|
Реферат: Каучуки (Химия)
содержание
| | |Стр. |
|Введение..................................................... | |
|Глава 1. |Каучуки............................................ | |
|1.1. |Природный каучук................................... | |
|1.2. |Синтетический каучук............................... | |
|Глава 2. |Резины и их промышленное получение................. | |
|2.1. |Ингредиенты резиновых смесей....................... | |
|2.2. |Изготовление резиновых изделий..................... | |
|Глава 3. |Кремнийорганические высокомолекулярные соединения и их | |
| |области получения............................... | |
|3.1. |Стеклопласты....................................... | |
|3.2. |Стеклотекстолиты................................... | |
|3.3. |Стекловолокниты.................................... | |
|3.4. |СВАМ............................................... | |
|Заключение................................................... | |
|Список литературы............................................ | |
| | | |
введение
Ученые добились успеха и сегодня более одной трети резины,
производимой в мире, изготовляется из синтетического каучука. Каучук и
резина внести огромный вклад в технический прогресс последнего столетия.
Вспомним хотя бы о минах и разнообразных изоляционных материалах, и нам
станет ясна роль каучука в важнейших отраслях хозяйства. Каучук делает нашу
жизнь удобнее.
Но вряд ли найдется другое природное сырье, добыча которого так была
связана с кровью, произволом и безграничной колониальной эксплуатацией.
Сотни тысяч негров и индейцев погибли от болезней и непосильного труда на
плантациях белых колонизаторов. Их насмерть забивали бесчеловечные
надсмотрщики – Европа и Америка все настоятельнее требовали каучука, и
бесправные рабы-туземцы вынуждены были добывать его.
Когда испанские конквистадоры в XVI веке высадились в Южной Америке,
их внимание привлекли мячи, которыми индейцы пользовались в спортивных
играх. Эти мячи были сделаны из неизвестного в Испании упругого и
пластичного вещества, получаемого индейцами из сока каких-то деревьев.
Индейцы находили ему и другое применение. Изготавливали из него
водонепроницаемую обувь или обрабатывали им ткань, чтобы сделать ее
непромокаемой. Слухи о странном веществе достигли Испании. Вначале это
показалось интересным, но вскоре о диковинных игрушках просто забыли. И
суда отправились в опасные путешествия на за ними, а за золотом. Когда
гораздо позже французский ученый Шарль де ля Кондамин напомнил об этом
веществе, его сообщение восприняли как занятный курьез. Однако этим
деревом, которое росло в огромных девственных лесах Амазонки, в последующие
годы продолжали интересоваться и наблюдали, как местные жители добывали его
сок – каучук. Каучуки – это эластичные материалы, из которых методом
вулканизации (нагреванием с серой) получают резину. Из каучуков
изготавливают покрышки и камеры для колес самолетов, автомобилей и
велосипедов. Они применяются для электроизоляции, производства промышленных
товаров и медицинских приборов.
Глава 1. Каучуки
1.1. Природный каучук
Натуральный (природный) каучук – это высоко-молекулярный непредельный
углеводород элементарного состава (С5Н8)n, его относительная молекулярная
масса колеблется в пределах 150000-500000. Рурирование каучука приводит к
предельному углеводороду состава (С5Н10)n, озонирование – к озониду
(С5Н8О3)n. Из продуктов сухой перегонки каучука (М.Фарадей) был выделен
изопрен:
Р.Штаудингером (1931 г.) была предложена гипотеза об изопренаизном
строении каучука, содержащего цепочки последовательно соединенных остатков
изопрена. Тщательно выполненное озонирование подтвердило предположение
Р.Штаудингера – продукты озонирования на 95% состоят из левулинового
альдегида:
Методом рентгеноструктурного анализа установлено цис-1,4-строение
изопреноидной цепи, при котором метиленовые СН2-группы расположены по одну
сторону от двойной связи:
Макромолекула каучука имеет спиральное строение с периодом
идентичности 0,913 нм и содержит более 1000 изопреновых остатков. Строение
макромолекулы каучука обеспечивает его высокую эластичность – наиболее
важное техническое свойство. Каучук обладает поразительной способностью
обратимо растягиваться до 900% первоначальной длины.
Разновидностью каучука является менее эластичная гуттаперча, или
балата, - сок некоторых каучуконосных растений, произрастающих в Индии и на
Малайском полуострове. В отличие от каучука молекула гуттаперчи короче и
имеет транс-1,4-строение с периодом идентичности 0,504 нм.
Выдающееся техническое значение натурального каучука, отсутствие в
ряде стран, в том числе в Советском Союзе, экономически рентабельных
источников, стремление располагать материалами, превосходящими по ряду
свойств (масло-, морозостойкость, прочность к стиранию) натуральный каучук,
стимулировали исследования по получению синтетического каучука. [6]
1.2. Синтетический каучук
Синтетический каучук в промышленном масштабе впервые получен в 1931
году в СССР по способу С.В.Лебедева. На полузаводской установке было
получено 260 кг синтетического каучука из дивинила, а в 1932 году впервые в
мире осуществлен его промышленный синтез. В Германии каучук был
синтезирован в 1936-1937 годах, а в США – в 1942 году.
Сырьем для получения синтетического каучука по способу Лебедева
служит этиловый спирт. Теперь разработано получение бутадиена из бутана
через каталитическое дегидрирование последнего.
Мономерами для синтетического каучука служат преимущественно
сопряженные диеновые углеводороды: дивинил, изопрен, хлоропрен,
полимеризующиеся по радикальному или ионному механизму. Для улучшения
технических свойств каучука диены часто полимеризуют совместно с
мономерами, содержащими активный винильный остаток (например, с
акрилонитратом, со стиролом):
Подобный процесс, получивший название сополимеризации, имеет широкое
промышленное применение.
Дивинил (1,3-бутадиен) – важнейший мономер для синтетического каучука
– может быть полимеризован по радикальному или ионному механизму. В первом
промышленном синтезе каучука инициатором полимеризации был металлический
натрий, на поверхности которого происходила адсорбция и поляризация 1,3-
бутадиена; механизм этой реакции анионный:
Изопрен в присутствии металлоорганических комплексов легко
превращается в синтетический каучук, физико-механические свойства которого
подобны свойствам натурального.
Сополимерные каучуки имеют наибольшее техническое применение. К ним
относятся бутадиен-стирольный каучук, получаемый сополимеризацией 1,3-
бутадиена и стирола, он является лучшей маркой синтетического каучука для
автомобильных покрышек.
Строение бутадиен-стирольного сополимера не выяснено, предполагаемую
структуру отдельных звеньев можно изобразить следующей схемой:
Бутадиен-нитрильный каучук – сополимер 1,3-бутадиена и акрилонитрила
– обладает вязкостью натурального каучука, однако превышает его по
устойчивости к стиранию, масло- и бензиностойкости.
Бутилкаучук – сополимер изобутилена и 1,3-бутадиена, вводимого для
придания каучуку способности к вулканизации, получается низкотемпературной
ионной полимеризацией в присутствии фторида бора (III). Он обладает высокой
химической стойкостью и газонепроницаемостью, является хорошим изолятором
для проводов и кабелей. Предполагаемая структура сополимера:
Сопряженные диеновые углеводороды при ионной полимеризации в
зависимости от характера катализатора образуют различно построенные
полимерные цепи. Различают два типа цепеобразования: цис-1,4, транс-1,4 и
цис-1,2. Полимеризация изопрена в присутствии триалкилалюминия и хлорида
титана (IV) приводит у цис-1,4-полимеру, в котором цис-построеные остатки
диена связаны друг с другом в положении 1,4:
При полимеризации смешанным гидридом алюминия и щелочного металла в
присутствии хлорида титана (IV) преобладает полимер транс-1,4-строения, в
котором остатки транс-диена связаны в положении 1,4:
Диены с неконцевыми двойными связями полимеризуются с трудом, так как
пространственные предприятия затрудняют их адсорбцию на активных центрах
катализатора.
Один из видов синтетического каучука получают из ацетилена. При
полимеризации ацетилена образуется винилацетилен СН?С-СН=СН2. Винилацетилен
присоединяет молекулу хлористого водорода, при этом получается 2-
хлорбутадиен-1,3 (хлоропрен):
Хлоропрен – бесцветная жидкость, кипящая при 590С. Он самопроизвольно
весьма легко полимеризуется, образуя сначала пластическую массу, сходную с
невулканизированным каучуком, а в дальнейшем – твердый продукт
(вулканизация без серы):
Такое строение доказывается тем, что при окислении этого вида
синтетического каучука образуется янтарная кислота, формула которой СООН-
СН2-СН2-СООН. Места разрыва углеродной цепи показаны на схеме пунктиром.
Хлоропреновый каучук благодаря своей негорючести, термостойкости,
светостойкости, а также устойчивости к воздействию масел находит широкое
применение в производстве резино-технических изделий.
Каучуки на основе кремнийорганических соединений отличаются
сохранением эластических свойств как при низких, так и при высоких
температурах; каучуки на основе фторорганических соединений сочетают
высокую термостойкость с почти абсолютной химической устойчивостью;
каучуки, полученные сополимеризацией дивинила с акрилонитрилом, хорошо
выдерживают действие бензина и других нефтепродуктов. [3]
Натуральный и синтетический каучуки не могут быть непосредственно
использованы для химических целей вследствие термической нестойкости,
непрочности к стиранию и способности к набуханию и растворению в
органических растворителях.
Важнейшим процессом превращения каучука в технический продукт –
резину – является вулканизация, в результате которой происходит резкое
изменение физико-механических свойств каучуков: повышается термостойкость,
механическая прочность, устойчивость к действию растворителей и т.д.
В 1939 году два американца Гудвир и Хейвардс после многолетних и
упорных опытов обнаружили, что при обработке сырого каучука серой
происходит его вулканизация. После такой обработки каучук теряет вязкость,
становится гораздо эластичнее и сохраняет эту эластичность в широком
температурном интервале.
Сущность вулканизации заключается в образовании новых поперечных
связей между полимерными цепями. При вулканизации серой мостики образуют
дисульфидные группы, а при радикальной вулканизации появляются поперечные
связи между полимерными цепями:
Для получения резиновых изделий сначала формуют изделия из смеси
каучука с серой, а также так называемыми наполнителями – сажей, мелом,
глиной и некоторыми органическими соединениями, которые служат ускорителями
вулканизации. Затем изделия подвергаются нагреванию – горячей вулканизации.
При холодной вулканизации, которая применяется для тонких и мелких
изделий (прорезиненные ткани, тонкие трубки и т.д.), их непродолжительное
время обрабатывают раствором серы в сероуглероде или в хлористой сере.
Каучук с большим содержанием серы (до 32%) представляет собой твердое
неэластичное вещество и называется эбонитом; применяется он как изолятор в
электроприборах.
В результате вулканизации сера химически связывается с каучуком.
Кроме того, в вулканизированном каучуке содержится в виде мельчайших частиц
и свободная сера.
Теперь открылись новые области применения каучука. Резину, полученную
из него, начали применять в качестве амортизаторов на автомашинах и
мотоциклах. Позднее такие амортизаторы превратились в современные шины и
камеры.
Бурное развитие электротехники сделало резину необходимым
изоляционным материалом для электрических проводов и кабелей. Каучук очень
подходил для этой цели, так как не проводил тока, а его эластичность делала
провода с изоляцией гибкими.
В Германии в 1935 году началось производство синтетического каучука в
больших количествах. Во вращающиеся горизонтально расположенные автоклавы
накачивают бутадиен и при охлаждении прибавляют регулятор полимеризации –
диоксан и ускоритель – металлический натрий. От слов бутадиен и натрий
образовано название «буна». В зависимости от степени полимеризации получают
буна-85 или буна-115. Если этот буна-каучук с высоким молекулярным весом
подвергнуть вулканизации, получается резина, которая имеет высокую
прочность на истирание, теплостойка и не стареет, однако обладает низкой
эластичностью и невысокой прочностью на разрыв и растяжение. Лишь твердая
резина, изготовленная из буна-85, в некоторой степени удовлетворяла
необходимым требованиям.
Открытие Гудвира и Хейворда, которые в 1840 году обнаружили, что
каучук-сырец, смешанный при нагревании с серой, превращается в эластичную
массу, создало основу для широкого применения каучука. Ведь только при
вулканизации каучук-сырец теряет свою клейкость, приобретает прочность и
эластичность – становится резиной с ее ценными качествами. В зависимости от
содержания серы и состава наполнителей, добавляемых при вулканизации,
получают различные сорта резины, отвечающие любым требованиям.
Небольшое количество серы при вулканизации превращает пластический
каучук в эластичную резину. Уже при введении 0,15% серы каучук меняет
свойства. Вообще же количество вводимой при вулканизации серы колеблется от
2 до 5%. [7]
Глава 2. Резины и их промышленное получение
Резину изготавливают с помощью вулканизации. Вулканизация – это
название смеси каучука с небольшим количеством серы и наполнителем,
предварительно сформированной в виде будущего изделия.
Каучук применяется для изготовления резины. Для этого составляют так
называемую резиновую смесь, в которую кроме каучука вводят еще целый ряд
ингредиентов, каждый из которых имеет определенное название. Первый из них
является вулканизирующим агентом (чаще всего мера). В результате
вулканизации каучук превращается в прочную, эластичную, упругую массу –
резину.
В результате вулканизации молекулы каучука «сливаются» между собой
дисульфидными мостиками в одну трехмерную макромолекулу, и образуется
пространственный полимер – резина:
Каучуки, вулканизированные только в смеси с вулканизирующими
агентами, не обладают необходимыми для различных целей жесткостью,
сопротивлением растяжению, истиранию и разрыву. Эти свойства можно придать
каучуку, добавляя в резиновую смесь так называемые наполнители.
С целью предупреждения «старения» каучука, т.е. потери каучуком
эластичности и других ценных свойств, в резиновую смесь вводят различные
стабилизаторы – антиокислители (например, фенил-?-нафтиламин). Чтобы
ускорить процесс вулканизации, в резиновую смесь вводят небольшие
количества органических соединений, которые называют ускорителями
(меркаптобензтиазол, дифенилгуанидин и др.). Оказалось, что наиболее
эффективного использования ускорителей вулканизации необходимо присутствие
некоторых других химических веществ (обычно смесей металлов), наиболее
эффективно в присутствии растворимых в каучуке мыл (солей жирных кислот),
которые могут образоваться в процессе вулканизации.
2.1. Ингредиенты резиновых смесей
Для получения высококачественной резины, которую можно переработать в
различные изделия, в каучук необходимо добавить ряд примесей.
Большую роль среди них играют так называемые ускорители вулканизации
– органические соединения, содержащие серу или азот. Они значительно
сокращают время и снижают температуру процесса, а иногда позволяют
проводить его вообще без нагревания (холодная вулканизация). Благодаря этим
добавкам можно уменьшить количество вводимой серы.
Очень важны также противостарители, которые уменьшают влияние
кислорода воздуха на резину. С течением времени кислород присоединяется к
оставшимся в молекулах резины двойным связям и усиливает тем самым
образование сетчатых молекул, при этом резина теряет свои характерные
качества и становится твердой и ломкой. Противостарители – это
антиокислители.
Еще на заре применения каучука-сырца, когда он был довольно дорог,
предприимчивые фабриканты нашли дешевый способ увеличить его количество. В
каучук-сырец стали добавлять наполнители – сажу, мел, окись цинка и т.д.
Каково же было удивление, когда оказалось, что обработанный таким образом
каучук не только увеличивается в весе, но и в ряде случаев, приобретал
лучшие свойства – увеличивалось сопротивление разрыву и растяжению,
твердость. Вскоре стали различать две группы наполнителей:
активные наполнители, которые улучшают качество каучука. К ним среди прочих
относятся активная газовая сажа, окись цинка и каолин;
инертные наполнители, которые лишь увеличивают вес продукта, например,
сажа, мел и тяжелый шпат.
Наиболее активным наполнителем оказалась поверхностноактивная газовая
сажа, которая может быть получена сжиганием газа при недостатке кислорода.
Сегодня нет ни одного сорта резины, который не содержал бы различных
примесей и наполнителей. Правильный выбор и соответствующее соотношение
количества этих примесей определяют качество резины. В этой области,
несомненно, предстоит еще интересные и важные открытия.
Примеси и наполнители могут составлять значительную часть общего
веса, а нередко вообще превышают вес самого каучука. Как многообразны и
сложны могут быть примеси, добавляемые в каучук-сырец, видно на примере
резины для автомобильных шин.
Смешение каучука с ингредиентами проводится в специальных аппаратах –
резиносмесителях, в которых каучук перетирается вместе с ингредиентами.
Вулканизирующий агент вводится в резиновую смесь в последний момент
приготовления резиновой смеси во избежание преждевременной вулканизации.
Готовую резиновую смесь, состоящую из каучука, вулканизирующего
агента, ускорителя вулканизации, активатора, наполнителей, стабилизатора и
т.п., направляют на завершающий процесс резинового производства –
вулканизацию. Вулканизацию проводят или после формования из резиновой смеси
соответствующих изделий (труб, рукавов, листов и других), или одновременно
с процессом формования изделий. Вулканизация протекает при нагревании.
Чтобы повысить эксплуатационные качества некоторых видов резиновых
изделий, например, шин, транспортных шин, приводных ремней и т.п., в
конструкцию таких изделий вводят корд-безуточную ткань из крученой пряжи,
служащую тканевой основой изделий (их каркасом).
Ингредиенты резиновых смесей: главное – это каучук; ускорители
процесса вулканизации (дифенилгуанидин, дитио-бис-бензтиазол (альтакс),
тетраметилтиурамдисульфид (тиурам), маркаптобензотиавзол (каптакс);
мягчители (дибутилфталат, жирные кислоты, вазелин, сосновая смола, рубракс,
парафин); противостарители (фенолы, воск, фенил-?-нафтиламин); активные
наполнители (сажа, двуокись кремния, цинковые белила, каолин); красители.
Ингредиенты улучшают технологические свойства резиновых смесей и повышают
качество получаемых изделий. [2]
2.2. Изготовление резиновых изделий
Производство резиновых изделий состоит из трех основных стадий:
приготовления сырой резиновой смеси, формования изделия и его вулканизации.
Приготовление сырых резиновых смесей включает операции:
подготовка каучука и ингредиентов (развеска, дозировка, прорезинивание
тканей, раскрой, получение заготовок и т.п.);
приготовление сырой резиновой смеси (смешение);
листование полученных смесей. [2]
Глава 3. Кремнийорганические
высокомолекулярные соединения и их
области получения
Кремний, как и углерод, находится в IV группе периодической системы и
по типу простейших соединений является аналогом последнего.
Исследователей давно привлекала перспектива получения полимерных
соединений, сочетающих теплостойкость хрупкого кварца и пластичность
неустойчивых к нагреванию полиакрилатов или полистиролов.
Открытие К.А.Андриановым в 1937 году способности алкил- и
арилалксисиланов при гидролизе превращаться в полимерные
кремнийорганические соединения привело к получению принципиально новых
соединений, имеющих весьма отдаленную аналогию с природными полимерами.
Большая перспективность использования органических соединений кремния
в технике была отмечена еще в 1923 году Б.А. Долговым.
Изменяя строение кремнийорганических полимеров и варьируя в них
соотношение кремния, кислорода и углерода, удалось получить продукты с
разнообразными свойствами. По строению полимерных цепей различают несколько
типов кремнийорганических полимеров.
Осуществлены синтезы кремнийорганических полимеров с циклосетчатой
заданной структурой, обладающей высокими диэлектрическими показателями:
Термин «органо» означает, что кремний в полимерной цепи свободными
валентностями связан с органическими остатками. Наибольшее практическое
применение получили силоксановые высокомолекулярные соединения.
Помимо строения полимерной цепи, кремнийорганические полимеры
отличаются остатками, связанными с атомами кремния, образующими полимерную
цепь. Обычно это алкильные (арильные) радикалы, реже алкоксильные группы.
Кремневодороды – силаны – очень неустойчивые соединения,
самовозгорающиеся на воздухе.
Первые члены ряда силанов – газы или легкокипящие жидкости: силан
SiH4 (температура кипения –1120С), дисилан Si2H6 (температура кипения
–150С), трисилан Si3H8 (температура кипения +530С).
Так же мало устойчивы и очень реакционноспособны хлорпроизводные
силанов: хлорсилан SiH3Cl, трихлорсилан SiHCl3 (силанохлороформ),
четыреххлористый кремний SiCl4. Все эти вещества энергично гидролизуются с
водой. Так, с цинк- и магнийорганическими соединениями они дают
кремнийорганические соединения – алкилсиланы:
Практически вместо магнийгалоизоорганических соединений применяют
галоидный алкил и магний:
Более устойчивыми являются алкилсиланы, в которых нет атомов водорода
при кремнии, - тетраалкилсиланы.
Получение кремнийорганических полимеров.
Полимеры часто получают двумя способами: поликонденсации и
ступенчатой полимеризации.
Полиорганосилоксаны обладают ценными физико-химическими свойствами и
нашли большое техническое применение. Способ их получения заключается в
гидролизе мономерных кремнийорганических соединений, содержащих способные к
гидролизу группы. Наибольшее значение имеют хлор- и алкоксиметилсиланы. При
гидролизе водой в присутствии щелочных или кислых катализаторов сначала
образуются силанолы, которые затем поликонденсируются с образованием
полисилоксановых полимеров:
В зависимости от относительной молекулярной массы полисилоксаны
представляют собой подвижные или вязкие жидкости или эластичные твердые
вещества.
Высокая прочность связи -Si-O- делает ее устойчивой к воздействию
теплоты и окислителей. Большая разница в электроотрицательности кремния и
углерода придает подвижность –органическим радикалам и определяет
повышенную гибкость полисилоксановых цепей. Вследствие этого
полисилоксановые цепи имеют спиральное строение, при котором компенсируется
полярность связи -Si-O-, а сами цепи оказываются окруженными нейтральными
углеводородными радикалами (рис.1). Подобное строение полисилоксановых
полимеров объясняет их специфические свойства: термостабильность, хорошие
диэлектрические свойства, незначительные силы межмолекулярного сцепления,
резко отличающие их от углеродных полимеров.
Рис.1. Строение полисилоксановых полимеров
Кремнийорганические соединения получили разнообразное техническое
применение. Они придают материалам гидрофобность (стеклу, керамике, бетону,
текстилю), образуют на поверхности самых различных материалов пленки,
отталкивающие воду. Так, диметилдихлорсилан, адсорбированный на поверхности
керамического материала, при гидролизе водой образует пленку толщиной 1,9-
10-5 см, состоящую примерно из 300 молекул. Причина гидрофобности
заключается в ориентации молекул кремнийорганического полимера:
углеводородные радикалы направлены наружу, а кислород – в сторону
гидрофильной поверхности.
Гидрофобизация стекла (обычно метилхлорсиланами) повышает точность и
воспроизводимость результатов при работе и лабораторной посудой и уменьшает
обледенение стекол самолетов и автомашин.
Гидрофобизация строительных материалов (бетона, известняка, кирпича)
предохраняет их от преждевременного разрушения под влиянием атмосферных
условий, а в некоторых случаях является непременным условием их применения
(гипс, гипсосилановый бетон). Хорошие результаты дают водные растворы
алкилсиликонатов натрия.
Текстильные материалы после гидрофобизации не смачиваются и не
пропускают воду, однако сохраняют проницательность для воздуха и водяных
паров. Влагопоглощение понижается примерно в 20 раз при расходе 1,5-2,5%
кремнийорганического соединения от массы текстиля.
Кренийорганические теплоносители (мономерные и полимерные эфиры
кремниевой кислоты) термоустойчивы, не коррозируют большинство материалов,
почти негорючи и поэтому с успехом заменяют такие распространенные
теплоносители, как воду, водяной пар, топочные газы.
Силиконовые жидкости (полимерные метилсилоксаны,
метилдифенилсилоксаны) вследствие малой зависимости вязкости от температуры
успешно применяются в качестве гидравлических масел. В пределах от +500С до
–700С минеральные масла изменяют вязкость в 400 раз, а метилсилоксаны – в
29 раз.
Полиметилфенилсилоксаны образуют термоустойчивые смазки различных
трущихся металлических поверхностей. Метилсиликоновые масла являются
эффективными пеногасителями, они химически инертны и применяются в
минимальных концентрациях (1:1000, 1:10000).
Силиконовые смолы используют в качестве изоляционных лаков, защитных
покрытий, стойких и к высокой температуре, и к химическим воздействиям. Их
обычно получают из метилтрихлорсилана, диметилдихлорсилана,
финилтрихлорсилана, дифенилдихлорсилана, которые гидролизуются и
поликонденсируются при нагревании в инертных растворителях. Смешанные с
термостойкими наполнителями, они выдерживают нагревание в течение
нескольких часов при 5000С и нескольких суток до 2500С.
Кремнийорганические соединения выгодно отличаются от каучуков: а)
прежде всего незначительной изменчивостью свойств в широком интервале
температур и, следовательно, высокой морозостойкостью (при рабочих
температурах до 2000С их механические свойства мало меняются, при –600С они
также сохраняют упругость); б) значительной химической стойкостью, особенно
к кислороду и озону, гидрофобностью; в) негорючестью при нагревании без
соприкосновения с пламенем; г) диэлектрическими свойствами.
Силиконовые каучуки (состоят из полимера, наполнителя и
вулканизатора) представляют собой обычные линейные полидиметилсилоксаны с
относительной молекулярной массой 250000-450000. Нагревание приводит к
сшивке линейных полимеров поперечными связками.
Наполнители, например, различные типы аэрогелей оксида кремния (IV),
улучшают механические свойства полимеров, повышают их прочность при
растяжении и придают способность к удлинению до 60%. Вулканизацию проводят
в присутствии перекисей. Силиконовые каучуки применяют в качестве
электроизоляционного материала, прокладок различной аппаратуры и
электродвигателей.
Кремнийорганические соединения получают из алкилхлорсиланов или
аркилхлорсиланов. Это SiCl2(СН2)2, Si(С2Н5)2Cl2, С6Н5SiCl3. Схема
последовательного гидролиза и поликонденсации при получении
кремнийорганических полимеров следующая:
И так дальше до образования полимера, имеющего формулу:
На основе кремнийорганических смол изготавливают прессовочные и
слоистые материалы. Характеристика различных типов этих материалов
проведена в таблице 1.
Таблица 1
Прессовочные и слоистые материалы
|Показатели |КМС-9 |КМК-71|К-41-5 |КМС-9 |СКМ-1 |
| | |8 | | | |
|Наполнитель |Минераль|Асбест|Асбесто|Стеклянн|Стеклянна|
| |ный |, |вое |ое |я ткань |
| | |кварц |волокно|волокно | |
|1 |2 |3 |4 |5 |6 |
|Плотность, г/см3 |1,8-2,1 |1,82 |1,9 |1,8-2,0 |1,6-1,77 |
|Предел прочности, кг/см2: | | | | | |
|- при растяжении |- |- |230 |- |2575 |
|- при сжатии |850-900 |- |1325 |- |1600 |
|- при изгибе |300 |300 |500 |400 |140 |
|Удельное поверхностное |- |1000-1|1000 |107 |1,12*108 |
|сопротивление, МОм | |0000 | | | |
|Удельное объемное |108 |106 |104 |107 |5*107 |
|сопротивление, МОм/см3 | | | | | |
|Электрическая прочность, |13 |5 |2 |4 |10*11,5 |
|кВ/мм | | | | | |
|Диэлектрическая постоянная, |7 |9 |- |4,7 |4,5 |
|Гц | | | | | |
Различают следующие виды материалов, сделанных на основе
кремнийорганических соединений.
3.1. Стеклопласты
Стеклопласты – пластические массы, у которых связующим веществом
служат синтетические полимеры, а наполнителем или армирующим материалом –
стеклянное волокно или стеклянная ткань, придающие стеклопластикам особую
прочность.
Большинство изделий из стеклопластиков изготавливают с применением в
качестве связующих ненасыщенных полиэфиров – полиэфирмалоинатов или
полиэфиракрилатов, а также эпоксидных и кремнийорганических полимеров.
В зависимости от взятого связующего стеклопластики могут
перерабатываться в изделия при обычной температуре без давления или при
небольшом давлении. Наибольшее значение приобретают стеклопластики, которые
могут перерабатываться в изделия методом так называемого «контактного»
формования с постепенным нанесением слоев связующего на каркас из
армирующего материала.
Стеклопластики могут применяться для изготовления таких
крупногабаритных изделий, как корпуса мелких судов, шлюпки, кузова
автомобилей, крыши железнодорожных вагонов и т.п. Пока изделия можно
изготавливать только с помощью «контактного» метода формования, т.е. по
существу вручную, но нет сомнения, что в ближайшем будущем производство
таких изделий будет механизировано и стеклопластики благодаря своей
исключительной прочности и дешевизне найдут самое широкое применение во
многих отраслях народного хозяйства. В зависимости от вида армирующего
материала стеклопластики делятся на следующие группы:
А) Стеклотекстолиты – пластики, армированные стеклянными тканями.
Изделия получаются обычно методом «контактного» формования.
Б) Стекловолокниты – пластики, в которых армирующим наполнителем
служит войлок из стеклянного волокна. Перерабатываются методом литья или
прессования.
В) Анизотропные стеклопластики – пластики с армирующим материалом в
виде однонаправленной стеклянной нити. Изделия получают методом намотки
стеклянного волокна, предварительно обработанного синтетическим полимером.
Г) Изотропные стеклопластики – пластики, армированные стекломатами
(рубленое стеклянное волокно). Перерабатываются методом контактного
формования.
Стеклопласты – материалы, полученные из синтетических смол и
наполнителей. В качестве наполнителя используются стекловолокнистые
материалы. Разновидности промышленно выпускаемых стеклопластиков приведены
в таблице 2.
3.2. Стеклотекстолиты
Стеклотекстолиты – это слоистые листовые материалы, получаемые
методом горячего прессования уложенных правильными рядами полотнищ
стеклянной ткани, пропитанной связующими. Они используются при изготовлении
фюзеляжей самолетов, кузовов автомобилей, судов.
Таблица 2
Свойства стеклопластов
|Показатели |Стеклотекстоли|Стеклотекстоли|Стеклотекстоли|Анизотропные|Анизотропные|Волокниты |Волокниты |
| |ты |ты |ты |СВАМ |ЭФ-32-39 |марки ВАГ-4 |марки САГ-4|
| |электроизоляци|конструкционны|конструкционны| | | | |
| |онные |е КАСТ-В |е ВФСТ-С | | | | |
|1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 |
|Наполнитель |Ткань |Ткань |Ткань |Ориентирован|Ткань |Волокно |Волокно |
| | | | |ное волокно | |рубленое |параллельно|
| | | | | | | |е |
|Плотность г/см3 |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 |
|, % | | | | | | | |
|Предел прочности,| | | | | | | |
|кг/см2 | | | | | | | |
|- при растяжении |900 |2700-3200 |3600-4000 |9000-9500 |2250-4180 |800 |200 |
|- при сжатии |- |- |- |4200 |3000 |1300 |1300 |
|- при изгибе |1200-1300 |1600 |2900 |1600-4600 |3220-4150 |>1000 |>1000 |
3.3. Стекловолокниты
Стекловолокниты готовят из волокон и связующего прямым или литьевым
прессованием при высоком давлении. Они используются для изготовления
деталей для обшивки вагонов, облицовочных панелей, строительных
конструкций, оконных переплетов, огнестойких перегородок, вкладышей,
подшипников, фрикционных деталей, термостойких изделий и как
электроизоляционный материал.
3.4. СВАМ
Стекловолокнистый анизотропный материал (СВАМ) – получают путем
параллельной их укладки при одновременном нанесении на них связующего. Из
СВАМ изготавливают трубы, стойкие к воздействию химических реагентов, как
электроизоляционный материал в радиотехнике и радиоэлектронике.
заключение
Народнохозяйственное значение каучука (являющегося основной составной
частью резины) очень велико. Громадные и все возрастающие количества
каучука потребляют автомобильная, авиационная и тракторная промышленность.
Большое количество его идет на изготовление приводных ремней и транспортных
лент, шлангов и рукавов, электроизоляционных изделий, прорезиненных тканей,
изделий широкого потребления (обувь, спортивные товары, игрушки), изделий
санитарии и гигиены и многое другое. Достаточно привести данные о ежегодном
мировом производстве натурального и синтетического каучука – свыше 4
миллионов тонн, чтобы принять роль каучука в жизни человека.
Каучуки непосредственно связаны с высокомолекулярными
кремнийорганическими соединениями.
Например, силиконовые (силоксановые каучуки).
Химические соединения, вырабатываемые промышленностью основного
органического синтеза служат полупродуктами для производства пластических
масс, синтетических волокон, синтетических каучуков, синтетических моющих
средств и многого другого.
список литературы
Грандберг И.И. Органическая химия. – М.: Высшая школа, 1980. – 463 с.
Жиряков В.Г. Органическая химия. – М.: Химия, 1974. – 407 с.
Павлов Б.А. и др. Курс органической химии. – М.: Химия, 1972. – 648 с.
Перекалин В.В. и др. Органическая химия. – М.: Просвещение, 1982. – 543 с.
Третьяков Ю.Д. Химия: Справочные материалы. – М.: Просвещение, 1984. – 239
с.
Фурмер И.Э. Общая химическая технология. – М.: Высшая школа, 1987. – 334 с.
Хомченко Г.П. Химия для поступающих в ВУЗы. – Высшая школа, 1985. – 357 с.
Шпсусцус З. Путешествие в мир органической химии. – М.: Мир, 1967. – 218 с.
-----------------------
nН2 nО3
(С5Н10)n < (С5Н8)n > (С5Н8О3)n
vt0
СН2=С-СН=СН2
|
СН3 изопрен
...-СН2-С=СН-СН2-СН2-С=СН-СН2-СН2-С=СН-СН2-...
| | |
СН3 СН3 СН3
Натуральный каучук
vnО3
О – О О – О О - О
| | | | | |
...-СН2-С СН-СН2-СН2-С СН-СН2-СН2-С СН-СН2-...
| О | О | 0
СН3 СН3 СН3
Озонид натурального каучука
-nН2О2 v nН2О
О О О О О О
| | | | | |
...-СН2-С + СН-СН2-СН2-С + СН-СН2-СН2-С + СН-СН2-...
| | |
СН3 СН3 СН3
Левуниловый альдегид
СН2 СН2 СН3 СН2 СН2
|
С=СН С=СН С=СН
| СН2 | |
СН3 СН2 СН3
0,913 нм
Цис-1,4-полизопрен
?200єC
1. Н2С – СН2 + НСN > СН2ОН-СН2СN
?-оксинитрил -Н2О
пропионовой
кислоты
катализатор (NH4Cl,CuCl)
СН?СН + НСN СН2=СН-СN
80-900С акрилонитрил
смешанный катализатор
СН2=СН-СН3 + О2 + NН3
400-5000С; 2*105 – 3*105 Па
2. nСН=СН2 > ...-СН-СН2- -СН-СН2- -СН-СН2-...
| | | |
С6Н5 С6Н5 С6Н5 С6Н5
m
Полистирол
nСН2=СН-СН=СН2
vNa
...- СН2=СН-СН=СН2- [-СН2=СН-СН=СН2-]m -СН2=СН-СН=СН2
nСН2=СН-СН=СН2 + mСН2=СН-С6Н5
1,3-бутадиен стирол
...-СН2-СН=СН-(СН2)2-СН-СН2-СН=СН-(СН2)2-СН=СН-СН2-...
|
С6Н5
или
...-СН2-СН=СН-(СН2)2-СН-СН2-СН=СН-(СН2)2-СН-...
| |
С6Н5 С6Н5
СН3 СН3 СН3
| | |
nСН2=С + mСН2=СН-СН=СН2 > ...-СН2-С-СН2=СН-СН2-С-...
| | |
СН3 СН3 СН3
Изобутилен
1 4 1ґ 4ґ
...-СН2 СН2 - СН2 СН2-...
2 3 2ґ 3ґ
С=С С=С
СН3 Н СН3 Н
Цис-1,4-полиизопрен
...-СН2 Н СН3 СН2-...
С=С С=С
СН3 СН2 – СН2 Н
Транс-1,4-полиизопрен
Cl
|
СН?С-СН=СН2 + НCl > СН2=С-СН=СН2
СН2=СН-ССl=СН2 + СН2=СН-ССl=СН2 + СН2=СН-ССl=СН2 +...>
: : :
> ...СН2-СН=ССl-СН2-СН2-СН=ССl-СН2- ... –СН2-СН=ССl-СН2-...
: : :
СН3
|
...-СН2-С-СН2-СН2-
|
S
|
S
|
...-СН2-С-СН2-СН2-
|
СН3
СН3
|
...-СН2-С-СН2-СН2-
|
...-СН2-С-СН2-СН2-
| |
СН3 :
:
|
S
S СН3 СН3
| | |
СН-СН2-СН2-С=СН-СН2-СН2-С=...
...-СН2-С
СН3 S
S8, t |
Каучук S
|
...СН2-С-СН-СН2-СН2-С=СН-СН2-СН2-...
| |
СН3 S СН3
S
|
:
| | | |
...-Si-Si-Si-Si-...
| | | |
Полиорганосиланы
| | |
...-Si-(С)n-Si-(С)n-Si-...
| | |
Полиорганокарбосиланы
| |
...-Si-О-(С)n-О-Si-О-(С)n-О-...
| |
Полиорганокарбоксилоксаны
| | |
...-Si-О-Si-О-Si-...
| | |
Полиорганосилоксаны
| | |
...-О-Si-(OSi)2n-O-Si-O-
| | |
О О
| |
(-Si-)2n (-Si-)2n
| |
О О
| | |
...-О-Si-(OSi)2n-O-Si-O-
| | |
С2Н5МgBr + ClSiH3 > C2H5-SiH3
+СН3MgI +СН3MgI +СН3MgI
SiCl4 СН3-SiCl3 (СН3)2SiCl2 (СН3)4Si
Метилтри- Дихлорме- Тетраме-
хлорсилан тилсилан тилсилан
С2Н5Br+Mg С2Н5Br+Mg
SiCl4 С2Н5-SiCl3 (С2Н5)2SiCl2
СН3 СН3 СН3 СН3
| 2Н2О | | | Н2О
2Cl-Si-Cl 2Cl-Si-ОН Cl-Si-О-Si-Cl-
| 2НСl | -Н2О | | -НСl
СН3 СН3 СН3 СН3
Диметилхлорсиланол
СН3 СН3 СН3 СН3
| | , Н2О | |
Cl-Si-О-Si-ОН Cl-Si- -О-Si- -
| | -НСl | |
СН3 СН3 СН3 СН3 n
Полидиметилдихлорсилоксан
СН3
|
-О-Si-Cl
|
СН3
СН3 СН3 СН3 СН3
+? -? +? -?
Si O Si O
Si O Si O
+? -? +? -?
СН3 СН3 СН3 СН3
СН3 СН3
| |
Cl-Si-Cl + 2Н2О > НО-Si-ОН + 2НCl ;
| |
СН3 СН3
СН3 СН3 СН3 СН3
| | | |
НО-Si-ОН + НО-Si-ОН > НО-Si-О-Si-ОН + Н2О
| | | |
СН3 СН3 СН3 СН3
СН3
|
-Si-O-
|
СН3 n
R R
| |
...-Si-О-Si-О-...
| |
R R
СН3
|
NCl-Si-Cl
|
СН3
Реферат на тему: Каучуки
Министерство образования
Российской Федерации
Камский политехнический институт
Кафедра химии
РЕФЕРАТ
на тему
КАУЧУКИ
Выполнил: студент гр. 1106
Ирдуллин В. В.
Проверил: преподаватель
Маврин Г. В.
Набережные Челны
2001
Содержание
Введение 3
Натуральный каучук 3
История открытия натурального каучука 3
Природные каучуконосы 5
Сбор латекса и производство натурального каучука 6
Физические и химические свойства натурального каучука 6
Состав и строение натурального каучука 7
Синтетический каучук 9
Способ получения синтетического каучука по методу Лебедева 10
Получение синтетического каучука 10
Важнейшие виды синтетического каучука 11
Резина 12
Вулканизация каучука 13
Применение резины в промышленных товарах 15
Виды резины и их применение 15
Использованная литература 17
Введение
Каучуки — натуральные или синтетические материалы, характеризующиеся
эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из
которых путём специальной обработки получают резину. Природный каучук
получают из жидкости молочно-белого цвета, называемой латексом, — млечного
сока каучуконосных растений.
В технике из каучуков изготовляют шины для автотранспорта, самолётов,
велосипедов; каучуки применяют для электроизоляции, а также производства
промышленных товаров и медицинских приборов.
Натуральный каучук
История открытия натурального каучука
Каучук существует столько лет, сколько и сама природа. Окаменелые остатки
каучуконосных деревьев, которые были найдены, имеют возраст около трёх
миллионов лет. Каучук на языке индейцев тупи-гуарани означает «слёзы
дерева». Каучуковые шары из сырой резины найдены среди руин цивилизаций
инков и майя в Центральной и Южной Америке, возраст этих шаров не менее 900
лет.
Первое знакомство европейцев с натуральным каучуком произошло пять веков
назад. Собственно, история каучука началась, как ни странно, с детского
мячика и школьной резинки.
На острове Гаити (а тогда — Эспаньола) во время своего второго путешествия
в 1493 году испанский адмирал Христофор Колумб увидел туземцев, игравших
большим плотным мячом. Испанцы были удивлены весёлой игрой индейцев. Они в
такт песне подбрасывали чёрные шары. Хотя это казалось невероятным, но,
ударяясь о землю, мячи довольно высоко подскакивали в воздух. Взяв эти шары
в руки, испанцы нашли, что они довольно тяжелы, липки и пахнут дымом.
Индейцы скатывали их из загустевшего млечного сока, вытекавшего из порезов
на коре дерева гевеи. Колумб привёз несколько кусков этого удивительного
вещества на родину, но в те времена он никого не заинтересовал. Индейцы
делали из него непромокаемые калоши, которые в жару прилипали к ногам, а
растянувшись, больше уже не сжимались.
Много лет испанцы пытались повторить водонепроницаемые вещи (обувь, одежду,
головные уборы) индейцев, но все попытки были неудачными.
Первые попытки сделать каучуковую обувь вызывали только смех. Галоши или
сапоги хорошо служили в дождь, но стоило выглянуть и припечь солнцу, как
они растягивались, начинали прилипать. В мороз же такая обувь становилась
хрупкой как стекло.
Следующие два века каучук для Европы был просто любопытной заморской
диковинкой.
В 1731 году правительство Франции отправило математика и географа Шарля
Кондамина (Charles Marie de La Condamine) в географическую экспедицию по
Южной Америке. В 1736 он отправил обратно во Францию несколько образцов
каучука вместе с описанием продукции, производимой из него людьми,
населяющими Амазонскую низменность. После этого резко возрос научный
интерес к изучению этого вещества и его свойств.
В 1770 году британский химик Джозеф Пристли[1] (Joseph Priestley) впервые
нашёл ему применение: он обнаружил, что каучук может стирать то, что
написано графитовым карандашом[2]. Тогда такие куски каучука называли
гуммиэластиком («смолой эластичной»).
В 1791 году английский фабрикант Самуэль Пил (Samuel Peal) запатентовал
способ сделать одежду водонепроницаемой с помощью обработки её раствором
каучука в скипидаре.
Во Франции к 1820 г. научились изготовлять подтяжки и подвязки из
каучуковых нитей, сплетённых с тканью.
В Англии британский химик и изобретатель Чарльз Макинтош (Charles
Macintosh) предложил класть тонкий слой каучука между двумя слоями ткани и
из этого материала шить водонепроницаемые плащи. В 1823 году в Глазго он
начал мануфактурное производство водонепроницаемой одежды. Непромокаемый
плащ из прорезиненной ткани до сих пор носит его имя. Но эти плащи зимой
становились твёрдыми от холода, а летом расползались от жары.
В США вещи из каучука стали популярными в 1830-х годах, резиновые бутылки и
обувь, сделанные южноамериканскими индейцами, импортировались в больших
количествах. Другие резиновые изделия завозились из Англии, а в 1832 году в
городе Роксбери штата Массачусетс Джон Хаскинс (John Haskins) и Эдвард Шафе
(Edward Chaffee) организовали первую «каучуковую» фабрику в США. Но
производимые вещи, как и импортируемые, становились хрупкими зимой, и
мягкими и липкими летом. В 1834 году немецкий химик Фридрих Людерсдорф
(Friedrich Ludersdorf) и американский химик Натаниель Хейвард (Nathaniel
Hayward) обнаружили, что добавление серы к каучуку уменьшает или даже вовсе
устраняет липкость изделий из каучука. Американский изобретатель Чарльз
Гудьир (Charles Goodyear) с 1834 г. упорно пытался «спасти» каучук. Но
только в 1839 г. ему повезло. В этом году он, используя открытия этих двух
химиков, обнаружил, что нагревание каучука с серой устраняет его
неблагоприятные свойства. Он положил на печь кусок покрытой каучуком ткани,
на которую был нанесён слой серы. Через некоторое время он обнаружил
кожеподобный материал — резину. Этот процесс был назван вулканизацией.
Открытие резины привело к широкому её применению: к 1919 году было
предложено уже более 40 000 различных изделий из резины.
Внимание капиталистов всех стран обратилось на добычу каучука. Бразилия
оказалась владетельницей громадных богатств. Чтобы сохранить их,
правительство Бразилии издало закон, запрещающий под страхом смерти вывоз
семян и молодых деревьев гевеи. Но было поздно.
По совету ботаника Дж. Гукера, англичанин Генри Викгем (Henry Wickham)
поехал в 1876 году на берега Амазонки, где собрал 70 000 семян гевеи и
контрабандно вывез их из Бразилии. Тайком доставил их в Королевский
ботанический сад в Лондоне. Семена были высеяны, но взошло только 4%.
Однако через несколько дней сеянцы достигли полуметровой высоты и были
использованы для высадки на плантациях сперва в Шри-Ланке, а затем в других
тропических районах Восточного полушария. Затем такие же плантации были
устроены в полосе 1100—1300 км по обе стороны от экватора. Около 99%
плантационного каучука приходит из Юго-Восточной Азии. Попытки высадить
каучуконосные деревья в тропических областях Западного полушария
закончились неудачей из-за болезней растений в тех местностях.
Компании, организовывавшие добычу, сбор и перевозку каучука, безжалостно
калечили людей, занятых его сбором, стремясь как можно больше и дешевле
получить его. Сборщику каучука много приходилось бродить по лесу в поисках
гевей, так как они растут друг от друга на расстоянии 20—100 м.
Серингеро, добывая сок гевеи, сам же его и обрабатывал в каучук.
Тут же в лесу раскладывал костёр, вырезал лопаточку в виде весла и
обмазывал её глиной. Он садился на корточки, обмакивал лопаточку в сосуд с
соком гевеи и держал в белом дыму костра, поворачивая над огнём. А когда
вода испарялась, и вокруг лопаточки образовывалась тонкая плёнка каучука,
серингеро снова макал её в сок гевеи и снова коптил в дыму костра. Это
продолжалось до тех пор, пока вокруг лопатки не образовывался большой ком
килограммов в 5 весом. Затем серингеро разрезал его и снимал с лопатки в
виде листа толщиной в 10 см. Это был лучший и, благодаря копчению, не
загнивавший каучук. Но серингеро гибли от тяжёлого труда, укусов змей,
малярии и других болезней. Вот что писал один инженер, прибывший в 1907
году в район Путумайо: «Индейцы имеют ужасный вид, они еле двигаются от
слабости и истощения. С каждого индейца в месяц требуется до 25 кг каучука.
Каждые 10 дней индейцы сдают собранный каучук. Если стрелка весов
показывает норму, они смеются и пляшут. При нехватке каучука индеец
бросается на землю и ждёт наказания. Не выдерживая такой работы, истязаний,
индейцы бегут. Если беглеца находят в какой-либо хижине, то её обливают
керосином и сжигают вместе со всеми жителями. В выбегающих стреляют». Всё
это происходит в XX веке.
В нашей стране не было известно природных источников для получения
натурального каучука, а из других стран каучук к нам не завозился. Ещё в
1931 году И. В. Сталин сказал: «У нас имеется в стране всё, кроме каучука.
Но через год-два и у нас будет свой каучук». Не прошло и года, как
колхозник Спиваченко указал ботанику Л. Е. Родину в горах Тянь-Шаня в
Казахстане на каучуконосный одуванчик кок-сагыз, содержащий в корнях от 16
до 28% каучука.
Необходимость создания сырьевой базы резиновой промышленности побудила
советское правительство в начале 1926 г. объявить конкурс на лучший способ
получения синтетического каучука. Последний срок представления предложений
(и одновременно 2 кг образца синтетического каучука) был назначен на 1
января 1928 г. На призыв правительства отозвался С. В. Лебедев, который
организовал группу исследователей из семи человек. Первый успех в работе
определился в середине 1927 г. И только 30 декабря 1927 г. 2 кг
дивинилового каучука вместе с описанием способа С. В. Лебедева было
отправлено на конкурсную комиссию. Его способ заключался в полимеризации
1,3-бутадиена под действием натрия. С 1932 г. было начато промышленное
производство 1,3-бутадиена по методу Лебедева, а из 1,3-бутадиена —
производство каучука.
Природные каучуконосы
Слово «каучук» происходит от двух слов языка тупи-гуарани: «кау» — дерево,
«учу» — течь, плакать. «Каучу» — сок гевеи, первого и самого главного
каучуконоса. Европейцы прибавили к этому слову всего одну букву.
Натуральный каучук получают коагуляцией млечного сока (латекса)
каучуконосных растений. Основной компонент каучука — углеводород
полиизопрен (91-96%).
Природный каучук встречается в очень многих растениях, не составляющих
одного определённого ботанического семейства. В зависимости от того, в
каких тканях накапливается каучук, каучуконосные растения делят на:
. паренхимные — каучук в корнях и стеблях;
. хлоренхимные — каучук в листьях и зелёных тканях молодых побегов.
. латексные — каучук в млечном соке.
Травянистые латексные каучуконосные растения из семейства сложноцветных
(кок-сагыз, крым-сагыз и другие), произрастающие в умеренной зоне, в том
числе в южных республиках, содержащие каучук в небольшом количестве в
корнях, промышленного значения не имеют.
Среди травянистых растений России есть всем знакомые одуванчик, полынь и
молочай, которые тоже содержат млечный сок.
Промышленное значение имеют латексные деревья, которые не только
накапливают каучук в большом количестве, но и легко его отдают; из них
наиважнейшее — гевея бразильская (Hevea brasiliensis), дающая по разным
оценкам от 90 до 96% мирового производства натурального каучука.
Сырой каучук из других растительных источников обычно засорён примесями
смол, которые должны быть удалены. Такие сырые каучуки содержат гуттаперчу
— продукт некоторых тропических деревьев семейства сапотовых (Sapotaceae).
В течение Второй мировой войны (1939-1945) по экономическим причинам были
культивированы другие, нетропические источники каучука: гуайуль (guayule)
мексиканского происхождения, а также одуванчик кок-сагыз (Taraxatum kok-
saghyz), произрастающий на территории Западного Туркестана[3].
Каучуконосы лучше всего произрастают не далее 10° от экватора на север и
юг. Поэтому эта полоса шириной 1300 километров по обе стороны от экватора
известна как «каучуковый пояс».
Дело в том, что для каучуконосов требуется очень тёплый и влажный климат и
плодородная почва. Развитие автомобильной промышленности значительно
повысило потребности в резине и, соответственно, в каучуке. Поэтому
появились новые плантации гевей: молодые деревца из Южной Америки посадили
в Малайзии, на Шри-Ланке и в Индонезии. Они отлично прижились и дают
большой урожай.
Сбор латекса и производство натурального каучука
Это высокое стройное дерево может достигать 45 метров в высоту при 2,5—2,8
м в обхвате. Родиной гевеи является бассейн Амазонки — великой водной
магистрали. Отсюда вывозился первый каучук в Европу.
Каучук в гевее содержится в млечном соке — латексе, распределённом в
млечных каналах, которые образуют в стволе концентрические кольца.
Латекс состоит из мельчайших частичек жидкости, твёрдых частиц и других
примесей. Только около 33% латекса составляет каучук, 66% вода и около 1%
другие вещества.
Для сбора латекса с деревьев на коре делается диагональный остроугольный
надрез, вершиной угла направленный вниз, затем надрез расширяют до 0,3—0,5
от окружности ствола. Из надреза выделяется латекс и стекает в небольшую
чашу. С каждого надреза получается около 30 мл латекса. После этого обычно
на следующий день ниже первоначального надреза обдирается тонкая полоска
коры, чтобы получить новый сок. Когда надрезы достигают поверхности земли,
ствол оставляют в покое, чтобы он смог восстановить кору на дереве перед
новой подсочкой. На 1 гектаре высаживается около 250 деревьев, в год с 1
гектара получают около 450 кг сухого необработанного каучука. Со специально
выведенных высокоурожайных деревьев можно получить 2225 кг с гектара в год,
были разработаны опытные деревья с урожайностью до 3335 кг с гектара в год.
Полученный латекс растягивают, разбавляют водой и подвергают коагуляции
путём обработки кислотой, чтобы частицы каучука в латексе сцепились друг с
другом. Затем производят протягивание между валками, придавая листам
толщину 0,25 дюйма (?0,6 см), полученные листы высушивают путём обдувания
сухим тёплым воздухом или дымом, и отправляют на погрузку.
Физические и химические свойства натурального каучука
Натуральный каучук — аморфное, способное кристаллизоваться твёрдое тело.
Природный необработанный (сырой) каучук — белый или бесцветный углеводород.
Он не набухает и не растворяется в воде, спирте, ацетоне и ряде других
жидкостей. Набухая и затем растворяясь в жирных и ароматических
углеводородах (бензине, бензоле, эфире и других) и их производных, каучук
образует коллоидные растворы, широко используемые в технике.
Натуральный каучук однороден по своей молекулярной структуре, отличается
высокими физическими свойствами, а также технологическими, то есть,
способностью обрабатываться на оборудовании заводов резиновой
промышленности.
Особенно важным и специфическим свойством каучука является его эластичность
(упругость) — способность каучука восстанавливать свою первоначальную форму
после прекращения действия сил, вызвавших деформацию. Каучук —
высокоэластичный продукт, обладает при действии даже малых усилий обратимой
деформацией растяжения до 1000%, а у обычных твёрдых тел эта величина не
превышает 1%. Эластичность каучука сохраняется в широких температурных
пределах, и это является характерным его свойством. Но при долгом хранении
каучук твердеет.
При температуре жидкого воздуха –195°C он жёсткий и прозрачный; от 0 ° до
10 °C — хрупкий и уже непрозрачный, а при 20 °C — мягкий, упругий и
полупрозрачный. При нагреве свыше 50 °C он становится пластичным и липким;
при температуре 80 °C натуральный каучук теряет эластичность; при 120 °C —
превращается в смолоподобную жидкость, после застывания которой уже
невозможно получить первоначальный продукт. Если поднять температуру до
200—250 °C, то каучук разлагается с образованием ряда газообразных и жидких
продуктов.
Каучук — хороший диэлектрик, он имеет низкую водо- и газопроницаемость.
Каучук не растворяется в воде, щёлочи и слабых кислотах; в этиловом спирте
его растворимость небольшая, а в сероуглероде, хлороформе и бензине он
сначала набухает, а уж затем растворяется.
Легко окисляется химическими окислителями, медленно — кислородом воздуха.
Теплопроводность каучука в 100 раз меньше теплопроводности стали.
Наряду с эластичностью, каучук ещё и пластичен — он сохраняет форму,
приобретённую под действием внешних сил. Пластичность каучука,
проявляющаяся при нагревании и механической обработке, является одним из
отличительных свойств каучука. Так как каучуку присущи эластические и
пластические свойства, то его часто называют пласто-эластическим
материалом.
При охлаждении или растяжении натурального каучука наблюдается переход его
из аморфного в кристаллическое состояние (кристаллизация). Процесс
происходит не мгновенно, а во времени. При этом в случае растяжения каучук
нагревается за счёт выделяющейся теплоты кристаллизации. Кристаллы каучука
очень малы, они лишены чётких граней и определённой геометрической формы.
При температуре около –70 °C каучук полностью теряет эластичность и
превращается в стеклообразную массу.
Вообще все каучуки, как аморфные материалы, могут находиться в трёх
физических состояниях: стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем.
Высокоэластическое состояние для каучука наиболее типично.
Каучук легко вступает в химические реакции с целым рядом веществ:
кислородом (O2), водородом (H2), галогенами (Cl2, Br2), серой (S) и
другими. Эта высокая реакционная способность каучука объясняется его
ненасыщенной химической природой. | |
