Каучук

Содержание

Резина и каучук — чем они отличаются

Каучук

Эластичные материалы знакомы человеку с давних времен. Они тогда применялись преимущественно в бытовых целях. Сегодня без резины и каучука трудно представить  развитие промышленности, транспорта и строительства  и связи, повседневную жизнь людей.

Что появилось раньше

Еще до того, как Америку открыли европейцы, индейцы, жившие там, пользовались каучуком. Его получали из сока тропической гевеи. Высушенный сок коптили, получая непромокаемый и упругий материал. Он шел на изготовление емкостей для воды, игрушек, предметов культа. Из него делали примитивную обувь и одежду.

В середине XVIII века каучук путешественники привезли в Европу. Однако долго не могли найти способ его применения. За исключением стирающих карандаш ластиков. Считалось, что из-за его высыхания и затвердевания он не имеет перспектив практического применения. В следующем веке появились непромокаемые ткани, сумки и галоши, которые твердели в холодную погоду и становились мягкими в тепле.

Через сотню лет после появления каучука в Старом Свете был придуман способ, позволивший сделать эластичность этого материала устойчивой. Он получил название вулканизации.

Его суть в смешивании сырого каучука с серой и дальнейшим разогревом этой смеси. Получившийся продукт стали называть резиной. Она начала широко использоваться в качестве уплотнителя и электроизолятора.

В начале ХХ века в связи с ростом потребности в резине была решена проблема производства синтетических каучуков в промышленно развитых странах.

Куда идет латекс

Натуральный каучук добывают из каучуконосных деревьев, которые растут в тропических лесах или на специальных плантациях. Такое дерево начинает давать сок через семь лет.

Для этого на нем ножом делается спиралевидное углубление, по которому в емкость попадает вытекающий сок белого цвета, называемый латексом. Спустя несколько часов набирается примерно полторы сотни граммов.

После загустевания и высыхания образуются комочки натурального каучука. Такую процедуру можно проводить раз в два дня.

Каучуковое дерево

Всего в мире натуральный каучук достигает 40% в общем производстве и потреблении всех видов каучуков. Это примерно 9 млн. тонн.

Необработанный каучук растворяется в бензине, образуя каучуковый клей, и других органических растворителях. После вулканизации он только набухает, а не растворяется.

Кроме бензина он растворяется в бензоле, хлороформе, сероуглероде и других углеводородах. Он практически не растворяется и не набухает  в спирте, воде и ацетоне.

Свыше половины натурального каучука идет на производство автошин. В странах Юго-Восточной Азии (Вьетнам, Индонезия, Малайзия и Таиланд)  организовано крупномасштабное его производство.

Как делают резину

Оба эластичных материала неразрывно связаны. Резину получают из натурального или синтетического каучука в результате  вулканизации. Добавляется наполнитель, которым чаще всего является сажа.

Нагретый до 130-160 градусов каучук начинает взаимодействовать с серой. Во время этого технологического процесса молекулы каучука сшиваются в единую сетку с помощью атомов серы. Это резко повышает его эластичность и твердость, прочностные качества.

Регулируется набухаемость и растворимость органическими растворителями.

Резина

Помимо серы для вулканизации применяются оксиды металлов, соединения аминного типа, убыстряющие процесс катализаторы, и другие химические компоненты. Они обеспечивают нужную пластичность, свойства против старения и другие эксплуатационные качества.

В результате каучук превращается в резину. В зависимости от содержания серы образуется материал разной степени упругости.  Самой мягкой получается резина с минимальным содержанием серы, а самой твердой та, в которой она составляет треть и более.

Производство резины

При изготовлении резины ей задаются определенные качества для производства изделий из нее:

  • Кислотостойкость.
  • устойчивость в агрессивных средах.
  • Маслобензостойкость.
  • устойчивость против высоких и низких температур.
  • Озоностойкость.
  • Электропроводимость и пр.

Резина широко применяется для изготовления шин для транспортных средств, различных шлангов и уплотнителей, лент транспортеров, бытовых, гигиенических и медицинских товаров.

В чем сходство и разница

Резина и каучук схожи, прежде всего, своей эластичностью и тем, что они могут перерабатываться. Их отличия существеннее.

Сырой каучук:

  1. Не пригоден для промышленного производства. В мире применяют не более 1% добываемого натурального каучука. В основном в виде резинового клея.
  2. У него низкая прочность, и высокая липучесть, которая сильно проявляется при высокой температуре. На морозе он твердеет и ломается. Полезные качества он приобретает только после вулканизации.
  3. При комнатной температуре начинается его старение, следствием которого становится потеря прочности и эластичности.
  4. Когда температура поднимается до 200 градусов, он разлагается с образованием низкомолекулярных углеводородов.
  5. Растворяется органическими растворителями типа бензина.
  6. Служит сырьем для производства резины.

Резина, полученная в результате вулканизации каучуков, служит для массового производства многих тысяч наименований различных изделий.

Из нее изготавливают:

  1. Шины для транспортных средств и авиационной техники.
  2. Разнообразные уплотнители, применяемые в промышленности и строительстве, различных видах техники.
  3. Электроизоляционные материалы.
  4. Приводные ремни, рукава для подачи жидкостей.
  5. Напольные покрытия и изолирующие пластины.
  6. Резиновую обувь и водоустойчивую одежду.
  7. Средства защиты от химического, радиационного и бактериологического воздействия (костюмы, перчатки, сапоги и пр.).
  8. Изделия медицинской техники и гигиены.
  9. Фурнитуру для одежды и пр.

Источник: https://vchemraznica.ru/rezina-i-kauchuk-chem-oni-otlichayutsya/

Натуральный каучук

Каучук

Каучук, говоря сухим языком, это полимер, натурального происхождения, в основании которого лежит полиизопрен. После проведения операции вулканизации из него получают резину.

Природный каучук

Натуральный каучук применяют при изготовлении покрышек, амортизирующих устройств, санитарных и гигиенических предметов.

История открытия натурального каучука

Человечество знает это сырье достаточно давно, по крайней мере, южноамериканские инки еще до прибытия на материк Христофора Колумба играли в мяч, сделанный из обработанного латекса.

Этот материал добывался из сока дерева под названием Гевея. Изначально он обладает белым цветом, но с течением времени, он начинает твердеть и менять цвет на темно-коричневый или черный.

Индейцы уже в те времена применяли его для изготовления тканей, обуви, емкостей для переноса и хранения воды и, конечно, использовали шарики, сделанные из этого материала, для развлечения.

Но предметы, изготовленные из натурального качества в теплую погоду, начинали прилипать, а в холодную становились очень хрупкими.

После того, как испанские моряки привезли натуральный каучук привезли в Старый свет, прошло более 300 лет, прежде чем его начали рассматривать, но как диковинный материал, а как сырье для производства разного типа продукции.

Предпринимались разные попытки изготовления обуви и одежды и, как правило, все кончалось неудачей. Это длилось до 1839 года, пока ученый Чарльз Гудьир (Charles Goodyear) не открыл процесс вулканизации каучука.

На основании результатов ранее проведенных исследований, он провел эксперимент – на каучук нанес слой серы и положил на разогретую печь. Результатом такого эксперимента стало появление первого в мире образца резины.

Этот процесс назвали вулканизацией.

История открытия натурального каучука

Изобретение процесса вулканизации привело к массовому внедрению натурального каучука. Уже с середины XIX века процесс производства изделий из резины принял массовый характер и того сырья, которое добывали из гевеи стало не хватать, не смотря на то, на острове Ява, Суматра были основаны плантации на котором выращивали это растение.

Таким образом, перед химиками встала задача по получению материала, способного заменить натуральное сырье. На решение этой задачи ушел целый век. В процессе, проводившихся исследований, которые проводились во многих странах, стало ясно, что для получения заменителя необходимо устранить следующие проблемы:

  1. Синтезировать изопрен из других материалов.
  2. Осуществить полимеризацию полученного изопрена.
  3. Выявить вещества, способные оставить распад каучука.

Лишь в тридцатых годах ХХ века ученые смогли создать установку по промышленному производству синтетического каучука. Кстати, сложно переоценить вклад отечественных ученых в решение задач по производству синтетического каучука.

Для синтеза искусственного сырья был использован дивинил, получаемый из спирта. То есть натуральный и синтетический каучук, производят на основе разных веществ.

Производство натурального сырья основано на коагуляции латекса, так называют сок, выделяемый каучуконосами. Другими словами, в процессе производства, происходит укрупнение частиц мелкого размера, содержащихся в латексе в более крупные.

Получение натурального каучука

Как уже отмечалось, латекс, в том или ином виде содержится во многих растениях, прием он может находиться в корневой системе и стебле, такой каучук называют паренхимным, тот, который, содержится в листьях называют хлоренхимным, а тот, который находят в млечном соке называют латексным или латекс.

Практически весь натуральный каучук добывают из деревьев. С момента начала промышленной добычи этого сырья ни одно растение не превзошло гевею. Она изначально росла в Южной Америке и до сих пор из нее добывают 96% натурального продукта в мировой экономике.

Млечный сок, который несет в себе латекс начинают добывать из этого растения с момента достижения им 12 лет. Одно дерево может выдать от 3 до 7,5 кг продукта в год. Как только дерево перестает выделять сок, его удаляют с плантации и отправляют на переработку.

Латекс состоит из:

  • воды до 70%;
  • натурального каучука – 25 – 70%;
  • протеина и натуральных минералов 1 – 2 %.

Для добычи латекса на стволе растения выполняют надрез в виде буквы V, из него добывают порядка 45- 60 г сырья. Добытое молочко сливают в один большой поддон. В нем добытое сырье отстаивают длительное время, и тут происходит реакция получения натурального каучука.

V-образный надрез на стволе дерева Гевея

Через определенное время молочко становится плотной массой, которую в последствии пропускают через валковый пресс. Это необходимо для избавления от лишней влаги. В итоге такой обработки образуется плотный брикет. На завершающем этапе, полученный полуфабрикат проходит сушку, и масса меняет цвет с белого на темный.

После сушки, полуфабрикаты готовят к отправке на предприятия по переработке натурального каучука. На них полученное сырье проходит операцию вулканизации каучука и происходит синтез готовой продукции – резины.

Промышленная революция, свершившаяся на рубеже XIX – XX веков вызвала рост потребности в каучуке. Это привело к тому, что стали появляться новые плантации и кроме Южной Америки гевею стали выращивать в Малайзии, во Вьетнаме и пр.

Производительность одного гектара плантации составляет порядка 1 – 2 тн каучука в год.

Промышленное применение

Самое массовое использование природного каучука на практике — это изготовление резины. В основе этого процесса лежит реакция вулканизации, разработанная еще в XIX веке.

Для получения резины, в сырье добавляют различные компоненты, способствующие образования длинномерных молекул, соединенных между собой поперечными связями. Такое строение и обеспечивает резине возможность сжатия и растяжения практически при любой температуре.

Промышленное применение натурального каучука

Продукт вулканизации – резина предназначается для применения различных отраслях. Е применяют для производства покрышек и камер для любой техники, работающей на колесном ходу.

Кроме того, каучук служит основой для производства различных уплотнений применяемых для работ по тепло-,гидро- и звукоизоляции. Без него не может обойтись и медицина, в частности при производстве перчаток, презервативов. Кроме того, множество изделий из него применяют в медицинских приборах и оборудовании.

Покрышки из натурального каучукаНатуральный каучук в роли уплотнителя

Каучук применяют и в такой отрасли как ракетная. Его используют как основу для производства твердого топлива для ракет. В частности он используется как топливо, а наполнителем выступает порошок селитры, а окислителем выступает перхлорат аммония.

Важнейшие виды натурального каучука

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

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

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

Формы натурального каучука

Кроме природного каучука предприятия — изготовители проивзодят целую гамму продукции с разными технологическими параметрами и механическими характеристиками они могут быть произведены в различной форме, например, в порошкообразной форме. Компании-производители этого сырья постоянно ведут исследования в части улучшения качества природного каучука и роста отдачи каучуконосов.

Одна из разновидностей каучука – это гуттаперча, иногда ее называют балата. Ее добывают в Малайзии. Гуттаперча отличаеться меньшей эластичностью. Это вызвано тем, что она имеет другое строение макромолекул.

Эту разновидность каучука в начале ХХ века использовалась для изоляции морских кабелей связи. Надо отметить, что этот полимер не нашел массового использования в промышленности. В наши дни ее применяют для изготовления жевательной резинки.

Кроме этого ее применяют дантисты, для приготовления пломб. Еще одно применение гуттаперчи – изготовление мячей для гольфа.

Сорта марки RSS

Это изделие состоит из каучука, который обработали коагуляцией и просушенных при помощи дыма. После просушки, листы разделяют на три основных сорта. Сорт RSS1- это самый чистый продукт, но самым распространенным принято считать RSS3.

Самым чистым сортом является RSS1, однако наиболее распространенным является RSS3. Сорта этой группы применяют тогда, когда необходимо максимально твердое сырье. Каучук этой марки идет на изготовление покрышек, облицовку стен и пр.

Вместе с тем, эта марка считается самой трудной для обработки.

Производители натурального каучука руководствуются в своей работе нормативами TSR- Technically Specified Rubber – Технические Специализированные Каучуки. Эти нормы вступили в силу более 40 лет назад.

Этот нормативный документ регламентирует требования по качеству природного каучука, а также метода контроля каждого из существующих сортов продукции. В этом же документе предусмотрена единая система упаковки.

Готовую продукцию укладывают в кипы в плотную полиэтилен. Вес такой кипы не должен превышать 35 кг. Готовые кипы, в количестве 36 штук, помещают на европоддон и обматывают пленкой.

Вес такого поддона составляет 1260 кг.

В TSR внесены сорта природного каучука:

  • TSR CV сорт каучука со стабильной вязкостью;
  • TSR L сорт обладающей светлой окраской;
  • TSR 5, 10, 20 марки каучука синтезированного в результате коагуляции.

Все производители, которые производят и поставляют натуральный каучук, должны в обязательном порядке принять и следовать точным нормам для отдельных сортов продукции. В странах, где расположены самые крупные плантации, и мощности по производству каучука разработали и внедрили собственные нормы, на основании TSR, так в Индонезии работают нормы SIR, в Таиланде STR.

Сравнительные свойств каучуков и резин

Натуральный и синтетические каучуки нашли свое применение во многих отраслях промышленности, изделия из этих материалов мы каждый день видим на своей кухне или гараже. Проведем попытку сопоставления применяемости натурального и синтетического каучуков.

Основанием натурального каучука служит полиизопрен. Вулканизация позволяет изготавливать высококачественную резину, применяемую для изготовления покрышек, амортизационных устройств, предметов гигиены и санитарии.

Каучуки марки БСК (бутадиен-стирольные) тоже применяют для производства покрышек и камер для транспортных средств на колесном ходу. Кроме того из нее производят материалы, которые будут работать в условиях повышенной истираемости, например, ленты для конвейеров или подошвы для обуви. Еще один тип синтетических каучуков – изопреновый. Их применяют для изготовления спортивного инвентаря.

Кремнийорганические каучуки применяют для производства уплотнителей, иллюминаторов, трубопроводных систем для транспортировки воздуха с разной температурой.

Свойства этого синтетического материала позволяют его использовать для работы с маслами, топливом и пр.

Кроме этого, этот материал биоинертен, то есть не вступает в контакт с биологическими объектами и это позволяют его использовать для применения его для производства искусственных органов, например, эндопротезов.

Разработка и внедрение в серийное производство искусственных заменителей привело к расширению использования этих материалов в промышленности, строительстве и быту. Особенно это важно, потому что, многие параметры синтетических заменителей превосходят характеристики натуральных, например, стойкость к износу или воздействию УФ излучения.

Сравнительные свойства каучуковРасшифровка сравнительных свойств каучуков

Но это не означает, что работы по производству и исследованию натуральных каучуков прекращены.

Практически все компании, производящие натуральный продукт постоянно продолжают работы по его совершенствованию, модификации и повышению отдачи каучукового молочка с существующих плантаций.

Дело в том, что у натурального сырья есть определенные свойства, которые недоступны для синтетических аналогов.

Мировой кризис 2008 года, природные катаклизмы в азиатском и южноамериканских регионах привели к снижению производства натурального каучука на 4%, но с течением времени его производство восстановилось и постоянно, но с разным ускорением, стремится в верх. Среди мировых лидеров по потреблению этого продукта можно назвать КНР – свыше 4 000 тыс. тонн в год, Индию – свыше 1 000, но более 70% из этого объема приходится на долю натурального продукта.

Состав и строение натурального каучука

Природный каучук – это высокомолекулярный углеводород. Его молекулы содержат, так называемые двойные связи, обеспечивающие этому материалу химические свойства каучука

Состав природного каучука может быть описан формулой (C5H8)n, где n может равняться числу от 1000 до 3000. Эта формула говорит о том, что натуральный продукт  – это изопрен.

Состав и строение натурального каучука

Молекула этого материала имеет большую длину, но даже с использованием современных электронных оптических устройств полностью ее рассмотреть не удается. Диаметр каучуковой молекулы равен диаметру одной молекулы.

Если ее растянуть до определенного предела, то молекула примет зигзагообразную формулу. Это обеспечивают атомы углерода, которые являются основой этой молекулы.

Именно способность этого материала возвращаться в исходное положение обеспечивает такие качества, как прочность и эластичность.

Растяжение каучука приводит к тому, что его молекулы раздвигаются в направлении, приложенного усилия. Если от него избавиться, то молекулы вернуться в первоначальное состояние.

Другими словами, молекулы природного сырья представляют собой пружину и ее можно растянуть до некоего предела. Основной компонент каучука – углеводород, состоящий из атомов углерода и водорода.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: http://StankiExpert.ru/spravochnik/materialovedenie/naturalnyjj-kauchuk.html

Каучук — виды, получение и применение

Каучук

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Сравнительная характеристика и область применения каучуков представлены в таблице, а получение некоторых из них описано в разделе Свойства и получение алкадиенов:

Виды и область применения каучуков:

Вулканизация каучука

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

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

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

Состав резины

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

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

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

Источник: http://zadachi-po-khimii.ru/organic-chemistry/kauchuk-vidy-poluchenie-i-primenenie.html

Каучуки | Химия онлайн

Каучук

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

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

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

Натуральный каучук или гуттаперча

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

Сбор ка­у­чу­ка с рас­те­ния гевея

История открытия и применения каучука

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

Каучук, в котором все элементарные звенья находятся или в цис- , или в транс-конфигурации, называется стереорегулярным.

фильм «Натуральный каучук»

Натуральный каучук – это стереорегулярный полимер, в котором молекулы изопрена соединены друг с другом по схеме 1,4- присоединения с цис-конфигурацией полимерной цепи:

цис-полиизопрен (каучук)

В природных условиях натуральный каучук образуется не путем полимеризации изопрена, а другим, более сложным способом.

Молекулярная масса натурального каучука колеблется в пределах от 7·104 до 2,5·106.

Транс-полимер изопрена также встречается в природе в виде гуттаперчи:

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

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

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

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

Синтетические каучуки

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

В пятидесятые годы отечественные ученые осуществили каталитическую стереополимеризацию диеновых углеводородов и получили стереорегулярный каучук (структурные звенья и функциональные группы расположены в пространстве в определенном порядке), близкий по свойствам к натуральному каучуку.

В настоящее время в промышленности выпускают каучук, в котором содержание звеньев изопрена, соединенных в положении 1,4, достигает 99%, тогда как в натуральном каучуке они составляют 98%.

Кроме того, в промышленности получают синтетические каучуки на основе других мономеров – например, изобутилена, хлоропрена, и натуральный каучук утратил свое монопольное положение.

Учебный фильм «Каучук»

Учебный фильм «Каучук»

Вулканизация каучуков

Для улучшения качества натуральных и синтетических каучуков их превращают в резину.

Резина – это вулканизированный каучук с наполнителем (сажа). Суть процесса вулканизации состоит в том, что атомы серы присоединяются к линейным (нитевидным) молекулам каучука по месту двойных связей и как бы сшивают эти молекулы друг с другом дисульфидными мостиками, образуя трехмерный сетчатый полимер:

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

Наполненные активной сажей каучуки в виде резин используют для изготовления автомобильных шин и других резиновых изделий.

Строение резины

В зависимости от количества сшивающего агента (серы) можно получать сетки с различной частотой сшивки.

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

Наиболее массовое применение каучуков — это производство резин для автомобильных, авиационных и велосипедных шин.

Из каучуков изготавливаются специальные резины огромного разнообразия уплотнений для целей тепло- звуко- воздухо- гидроизоляции разъёмных элементов зданий, в санитарной и вентиляционной технике, в гидравлической, пневматической и вакуумной технике.

Каучуки применяют для электроизоляции, производства медицинских приборов и средств контрацепции.

В ракетной технике синтетические каучуки используются в качестве полимерной основы при изготовлении твёрдого ракетного топлива, в котором они играют роль горючего, а в качестве наполнителя используется порошок селитры (калийной или аммиачной) или перхлората аммония, который в топливе играет роль окислителя.

ЦОР

Изделия из резины

Натуральный каучук

Алкадиены

Источник: https://himija-online.ru/organicheskaya-ximiya/kauchuki/kauchuki.html

Применение каучука в медицине и промышленности. Применение натурального каучука: примеры

Каучук

Каучук представляет собой органическое соединение, основными компонентами которого являются углерод и водород. Получают его из особых древесных растений, которые часто называют каучуконосными. Такие представители флоры произрастают в тропиках.

Их органы (плоды, листья, ветви, ствол, корни) содержат латекс. Эта млечная жидкость не является соком растений, ученые-ботаники до сих пор сомневаются в специфике ее значения для жизнедеятельности растительного организма.

Именно из латекса в процессе коагуляции получается сплошная упругая масса, которая и является натуральным природным каучуком.

Первые попытки применения

Но европейцы не обратили должного внимания на диковинку индейцев. И вплоть до XVIII века не задумывались над тем, насколько широки и многообразны области применения каучука.

Лишь когда членами французской экспедиции, побывавшей в тропических лесах Южной Америки, он был вновь привезен в Европу, на него обратили внимание. Еще больший интерес появился, когда французский ученый Ш.

Кондамин, выступая на ассамблее Парижской академии наук, продемонстрировал образцы этого вещества, показал способы возможного применения и изделия из него.

Широкоеприменение натурального каучука в Европе началось примерно в 1770 году, когда в школах появилась новая принадлежность – гуммиластик, который использовали для того, чтобы стирать карандашные линии.

Далее начались активные поиски возможных областей использования каучука. Именно к тому времени относится изобретение подтяжек и резиновых нитей. А шотландский изобретатель Ч.

Макинтош догадался проложить тонкий пласт резины между двумя слоями ткани, получив таким образом непромокаемую ткань.

Этот материал имел сумасшедшую популярность, плащи из него получили свое название по имени изобретателя. Их называли макинтошами.

Начальные попытки наладить производство непромокаемой обуви не увенчались успехом. Галоши хоть и стали достаточно модными на короткий период времени, но практичностью не отличались. В холод они могли потрескаться, а в жару чуть ли не расплавлялись и источали неприятный запах.

Энтузиазма изобретателей хватило ненадолго. В один из тех годов на многих территориях Европы было очень жаркое лето. Под воздействием высоких температур изделия каучуковой промышленности превратились в ужасно пахнущую массу. Все предприятия этой отрасли тогда обанкротились.

Открытие Чарльза Гудьира

И никто бы больше не вспомнил о галошах и макинтошах, если бы не упорство американца Чарльза Гудьира. Он посвятил поиску способов создания из каучука хорошего материала много лет.

Гудьир проводил множество экспериментов, смешивая каучук практически со всем. Он добавлял в него и соль, и перец, и песок, и даже суп. Потратив все свои деньги и силы, изобретатель уже было потерял надежду. Но его усилия все же увенчались успехом. Добавив в вещество серу, он обнаружил, что и прочность, и эластичность, и температурная устойчивость улучшились.

Таким образом, ему удалось усовершенствовать каучук. Свойства и применениенового соединения вновь стали объектом изучения ученых и промышленников. Полученный Гудьиром материал мы сейчас называемым резиной, а процесс, в ходе которого он получен – вулканизацией каучука.

Резиновый бум

После сенсационного открытия на счастливого ученого посыпались многочисленные предложения о покупке патента на изобретенный материал. Применение каучука для производства резины приобрело огромные масштабы. Для этого почти все страны стали искать способы выращивания у себя на территории деревьев-каучуконосов.

В этом плане больше всего повезло Бразилии, ведь именно это государство было владельцем громадных запасов таких растений. Правительство Бразилии прилагало массу усилий, чтобы оставаться монополистом в этой сфере, категорически запрещая вывоз семян и молодых растений гевеи.

За это преступление была даже введена смертная казнь.

Но англичанин Викгем, имеющий шпионскую практику, сумел проникнуть на берега Амазонки, где тайком добыл и отправил в Британию 70 000 семян каучуконосного дерева. И хотя у местных селекционеров не сразу получилось на территории с другим климатом вырастить это тропическое растение, благодаря их усилиям спустя некоторое время на рынке появился более дешевый и доступный английский каучук.

А тем временем применение природного каучука стало настолько широким, что количество изделий из резины перевалило за 100 000.

Было налажено производство огромного количества новых товаров: транспортерных конвейерных лент и электроизоляции, «резинок» для белья, резиновой обуви, детских воздушных шаров и т. д.

Но основное применение природного каучука было связано с автомобильной отраслью, когда изобрели сначала экипажные, а потом и автомобильные шины.

Применение резины и каучука в нашей стране долго было основано на производстве их из иностранного сырья.

Только когда в Казахстане обнаружили одуванчики, корни которого содержат каучук, появились первые резиновые изделия из отечественного материала.

Но это был очень трудоемкий процесс, так как выделение каучука из корней одуванчика занимало очень много времени из-за низкой его концентрации (16-28%).

Получение синтетического каучука

Природные ресурсы натурального каучука не удовлетворяют высоких потребностей населения в товарах из этого материала. Сейчас гораздо более масштабным является производство синтетического каучука.

С. В. Лебедев в 1910 году впервые получил синтетический каучук. Материалом для производства был бутадиен, который выделялся из этилового спирта. Позже путем осуществления реакции полимеризации с применением металлического натрия получался бутадиеновый синтетический каучук.

Промышленное производство синтетического каучука

В 1925 году С. В. Лебедев поставил для себя задачу найти промышленный способ синтеза каучука. Через два года она была успешно решена. Лабораторным способом были синтезированы первые несколько килограмм каучука. Именно Лебедев занялся изучением свойств этого каучука и разработкой рецептов получения из него необходимых потребителю изделий.

И в последующие годы применение каучука было важнейшей задачей работы С. В. Лебедева. Именно по его методу на первом в мире заводе, производящем данный материал, была получена первая партия этого материала промышленного масштаба.

В период с 1932 по 1990 год Советский Союз был лидером по объемам производства в этой отрасли. Применение синтетического каучука позволило расширить ассортимент резинотехнических товаров, в частности: изделий из мягкой резины, подошв для обуви, различных труб и шлангов, герметиков и клеев, красок на латексной основе и прочих.

Синтетический каучук: свойства и применение

Сейчас ассортимент синтетических каучуков значительно вырос, если сравнивать с серединой XX века. Различные его виды могут сильно отличаться химическим составом и потребительскими свойствами.

Классификация синтетического каучука основана на различии мономеров, которые используют при его получении. Так, существуют изопреновый, бутадиеновый, хлоропреновый и другие виды.

Согласно другой классификации, каучуки делят на типы в зависимости от характерной группы атомов, которые входят в их состав. Например, известны типы полисульфидных, кремнийорганических каучуков и т. д.

Основной метод получения синтетических каучуков – полимеризация диенов и алкенов. Самыми распространенными мономерами при этом можно назвать бутадиен, изопрен, этилен, акрилонитрил и др.

Некоторые виды полисульфидных, полиуретановых каучуков получают в ходе реакции поликонденсации.

Каучуки общего и специального назначения

В соответствии с областями применения каучуки можно разделить на материалы общего и специального назначения.

Представители первой группы имеют комплекс свойств, которые дают возможность использовать их для производства различных товаров, эластичные свойства которых должны проявляться при обычных температурах.

А вот применение синтетического каучука специального назначения предполагает сохранение свойств и в экстремальных ситуациях, например, под воздействием мороза и огня, озона и кислорода и т. д.

Изопреновый каучук: применение

По составу изопреновый каучук весьма схож с натуральным. Следовательно, спектр свойств этих веществ во многом совпадает.

К его недостаткам можно отнести плохую устойчивость к высоким температурам, озону и воздействию прямых солнечных лучей.

Низкая когезионная прочность резины на их основе – это свойство, которое делает менее востребованным изопреновый каучук. Применениеего затрудняется из-за повышенной липкости, недостаточной каркасности и текучести.

Но в монолитных изделиях, которые не требуют соединения большого количества частей, изопреновые каучуки используются достаточно широко.

Каучуковые пластыри

Применение каучука в медицине также имеет место. Самое распространенное изделие медицинской промышленности, полученное с использование каучука, – это пластырь. Он является смесью каучука, лекарственных и сопутствующих веществ. Преимущества таких пластырей:

  • длительное сохранение клейкости;
  • сочетаемость со многими лекарственными средствами;
  • безвредность;
  • удобство в применении.

Процесс производства заключается в растворении 1 части каучука в 12 частях бензина. А затем в раствор вводят другие сопутствующие компоненты: терпентин (увеличивает липкость), ланолин (предохраняет от засыхания), окись цинка (ослабляет раздражение), лекарства (создают терапевтический эффект).

Имплантаты из каучука

Поистине жизненно важными изделиями из каучука можно назвать имплантаты человеческих органов. Применение каучука в их производстве началось сравнительно недавно и стало началом новой эры в развитии медицины.

Имплантатами трахеи выступают материалы из полиактилатов, полисилоксанов, полиамидов. Искусственное сердце и его части делают из полиуретанов и полиоксиланов.

Полиэтилен и полипропилен являются материалом для производства имплантатов частей пищевода, а поливинилхлорид является основным компонентом имплантатов других частей пищеварительной системы.

Искусственные кровеносные сосуды производятся из полиэтилентерефталата, политетрафторэтилена и полипропилена. Обрести людям с ограниченными возможностями новые кости и суставы помогают полиакрилаты, полиамиды, полиуретаны.

Применение резины в промышленных товарах

Значение каучука в народном хозяйстве громадно. Но применение натурального каучука в чистом виде – большая редкость. Чаще всего он используется в виде резины. Изделия из этого материала встречаются в повседневной жизни на каждом шагу. Это и изоляция проводов, и производство обуви и одежды, и автомобильные шины, и многое другое.

В обувной промышленности используются, как правило, резины следующих видов: пористая (подошва), кожеподобная (нижняя часть часть обуви), транспарентная (каблуки).

Применение природного каучука и его синтетических аналогов не случайно стало повсеместным. Именно они отвечают большинству потребностей человека, являясь одними из самых универсальных материалов.

Источник: http://fb.ru/article/196702/primenenie-kauchuka-v-meditsine-i-promyishlennosti-primenenie-naturalnogo-kauchuka-primeryi

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

    ×
    Рекомендуем посмотреть