Каучук формула

Каучук формула

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

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.

Видеофильм «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 7·10 4 до 2,5·10 6 .

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.

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.

Классификация полимеров

Полимеры, макромолекулы которых построены строго определенным способом, называют регулярными.

Полимер называется стереорегулярным, если заместители R в основной цепи макромолекул (–CH2–CHR–)n расположены упорядоченно.

Стереорегулярные полимеры обладают гораздо лучшими свойствами – пластичностью, прочностью и теплостойкостью; они способны кристаллизоваться, в отличие от нерегулярных.

Получение синтетического каучука

Учеными постоянно совершенствуется синтез искусственных полимеров, чтобы добиться качества большего, чем у природных элементов. Таким примером служат вещества сополимеры:

  • стирол;
  • бутадиен;
  • акрилонитрил.

По такой схеме получал Лебедев синтетический каучук

Когда возникает полимеризация, бутадиен чередуется в цепочке с другим мономером, усиливая свойства. Российские химики создают классические синтетические материалы по свойствам, не уступающим натуральным веществам. Получение резины происходит посредством вулканизации каучука и его наполнителя – сажи. Это вид технологического процесса, который позволяет взаимодействовать основному мономеру с реагентом, происходит образование единой пространственной сетки под воздействием молекулярного соединения.

Каучук после вулканизации становится продуктом с большим уровнем:

  • прочности;
  • эластичности;
  • пластичности.

Технология изготовления превращает хрупкое и непрочное вещество в резину, устойчивую к внешним факторам или эбонит с усиленной твердостью.

БЫСТРО

SEO оптимизация

адаптивная верстка

Ремонт в регионах

  1. Главная
  2. Строительство
  3. Строительные вяжущие
  4. Каучук

Товарный каучук добывается почти исключительно (св. 98%) из плантационной бразильской гевеи, из млечного сока (латекса) деревьев, достигших не менее чем 5-летнего возраста.

Извлекаемый подсечкой, латекс гевеи содержит 34—37% каучука, находящегося в виде частиц (глобул) диаметром 0,1—0,6 р.

В среднем одно дерево даёт в год 2—3 кг каучука.

Основная масса латекса перерабатывается на месте, сырой каучук, который выпускается в виде прозрачных листов янтарного цвета, известных под названием «смокед шит» (копчёный лист), «белый креп» и др.

Товарные типы каучука содержат 93—94% каучука.

Чистый натуральный каучук представляет собой высокомолекулярный углеводород состава: химическая формула каучука — (С5Н8)n.

Основной структурной группировкой в полимерной молекуле натурального каучука является изопентенная (изопреновая группа) в цис-изомерной форме :

Средний молекулярный вес 150000—500000, что соответствует длина цепи 10000—40000 А при поперечном сечении 1,5—2,0 А.

Эти размеры и форма молекул определяют его физические и механические свойства, наиболее характерную и важную особенность — высокую эластичность.

Мягкие вулканизаторы способны обратимо растягиваться более чем на 1000% и имеют при этом сопротивление при разрыве до 350 кг на 1 см2 исходного сечения.

Читайте также  Лучший пистолет для монтажной пены

Высокая эластичность может проявляться только в определенном температурном интервале, около —70° каучук становится хрупким, а выше +80° — он начинает плавиться.

Каучук растворяется в жирных и ароматических углеводородax и их производных, образуя вязкие растворы, которые применяются в качестве клея.

В воде, спирте, ацетоне и т. п. ассоциированных жидкостях каучук практически не набухает и не растворяется.

Как ненасыщенное соединение реагирует с водородом, галогенами, галоидоводородом, серой, кислородом и др. веществами.

Почти все химические реакции каучука приводят изменению растворимости, прочности, эластичности др. физических и механических свойств.

Особенно важно взаимодействие каучука с окисляющими агентами, в частности с кислородом, присоединение которого проходит уже при комнатной температуре.

Реакция с кислородом лежит в основе технологических операций пластикации, а также процесса старения резины.

При взаимодействии с серой происходит вулканизация, приводящая к превращению каучука в резину, обладающую более высокими техническими свойствами, чем сырой.

Основная масса добываемого каучука используется для производства автомобильных и авиационных шин. Из каучука производят также хирургические перчатки и др. изделия.

До начала 30-х гг. 20 в. резиновая промышленность базировалась чти исключительно на натурально каучуке. В 1956 уд. вес в общем сырьевом балансе мировой резиновой промышленности составлял — 60%.

В 2017 году, по данным ANRPC, в мире было произведено 13,3 миллиона тонн натурального каучука, что на 6,8% больше, чем в предыдущем году. В то же время объемы потребления увеличились только на 1,4% до 12,9 миллиона тонн. На долю членов ANRPC приходится 90% от всех поставок каучука в мире.

Применение

Основное применение каучуков – производство резины для шин. Также материал используется для изготовления:

  • тепло-, электро-, звуко-, гидроизоляционных материалов;
  • твёрдого ракетного топлива;
  • уплотнителей;
  • клея;
  • лаков;
  • эластичных лент;
  • напольных покрытий;
  • шлангов;
  • перчаток;
  • обуви;
  • игрушек;
  • мебели;
  • ластиков.

Рис. 3. Резиновые изделия.

Виды синтетических каучуков

За время с момента организации промышленного производства синтетического каучука прошло почти сто лет. И специалисты в области органической химии за это время разработали и внедрили в производство большое количество видов этого сырья. Ниже приведен небольшой список.

Виды синтетического каучука

Виды синтетического каучука

Каучук бутадиеновый – основная область его применения это производство шин и камер. Параметры этой продукции выполненной из бутадиенового сырья существенно выше чем изделий этого класса но изготовленных из природного (натурального) качества. Кроме автомобильной промышленности бутадиеновый каучук применяют для производства химически стойкой резины и эбонита.

Бутилкаучук обладает уникальной способностью по удержанию воздуха. Именно это обеспечило его преимущества перед другими материалами при изготовлении покрышек, камер, диафрагм и пр. На основании многократных испытаний, проводимых на заводах по производству покрышек и можно утверждать, что камеры, изготовленные из этого сорта синтетического каучука, удерживают давление воздуха в 8 – 10 раз больше, чем аналогичные изделия, выполненные из природного каучука. Бутилкаучук отличается от природного еще и тем, что стойко воспринимает воздействие озона, не реагирует на действие к маслам разного типа (животному, растительному), но вместе с тем, этот материал необходимо оградить от контактов с минеральными маслами.

Если сравнивать параметры прочности, то натуральный продукт выигрывает с существенным отрывом. Между тем, этот материал обладает низкой скоростью вулканизации, плохая адгезия к металлическим поверхностям. Быстрое нагревание при знакопеременных деформациях и в довершение, низкая эластичность при нормальной температуре и влажности.

Полихлоропреновый каучук или хлоропреновый, как иногда его называют, поставляется потребителю в виде светло-желтой массы. К основным свойствам этого материала можно отнести:

  • стойкость к воздействию огня;
  • адгезия к тканям, металлу и многим другим материалам;
  • невосприимчивость к действию озона, атмосферных явлений, в частности, к низким температурам.

Хлоропреновый каучук под воздействием растяжения кристаллизуется. Это его свойство, позволяет резинам, произведенным на его основе показывать высокие прочностные характеристики.

Предприятие химического производства каучука

Предприятия химической промышленности выпускают множество типов синтетических каучуков, причем некоторые из них превосходят натуральные. Широкое применение получили так называемые сополимерные соединения, получение при совместной реакции бутадиена и с ненасыщенными соединениями, например, такими как стирольный каучук СКС.

Ведя речь о сырье искусственного происхождения нельзя забывать и таком веществе как латекс синтетический. Это, по сути, раствор искусственного каучука и других полимерных веществ, например, полистирола.

Латексы синтетические применяют для изготовления клеев, водоэмульсионных красок. Их применяют и в строительстве при создании полимербетона.

Свойства

Каучук обладает полезными для применения свойствами: эластичностью (упругостью) и водонепроницаемостью. Каучуки хорошо гнутся, растягиваются и задерживают влагу на поверхности.

Каучуки сохраняются в аморфном состоянии долгое время. Однако агрегатное состояние может меняться в зависимости от температуры:

  • 0-10°C – хрупкий, непрозрачный;
  • 20°C – мягкий, упругий, полупрозрачный;
  • 50°C – пластичный, липкий;
  • 80°C – непластичный;
  • 120°C – смолистый, жидкий;
  • 200-250°C – газообразный (выделяется смесь газов).

При долгом хранении на холоде материал необратимо теряет свойства: твердеет, становится неэластичным и ломким.

Каучуки обладают диэлектрическими свойствами и низкую проницаемость воды и газов. Материал не растворяется в воде, слабых кислотах, щелочах. Растворяется после разбухания в бензине, бензоле, сероуглероде и хлороформе.

Молекулы каучука имеют линейное строение, но при этом не вытянуты в прямую линию, а изогнуты, образуя свёрнутые клубки. При растяжении материала молекулы распрямляются, чем объясняется эластичность каучука.

Содержание

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. 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). 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». Здесь каучук добывается и поступает для продажи во все страны мира.

Физические и химические свойства натурального каучука

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.
Читайте также  Мангал из арматуры

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. Особенно хорошо реакции проходят в растворах каучука, в которых каучук находится в виде молекул сравнительно крупных коллоидных частиц.

Почти все химические реакции приводят к изменению физических и химических свойств каучука: растворимости, прочности, эластичности и других. Кислород и, особенно, озон, окисляют каучук уже при комнатной температуре. Внедряясь в сложные и большие молекулы каучука, молекулы кислорода разрывают их на более мелкие, и каучук, деструктурируясь, становится хрупким и теряет свои ценные технические свойства.
Процесс окисления лежит также в основе одного из превращений каучука — перехода его из твёрдого в пластичное состояние.