні додають регулятор полімеризації - діоксан і прискорювач - металевий натрій. Від слів бутадієн і натрій утворено назву «буна». У залежності від ступеня полімеризації отримують буна-85 або буна-115. Якщо цей буна-каучук з високим молекулярною вагою піддати вулканізації, виходить гума, яка має високу міцність на стирання, теплостійка і не старіє, проте має низьку еластичність і невисокою міцністю на розрив і розтягнення. Лише тверда гума, виготовлена ​​з буна-85, в деякій мірі задовольняла необхідним вимогам.
Відкриття Гудвіра і Хейворда, які в 1840 році виявили, що каучук-сирець, змішаний при нагріванні з сіркою, перетворюється в еластичну масу, створило основу для широкого застосування каучуку. Адже тільки при вулканізації каучук-сирець втрачає свою клейкість, набуває міцність і еластичність - стає гумою з її цінними якостями. У залежності від вмісту сірки і складу наповнювачів, що додаються при вулканізації, отримують різні сорти гуми, що відповідають будь-яким вимогам.
Невелика кількість сірки при вулканізації перетворює пластичний каучук в еластичну гуму. Вже при введенні 0,15% сірки каучук змінює властивості. Взагалі ж кількість введеної при вулканізації сірки коливається від 2 до 5%. [7]

Глава 2. Гуми і їх промислове отримання
Гуму виготовляють за допомогою вулканізації. Вулканізація - це назва суміші каучуку з невеликою кількістю сірки і наповнювачем, попередньо сформованої у вигляді майбутнього виробу.
Каучук застосовується для виготовлення гуми. Для цього складають так звану гумову суміш, до якої крім каучуку вводять ще цілий ряд інгредієнтів, кожний з яких має певну назву. Перший з них є вулканізуючими агентом (найчастіше міра). У результаті вулканізації каучук перетворюється на міцну, еластичну, пружну масу - гуму.
У результаті вулканізації молекули каучуку «зливаються» між собою дисульфідними містками в одну тривимірну макромолекулу, і утворюється просторовий полімер - гума:
:
|
S
S СН 3            СН 3  
| | |
СН-СН 2-СН 2-С = СН-СН 2-СН 2-С = ...
...- СН 2-С
СН 3 S
S 8, t |
Каучук S
|
... СН 2-С-СН-СН 2-СН 2-С = СН-СН 2-СН 2 -...
| |
СН 3 S СН 3
S
|
:


Каучуки, вулканізовані тільки в суміші з вулканізуючими агентами, не володіють необхідними для різних цілей жорсткістю, опором розтягуванню, стирання й розриву. Ці властивості можна надати каучуку, додаючи в гумову суміш так звані наповнювачі.
З метою попередження «старіння» каучуку, тобто втрати каучуком еластичності та інших цінних властивостей, в гумову суміш вводять різні стабілізатори - антиокислювачі (наприклад, феніл-β-нафтиламін). Щоб прискорити процес вулканізації, в гумову суміш вводять невеликі кількості органічних сполук, які називають прискорювачами (меркаптобензтіазол, дифенилгуанидин та ін.) Виявилося, що найбільш ефективного використання прискорювачів вулканізації необхідна присутність деяких інших хімічних речовин (зазвичай сумішей металів), найбільш ефективно у присутності розчинних в каучуку мив (солей жирних кислот), які можуть утворитися в процесі вулканізації.
2.1. Інгредієнти гумових сумішей
Для отримання високоякісної гуми, яку можна переробити в різні вироби, в каучук необхідно додати ряд домішок.
Велику роль серед них грають так звані прискорювачі вулканізації - органічні сполуки, що містять сірку або азот. Вони значно скорочують час і знижують температуру процесу, а іноді дозволяють проводити його взагалі без нагрівання (холодна вулканізація). Завдяки цим добавкам можна зменшити кількість введеної сірки.
Дуже важливі також противостарители, які зменшують вплив кисню повітря на гуму. З плином часу кисень приєднується до решти в молекулах гуми подвійним зв'язкам і посилює тим самим утворення сітчастих молекул, при цьому гума втрачає свої характерні якості і стає твердою і ламкою. Противостарители - це антиокислювачі.
Ще на зорі застосування каучуку-сирцю, коли він був досить дорогий, підприємливі фабриканти знайшли дешевий спосіб збільшити його кількість. У каучук-сирець стали додавати наповнювачі - сажу, крейду, окис цинку і т.д. Яке ж було здивування, коли виявилося, що оброблений таким чином каучук не тільки збільшується у вазі, але і в ряді випадків, набував найкращі властивості - збільшувалася опір розриву і розтягування, твердість. Невдовзі стали розрізняти дві групи наповнювачів:
1) активні наповнювачі, які покращують якість каучуку. До них серед інших відносяться активна газова сажа, окис цинку і каолін;
2) інертні наповнювачі, які лише збільшують вагу продукту, наприклад, сажа, крейда і важкий шпат.
Найбільш активним наповнювачем виявилася поверхнеактивних газова сажа, яка може бути отримана спалюванням газу при нестачі кисню. Сьогодні немає жодного сорту гуми, який не містив би різних домішок та наповнювачів. Правильний вибір і відповідне співвідношення кількості цих домішок визначають якість гуми. У цій області, безсумнівно, має бути ще цікаві і важливі відкриття.
Домішки і наповнювачі можуть становити значну частину загальної ваги, а нерідко взагалі перевищують вагу самого каучуку. Як різноманітні і складні можуть бути домішки, що додаються в каучук-сирець, видно на прикладі гуми для автомобільних шин.
Змішання каучуку з інгредієнтами проводиться в спеціальних апаратах - гумозмішувача, в яких каучук перетирається разом з інгредієнтами. Вулканізуючими агент вводиться в гумову суміш в останній момент приготування гумової суміші, щоб уникнути передчасної вулканізації.
Готову гумову суміш, що складається з каучуку, вулканізуючими агента, прискорювача вулканізації, активатора, наповнювачів, стабілізатора і т.п., направляють на завершальний процес гумового виробництва - вулканізацію. Вулканизацию проводять або після формування з гумової суміші відповідних виробів (труб, рукавів, листів та інших), або одночасно з процесом формування виробів. Вулканізація протікає при нагріванні.
Щоб підвищити експлуатаційні якості деяких видів гумових виробів, наприклад, шин, транспортних шин, приводних ременів і т.п., в конструкцію таких виробів вводять корд-безуточную тканина з крученої пряжі, що служить тканинної основою виробів (їх каркасом).
Інгредієнти гумових сумішей: головне - це каучук; прискорювачі процесу вулканізації (дифенилгуанидин, дітіо-біс-бензтіазол (альтакс), тетраметілтіурамдісульфід (Тіур), маркаптобензотіавзол (каптакс); мягчители (дибутилфталат, жирні кислоти, вазелін, соснова смола, рубракс, парафін) ; противостарители (феноли, віск, феніл-β-нафтиламін); активні наповнювачі (сажа, двоокис кремнію, цинкові білила, каолін); барвники. Інгредієнти покращують технологічні властивості гумових сумішей і підвищують якість одержуваних виробів. [2]
2.2. Виготовлення гумових виробів
Виробництво гумових виробів складається з трьох основних стадій: приготування сирої гумової суміші, формування вироби і його вулканізації.
Приготування сирих гумових сумішей включає операції:
1) підготовка каучуку та інгредієнтів (развеска, дозування, прорезініваніе тканин, розкрій, отримання заготовок тощо);
2) приготування сирої гумової суміші (змішання);
3) гортанні отриманих сумішей. [2]

Глава 3. Кремнійорганічні
високомолекулярні сполуки та їх
галузі отримання
Кремній, як і вуглець, знаходиться в IV групі періодичної системи і за типом найпростіших сполук є аналогом останнього.
Дослідників давно приваблювала перспектива отримання полімерних сполук, що поєднують теплостійкість крихкого кварцу і пластичність нестійких до нагрівання полиакрилатов або полістиролів.
Відкриття К. А. Андріановим в 1937 році здібності алкіл-і арілалксісіланов при гідролізі перетворюватися в полімерні кремнійорганічні сполуки призвело до отримання принципово нових сполук, які мають дуже віддалену аналогію з природними полімерами.
Велика перспективність використання органічних сполук кремнію в техніці була відзначена ще в 1923 році Б.А. Долговим.
Змінюючи будова кремнійорганічних полімерів і варіюючи в них співвідношення кремнію, кисню та вуглецю, вдалося отримати продукти з різноманітними властивостями. За будовою полімерних ланцюгів розрізняють кілька типів кремнійорганічних полімерів.
| | | |
...- Si-Si-Si-Si-...
| | | |
Поліорганосілани
| | |
...- Si-(С) n-Si-(С) n-Si-...
| | |
Поліорганокарбосілани
| | |
...- Si-О-Si-О-Si-...
| | |
Поліорганосілоксани
| |
...- Si-О-(С) n-О-Si-О-(С) n-О-...
| |
Поліорганокарбоксілоксани


Здійснено синтези кремнійорганічних полімерів з ціклосетчатой ​​заданою структурою, що володіє високими діелектричними показниками:
| | |
...- О-Si-(OSi) 2n-O-Si-O -
| | |
О О
| |
(-Si-) 2n (-Si-) 2n
| |
О О
| | |
...- О-Si-(OSi) 2n-O-Si-O-
| | |


Термін «органо» означає, що кремній в полімерного ланцюга вільними валентностями пов'язаний з органічними залишками. Найбільше практичне застосування отримали силоксанові високомолекулярні з'єднання.
Крім будови полімерного ланцюга, кремнійорганічні полімери відрізняються залишками, пов'язаними з атомами кремнію, створюючими полімерну ланцюг. Зазвичай це алкільні (арильному) радикали, рідше алкоксильні групи.
Кремневодороди - силани - дуже нестійкі сполуки, самозаймисті на повітрі.
Перші члени ряду силанов - гази або легкокипящие рідини: силан SiH 4 (температура кипіння -112 0 С), дісілан Si 2 H 6 (температура кипіння -15 0 С), трісілан Si 3 H 8 (температура кипіння +53 0 С).
Так само мало стійкі і дуже реакційноздатні хлорпохідних силанов: Хлорсилани SiH 3 Cl, трихлорсилану SiHCl 3 (сіланохлороформ), чотирихлористий кремній SiCl 4. Всі ці речовини енергійно гідролізуються з водою. Так, з цинк-та магнійорганіческімі сполуками вони дають кремнійорганічні сполуки - алкілсілани:
З 2 Н 5 МgBr + ClSiH 3C 2 H 5-SiH 3
+ СН 3 MgI + СН 3 MgI + СН 3 MgI
SiCl 4 СН 3-SiCl 3 (СН 3) 2 SiCl 2 (СН 3) 4 Si

Метілтрі-Діхлорме-Тетраме-

Хлорсилани тілсілан тілсілан


Практично замість магнійгалоізоорганіческіх з'єднань застосовують галоїдних алкіл і магній:
З 2 Н 5 Br + Mg С 2 Н 5 Br + Mg
SiCl 4 С 2 Н 5-SiCl 32 Н 5) 2 SiCl 2


Більш стійкими є алкілсілани, в яких немає атомів водню при кремнії, - тетраалкілсілани.
Отримання кремнійорганічних полімерів.
Полімери часто отримують двома способами: поліконденсації і ступеневої полімеризації.
СН 3 СН 3 СН 3 СН 3
| 2Н 2 О | | | Н 2 О
2 Cl-Si-Cl 2 Cl-Si-ОН Cl-Si-О-Si-Cl -
| 2НСl |-Н 2 О | |-НСl
СН 3 СН 3 СН 3 СН 3
Діметілхлорсіланол



СН 3 СН 3 СН 3 СН 3
| |, Н 2 О | |
Cl-Si-О-Si-ОН Cl-Si--О-Si--
| |-НСl | |
СН 3 СН 3 СН 3 СН 3 n
Полідіметілдіхлорсілоксан
СН 3
|
- О-Si-Cl
|
СН 3
СН 3
|
NCl-Si-Cl
|
СН 3
Поліорганосілоксани володіють цінними фізико-хімічними властивостями і знайшли велику технічне застосування. Спосіб їх отримання полягає в гідролізі мономерних кремнійорганічних сполук, що містять здатні до гідролізу групи. Найбільше значення мають хлор-і алкоксіметілсілани. При гідролізі водою в присутності лужних або кислих каталізаторів спочатку утворюються сіланол, які потім поліконденсіруются з утворенням полісілоксанових полімерів:
У залежності від відносної молекулярної маси полисилоксана є рухливі або в'язкі рідини або еластичні тверді речовини.
Висока міцність зв'язку-Si-O-робить її стійкою до впливу теплоти і окислювачів. Велика різниця в електронегативності кремнію і вуглецю надає рухливість-органічним радикалам і визначає підвищену гнучкість полісілоксанових ланцюгів. Внаслідок цього полісілоксановие ланцюги мають спіральне будова, при якому компенсується полярність зв'язку-Si-O-, а самі ланцюга виявляються оточеними нейтральними вуглеводневими радикалами (рис.1). Подібна будова полісілоксанових полімерів пояснює їх специфічні властивості: термостабільність, добрі діелектричні властивості, незначні сили міжмолекулярної зчеплення, різко відрізняють їх від вуглецевих полімерів.
СН 3 СН 3 СН 3 СН 3
+ Δ-δ + δ-δ
Si O Si O
Si O Si O
+ Δ-δ + δ-δ
СН 3 СН 3 СН 3 СН 3


Рис.1. Будова полісілоксанових полімерів
Кремнійорганічні з'єднання отримали різноманітне технічне застосування. Вони надають матеріалами гідрофобність (склу, кераміці, бетону, текстилю), утворюють на поверхні самих різних матеріалів плівки, відштовхують воду. Так, діметілдіхлорсілан, адсорбований на поверхні керамічного матеріалу, при гідролізі водою утворює плівку завтовшки 1,9-10 -5 см, що складається приблизно з 300 молекул. Причина гідрофобності полягає в орієнтації молекул кремнійорганічного полімеру: вуглеводневі радикали спрямовані назовні, а кисень - у бік гідрофільній поверхні.
Гідрофобізація скла (зазвичай метілхлорсіланамі) підвищує точність і відтворюваність результатів при роботі і лабораторним посудом і зменшує обмерзання стекол літаків і автомашин.
Гідрофобізація будівельних матеріалів (бетону, вапняку, цегли) охороняє їх від передчасного руйнування під впливом атмосферних умов, а в деяких випадках є неодмінною умовою їх застосування (гіпс, гіпсосілановий бетон). Хороші результати дають водні розчини алкілсіліконат натрію.
Текстильні матеріали після гідрофобізації не змочуються і не пропускають воду, однак зберігають проникливість для повітря і водяної пари. Вологопоглинання знижується приблизно в 20 разів при витраті 1,5-2,5% кремнійорганічного з'єднання від маси текстилю.
Кренійорганіческіе теплоносії (мономірні та полімерні ефіри кремнієвої кислоти) термостійкий, не піддаються корозії більшість матеріалів, майже негорючі і тому з успіхом заміняють такі поширені теплоносії, як воду, водяну пару, топкові гази.
Силіконові рідини (полімерні метілсілоксани, метілдіфенілсілоксани) внаслідок малої залежності в'язкості від температури успішно застосовуються в якості гідравлічних масел. У межах від +50 0 С до -70 0 С мінеральні масла змінюють в'язкість в 400 разів, а метілсілоксани - в 29 разів.
Поліметілфенілсілоксани утворюють термостійкий змащення різних тертьових металевих поверхонь. Метілсіліконовие олії є ефективними піногасниками, вони хімічно інертні і застосовуються у мінімальних концентраціях (1:1000, 1:10000).
Силіконові смоли використовують як ізоляційних лаків, захисних покриттів, стійких і до високої температури, і до хімічних впливів. Їх зазвичай отримують з метілтріхлорсілана, діметілдіхлорсілана, фінілтріхлорсілана, діфенілдіхлорсілана, які гідролізуються та поліконденсіруются при нагріванні в інертних розчинниках. Змішані з термостійкими наповнювачами, вони витримують нагрівання протягом декількох годин при 500 0 С і декількох діб до 250 0 С.
Кремнійорганічні сполуки вигідно відрізняються від каучуків: а) насамперед незначною мінливістю властивостей в широкому інтервалі температур і, отже, високою морозостійкістю (при робочих температурах до 200 0 С їх механічні властивості мало змінюються, при -60 0 С вони також зберігають пружність), б ) значної хімічної стійкістю, особливо до кисню і озону, гідрофобністю; в) негорючістю при нагріванні без зіткнення з полум'ям; г) діелектричними властивостями.
Силіконові каучуки (складаються з полімеру, наповнювача і вулканізатора) представляють собою звичайні лінійні полідиметилсилоксан з відносною молекулярною масою 250000-450000. Нагрівання призводить до зшивці лінійних полімерів поперечними зв'язками.
Наповнювачі, наприклад, різні типи аерогелей оксиду кремнію (IV), покращують механічні властивості полімерів, підвищують їх міцність при розтягуванні і надають здатність до подовження до 60%. Вулканизацию проводять у присутності перекисів. Силіконові каучуки застосовують як електроізоляційного матеріалу, прокладок різної апаратури та електродвигунів.
Кремнійорганічні сполуки отримують з алкілхлорсіланов або аркілхлорсіланов. Це SiCl 2 (СН 2) 2, Si (С 2 Н 5) 2 Cl 2, З 6 Н 5 SiCl 3. Схема послідовного гідролізу та поліконденсації при отриманні кремнійорганічних полімерів наступна:
СН 3 СН 3
| |
Cl-Si-Cl + 2 Н 2 ОНО-Si-ОН + 2 НCl;
| |
СН 3 СН 3
СН 3 СН 3 СН 3 СН 3
| | | |
НО-Si-ОН + НО-Si-ОННО-Si-О-Si-ОН + Н 2 О
| | | |
СН 3 СН 3 СН 3 СН 3


І так далі до утворення полімеру, що має формулу:
СН 3
|
- Si-O-
|
СН 3 n


На основі кремнійорганічних смол виготовляють пресувальні і шаруваті матеріали. Характеристика різних типів цих матеріалів проведена в таблиці 1.
Таблиця 1
Пресувальників і шаруваті матеріали
Показники
КМС-9
КМК-718
До-41-5
КМС-9
СКМ-1
Наповнювач
Мінеральний
Азбест, кварц
Азбестове волокно
Скляне волокно
Скляна тканина
1
2
3
4
5
6
Щільність, г / см 3
1,8-2,1
1,82
1,9
1,8-2,0
1,6-1,77
Межа міцності, кг / см 2:
- При розтягуванні
-
-
230
-
2575
- При стисканні
850-900
-
1325
-
1600
- При вигині
300
300
500
400
140
Питомий поверхневий опір, МОм
-
1000-10000
1000
10 липня
1,12 * 10 8
Питомий об'ємний опір, МОм / см 3
10 серпня
10 Червень
10 Квітня
10 липня
5 * 10 7
Електрична міцність, кВ / мм
13
5
2
4
10 * 11,5
Діелектрична постійна, Гц
7
9
-
4,7
4,5
Розрізняють такі види матеріалів, зроблених на основі кремнійорганічних сполук.
3.1. Стеклопласт
Стеклопласт - пластичні маси, у яких сполучною речовиною служать синтетичні полімери, а наповнювачем або армуючим матеріалом - скляне волокно або скляна тканина, що надають склопластику особливу міцність.
Більшість виробів із склопластиків виготовляють з використанням в якості сполучних ненасичених поліефірів - поліефірмалоінатов або поліефіракрілатов, а також епоксидних і кремнійорганічних полімерів.
У залежності від взятого єднального склопластики можуть перероблятися в вироби при звичайній температурі без тиску або при невеликому тиску. Найбільше значення набувають склопластики, які можуть перероблятися в вироби методом так званого «контактного» фомування з поступовим нанесенням шарів сполучного на каркас з армуючого матеріалу.
Склопластики можуть застосовуватися для виготовлення таких великогабаритних виробів, як корпуси дрібних суден, шлюпки, кузова автомобілів, дахи залізничних вагонів і т.п. Поки вироби можна виготовляти тільки за допомогою «контактного» методу формування, тобто по суті вручну, але немає сумніву, що в найближчому майбутньому виробництво таких виробів буде механізовано і склопластики завдяки своїй винятковій міцності і дешевизні знайдуть саме широке застосування в багатьох галузях народного господарства. Залежно від виду армуючого матеріалу склопластики діляться на наступні групи:
А) склотекстоліти - пластики, армовані скляними тканинами. Вироби виходять зазвичай методом «контактного» формування.
Б) Стекловолокніти - пластики, в яких армуючим наповнювачем служить повсть зі скляного волокна. Переробляються методом лиття або пресування.
В) Анізотропні склопластики - пластики з армуючим матеріалом у вигляді односпрямованої скляної нитки. Вироби отримують методом намотування скляного волокна, попередньо обробленого синтетичним полімером.
Г) ізотропні склопластики - пластики, армовані стекломати (рубане скляне волокно). Переробляються методом контактного формування.
Стеклопласт - матеріали, отримані з синтетичних смол і наповнювачів. В якості наповнювача використовуються скловолокнисті матеріали. Різновиди промислово випускаються склопластиків наведені в таблиці 2.
3.2. Склотекстоліти
Склотекстоліти - це шаруваті листові матеріали, одержувані методом гарячого пресування покладених правильними рядами полотнищ скляної тканини, просоченої єднальними. Вони використовуються при виготовленні фюзеляжів літаків, кузовів автомобілів, судів.

Таблиця 2
Властивості Стеклопласт
Показники
Склотекстоліти електроізоляційні
Склотекстоліти конструкційні Каста-У
Склотекстоліти конструкційні ВФСТ-С
Анізотропні Свамі
Анізотропні ЕФ-32-39
Волокніту марки ВАГ-4
Волокніту марки САГ-4
1
2
3
4
5
6
7
8
Наповнювач
Тканина
Тканина
Тканина
Орієнтоване волокно
Тканина
Волокно рубане
Волокно паралельне
Щільність г / см 3
1,65-1,85
1,75-1,85
1,55-1,85
1,9
1,67-1,7
1,7-1,8
1,7-1,8
Водопоглощаемость,%
2
0,85-1,5
1,7
0,1-1,3
0,28
0,5
0,5
Межа міцності, кг / см 2
- При розтягуванні
900
2700-3200
3600-4000
9000-9500
2250-4180
800
200
- При стисканні
-
-
-
4200
3000
1300
1300
- При вигині
1200-1300
1600
2900
1600-4600
3220-4150
> 1000
> 1000

3.3. Стекловолокніти
Стекловолокніти готують з волокон і сполучного прямим або литним пресуванням при високому тиску. Вони використовуються для виготовлення деталей для обшивки вагонів, облицювальних панелей, будівельних конструкцій, віконних плетінь, вогнестійких перегородок, вкладишів, підшипників, фрикційних деталей, термостійких виробів і як електроізоляційний матеріал.
3.4. Свамі
Скловолокнистий анізотропний матеріал (Свамі) - отримують шляхом паралельної їх укладання при одночасному нанесенні на них пов'язує. З Свамі виготовляють труби, стійкі до впливу хімічних реагентів, як електроізоляційний матеріал в радіотехніці та радіоелектроніки.

висновок
Народногосподарське значення каучуку (що є основною складовою частиною гуми) дуже велике. Величезні і всі зростаючі кількості каучуку споживають автомобільна, авіаційна і тракторна промисловість. Велика кількість його йде на виготовлення приводних ременів і транспортних стрічок, шлангів та рукавів, електроізоляційних виробів, прогумованих тканин, виробів широкого вжитку (взуття, спортивні товари, іграшки), виробів санітарії і гігієни і багато іншого. Досить навести дані про щорічне світовому виробництві натурального і синтетичного каучуку - понад 4 мільйонів тонн, щоб взяти участь каучуку в житті людини.
Каучуки безпосередньо пов'язані з високомолекулярними кремнійорганічними сполуками.
Наприклад, силіконові (силоксанові каучуки).
R R
| |
...- Si-О-Si-О -...
| |
R R


Хімічні сполуки, що виробляються промисловістю основного органічного синтезу служать напівпродуктів для виробництва пластичних мас, синтетичних волокон, синтетичних каучуків, синтетичних миючих засобів і багато чого іншого.

список літератури
1. Грандберг І.І. Органічна хімія. - М.: Вища школа, 1980. - 463 с.
2. Жиряков В.Г. Органічна хімія. - М.: Хімія, 1974. - 407 с.
3. Павлов Б.А. та ін Курс органічної хімії. - М.: Хімія, 1972. - 648 с.
4. Перекалін В.В. та ін Органічна хімія. - М.: Просвещение, 1982. - 543 с.
5. Третьяков Ю.Д. Хімія: Довідкові матеріали. - М.: Просвещение, 1984. - 239 с.
6. Фурмер І.Е. Загальна хімічна технологія. - М.: Вища школа, 1987. - 334 с.
7. Хомченко Г.П. Хімія для вступників до ВНЗ. - Вища школа, 1985. - 357 с.
8. Шпсусцус З. Подорож у світ органічної хімії. - М.: Світ, 1967. - 218 с.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Курсова
134.1кб. | скачати


Схожі роботи:
Кремній
Каучуки
Кремній в організмі людини
Каучуки та гумові матеріали
Економічне обгрунтування програмного забезпечення на базі підприємства ЗАТ Кремній
Органічні добрива
Органічні барвники
Органічні елементи
Дослідження взаємодії в системах нітрати целюлози уретанові каучуки
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru