Tehnik-ast.ru

Электро Техник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Натуральный и синтетический каучук

Натуральный и синтетический каучук

Сейчас каучук является одним из наиболее важных полимеров. По мере развития техники роль его все больше возрастает. В настоящее время ассортимент резиновых изделий составляет свыше 40 тыс. наименований.

Натуральный каучук.

Натуральный каучук содержится в млечном соке некоторых тропических деревьев—каучуконосов. В настоящее время практически весь натуральный каучук добывают из деревьев гевеи. Добываемый из деревьев-каучуконосов млечный сок (латекс) содержит в среднем 55-60% воды и 35-40% каучука в виде мелких глобул. Для выделения каучука латекс обрабатывают уксусной или муравьиной кислотой, в результате чего происходит коагуляция (слипание) глобул каучука.

По химическому составу натуральный каучук представляет собой смесь высокомолекулярных непредельных углеводородов. Исследования показали, что основной частью натурального каучука являются звенья изопрена.

Длинные молекулы натурального каучука беспорядочно свернуты в клубки и непрерывно изменяют форму.

Этим и объясняется его высокая эластичность, по при — 60 °С прекращается беспорядочное движение молекул, каучук теряет свою эластичность и становится хрупким.

По внешнему виду натуральный каучук представляет собой упругое смолоподобное вещество светло-коричневого цвета. Он хорошо растворяется во многих органических растворителях: углеводородах (предельных и ароматических), в простых и сложных эфирах и т. д. В спиртах и минеральных маслах набухает. При 120°С он размягчается, а при дальнейшем нагревании переходит в коричневую смолоподобную жидкость. При 250 °С разлагается с выделением газообразных и жидких продуктов, главным образом изопрена, дипептена. Каучук не проводит электрического тока, газонепроницаем, что дает возможность применять материалы, приготовленные на его основе, в электрической и радиотехнической аппаратуре.

Каучук является реакционноспособным веществом. Он взаимодействует с водородом, галогенами, галогеиводородами, нитро- и нитрозосоединениями и т. д. Особенно активно воздействуют на каучук кислород и другие окислители.

При взаимодействии каучука с хлором наряду с реакцией присоединения протекает реакция замещения. Образующийся хлоркаучук химически устойчив и растворим в бензине, но при нагревании до 70°С размягчается, а при 180-200°С разлагается с выделением хлористого водорода НС1. Хлоркаучук широко используют для производства химически стойких лаков и красок, стойких клеев и т. п.

Окисление каучука протекает автокаталитически. На скорость окисления оказывает большое влияние присутствие солей меди, железа, марганца, кобальта, которые ускоряют реакцию окисления. Озоном каучук окисляется более энергично, чем кислородом воздуха, при этом образуются озонид каучука и оксиозонид каучука.

Различные перекиси воздействуют на каучук аналогично атмосферному кислороду, только более энергично.

Из всех видов каучуков натуральный каучук наиболее пожароопасен, он имеет сравнительно низкую температуру воспламенения (129°С). Разложение каучука при температуре выше 250 С С, сопровождающееся выделением различных газообразных продуктов, способствует образованию взрывоопасных концентраций продуктов разложения и при определенных условиях может повлечь за собой взрыв.

При горении каучук плавится и растекается, образуя подвижную среду, способствующую распространению пожара и затрудняющую процесс тушения пожара. Температура горения каучука зависит от условий протекания горения и может достигать 1500-1700°С. Пламя — яркое, коптящее, характеризуется большим тепловым излучением.

Натуральный каучук широко применяют в автомобилестроении, авиастроении, в военной технике. Большое количество натурального каучука используют в производстве шин для самолетов, больших грузовых автомо-
билей, работающих под большими нагрузками.

Читайте так же:
В чем отличие выдалбливания гнезда

Синтетические каучуки.

Быстрое развитие техники во второй половине XIX столетия потребовало больше каучука. Это заставило исследователей заняться изысканием методов получения синтетического каучука. Выделяющуюся роль в исследованиях по синтезу каучуков сыграли работы русских и советских ученых: А. М. Бутлерова, А. Е. Фаворского, Б. 3. Вызова, С. В. Лебедева и др. Они показали, что каучук можно получить не только из изопрена, но и из других диеновых углеводородов.

Синтетические каучуки имеют следующие преимущества по сравнению с натуральными:

1. Производство синтетического каучука может быть организовано в любых масштабах; оно не зависит от климатических условий.

2. Синтетический каучук можно получать с заранее заданными свойствами.

3. Производство синтетического каучука более экономично, чем натурального.

К недостаткам синтетического каучука относится малая клейкость, пониженная эластичность и низкая прочность по сравнению с натуральными каучуками.

Основным сырьем для получения синтетических каучуков служат нефтяные газы, гидролизный и синтетический этиловый спирт, ацетилен. Процесс производства синтетических каучуков сводится к получению каучукогенов (низкомолекулярных непредельных соединений) и их полимеризации.

Из каучукогенов наибольшее применение имеют:

— бутадиен (дивинил), который является основным каучукогеном, получаемым из бутана, этанола, ацетилена и т. д.;

— изопрен, получаемый из крекинг-газов;

— диметилбутадиен, получаемый из ацетона;

— хлоропрен, получаемый из ацетилена и хлора;

— изобутилен, получаемый из продуктов каталитического крекинга нефти;

— стирол, получаемый конденсацией бензола и этилена в присутствии А1С13;

— нитрил акриловой кислоты, получаемый каталитическим дегидрированием этиленциангидрина.

Натрийбутадиеновый каучук (СКБ). Этот каучук является пластичным продуктом с плотностью 890 — 920 кг/м 3 , диэлектрической проницаемостью 2,8, температурой стеклования от — 48 до — 73 °С. Химические свойства натрийбутадиенового каучука аналогичны свойствам натурального. Он реагирует с бромом.

В отличие от натурального каучука при окислении кислородом натрийбутадиеновый каучук становится твердым и жестким; под действием света изменяет линейную структуру на сетчатую, в связи с этим он превращается в нерастворимый полимер. По отношению к растворителям ведет себя так же, как и натуральный каучук, но не набухает в метаноле, этаноле, ацетоне и анилине. Растворим в бензоле и углеводородах жирного ряда и их галогенпроизводных. Растворы каучука носят характер коллоидных.

Каучук горюч, горит ярким коптящим пламенем. Теплота сгорания 45360 кДж/кг, температура горения 1550-1560°С, температура воспламенения 220°С, температура самовоспламенения 352 °С, склонен при определенных условиях к химическому самовозгоранию.

СКБ являются каучуками общего назначения и применяются в резиновой, кабельной, обувной и других отраслях промышленности. Из них изготавливают мягкие и эбонитовые изделия, резиновую обувь, наружные оболочки различных кабелей и т. д. Резины из СКВ при содержании сажи до 60% имеют предел прочности 13-16 МПа, относительное удлинение до 600%, хорошо сопротивляются тепловому старению и многократным де-
формациям.

Хлоропреновые каучуки. Хлоропреновыми каучуками называются полимеры хлоропрена с другими мономерами, получаемыми полимеризацией. Хлоропрен обладает высокой полимеризационной активностью. Скорость его полимеризации в сотни раз превышает скорость полимеризации изопрена. В результате полимеризации образуются полимеры, лучшим из которых по своим техническим свойствам является пластичный и растворимый -полимер.

Читайте так же:
Аккумуляторная дрель шуруповерт dewalt

Наирит со временем твердеет даже при обычных температурах, но при механических и тепловых нагрузках его эластичные свойства восстанавливаются. Плотность его 1230 кг/м 3 , диэлектрическая проницаемость 6,87. Наирит хорошо обрабатывается на обычном оборудовании резиновых заводов и не требует специальной пластификации. Сырые смеси обладают хорошей клейкостью. Каучуки типа наирит в основном горючи.

Резины на основе наирита — свето- и озоностойки, хорошо сопротивляются истиранию, некоторые из них не горючи и имеют повышенную маслостойкость (не набухают в маслах).

Наирит предназначен для широкого применения в резиновой и кабельной промышленности. Из наирита изготавливают ремни, транспортные ленты, рукава, формовые изделия, наружные оболочки кабелей, специальные озоно- и маслостойкие изделия. В кабельной промышленности в производстве защитных оболочек для морских кабелей 1 т наирита заменяет 6 т свинца.

История появления каучука

98

Индийским и Тихим океанами с одной стороны, и материками Австралии и Евразии — с другой, созданы исключительно благоприятные условия для буйного роста богатой и разнообразной тропической растительности. Когда-то эти острова сплошь были покрыты дикими лесами, но теперь здесь на лучших землях раскинулись плантации различных тропических культур, весьма полезных для человека. Среди многочисленных плантационных культур Индонезии видное место занимает каучук.

Европейцы впервые познакомились с каучуком со времени открытия Америки Христофором Колумбом. Его спутники во время второго путешествия в Америку, высадившись на берег, были удивлены веселой игрой индейцев, похожей на современный баскетбол. Резиновые мячи находили при раскопках в Мексике. Все это говорит о том, что индейцы тропической Америки уже в очень давние времена делали из млечного сока гевеи, называемого индейцами «као-чу» («слезы дерева»), мячи, каучуковые башмаки — прообраз современных галош, эластичные бутылки и другие предметы.

В Европе первое применение каучука началось в XVIII веке, когда химик Пристли использовал его для стирания карандашных записей, открыв этим столь широко распространенную ныне чертежную «резинку» (гуммиэластик).

В начале XIX века фабрикант Макинтош открыл способ изготовления непромокаемых тканей, из которых стали изготовлять плащи, именуемые макинтошами. Несмотря на это, потребление каучука в Европе было незначительным, так как он обладал целым рядом недостатков: был хрупким на морозе, липким в жару и т.д. Тем не менее, ученые продолжали работы над изучением свойств каучука.

В 1852 г. американец Гудайр открыл способ вулканизации каучука, суть которого состоит в нагревании смеси каучука с порошком серы или в погружении каучука в расплавленную серу. При вулканизации каучук приобретает новые свойства. Он делается нерастворимым во многих веществах, эластичность его резко повышается и становится постоянной в широких температурных пределах. Открытие резины, в которой содержится от 2 до 5 процентов серы, сразу же изменило отношение практиков к каучуку.

Трудно даже перечислить многообразие использования каучука. Пожалуй, нет такой отрасли промышленности, которая не нуждалась бы в каучуке. Развитие электричества, а также изобретение автомобиля и самолета превратили каучук в самый востребованный продукт. В настоящее время изобретатели предложили более 40 тысяч различных изделий из каучука.

С тех пор взоры промышленников были обращены на Америку и Индонезию, на поиски и добычу каучука, который стал для них золотым дном. В Южной и Юго-Восточной Азии каучук нашли в фикусе эластика, или резиновом дереве; в тропической Африке — в лианах ландольфия и клитандра. Однако потребность мирового рынка в каучуке не была удовлетворена. В соке африканских и азиатских растений процент содержания каучука не превышал 17, а южноамериканские каучуконосы, особенно гевея, содержат до 40% каучука.

Читайте так же:
Для чего используют струбцину

Родиной гевеи являются леса Амазонской низменности, и Бразилия оказалась владетельницей больших богатств; ее правительство решило их сохранить и издало один интересный закон, запрещающий под страхом смерти вывозить семяна и молодые деревья гевеи из страны. Тем не менее, соблазн наживы оказался сильнее закона.

Англичанин Уикхэм в 1876 г. собрал у реки Топажос 70 тысяч семян гевеи и контрабандой вывез их. Из этих семян только 2800 оказались всхожими и дали сеянцы. Большая часть сеянцев была перевезена в ботанический сад Перадении на Цейлоне, где гевея первоначально и была окультурена. Затем окультуренную гевею завезли на полуостров Малакка, Малайский архипелаг, в Австралию. Так возникли плантации бразильской гевеи в восточном полушарии. Теперь ее плантации встречаются во всех тропических странах, где имеются благоприятные климатические и почвенные условия для произрастания этого вечнозеленого дерева.

Гевея — дерево мирового значения.

К Вашему вниманию — Гевея «Hevea Brasiliensis»

Гевея — это род вечнозеленых деревьев из семейства молочайных, который включает в себя около 12 видов. Наиболее известный вид — Гевея Бразильская «Hevea Brasiliensis» — получил широкое признание как наилучшее каучуконосное растение в мире.

Родиной гевеи является Южная Америка (Бразилия), спустя некоторое время она распространилась по другим континентам и странам. Сейчас гевея произростает в Юго- Восточной Азии (Индонезия, Малайзия, Таиланд, Шри-Ланка, Индия, Вьетнам, Мьянма, Камбоджа), Южной Америке (Боливия, Б разилия, Перу, Колумбия) и тропической Африке (Нигерия, Конго, Либерия). В диком виде гевея бразильская встречается в тропических джунглях, ее активно выращивают на искусственных плантациях, а также ее можно увидеть в коллекциях растений ботанических садов.

Слово «каучук» было придумано индейцами и в переводе значит «слезы дерева» или «плачущее дерево» — от индейских слов кау (дерево) и учу (пла кать), потому что капающий из поврежденного дерева сок, напоминал индейцам слезы.

Лучше всего гевея растет в так называемом каучуковом поясе шириной 2600 км вдоль экватора, для которого характерен теплый влажный климат и плодородная почва.

Это до статочно высокое дерево (20-35 м, иногда до 50м) с прямым, голым в нижней част и стволом 30-50 см в диаметре, покрытым коричневато-серой корой. Листья у гевеи овальные, слегка заостренные, цветки светло-желтые, собранные пучками на концах ветвей. В коре ствола и ветвей находится множество млечных сосудов, по которым циркулирует латекс (млечный сок гевеи). Стоит отметить, что именно благодаря наличию в структуре древисины натурального каучука, который скрепляет волокна, древесина гевеи обладает высокой прочностью и долговечностью, стойкая к повышенным температурам, высокой влажности воздуха, воздействию вредителей и гниению.

Главным предназначение гевеи является добыча натурального каучука, получаемого из млечного сока методом подсочки. В настоящее время гевея широко культивируется в Таиланде. Основную долю каучука приносят сравнительно крупные плантации, на территории которых расположены фабрики по обработке собранного латекса и производства листового каучука.

Читайте так же:
Где наточить маникюрные ножницы

Индейцы Майя научились делать мячи из каучукового сока и изобрели игру, напоминающую футбол. Необычное свойство мячей отскакивать от земли побудило жрецов считать их волшебными. Каучуковые мячи использовали для магических ритуалов, а предметами из гевеи стали украшать храмы и святилища.

На сегодняшний день производство каучука стало одной из ведущих отраслей промышленности, а продажи древесины и продукции из гевеи являются важной строкой экспорта тропических стран, а именно Таиланда. Именно поэтому «Золотое дерево», как называют каучуковое дерево обитатели знойных регионов, имеет статус народного достояния, а вывоз семян гевеи заграницу охраняется законом.

Плантация гевеи бразильской на острове Пхукет Таиланд.

Открытие резины спровоцировало бум в добыче каучука. На тот момент Бразилия являлась единственной страной-производителем натурального каучука. Неудивительно, что Бразилия старалась беречь источник своего богатства — вывоз семян и саженце гевеи был запрещен под страхом смертной казни. Но британский шпион, рискуя жизнью, умудрился тайно вывезти в трюмах своего судна около 70 тысяч семян гевеи в знаменитый ботанический сад Кью. Из семян взошли всего лишь около 2 тысяч саженцев, которые были разосланы по английским колониям. таким образом, неожиданно для Бразилии, были заложены первые плантации каучуконосов в Юго-восточной Азии.

Резина Гудьира

До появления резины человечество не знало упругого непромокаемого материала. В качестве уплотнителей и водоизоляционных прокладок использовали кожу. О существовании природного эластичного материала — каучука — европейцы узнали после открытия Америки. Но быстро ссыхающийся и растрескивающийся каучук оказался недолговечным. Открытие Чарльзом Гудьиром в 1839 г. процесса вулканизации — способа стабилизации (сохранения) эластичности каучука — подарило миру долгожданную резину.

Чарльз Нельсон Гудьир

Застывающие слёзы

Христофор Колумб в своих донесениях об Америке упоминал об упругих мячах, которыми играли индейцы. Их лепили из застывшей смолы южноамериканского дерева гевеи, которое индейцы называли «кау-учу» — «плачущее дерево» (от индейских слов «кау» — дерево, «учу» — течь, плакать). Индейцы собирали каучук — белую, похожую на густое молоко смолу, сочащуюся из надрезов в коре, и использовали её в быту. Каучуком промазывали днища пирог (лодок) для предохранения от течи, в каучуковых флягах носили воду. Обмакнув в каучук ноги в кожаной обуви и просушив смолу, обзаводились непромокаемыми сапогами. Каучук также использовали как клей.

Изготовление индейцами одноразовой непромокаемой обуви из каучука

Ластики и плащи

Европейцев каучук заинтересовал не сразу. Лишь во второй половине XVIII в. каучуку нашли применение — из него стали делать ластики (от названия смолы гевеи — «латекс») для стирания карандашных пометок с бумаги.

Изготовление прорезиненной ткани Макинтоша

В 1823 г. шотландский химик Чарльз Макинтош, экспериментируя с продуктами коксования, смешал каучук с бензолосодержащей смесью, полученной от перегонки каменноугольной смолы. Каучук растворился, и Макинтош испачкал в этом растворе рукав пиджака. Растворённый каучук не ссохся и остался липким. Пытаясь отмыть пятно, Макинтош выяснил, что пятно не пропускает воду. Так родилась идея создания водонепроницаемых тканей для плащей, перчаток, почтовых сумок и даже для галош. Чтобы ткань не липла, Макинтош предложил пропитывать материю с одной стороны и склеивать куски ткани меж собой липкой стороной внутрь. Прорезиненные ткани в мороз твердели и трескались, а в жару — начинали неприятно пахнуть, но непромокаемые плащи стали популярны и в честь создателя получили название макинтоши.

Читайте так же:
Изготовление точечной сварки своими руками

Покорение каучука

В 1930-х гг. каучуком заинтересовался американский производитель сельхозинструментов Чарльз Гудьир. Забросив свой бизнес, Гудьир с увлечением смешивал каучук с разными веществами, пытаясь сохранить эластичность латекса, но избавиться от липкости. Ему удалось улучшить качество каучука, и он наладил производство прорезиненных вещей, по качеству превосходящих изделия Макинтоша. Но настоящего прорыва в преобразовании каучука Гудьир добился случайно — смесь каучука и серы попала на раскалённую плитку и не расплавилась, как другие каучуковые смеси, а затвердела.

Изделия из резины, выпускаемые в XIX в.: автомобильная шина, изоляция кабеля, мяч

Исследовав полученный материал, Гудьир понял, что ему наконец удалось создать новый материал. Так в 1839 г. появилась резина (от лат. «resina» — смола) — нелипкий, стойкий к жаре и холоду, упругий материал, из которого можно было отливать изделия разных форм. Процесс получения резины нагреванием каучука с серой Гудьир назвал вулканизацией.

Полимеры и вулканизация

Каучук относится к полимерам (от греч. «поли» — много, «мерос» — часть) — веществам, состоящим из длинных макромолекул. Макромолекулы образуются цепным соединением повторяющихся мономерных звеньев (от греч. «моно» — один), состоящих из одинакового количества атомов одного типа.

При нагревании каучука с серой атомы серы (S), соединяясь с атомами каучука, образуют «мостики» между полимерными цепями каучука, скрепляя его линейные макромолекулы и создавая более прочную трёхмерную сетчатую структуру.

Полимеры и вулканизация

Сетчатый полимер приобретает иные качества: теряет липкость, приобретает упругость и становится твёрже. Свойства полимера можно изменять, уменьшая или увеличивая количество «связующего» вещества. Так, чем больше серы будет соединено с каучуком, тем более твёрдой и менее эластичной получится резина. Предельно «связанный» серой каучук (содержащий до 50% серы) превращается в твёрдый и недеформирующийся эбонит — материал, похожий на пластмассу.

Развитие идеи

Гудьир, всю жизнь терпевший лишения во имя мечты и подорвавший здоровье при работе с химикатами, в 1860 г. умер в нищете. Резина оказалась востребована только в 1880-х гг., из неё стали изготавливать надувные шины, изоляцию для электропроводов, различные прокладки, уплотнители, шланги, мячи. Началась «каучуковая лихорадка» — Южная Америка, а потом и тропическая Азия покрылись плантациями теплолюбивой гевеи и других латексных деревьев, поставляющих каучук для нужд европейской промышленности.

Природный каучук оставался единственным материалом для производства резины до конца 1920-х гг. В 1928 г. советский химик В. С. Лебедев открыл способ промышленного получения синтетического каучука из этилового спирта. Дешёвый и качественный синтетический каучук для производства резины сейчас используется даже чаще, чем природный.

Открытие процесса полимеризации сделало возможным появление других искусственных полимеров — пластмасс и искусственных волокон.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector