Физические свойства каучука: Натуральный и синтетический каучук - свойства каучука

Физические свойства каучука: Натуральный и синтетический каучук – свойства каучука | ПластЭксперт

alexxlab | 06.05.1987 | 0 | Разное

Содержание

Природный каучук. Строение и свойства.

С изобретением конвейерного метода сборки автомобилей потребность в резине стала настолько велика, что возник вопрос об ограниченности производства природного сырья. Надо было искать альтернативные источники каучука. Поэтому неудивительно, что в конце 19 – первой половине 20 в. во многих странах исследовались строение каучука, его физические и химические свойства, эластичность, процесс вулканизации.

То, что при нагревании из каучука можно получить молекулы изопрена долгое время объясняли с помощью теории К. Харриеса, который считал, что каучук состоит из множества колец-звеньев изопрена, которые составляют устойчивую мицеллу, т.е. он представляет собой обычную коллоидную частицу. Оппонентом К. Харриеса выступал Г. Штаудингер, доказавший, что каучук является высокомолекулярным соединением, т.е. состоит из обычных, хотя и гигантских молекул, атомы в которых связаны ковалентными связями. На основании своих исследований каучука и резины он выдвинул теорию цепного строения макромолекул, предположил существование разветвленных макромолекул и трехмерной полимерной сетки.

Для получения натурального каучука млечный сок гевеи (латекс) добывают методом подсечки, надрезая кору дерева. Натуральный латекс, представляющий собой водную эмульсию каучука, содержит 34-37% каучука, 52-60% воды, а также белки, смолы углеводы и минеральные вещества. Из латекса каучук коагулируют органическими кислотами, промывают водой и прокатывают в листы, которые сушат и коптят дымом. Копчение предохраняет каучук от окисления и действия микроорганизмов.

В натуральном каучуке содержится 91-96% углеводорода полиизопрена (C5H8)n, а также белки и аминокислоты, жирные кислоты, каротин, небольшие количества солей меди, марганца, железа и др. примеси. Полиизопрен натурального каучука является стереорегулярным полимером.

Практически все звенья изопрена 98-100% в макромолекуле присоединены в цис-1,4-положении: Молекула натурального каучука может содержать 20-40 тыс. элементарных звеньев, его молекулярная масса составляет от 1 400 000-2 600 000, он нерастворим в воде, зато хорошо растворяется в большинстве органических растворителей. Интересно, что существует природный геометрический изомер каучука – гуттаперча, представляющая собой транс-1,4-полиизопрен: Различия в пространственном расположении заместителей у каучука и гуттаперчи приводят к тому, что и форма макромолекул этих веществ тоже различна. Молекулы каучука закручены в клубки.Если ленту из каучука растягивать, деформировать, то молекулярные клубки будут выпрямляться в направлении прилагаемой сил, и лента будет удлиняться.

Однако молекулам каучука энергетически выгоднее находиться в первоначальном состоянии, поэтому, если натяжение прекратить, молекулы опять свернутся в клубки, и размеры ленты станут прежними. Конечно, нельзя увеличивать нагрузку на ленту до бесконечности – рано или поздно деформация будет необратимой, лента порвется.

Молекулы гуттаперчи не закручены в клубки так, как каучук. Они вытянуты даже без нагрузок, поэтому гуттаперча менее эластична. Эластичность – это способность к обратимой деформации, особое свойство некоторых полимеров, характерное для лишь при определенных значениях температур. При нагревании каучук из эластичного состояния переходит в вязкотекучее. Силы взаимодействия между молекулами ослабевают, полимер не сохраняет форму и напоминает очень вязкую жидкость. При охлаждении каучук из эластичного переходит в стеклообразное состояние, становится похож на твердое тело. Такой полимер легко и обратимо не растягивается при приложении нагрузки. Он сразу рвется, если нагрузка слишком велика. Полимеры в стеклообразном состоянии могут быть хрупкими, их можно сломать или даже разбить, например, морозной зимой может растрескаться сумка из кожзаменителя, т.к. при низких температурах он переходит в стеклообразное состояние).

Что же происходит с каучуком при вулканизации? Когда каучук нагревают с серой, макромолекулы каучука «сшиваются» друг с другом серными мостиками. Из отдельных макромолекул каучука образуется единая трехмерная пространственная сетка. Изделие из такого материала (резины) прочнее, чем из каучука, и сохраняет свою эластичность в более широком интервале температур. Сейчас известно много вулканизирующих агентов, однако при производстве резины по-прежнему широко используют серу. В качестве ускорителей вулканизации применяют 2-меркаптобензтиазол и некоторые его производные. Возможна и радиационная вулканизация и вулканизация с помощью органических пероксидов. Вулканизации обычно подвергают смесь каучука с различными добавками, придающими резине необходимые свойства, и наполнителями, снижающими стоимость резины (сажа, мел).

С появлением технологии производства синтетических каучуков, резиновая промышленность перестала быть всецело зависимой от природного каучука, однако синтетический каучук не вытеснил природный, объем производства которого по-прежнему возрастает, а доля натурального каучука в общем объеме производства каучука составляет 30%. Ведущие мировые производители натурального каучука – страны Юго-Восточной Азии (Таиланд, Индонезия, Малайзия, Вьетнам, Китай). Благодаря уникальным свойствам натурального каучука, он незаменим при производстве крупногабаритных шин, способных выдерживать нагрузки до 75 тонн. Лучшие фирмы-производители изготавливают покрышки для шин легковых автомобилей из смеси натурального и синтетического каучука, поэтому до сих пор главной областью применения натурального каучука остается шинная промышленность (70%). Кроме того, натуральный каучук применяется при изготовлении конвейерных лент высокой мощности, антикоррозийных покрытий котлов и труб, клея, тонкостенных высокопрочных мелких изделий, в медицине и т.д.

Во многих странах в начале 20 в. исследовались местные виды растений. В Советском Союзе систематический поиск растений-каучуконосов предпринимался в 1930-х, общий список таких растений составил 903 вида. Наиболее эффективные каучуконосы, в частности Тянь-Шанский одуванчик кок-сагыз, выращивали на полях России, Украины, Казахстана, работали заводы по выделению каучука, который по качеству считался не уступающим каучуку из гевеи. В конце 1950-х с увеличением производства синтетического каучука возделывание одуванчика-каучуконоса было прекращено.

Каучук, свойства и характеристики, получение и применение

Натуральный каучук, характеристики и свойства, состав:

Натуральный каучук известен с давних времен. Учеными найдены окаменелые остатки каучуконосных растений, их возраст – миллионы лет. Пятьсот лет назад, с открытием Америки, представители цивилизации узнали об этом материале. В то время индейцы бойко продавали белым людям бутылки и обувь из резины. Однако, по-настоящему востребованным каучук стал сравнительно недавно, в 30-х годах XIX столетия: Чарльз Гудьир (Charles Goodyear) в 1839 году изобретя процесс вулканизации, получил резину. Для этого он нагревал каучук с серой, при этом свойства материала только улучшились. Так была изобретена резина, с этого и началось ее широкое применение. К 1919 году на рынке уже существовало свыше сорока тысяч видов изделий с применением этого материала.

Каучук на 91-96 % состоит из полимера изопрена и имеет следующие характеристики и свойства: плотность 910-920 кг/м3, морозостойкость или температура стеклования 70 °C (т.е. он перестает быть пластичным и обретает некоторые качества, свойственные стеклу), теплоустойчивость до 200 °C.

В большинстве жидкостей (вода, спирт, ацетон, жирные кислоты) не растворяется и в них не набухает. Набухая, постепенно растворяется в подобных себе веществах: бензине, бензоле, эфире, толуоле и других ароматических углеводородах.

Сжатие натурального каучука сопровождается поглощением, растяжение – выделением тепла.

При охлаждении каучук становится хрупким, при нагревании – размягчается. И в том и в другом процессе каучук теряет свою эластичность. Взаимодействие натурального каучука с озоном, кислородом и другими окислителями ведет к повышению хрупкости и появлению трещин. Т.е. повышается хрупкость, он «старится».

Как и большая часть полимеров, в зависимости от температуры каучук может быть в одном из трех состояний: высокоэластичном, вязкотекучем и стеклообразном. При обычных температурных условиях каучук высокоэластичен.

Более прочего каучук ценится вследствие своей эластичности. Изделия из него способны быстро возвращать себе первоначальную форму. Это происходит каждый раз, как только перестают действовать деформационные силы. Упругость каучука одна из самых лучших в своем классе. Например, если изделие из него будут растягивать до 1000%, оно все равно вернется в свою исходную форму. К слову, для обычных твердых тел эта цифра равна 1%. Эти уникальные свойства каучук сохраняет и при нагревании, и при охлаждении.

Кроме того, преимущество каучука проявляется еще и в том, что он обладает высокой пластичностью. Это означает, что под воздействием внешних сил этот материал будет приобретать и сохранять приданную ему форму. Во время механической обработки или нагревания это свойство особо заметно. Таким образом, каучук считается пласто-эластическим веществом.

Однако, у натурального каучука имеется недостаток: со временем он твердеет и вследствие этого теряет свои свойства.

Природный каучук. Строение и свойства.

С изобретением конвейерного метода сборки автомобилей потребность в резине стала настолько велика, что настоятельно возник вопрос об ограниченности производства природного сырья. Надо было искать другие источники каучука. Поэтому неудивительно, что в конце 19 – первой половине 20 в. во многих странах исследовались строение каучука, его физические и химические свойства, эластичность, процесс вулканизации. То, что при нагревании из каучука можно получить молекулы изопрена

долгое время объясняли с помощью теории К.Харриеса, который считал, что каучук состоит из множества колец-звеньев изопрена, которые составляют устойчивую мицеллу, т.е. он представляет собой обычную коллоидную частицу. Оппонентом К.Харриеса выступал Г.Штаудингер, доказавший, что каучук является высокомолекулярным соединением, т.е. состоит из обычных, хотя и гигантских молекул, атомы в которых связаны ковалентными связями. На основании своих исследований каучука и резины он выдвинул теорию цепного строения макромолекул, предположил существование разветвленных макромолекул и трехмерной полимерной сетки.

Для получения натурального каучука млечный сок гевеи (латекс) добывают методом подсечки, надрезая кору дерева. Натуральный латекс, представляющий собой водную эмульсию каучука, содержит 34–37% каучука, 52-60% воды, а также белки, смолы углеводы и минеральные вещества. Из латекса каучук коагулируют органическими кислотами, промывают водой и прокатывают в листы, которые сушат и коптят дымом. Копчение предохраняет каучук от окисления и действия микроорганизмов.

В натуральном каучуке содержится 91–96% углеводорода полиизопрена (C5H8)n

, а также белки и аминокислоты, жирные кислоты, каротин, небольшие количества солей меди, марганца, железа и др. примеси. Полиизопрен натурального каучука является стереорегулярным полимером. Практически все звенья изопрена 98–100% в макромолекуле присоединены в цис-1,4-положении:

Молекула натурального каучука может содержать 20–40 тыс. элементарных звеньев, его молекулярная масса составляет от 1 400 000–2 600 000, он нерастворим в воде, зато хорошо растворяется в большинстве органических растворителей.

Интересно, что существует природный геометрический изомер каучука – гуттаперча, представляющая собой транс-1,4-полиизопрен:

Различия в пространственном расположении заместителей у каучука и гуттаперчи приводят к тому, что и форма макромолекул этих веществ тоже различна. Молекулы каучука закручены в клубки. Если ленту из каучука растягивать, деформировать, то молекулярные клубки будут выпрямляться в направлении прилагаемой сил, и лента будет удлиняться. Однако молекулам каучука энергетически выгоднее находиться в первоначальном состоянии, поэтому, если натяжение прекратить, молекулы опять свернутся в клубки, и размеры ленты станут прежними. Конечно, нельзя увеличивать нагрузку на ленту до бесконечности – рано или поздно деформация будет необратимой, лента порвется.

Молекулы гуттаперчи не закручены в клубки так, как каучук. Они вытянуты даже без нагрузок, поэтому гуттаперча менее эластична.

Эластичность – это способность к обратимой деформации, особое свойство некоторых полимеров, характерное для лишь при определенных значениях температур. При нагревании каучук из эластичного состояния переходит в вязкотекучее. Силы взаимодействия между молекулами ослабевают, полимер не сохраняет форму и напоминает очень вязкую жидкость. При охлаждении каучук из эластичного переходит в стеклообразное состояние, становится похож на твердое тело. Такой полимер легко и обратимо не растягивается при приложении нагрузки. Он сразу рвется, если нагрузка слишком велика. Полимеры в стеклообразном состоянии могут быть хрупкими, их можно сломать или даже разбить, например, морозной зимой может растрескаться сумка из кожзаменителя, т.к. при низких температурах он переходит в стеклообразное состояние).

Сейчас известно много вулканизирующих агентов, однако при производстве резины по-прежнему широко используют серу. В качестве ускорителей вулканизации применяют 2-меркаптобензтиазол и некоторые его производные. Возможна и радиационная вулканизация и вулканизация с помощью органических пероксидов. Вулканизации обычно подвергают смесь каучука с различными добавками, придающими резине необходимые свойства, и наполнителями, снижающими стоимость резины (сажа, мел).

Где содержится? Получение натурального каучука:

Для природных каучуков сырьевым источником служит млечный сок некоторых растений, выделяющих латекс (белая жидкость с особыми свойствами). Сам латекс является довольно распространенным компонентом растений и встречается у представителей каучуконосных растений разных ботанических групп.

Находится он в разных частях растений. Поэтому их (т.е. растения) классифицируют следующим образом:

1. латексные, когда вещество накапливается в млечном соке,

2. хлоренхимные – вещество накапливается в молодых зеленых побегах и листьях,

3. паренхимные – вещество накапливается в корнях и стеблях,

4. травянистые латексные растения семейства сложноцветных – это кок-сагыз, крым-сагыз и другие, где каучук в небольшом количестве накапливается в подземных органах. Эти растения не используются в промышленном производстве каучука.

Каучуконосные деревья растут в основном в зоне экватора, не удаляясь от него больше, чем 10° на север и юг, т. е. это пояс шириной 1300 км и его так и называют: «каучуковый пояс». Именно здесь выращивают каучуконосные деревья для промышленного применения в мировом масштабе. В основном натуральный каучук получают из латекса тропического дерева гевеи бразильской. Для этого на коре дерева, достигшего 5-летнего возраста, делают V-образные надрезы. С одного дерева гевеи получают в среднем 2-3 кг каучука.

Чтобы получился каучук, добытый из гевеи бразильской, млечный сок (латекс) подвергают процессу свертывания или желатинирования, добавляя в него уксусную или муравьиную кислоту, после промывают водой, прокатывают в листы и коптят.

Виды синтетического каучука

Использование каучуков многопрофильное. Производители опираются на особенности каждого вида, созданного изобретателями. К основным относятся синтетические каучуки:

изопреновые;
бутадиеновые;
бутадиен-метилстирольные;
бутилкаучуки;
этиленпропиленовые;
бутадиен-нитрильные;
хлоропреновые;
силоксановые;
фторкаучуки;
тиоколы.

Изопреновый каучук создали в процессе полимеризации изопрена с катализатором. Вещество клейкое и эластичное.

Продукты, в состав которых входят гетератомы стойкие к растворителям, топливу, маслам. Но в них снижены механические свойства.

В массовом производстве большее применение нашли каучуки с содержанием хлорбутадиенов. Тиоколы используют в ограниченных масштабах.

Интересно, что автомобильная промышленность воодушевила ученых на изобретение искусственного каучука. Сока дерева гевеи было недостаточно, чтобы удовлетворить потребности резины. Сейчас популярность синтетического средства вытеснило натуральный продукт, уступающий по многим показателям. В настоящее время существует примерно 30 видов материала, которые разделяются на 220 марок.

Химическое строение натурального каучука и его состав. Формула каучука:

Натуральный каучук является полимерным ненасыщенный углеводородом, имеющим большое количество двойных связей. Его универсальная химическая формула выглядит так: (C5H8)n, где степень полимеризации (n) составляет 1000-3000 единиц. Мономер натурального каучука называется изопреном.

При химическом анализе природного каучука видно, что он состоит только из углерода и водорода. Это позволяет отнести его к углеводородам. Подтверждением этому есть первичная формула каучука. Молекулярная масса отдельных единиц может превышать полумиллион грамм на моль. Таким образом, натуральный каучук является природным полимером изопрена, а точнее цис-1,4-полиизопрена.

Если представить молекулу каучука не атомарно тонкой, ее можно было бы разглядеть в микроскоп, вследствие того, что она очень длинная. А если ее еще и максимально растянуть, то получится большая зигзагоподобная линия. Это обусловлено типом углеродных связей.

По причине того, что в изопрене чередуются одинарные и двойные связи, части молекулы могут вращаться только вокруг одинарных связей. И в результате подобных колебаний молекула постоянно изгибается, и даже в состоянии покоя у нее сближены концы.

Молекулы натурального каучука похожи на почти круглые пружины, что позволяет им легко и сильно растягиваться и увеличиваться в размерах при разведении концов.

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 (h3), 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.

Типы и виды натурального каучука:

Натуральный каучук делят на 8 типов, образующих 35 сортов.

Самым распространенным и ценным типом натурального каучука считается «смокед-шит», что означает копченый лист. Он изготавливается в виде достаточно прозрачных листов цвета янтаря с рифленой поверхностью.

Меньше распространен тип называемый «светлый креп». Для его получения к латексу перед желатинированием добавляют для отбеливания бисульфит натрия. Листы этого типа каучука имеют кремовый оттенок, они непрозрачны.

Меньше всего ценится тип, который называют «пара-каучук». Его добывают из дикорастущей гевеи кустарным способом.

Синтетический каучук, виды, его свойства, получение, производство и синтез:

В XX веке с появлением автомобильной промышленности стал расти спрос на резину, значит и на каучук. Поэтому на каучук, получаемый из сока гевеи, появился дефицит. Встал вопрос получения синтетического каучука. В 1927 году советский ученый С.В. Лебедев получил первый синтетический дивиниловый каучук с помощью реакции полимеризации 1,3-бутадиена при помощи натриевого катализатора. Теперь он стал настолько популярным, что почти вытеснил собой натуральный каучук. Синтетический каучук разделяют на более чем 30 типов, которые образуют свыше 220 марок.

В настоящее время в России выпускается синтетический каучук специального и общего назначения. Кроме того, синтетический каучук подразделяют на стереорегулярный и нестереорегулярный. Стереорегулярный, более прочный и износостойкий, чем натуральный каучук. Он применяется, например, как исходный материал для автомобильных покрышек. Нестереорегулярный – используют в производстве эбонита и резины, более стойкой к воздействию агрессивных сред.

Синтетическими каучуками общего назначения считаются:

1. бутадиеновый каучук,
2. изопреновый каучук,
3. бутадиен-стирольный каучук,
4. бутил-каучук,
5. этилен-пропиленовый каучук,
6. хлоропреновый (наирит) каучук и пр.

Синтетическими каучукам специального назначения являются:

1. бутадиен-нитрильный каучук,
2. кремнийорганический каучук,
3. уретановый СКУ,
4. полисульфидный каучук,
5. фторосодержащий каучук,
6. метилвинилпиридиновый каучук,
7. силоксановый каучук и т.д.

Ученые постоянно занимаются синтезом искусственных каучуков, которые по своим качествам представляют собой более совершенный материал, чем природные. Например, по своим свойствам замечательными веществами являются сополимеры стирола, бутадиена и акрилонитрила. Во время процесса полимеризации их цепочка строится чередованием бутадиена с соответствующим другим мономером. Это позволяет достигать отличных свойств, которых нет у классических каучуков.

В России сейчас изготавливают классический синтетический каучук, свойства которого схожи со свойствами натурального вещества. При вулканизации такого каучука получается резина, прочность, эластичность и пластичность которой практически не отличается от подобных, свойственных природному материалу.

Применение синтетического каучука

В мире существует широкий ассортимент изделий из искусственного каучука:

изоляционные материалы;
твердое ракетное топливо;
уплотнители;
лаки;
ленты;
покрытия;
шланги;
перчатки;
обувь;
игрушки;
мебель;
ластики.

Среди товаров из синтетических эластомеров лидирует резина для шин транспортных средств. Стоит подчеркнуть использование медицинских пластырей. Каучук соединили с лекарственными веществами и получили удобное, безвредное средство. Но самым важным открытием стала имплантация органов человека:

трахеи;
сердца;
сосудов;
суставов;
нижних и верхних конечностей.

Каждый человек имеет личный опыт применения одежды, автомобильных покрышек или изоляции проводов.

Физические свойства

Бутадиен — газ (tкип -4,5°С), изопрен — жидкость, кипящая при 34°С, диметилбутадиен — жидкость, кипящая при 70°C. Изопрен и другие диеновые углеводороды способны полимеризоваться в каучук. Натуральный каучук в очищенном состоянии является полимером с общей формулой (С5Н8)n и получается из млечного сока некоторых тропических растений. Каучук хорошо растворим в бензоле, бензине, сероуглероде. При низкой температуре становится ломким, при нагревании липким. Для улучшения механических и химических свойств каучука его превращают в резину, подвергая вулканизации. Для получения резиновых изделий сначала их формуют из смеси каучука с серой, а также с наполнителями: сажей, мелом, глиной и некоторыми органическими соединениями, служащими для ycкорения вулканизации. Затем изделия нагревают — горячая вулканизация. При вулканизации сера химически связывается с каучуком. Кроме того, в вулканизированном каучуке сера содержится в свободном состоянии в виде мельчайших частиц.

Получение

Лабораторные методы получения алкадиенов не отличаются от таковых для алкенов (см. выше). Необходимо только иметь в виду, что в реакциях элиминирования при возможности образования сопряженного алкадиена образуется именно он (независимо от действия правила Зайцева!). Однако два представителя алкадиенов — бутадиен-1,3 (дивинил) и 2-метил-бутадиен-1,3 (изопрен) имеют большое практическое значение как мономеры для производства синтетических каучуков, и методы их промышленного получения весьма важны. Рассмотрим их. Бутадиен-1,3 (дивинил) В настоящее время основным способом получения этого вещества является дегидрирование бутана (получаемого из нефти или природного газа) над катализатором, представляющим собой смесь оксидов хрома (III) и алюминия

Исторически имеет огромное значение предложенный в 1932 году С. В. Лебедевым метод получения бутадиена из этилового спирта каталитической реакцией дегидрирования-дегидратации. Катализатором этой реакции является смесь на основе оксидов цинка и алюминия:

Представляет собой мономер натурального каучука и может быть получен из него термическим разложением без доступа воздуха. В промышленности получается (аналогично дивинилу) из легких фракций продуктов крекинга нефти процессом дегидрирования на оксидных катализаторах:

Химические свойства

1. Реакция электрофильного присоединения(АЕ) более характерна для алкадиенов. Главная особенность химии сопряженных диенов в том, что на первой ступени образуется не только обычный продукт 1,2- присоединения, но и продукт 1,4-присоединения (см. выше).

Преимущественное протекание реакции по тому или иному пути зависит от конкретных условий. При избытке брома образуется тетрабромид:

Аналогичным образом присоединяются хлор, галогеноводороды, вода (в присутствии сильных кислот) и некоторые другие вещества. 2. Полимеризация диеновых углеводородов (см. Полимеризация). Полимеризация алкадиенов может происходить по катионному, радикальному, координационному, анионному (под действием натрия) механизмам, приводя к образованию полимеров, обладающих высокой эластичностью и напоминающих природный каучук.

Получение синтетического каучука — основная область применения диеновых углеводородов (главным образом бутадиена и изопрена). Натуральный каучук — полимер изопрена: n=1000-3000

Синтетический каучук в промышленном масштабе впервые был получен в 1932 г. в нашей стране по способу С. В. Лебедева: Каучук имеет громадное значение в народном хозяйстве. Синтез проходит в две стадии. 1. Получение бутадиена из этилового спирта в присутствии катализатора (Аl2О3, ZnO):

2. Полимеризация бутадиена в присутствии металлического натрия:

Строение бутадиенового каучука описывается формулой (-СН2-СН=СН-СН2-)n В настоящее время дивинил получают не только из спирта. Экономически выгодно оказалось получение его из бутана, содержащегося в попутных газах нефтедобычи.

Ацетиле́н — ненасыщенный углеводород C₂H₂. Имеет тройную связь между атомами углерода, принадлежит к классу алкинов

Химические свойства

Для ацетилена (этина) характерны реакции присоединения:

HC≡CH + Cl₂ -> СlСН=СНСl

Ацетилен с водой, в присутствии солей ртути и других катализаторов, образует уксусный альдегид (реакция Кучерова). В силу наличия тройной связи, молекула высокоэнергетична и обладает большой удельной теплотой сгорания — 14000 ккал/м³. При сгорании температура пламени достигает 3300°С. Ацетилен может полимеризироваться в бензол и другие органические соединения (полиацетилен,винилацетилен). Для полимеризации в бензол необходим графит и температура в 400 °C.

Кроме того, атомы водорода ацетилена относительно легко отщепляются в виде протонов, то есть он проявляет кислотные свойства. Так ацетилен вытесняет метан из эфирного раствораметилмагнийбромида (образуется содержащий ацетиленид-ион раствор), образует нерастворимые взрывчатые осадки с солями серебра и одновалентной меди.

Ацетилен обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия.

Основные химические реакции ацетилена (реакции присоединения, сводная таблица 1.):

Основные химические реакции ацетилена (реакции присоединения, димеризации, полимеризации, цикломеризации, сводная таблица 2.):

35. Общие свойства растворов.

Общие свойства растворов

Качественный и количественный состав растворов

Раствор – это гомогенная система, состоящая из двух или более веществ, содержание которых можно изменять в определенных пределах без нарушения однородности.

Состав растворов обычно передаётся содержанием в них растворённого вещества в виде массовой доли или молярной концентрации.

Жидкие растворы (в дальнейшем будем называть их просто “растворами”) состоят из жидкого растворителя (чаще всего воды) и растворенного вещества, которое до смешения с растворителем могло быть твердым (например KBr), жидким (например H₂SO₄) или газообразным (например CO₂). Состояние веществ в водном растворе обозначается (р), например KBr_(р).

Состав растворов обычно передается содержанием в нем растворенного вещества в виде массовой доли или молярной концентрации.

Массовая доля и молярная концентрация растворённого вещества

Массовая доля w_В растворенного вещества В – это отношение его массы m_B к массе раствора m_(р): w_В = m_B / m_(р), где m_(р) = m_B + m(Н₂О).

Единица массовой доли вещества в растворе – доля от единицы или от 100%.

Например, если в 100 г раствора находится 1 г KBr, то w(KBr) = 0,01 (1%). Такой раствор называют однопроцентным (1%-ный раствор KBr).

Для приготовления 100 г 1%-ного раствора некоторой соли надо взять 1 г этой соли и 99 г воды. Плотность воды при комнатной температуре принимают равной 1 г/мл, поэтому удобнее отмерять 99 мл воды и добавить 1 г соли.

Молярная концентрация с_В

растворённого вещества В – это отношение количества этого вещества n_В к объему раствора V_(р): с_В = n_В / V_(р).

Единица молярной концентрации вещества в растворе: моль/л.

Например, если в 1 л раствора содержится 1 моль KBr, то с(KBr) = 1 моль/л. Такой раствор называют одномолярным и обозначают 1М. Аналогичным образом записи 0,1М; 0,01М и 0,001М означаютдеци-, санти- и миллимолярный раствор.

Для приготовления 1 л 1М раствора KBr необходимо взять навеску соли с количеством вещества 1 моль (то есть 119 г), растворить ее в воде объемом, например, 0,8 л (то есть обязательно меньше 1 л) и затем довести объем раствора до 1 л добавлением воды.

Объем раствора V_(р) при данной температуре связан с массой раствора

m_(р) и его плотностью (ρ) следующим образом: m_(р) = ρ · V_(р).

Каучук, строение, свойства, виды и применение в профессии коммерсанта реферат по химии | Сочинения Химия

Скачай Каучук, строение, свойства, виды и применение в профессии коммерсанта реферат по химии и еще Сочинения в формате PDF Химия только на Docsity! Департамент образования Владимирской области Государственное образовательное учреждение НПО Профессиональное училище № 41 Реферат по химии. Тема: «Каучук, строение, свойства, виды. Применение в профессии коммерсанта» Учащейся 2 курса группа № 1 Куренко Н.И. г. Владимир 1999 учебный год Введение: Обоснование выбора темы и её актуальность. Я выбрала тему «Каучук», так как она тесно связана с моей профессией «Коммерсант». Много непродовольственных товаров изготовлено на основе синтетического каучука: Обувные товары, игрушки, спорт товары, товары для транспорта… Я, как продавец-консультант должна дать полную подробную консультацию или рекламу о товаре, его свойствах, составе. Необходимые знания я получила на уроках химии и товароведения, но их недостаточно. Поэтому я решила подробно, всесторонне изучить тему «Каучук» по дополнительной литературе. Я использовала учебники химии, товароведения для профессиональных училищ, для ВУЗов. Обращалась за консультацией к мастерам производственного обучения: Русовой Л.В., Фисун В.И.; преподавателю товароведения непродовольственных товаров: Чугуновой Е.П. На производственной практике в магазине я исследовала виды синтетических каучуков, которые применяют в непродовольственных товарах (обувь, игрушки, спорттовары). Каучук – органическое вещество, то есть, соединение, где содержится углерод и водород. Эти соединения изучает наука «органическая химия», которая возникла в первой половине XIX века. Каучук – это высокомолекулярное вещество, полимер. Выделяют природный и синтетический каучуки. В основе этих веществ находятся диеновые углеводороды. I. Диеновые углеводороды. Строение и номенклатура. К диеновым углеводородам относятся органические соединения с общей формулой Cnh3n-2, в молекулах которых имеются 2 двойные связи. Поскольку наличие одной двойной связи в молекуле отмечается в названии вещества суффиксом –ен, углеводороды с двумя двойными связями называются диеновыми, например бутадиен Ch3=CH-CH=Ch3. Взаимное расположение двойных связей в таких соединениях может быть различным, например: Ch3=C=CH- Ch3-Ch4 – пентадиент 1,2. Ch4-CH=C=CH-Ch4 – пентадиент 2,3. Большой практический интерес представляют диеновые углеводороды, в молекулах которых двойные связи разделены простой(одинарной) связью. Наиболее ценные из них: бутадиен-1,3 или дивинил, Ch3=CH-CH-Ch3 – легко сжижающийся (при -5 F 0 B 0 С) газ; 2-метилбутадиен 1,3 или изопрен – легко кипящая жидкость. Химические свойства. Имея двойные связи в молекулах, диеновые углеводороды вступают в обычные реакции: а) присоединения, например обесцвечивают бромную воду HBr, присоединяют галогеноводороды HCl, HBr или галогены Сl2, Br2. Но реакции присоединения имеют свои особенности. Когда молекула бутадиена реагирует с одной молекулой брома или галогеноводорода, присоединение происходит преимущественно не по месту разрыва той или иной двойной связи, а по концам молекулы: Свободные валентности второго и третьего атома углерода соединяются друг с другом, образуя двойную связь в середине молекулы: При наличии достаточного количества брома молекулы бутадиена может присоединить по месту образующейся двойной связи ещё одну молекулу галогена: Вследствие наличия двойных связей диеновые углеводороды легко полимеризуются. Продуктом полимеризации 2-метилбутадиена 1,3(изопрена) является природный каучук. Реакции полимеризации диеновых углеводородов с сопряжёнными связями легко протекают под действием катализаторов (например, щелочных металлов) или свободных радикалов. Они протекают аналогично реакциям присоединения, то есть в 1-4 и частично 1-2 положении. Реакцию полимеризации дивинила в общем виде можно представить так: Слово «каучук» происходит от двух слов языка индейцев, населявших берега Амазонки: «кау» – дерево, «учу» – плакать, течь. «Каучу» – сок гевеи, первого и самого главного каучуконоса. Европейцы к этому слову прибавили всего одну букву. Природный каучук встречается в очень многих растениях, не составляющих одного определённого ботанического семейства. Каучуконосы распространены, главным образом, в тропическом поясе около экватора, то есть в Южной Америке, Африке и на Малайском архипелаге. Из 20 видов каучуконосных деревьев, произрастающих в Бразилии, лучшим деревом, дающим каучук, является бразильская гевея. 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 гевеи содержится в млечном соке, распределённом в млечных каналах, которые образуют в стволе концентрические кольца. Чтобы получить каучук, на деревьях гевеи делают надрезы. Млечный сок (латекс), выделяющийся из надрезов и представляющий собой коллоидный раствор каучука, собирают. Затем его подвергают коагуляции действием электролита (раствор кислоты) или нагреванием. В результате коагуляции выделяется каучук. Европейцы познакомились с каучуком лишь в XVI веке, после возвращения из плавания Колумба и его спутников. 3.Физические свойства натурального каучука. Натуральный каучук – аморфное, способно кристаллизоваться твёрдое тело. 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 (клееобразные) растворы, широко используемые в технике. Натуральный каучук однороден по своей молекулярной структуре, отличается высокими физическими свойствами, а так же 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. Эта способность называется обратимой деформацией. 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 свойство каучука. При повышенной температуре каучук становится мягким и липким, а на холоде твёрдым и хрупким. При долгом хранении каучук твердеет. При температуре 80 F 0B 0С натуральный каучук теряет эластичность; при 120 F 0 B 0С – превращается в смолоподобную жидкость, после застывания которой уже невозможно получить первоначальный продукт. Этому мешает необратимый процесс – окисление основного вещества – углеводорода, из которого состоит каучук. Если поднять температуру до 250 F 0B 0С, то каучук разлагается с образованием ряда газообразных и жидких продуктов. Каучук – хороший диэлектрик, он имеет низкую водопроницаемость и газопроницаемость. Каучук в воде практически не растворяется. В этиловом спирте его растворимость небольшая, а в сероуглероде, хлороформе и бензине он сначала набухает, а затем растворяется. Теплопроводность каучука в 100 раз меньше, чем теплопроводность стали. Наряду с эластичностью, каучук так же пластичен, – он сохраняет форму, приобретённую под действием внешних сил. Другими словами пластичность – это способность к необратимым деформациям. Пластичность каучука, проявляющаяся при нагревании и механической обработке, является одним из отличительных свойств каучука. Так как каучуку присуще 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 F 0B 0С каучук полностью теряет эластичность и превращается в стеклообразную массу. Вообще все каучуки, как аморфные материалы, могут находится в трёх физических состояниях: стеклообразном, вязкотекучем и высокоэластическом. Последнее состояние для каучука наиболее типично. 4.Химические свойства натурального каучука. Каучук легко вступает в химические реакции с целым рядом веществ: кислородом (О2), водородом(Н2), 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, деструктируясь, 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. 5.Состав и строение натурального каучука. Длинную молекулу каучука можно было бы наблюдать непосредственно при помощи современных микроскопов, но это не удаётся, так как цепочка слишком тонка: диаметр её, соответствующий диаметру одной молекулы, составляет примерно две десятимиллионных доли миллиметра. Если макромолекулу каучука растянуть до предела, то она будет иметь вид зигзага, что объясняется характером химических связей между атомами углерода, составляющими скелет молекулы. Звенья молекулы каучука могут вращаться не беспрепятственно, в любом направлении, а ограниченно –только вокруг одинарных связей. Тепловые колебания звеньев заставляют молекулу изгибаться, при этом концы её в спокойном состоянии сближены. При растяжении каучука концы молекул раздвигаются и молекулы ориентируются по направлению растягивающего усилия. Если устранить усилие, вызвавшее растяжение каучука, то концы его молекул вновь сближаются и образец принимает первоначальную форму и размеры. Молекулу каучука можно представить себе как круглую, незамкнутую пружину, которую можно сильно растянуть, разведя её концы. Освобождённая пружина вновь принимает прежнее положение. Модель молекул каучука: при любом положении молекул в пространстве концы их всегда сближены между собой. Некоторые исследователи представляют молекулу каучука в виде пружинящей спирали. Качественный анализ показывает, что каучук состоит из двух элементов – углерода и водорода, то есть относится к классу углеводородов. Первоначально формула каучука была принята С5Н8, но она слишком проста для такого сложного вещества, как каучук. Определение молекулярной массы показывает, что она достигает несколько сот тысяч (150000-500000). Каучук, следовательно, природный полимер. Молекулярная формула его (С5Н8)n. Молекула натурального каучука состоит из нескольких тысяч исходных химических групп (звеньев), соединённых друг с другом и находящихся в непрерывном колебательно-вращательном движении. Такая молекула похожа на спутанный клубок, в котором составляющие его нити местами образуют правильно ориентированные участки. Основной продукт разложения каучука – углеводород, молекулярная формула которого однозначна с простейшей формулой каучука. Это изопрен . Можно считать, что макромолекулы каучука образованы молекулами изопрена. Представим этот процесс схематично. Сначала за счёт разрыва двойных связей происходит соединение двух молекул изопрена: При этом свободные валентности средних углеродных атомов смыкаются и образуют двойные связи в середине молекул, ставших теперь уже звеньями растущей цепи. К образовавшейся частице присоединяется следующая молекула изопрена: Подобный процесс продолжается и далее. Строение образующегося каучука может быть выражено формулой: Мы уже встречались с полимерами, макромолекулы которых представляют собой длинные цепи атомов. Однако они не проявляют такой эластичности, какую имеет каучук. Чем же объясняется это его особое свойство? Молекулы каучука, хотя и имеют линейное строение, не вытянуты в линию, а многократно изогнуты, как бы свёрнуты в клубки. При растягивании каучука такие молекулы распрямляются, образец каучука от этого становится длиннее. При снятии нагрузки, вследствие внутреннего теплового движения, звенья молекулы возвращаются в прежнее свёрнутое состояние, размеры каучука сокращаются. Если же каучук растягивать с достаточно большой силой, произойдёт не только выпрямление молекул, но и смещение их относительно друг друга, образец каучука может порваться. Природных ресурсов натурального каучука недостаточно для того, чтобы полностью удовлетворить быстрорастущую потребность в нём. В настоящее время во всё возрастающих масштабах производится синтетический каучук. 6.Вулканизация натурального каучука. Натуральные и синтетические каучуки используются преимущественно в виде резины, так как она обладает значительно более высокой прочностью, эластичность и рядом других ценных свойств. Для получения резины каучук вулканизируют. Многие учёные работали над вулканизацией каучука. В 1832 году немецкий химик Людерсфорд впервые обнаружил, что каучук можно сделать твёрдым после обработки его раствором серы в скипидаре. Американский торговец скобяными товарами Чарльз Гудьир был одним из неудачливых предпринимателей, который всю жизнь гнался за богатством. Чарльз Гудьир увлёкся резиновым делом и, оставаясь порой без гроша, настойчиво искал способ улучшить качество резиновых изделий. Гудьир открыл способ получения не липкой прочной и упругой резины путём смешения каучука с серой и нагревания. а) Непористую резину изготовляют на основе бутадиенового каучука. Она отличается высоким содержанием истиранию. Срок износа подошвенной резины в 2-3 раза превышает срок износа подошвенной кожи. Предел прочности резины при растяжении меньше, чем натуральной кожи, но относительное удлинение при разрыве во много раз превышает удлинение натуральной подошвенной кожи. Резина не пропускает воду и практически в ней не набухает. Резина уступает коже по морозостойкости и теплопроводности, что снижает теплозащитные свойства обуви. И наконец, резина является абсолютно воздухо- и паронепроницаемой. Непористая резина бывает подошвенная, кожеподобная, и транспарентная. Обычную непористую резину применяют для изготовления формованных подошв, накладок, каблуков, полукаблуков, набоек и других деталей низа обуви. б) Пористые резины применяют в качестве подошв и платформ для весенне-осенней и зимней обуви. в) Кожеподобная резина – это резина для низа обуви, изготовленная на основе каучука с высоким содержанием стирола (до 85%). Повышенное содержание стирола придаёт резинам твёрдость, вследствие чего возможно снижение их толщины до 2,5-4,0 мм при сохранении хороших защитных функций. Эксплуатационные свойства кожеподобной резины сходна с натуральной кожей. Она обладает высокой твёрдостью и пластичностью, что позволяет создавать след обуви любой формы. Кожеподобная резина хорошо окрашивается при отделки обуви. Она имеет высокую износостойкость благодаря хорошему сопротивлению истиранию и устойчивости к мноократным изгибам. Срок носки обуви с подошвой из кожеподобной резины составляет 179-252 дня при отсутствии выкрошивания в носовой части. Недостатком этой резины являются невысокие гигиенические свойства: высокая теплопроводность и отсутствие гигроскопичности и воздухонепроницаемости. Кожеподобную резину выпускают трёх разновидностей: непористой структуры с плотностью 1,28 г/см3, пористой структуры, имеющую плотность 0,8-0,95 г/см3, и пористой структуры с волокнистым наполнителем, плотность которых не выше 1,15 г/см3. Пористые резины с волокнистыми наполнителями называются «кожволон». Эти резины по внешнему виду сходны с натуральной кожей. Благодаря волокнистому наполнителю повышаются их теплозащитные свойства, они отличаются лёгкостью, эластичностью, хорошим внешним видом. Кожеподобные резины применяют в качестве подошвы и каблука при изготовлении летней и весенне-осенней обуви клеевого метода крепления. г) Транспарентная резина – это полупрозрачный материал с высоким содержанием натурального каучука. Отличается высоким сопротивлением истиранию и твёрдостью, по износостойкости превосходит все виды резин. Транспарентные резины выпускают в виде формованных подошв (вместе с каблуками), с глубоким рифлением на ходовой стороне. Разновидостью транспорентной резины является стиронип, содержащий большее количество каучука. Сопротивление многократному изгибу у стиранипа в три с лишним раза выше, чем у обычных непористых резин. Стиронип применяется при изготовлении обуви клеевого метода крепления. Резина пористой структуры имеет замкнутые поры, объём которых в зависимости от вида резины колеблется от 20 до 80 % её общего объёма. Эти резины имеют ряд преимуществ по сравнению с непористыми резинами: повышенные мягкость, гибкость, высокие амортизационные свойства, упругость. Недостатком пористых резин является способность давать усадку, а также выкрошиваться в носочной части при ударах. Для повышения твёрдости пористых резин в их состав вводят полистирольные смолы. В настоящее время освоено производство новых видов пористых резин: порокрепа и вулканита. Порокреп отличается красивым цветом, эластичностью, повышенной прочностью. Вулканит – пористая резина с волокнистыми наполнителями, обладающая высокой износостойкостью, хорошей теплозащитностью. Пористые резины применяют в качестве подошв для весенне-осенней и зимней обуви. III.Синтетический каучук. 1.Способ получения синтетического каучука по методу Лебедева. Одно дерево бразильской гевеи в среднем, до недавнего времени, было способно давать лишь 2-3 кг каучука в год; годовая производительность одного гектара гевеи до второй Мировой войны составляла 300-400 кг технического каучука. Такие объёмы натурального каучука не удовлетворяли растущие потребности промышленности. Поэтому возникла необходимость получить синтетический каучук. Замена натурального каучука синтетическим даёт огромную экономию труда. Современная, всё развивающаяся и усложняющаяся техника требует каучуки хорошие и разные; каучуки, которые не растворялись бы в маслах и бензине, выдерживали высокую и низкую температуру, были бы стойки к действию окислителей и различных агрессивных сред. Такие свойства могут лишь синтетические каучуки. многие учёные работали над проблемой получения синтетического каучука. Начиная с 1900 года ученик Бутлерова химик И.Л. Кондаков впервые получил синтетическим путём изопрен. Продолжателем школы Бутлерова явился химик-органик А.Е. Фаворский. Особенно важное значение имеют работы Фаворского по механизму процесса полимеризации и по синтезу изопрена – углеводорода, который стал ценным мономером для получения синтетического каучука. Также над получением синтетического каучука работали химики: Е. Кавенту, О.Г. Филиппов, Б.В. Бызов, И.И. Остромысленский и многие другие. Как известно натуральный каучук имеет свои недостатки, то есть при высокой температуре он становиться мягким, липким, сильно растягивается, а при низкой температуре твердеет и становится хрупким, поэтому открыли способ получения синтетического каучука. В 1910 году С.В. Лебедеву впервые удалось получить синтетический каучук и бутадиена. Сырьём для получения синтетического каучука служил этиловый спирт, из которого получали бутадиен 1,3 (бутадиен оказался более доступным продуктом, чем изопрен). Затем через реакцию полимеризации в присутствии металлического натрия получали бутадиеновый синтетический каучук. В 1932 году именно на базе этого углеводорода возникла крупная промышленность синтетического каучука. Были построены два завода по производству синтетического каучука. Способ С.В. Лебедева оказался более разработанным и экономичным. С.В. Лебедев – советский химик-органик, родившийся в 1874 году. Был создателем первого крупного промышленного производства синтетического каучука. В 1926 году ВСНХ СССР объявил Международный конкурс по разработке промышленного способа синтеза каучука из отечественного сырья. К первому января 1928 года в жюри надо было представить описание способа, схему промышленного получения продукта и 2 кг каучука. Победителем конкурса стала группа исследователей, которую возглавлял профессор Медико- хирургической академии в Ленинграде С.В. Лебедев. В 1908-1909 годах С.В. Лебедев впервые синтезировал каучукоподобное вещество при термической полимеризации дивинила и изучил его свойства. В 1914 году учёный приступил к изучению полимеризации около двух десятков углеводородов с системой двойных или тройных связей (бутадиен, аллен и их производные). В 1925 году С.В. Лебедев выдвинул практическую задачу создания промышленного способа синтеза каучука. В 1927 году эта задача была решена. Под руководством Лебедева были получены в лаборатории первые килограммы синтетического каучука. С.В. Лебедев изучил свойства этого каучука и разработал рецепты получения из него важных для промышленности резиновых изделий, в первую очередь автомобильных шин. В 1930 году по методу Лебедева была получена первая партия нового каучука на опытном заводе в Ленинграде, а спустя два года в Ярославле пущен в строй первый в мире завод по производству синтетического каучука в широких масштабах. 2.Получение синтетического каучука. В разработке синтеза каучука Лебедев пошёл по пути подражания природе. Поскольку натуральный каучук – полимер диенового углеводорода, то Лебедев воспользовался так же диеновым углеводородом, только более простым и доступным – бутадиеном Ch3=CH-CH=Ch3. Сырьём для получения бутадиена служит этиловый спирт. Получение бутадиена основано на реакциях дегидрирования и дегидратации спирта. Эти реакции идут одновременно при пропускании паров спирта над смесью соответствующих катализаторов: Бутадиен очищают от непрореагировавшего этилового спирта, многочисленных побочных продуктов и подвергаю полимеризации. а) полимеризация – процесс соединения двух, трёх и более молекул полимера, с образованием вещества того же состава, но большего молекулярного веса. При этом происходит разрыв и образование новых химических связей, следовательно, полимеризация – типичная химическая реакция. Процессы полимеризации относятся к цепным реакциям, то есть к таким процессам, при которых в веществе происходит образование активных частиц, способных вызвать ряд последовательных превращений вещества. Реакции этого типа могут протекать с огромной, взрывной скоростью. Реакция полимеризации, начавшись в одном месте, быстро распространяется по всей массе вещества. Для того чтобы заставить молекулу мономера соединиться друг с другом, их необходимо предварительно возбудить, то есть привести их в такое состояние, когда они становятся способными, в результате раскрытия двойных связей к взаимному присоединению. Это требует затраты определённого количества энергии или участия катализатора. При каталитической полимеризации катализатор не входит в состав образующегося полимера и не расходуется, а выделяется по окончании реакции в своём первоначальном виде. В качестве катализатора процесса полимеризации бутадиена 1,3 С,В. Лебедев выбрал металлический натрий, впервые применённый для полимеризации непредельных углеводородов русским химиком А.А. Кракау. Формула строения бутадиенового каучука: (-Сh3-CH=CH-Сh3-)n. Отличительной особенностью процесса полимеризации является то, что при этом молекулы исходного вещества или веществ соединяются между собой с образованием полимера, ен выделяя при этом каких-либо других веществ. Некоторые синтетические каучуки получают из различных мономеров в результате их совместной полимеризации, называемой сополимеризацией. б) Сополимеризация бутадиена и стирола чаще всего осуществляется в эмульсии.

Каучук, строение, свойства, виды и применение в профессии коммерсанта

Департамент образования

Владимирской области

Государственное образовательное учреждение НПО

Профессиональное училище № 41

Реферат по химии.

Тема: «Каучук, строение, свойства, виды.

Применение в профессии коммерсанта»

Руководитель:

Земскова Г.Н.

Учащейся

2 курса

группа № 1

Куренко Н.И.

г. Владимир

1999 учебный год

Обоснование выбора темы и её актуальность.

Я выбрала тему «Каучук», так как она тесно связана с моей профессией «Коммерсант». Много непродовольственных товаров изготовлено на основе синтетического каучука: Обувные товары, игрушки, спорт товары, товары для транспорта… Я, как продавец-консультант должна дать полную подробную консультацию или рекламу о товаре, его свойствах, составе. Необходимые знания я получила на уроках химии и товароведения, но их недостаточно. Поэтому я решила подробно, всесторонне изучить тему «Каучук» по дополнительной литературе. Я использовала учебники химии, товароведения для профессиональных училищ, для ВУЗов. Обращалась за консультацией к мастерам производственного обучения: Русовой Л. В., Фисун В.И.; преподавателю товароведения непродовольственных товаров: Чугуновой Е.П.

На производственной практике в магазине я исследовала виды синтетических каучуков, которые применяют в непродовольственных товарах (обувь, игрушки, спорттовары).

Каучук – органическое вещество, то есть, соединение, где содержится углерод и водород. Эти соединения изучает наука «органическая химия», которая возникла в первой половине XIX века. Каучук – это высокомолекулярное вещество, полимер. Выделяют природный и синтетический каучуки. В основе этих веществ находятся диеновые углеводороды.

1.Строение и номенклатура.

К диеновым углеводородам относятся органические соединения с общей формулой Cnh3n-2, в молекулах которых имеются 2 двойные связи. Поскольку наличие одной двойной связи в молекуле отмечается в названии вещества суффиксом –ен, углеводороды с двумя двойными связями называются диеновыми, например бутадиен CH₂=CH-CH=CH₂.

Взаимное расположение двойных связей в таких соединениях может быть различным, например:

CH₂=C=CH- CH₂-CH₃ – пентадиент 1,2.

CH₃-CH=C=CH-CH₃ – пентадиент 2,3.

CH₂=C-CH=CH₂

CH₃

Большой практический интерес представляют диеновые углеводороды, в молекулах которых двойные связи разделены простой(одинарной) связью. Наиболее ценные из них: бутадиен-1,3 или дивинил, CH₂=CH-CH-CH₂– легко сжижающийся (при -5 С) газ; 2-метилбутадиен 1,3 или изопрен – легко кипящая жидкость.

2.Химические свойства.

Имея двойные связи в молекулах, диеновые углеводороды вступают в обычные реакции:

CH₂=CH-CH=CH₂+ Br₂CH₂-CH=CH-CH₂

Бутадиен-1,3 бром | |

Br Br

1,4 дибромбутен 2

а) присоединения, например обесцвечивают бромную воду HBr, присоединяют галогеноводороды HCl, HBr или галогены Сl₂, Br₂. Но реакции присоединения имеют свои особенности. Когда молекула бутадиена реагирует с одной молекулой брома или галогеноводорода, присоединение происходит преимущественно не по месту разрыва той или иной двойной связи, а по концам молекулы:

CH₂-CH=CH-CH₂

| |

Br Br

Свободные валентности второго и третьего атома углерода соединяются друг с другом, образуя двойную связь в середине молекулы:

CH₂-CH-CH-CH₂

| | | |

Br Br Br Br

1,2,3,4 тетрабромбутан

При наличии достаточного количества брома молекулы бутадиена может присоединить по месту образующейся двойной связи ещё одну молекулу галогена:

Вследствие наличия двойных связей диеновые углеводороды легко полимеризуются. Продуктом полимеризации 2-метилбутадиена 1,3(изопрена) является природный каучук. Реакции полимеризации диеновых углеводородов с сопряжёнными связями легко протекают под действием катализаторов (например, щелочных металлов) или свободных радикалов. Они протекают аналогично реакциям присоединения, то есть в 1-4 и частично 1-2 положении.

CH₂=CH-CH=CH₂+ CH₂=CH-CH=CH₂ +……-CH₂-CH=CH-CH₂-CH₂-CH=CH-CH₂-…

Бутадиен-1,3 (мономер) Бутадиен-1,3 (мономер) полимер бутадиена-1,3

Реакцию полимеризации дивинила в общем виде можно представить так:

n CH₂=CH-CH=CH₂(-CH₂-CH=CH-CH₂-)n

дивинил полидивинил

Аналогично можно записать реакцию полимеризации изопрена:

2CH₂=C-CH=CH₂…-CH₂-C=CH-CH₂-CH₂-C=CH-CH₂-…nCH₂=C-CH= CH₂

| | | |

CH₃ CH₃ CH₃ CH₃

Изопрен

-CH₂-C=CH-CH₂–

CH₃ n

1.

История открытия натурального каучука.

Первое знакомство европейцев с натуральным каучуком произошло почти пять веков назад. Собственно, история каучука началась, как ни странно, с детского мячика и школьной резинки.

В 1493 году корабль Христофора Колумба во время второго путешествия в Америку пристал к острову, названному именем Эспаньола (Гаити).

Высадившись на берег, испанцы были удивлены весёлой игрой индейцев, похожей на наш баскетбол. Они в такт песне подбрасывали чёрные шары, которые, упав на землю, делали, словно живые, высокие и забавные прыжки. Взяв эти шары в руки, испанцы нашли, что они довольно тяжелы, липки и пахнут дымом. Индейцы называли сок, из которого делали мячи «каочу», что означало: «Слёзы дерева».

Каучук получил первое в Европе применение в 1770 году в школе под названием гуммиэластика (смолы эластичной) для стирания карандашных рисунков.

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.

Открытие резины, полученной от нагревания каучука и серы, привело к широкому её применению. В 1919 году было предложено уже 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 Викгем поехал в 1876 году на берега Амазонки, где собрал 70000 семян Гевеи и тайком доставил их в ботанический сад в Кью. Семена были высеяны, но взошло только 4%. Однако через несколько дней сеянцы достигли полуметровой высоты. Затем они были отправлены на остров Цейлон, а от туда разосланы на Яву, в Бирму, Австралию и др.

Компании, организующие добычу, сбор и перевозку каучука, безжалостно калечили и людей, занятых сбором каучука, стремясь как можно больше и дешевле получить его. Сборщику каучука много приходится 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 обрабатывает в каучук.

Тут же в лесу раскладывает костёр, вырезает лопаточку в виде весла и обмазывает её глиной. Он садится на корточки, обмакивает лопаточку в сосуд с соком гевеи и держит в белом дыму костра, поворачивая над огнём. А когда вода испарится и вокруг лопаточки образуется тонкая плёнка каучука, серингеро снова макает её в сок гевеи и снова коптит в дыму костра. Это продолжается до тех пор, пока вокруг лопатки не образуется большой ком килограммов в 5 весом. Затем серингеро его разрезает и снимает с лопатки в виде листа толщиною в 10 см. Это лучший, благодаря копчению, не загнивающий каучук.

Серингеро гибнут 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 20 веке.

В нашу страну не привозят каучук из других стран. 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, содержащий в корнях от 16 до 28 % каучука. Но теперь не требуется трудоёмкой добычи каучука из одуванчика, так как каучук получают из спирта, выгоняемого из картофеля и другого сырья.

2.Каучук в природе.

Слово «каучук» происходит от двух слов языка индейцев, населявших берега Амазонки: «кау» – дерево, «учу» – плакать, течь. «Каучу» – сок гевеи, первого и самого главного каучуконоса. Европейцы к этому слову прибавили всего одну букву.

Природный каучук встречается в очень многих растениях, не составляющих одного определённого ботанического семейства. Каучуконосы распространены, главным образом, в тропическом поясе около экватора, то есть в Южной Америке, Африке и на Малайском архипелаге. Из 20 видов каучуконосных деревьев, произрастающих в Бразилии, лучшим деревом, дающим каучук, является бразильская гевея. 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 гевеи содержится в млечном соке, распределённом в млечных каналах, которые образуют в стволе концентрические кольца.

Чтобы получить каучук, на деревьях гевеи делают надрезы. Млечный сок (латекс), выделяющийся из надрезов и представляющий собой коллоидный раствор каучука, собирают. Затем его подвергают коагуляции действием электролита (раствор кислоты) или нагреванием. В результате коагуляции выделяется каучук.

Европейцы познакомились с каучуком лишь в XVI веке, после возвращения из плавания Колумба и его спутников.

3.Физические свойства натурального каучука.

Натуральный каучук – аморфное, способно кристаллизоваться твёрдое тело. 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 (клееобразные) растворы, широко используемые в технике.

Натуральный каучук однороден по своей молекулярной структуре, отличается высокими физическими свойствами, а так же 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. Эта способность называется обратимой деформацией. 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 свойство каучука. При повышенной температуре каучук становится мягким и липким, а на холоде твёрдым и хрупким. При долгом хранении каучук твердеет. При температуре 80 С натуральный каучук теряет эластичность; при 120 С – превращается в смолоподобную жидкость, после застывания которой уже невозможно получить первоначальный продукт. Этому мешает необратимый процесс – окисление основного вещества – углеводорода, из которого состоит каучук. Если поднять температуру до 250 С, то каучук разлагается с образованием ряда газообразных и жидких продуктов.

Каучук – хороший диэлектрик, он имеет низкую водопроницаемость и газопроницаемость.

Каучук в воде практически не растворяется. В этиловом спирте его растворимость небольшая, а в сероуглероде, хлороформе и бензине он сначала набухает, а затем растворяется. Теплопроводность каучука в 100 раз меньше, чем теплопроводность стали.

Наряду с эластичностью, каучук так же пластичен, – он сохраняет форму, приобретённую под действием внешних сил. Другими словами пластичность – это способность к необратимым деформациям. Пластичность каучука, проявляющаяся при нагревании и механической обработке, является одним из отличительных свойств каучука. Так как каучуку присуще 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 С каучук полностью теряет эластичность и превращается в стеклообразную массу. Вообще все каучуки, как аморфные материалы, могут находится в трёх физических состояниях: стеклообразном, вязкотекучем и высокоэластическом. Последнее состояние для каучука наиболее типично.

4.Химические свойства натурального каучука.

Каучук легко вступает в химические реакции с целым рядом веществ: кислородом (О₂), водородом(Н₂), 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, деструктируясь, 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.

5.Состав и строение натурального каучука.

Длинную молекулу каучука можно было бы наблюдать непосредственно при помощи современных микроскопов, но это не удаётся, так как цепочка слишком тонка: диаметр её, соответствующий диаметру одной молекулы, составляет примерно две десятимиллионных доли миллиметра. Если макромолекулу каучука растянуть до предела, то она будет иметь вид зигзага, что объясняется характером химических связей между атомами углерода, составляющими скелет молекулы.

Звенья молекулы каучука могут вращаться не беспрепятственно, в любом направлении, а ограниченно –только вокруг одинарных связей. Тепловые колебания звеньев заставляют молекулу изгибаться, при этом концы её в спокойном состоянии сближены.

При растяжении каучука концы молекул раздвигаются и молекулы ориентируются по направлению растягивающего усилия. Если устранить усилие, вызвавшее растяжение каучука, то концы его молекул вновь сближаются и образец принимает первоначальную форму и размеры.

Молекулу каучука можно представить себе как круглую, незамкнутую пружину, которую можно сильно растянуть, разведя её концы. Освобождённая пружина вновь принимает прежнее положение.

Модель молекул каучука: при любом положении молекул в пространстве концы их всегда сближены между собой.

Некоторые исследователи представляют молекулу каучука в виде пружинящей спирали.

Качественный анализ показывает, что каучук состоит из двух элементов – углерода и водорода, то есть относится к классу углеводородов. Первоначально формула каучука была принята С₅Н₈, но она слишком проста для такого сложного вещества, как каучук. Определение молекулярной массы показывает, что она достигает несколько сот тысяч (150000-500000). Каучук, следовательно, природный полимер. Молекулярная формула его (С₅Н₈)n.

Молекула натурального каучука состоит из нескольких тысяч исходных химических групп (звеньев), соединённых друг с другом и находящихся в непрерывном колебательно-вращательном движении. Такая молекула похожа на спутанный клубок, в котором составляющие его нити местами образуют правильно ориентированные участки.

CH₂=C-CH=CH₂

CH₃

Основной продукт разложения каучука – углеводород, молекулярная формула которого однозначна с простейшей формулой каучука. Это изопрен .

CH₂=C-CH=CH₂+

CH₃

CH₂=C-CH=CH₂

CH₃

| |

-CH₂-C-CH-CH₂– +

CH₃

| |

-CH₂-C-CH-CH₂–

CH₃

-CH₂-C=CH-CH₂

CH₃

-CH₂-C=CH-CH₂–

CH₃

изопреновый каучук

изопрен

Можно считать, что макромолекулы каучука образованы молекулами изопрена. Представим этот процесс схематично. Сначала за счёт разрыва двойных связей происходит соединение двух молекул изопрена:

При этом свободные валентности средних углеродных атомов смыкаются и образуют двойные связи в середине молекул, ставших теперь уже звеньями растущей цепи.

К образовавшейся частице присоединяется следующая молекула изопрена:

| |

-CH₂-C-CH-CH₂–

CH₃

-CH₂-C=CH-CH₂

CH₃

-CH₂-C=CH-CH₂– +

CH₃

-CH₂-C=CH-(CH₂)₂

CH₃

-CH₂-C=CH-(CH₂)₂-C=CH-CH₂–

| |

CH₃ CH₃

(-CH₂-C=CH-CH₂-)n.

CH₃

Подобный процесс продолжается и далее. Строение образующегося каучука может быть выражено формулой:

Мы уже встречались с полимерами, макромолекулы которых представляют собой длинные цепи атомов. Однако они не проявляют такой эластичности, какую имеет каучук. Чем же объясняется это его особое свойство?

Молекулы каучука, хотя и имеют линейное строение, не вытянуты в линию, а многократно изогнуты, как бы свёрнуты в клубки. При растягивании каучука такие молекулы распрямляются, образец каучука от этого становится длиннее. При снятии нагрузки, вследствие внутреннего теплового движения, звенья молекулы возвращаются в прежнее свёрнутое состояние, размеры каучука сокращаются. Если же каучук растягивать с достаточно большой силой, произойдёт не только выпрямление молекул, но и смещение их относительно друг друга, образец каучука может порваться.

Природных ресурсов натурального каучука недостаточно для того, чтобы полностью удовлетворить быстрорастущую потребность в нём. В настоящее время во всё возрастающих масштабах производится синтетический каучук.

6.Вулканизация натурального каучука.

Натуральные и синтетические каучуки используются преимущественно в виде резины, так как она обладает значительно более высокой прочностью, эластичность и рядом других ценных свойств. Для получения резины каучук вулканизируют. Многие учёные работали над вулканизацией каучука.

В 1832 году немецкий химик Людерсфорд впервые обнаружил, что каучук можно сделать твёрдым после обработки его раствором серы в скипидаре.

Американский торговец скобяными товарами Чарльз Гудьир был одним из неудачливых предпринимателей, который всю жизнь гнался за богатством. Чарльз Гудьир увлёкся резиновым делом и, оставаясь порой без гроша, настойчиво искал способ улучшить качество резиновых изделий. Гудьир открыл способ получения не липкой прочной и упругой резины путём смешения каучука с серой и нагревания.

В 1843 году Гэнкок независимо от Гудьира так же нашёл способ вулканизировать каучук погружением его в расплавленную серу, а несколько позднее Паркс открыл возможность получения резины обработкой каучука раствором полухлористой серы (холодная вулканизация).

Англичанин Роберт Вильям Томсон, который в 1846 году изобрёл «патентованные воздушные колеса» и ирландский ветеринар Джон Бойд Денлоб, натянувший каучуковую трубку на колесо велосипеда своего маленького сына, не подозревали, что этим положили начало применению каучука в шинной промышленности.

Современная технология резинового производства осуществляется по следующим этапам:

изготовление полуфабрикатов: а) развеска каучуков и ингредиентов; б) пластикация каучука; в) прорезинивание тканей, каландрирование, шприцевание; г) раскрой прорезиненных тканей и резиновых листов, сборка изделий из полуфабрикатов.
Вулканизация, после которой из сырых резиновых смесей получают готовые резиновые изделия.

Из смеси каучука с серой, наполнителями (особенно важным наполнителем служит сажа) и другими веществами формуют нужные изделия и подвергают их нагреванию. При этих условиях атомы серы вступают в химическое взаимодействие с линейными молекулами каучука по месту некоторых двойных связей и собою как бы «сшивают» их друг с другом. В результате образуется гигантская молекула, имеющая три измерения в пространстве – как бы длину, ширину и толщину. Полимер приобрёл пространственную структуру.

CH₃ H CH₃ H

\ / \ /

C=C C=C

/ \ / \

…-CH₂CH₂-CH₂ CH₂-… t

+ nS

CH₃ H CH₃ H

\ / \ /

C=C C=C

/ \ / \

…-CH₂CH₂-CH₂ CH₂-…

CH₃ S H CH₃ H

\ | / \ /

C – C C=C

/ \ \ / \

…-CH₂SCH₂– CH₂ CH₂-…

CH₃ S H CH₃ H

\ / / \ /

C – C C=C

/ |\ / \

…-CH₂SCH₂-CH₂ CH₂-…

Такой каучук (резина) будет, конечно, прочнее не вулканизированного. Меняется и растворимость полимера: каучук, хотя и медленно, растворяется в бензине, резина лишь набухает в нём. Если к каучуку добавить больше серы, чем нужно для образования резины, то при вулканизации линейные молекулы окажутся «сшитыми» в очень многих местах и материал утратит эластичность, станет твёрдым – получится эбонит. До появления современных пластмасс эбонит считался одним из лучших изоляторов.

Ускорители вулканизации – улучшают свойства вулканизаторов, сокращают время вулканизации и расход основного сырья, препятствует перевулканизации. В качестве ускорителей используется неорганические соединения (оксид магния MgO, оксид свинца PbO и другие) и органические: дитиокарбаматы (производные дитиокарбаминовой кислоты), тиурамы (производные диметиламина), ксантогенаты (соли ксантогеновой кислоты) и другие.

Активаторы ускорителей вулканизации облегчают реакции взаимодействия всех компонентов резиновой смеси. В основном в качестве активаторов применяют оксид цинка.

Антиокислители (стабилизаторы, противостарители) вводят в резиновую смесь для предупреждения «старения» каучука.

Наполнители – повышают физико-механические свойства резин: прочность, износостойкость, сопротивление истиранию. Они так же способствуют увеличению объёма исходного сырья, а следовательно, сокращают расход каучука и снижают стоимость резины. К наполнителям относятся различные типы саж (технический углерод), минеральные вещества (мел CaCO₃, BaSO₄, гипс CaO*2H₂O, тальк 3MgO*4SiO₂*2H₂O, оксид кремния SiO₂).

Пластификаторы (мягчители) – вещества, которые улучшают технологические свойства резины, облегчают её обработку (понижают вязкость системы), обеспечивают возможность увеличения содержания наполнителей. Введение пластификаторов повышают динамическую выносливость резины, сопротивление «стиранию». В качестве пластификаторов используются продукты переработки нефти (мазут, гудрон, парафины), вещества растительного происхождения (канифоль), жирные кислоты (стеариновая, олеиновая) и другие.

Прочность и нерастворимость резины в органических растворителях связаны с её строением. Свойства резины определяются и типом исходного сырья. Например, резина из натурального каучука характеризуется хорошей эластичностью, маслостойкостью, износостойкостью, в то же время мало устойчива к агрессивным средам; резина из каучука СКД имеет даже более высокую износостойкость, чем из НК. Бутадиенстирольный каучук СКС способствует повышению износостойкости. Изопреновый каучук СКИ определяет эластичность и прочность резины на растяжение, а хлоропреновый – стойкость её к действию кислорода.

В России первое крупное предприятие резиновой промышленности было основано в Петербурге в 1860 году, впоследствии названное «Треугольником» (с 1922 года «Красный треугольник»). За ним были основаны и другие русские заводы резиновых изделий: «Каучук» и «Богатырь» в Москве, «Проводник» в Риге и другие.

Быстро стали множиться по всему миру заводы и фабрики бытовых резиновых изделий, сильно возрос спрос на каучук в связи с развитием транспорта, особенно в автомобильной промышленности.

7.

Резина, её применение в промышленных товарах.

Каучук имеет огромное народнохозяйственное значение. Чаще всего его используют не в чистом виде, а в виде резины. Резиновые изделия применяют в технике для изоляции проводов, изготовления различных шин, в военной промышленности, в производстве промышленных товаров: обуви, искусственной кожи, прорезиненной одежды, медицинских изделий …

Резина – высокоэластичное, прочное соединение, но менее пластичное, чем каучук. Она представляет собой сложную многокомпонентную систему, состоящую из полимерной основы (каучука) и различных добавок.

Наиболее крупными потребителями резиновых технических изделий являются автомобильная промышленность и сельскохозяйственное машиностроение. Степень насыщенности резиновыми изделиями – один из основных признаков совершенства, надёжности и комфортабельности массовых видов машиностроительной продукции. В составе механизмов и агрегатов современных автомобиля и трактора имеются сотни наименований и до тысячи штук резиновых деталей, причём одновременно с увеличением производства машин возрастает их резиноёмкость. Я остановлюсь на обувных товарах, выпускаемых на основе резины.

Обувные резины – это обширная группа искусственных материалов для низа обуви. Процесс производства этих резин состоит из следующих операций:

Подготовка материалов включает сушку, измельчение и просеивание исходных материалов, а также проверку их качества. Каучук распаривают, измельчают, перетирают. В результате повышается пластичность каучука и однородность резиновой смеси.
Приготовление резиновой смеси состоит в смешивании всех компонентов наполнителей, вулканизирующих веществ, ускорителей вулканизации, активаторов, мягчителей, противостарителей, красителей и других. Сначала к каучуку добавляют мягчители, а в последнюю очередь вулканизирующие вещества и порообразователи. Для предания полученной резиновой смеси формы плоских листов производят её листование на вальцах.
Каландрирование (формование) – метод производства сырых резиновых заготовок в виде непрерывной ленты нужной толщины и ширины. каландрирование улучшает физико-химические свойства резиновой смеси, от него зависит расход резиновых смесей и качество изделий.
Штампование резиновых заготовок для получения отдельных деталей обуви, производят на штампах-прессах специальными резаками.
Вулканизация – завершающая операция производства резины.

Резину выпускают в виде пластин, штампованных и формованных деталей: подошв, каблуков, подошв с каблуками и другое.

Виды резины и их применение.

В зависимости от структуры резину делят на непористую (монолитную) и пористую.

а) Непористую резину изготовляют на основе бутадиенового каучука. Она отличается высоким содержанием истиранию. Срок износа подошвенной резины в 2-3 раза превышает срок износа подошвенной кожи. Предел прочности резины при растяжении меньше, чем натуральной кожи, но относительное удлинение при разрыве во много раз превышает удлинение натуральной подошвенной кожи. Резина не пропускает воду и практически в ней не набухает.

Резина уступает коже по морозостойкости и теплопроводности, что снижает теплозащитные свойства обуви. И наконец, резина является абсолютно воздухо- и паронепроницаемой. Непористая резина бывает подошвенная, кожеподобная, и транспарентная.

Обычную непористую резину применяют для изготовления формованных подошв, накладок, каблуков, полукаблуков, набоек и других деталей низа обуви.

б) Пористые резины применяют в качестве подошв и платформ для весенне-осенней и зимней обуви.

в) Кожеподобная резина – это резина для низа обуви, изготовленная на основе каучука с высоким содержанием стирола (до 85%). Повышенное содержание стирола придаёт резинам твёрдость, вследствие чего возможно снижение их толщины до 2,5-4,0 мм при сохранении хороших защитных функций.

Эксплуатационные свойства кожеподобной резины сходна с натуральной кожей. Она обладает высокой твёрдостью и пластичностью, что позволяет создавать след обуви любой формы. Кожеподобная резина хорошо окрашивается при отделки обуви. Она имеет высокую износостойкость благодаря хорошему сопротивлению истиранию и устойчивости к мноократным изгибам. Срок носки обуви с подошвой из кожеподобной резины составляет 179-252 дня при отсутствии выкрошивания в носовой части.

Недостатком этой резины являются невысокие гигиенические свойства: высокая теплопроводность и отсутствие гигроскопичности и воздухонепроницаемости.

Кожеподобную резину выпускают трёх разновидностей: непористой структуры с плотностью 1,28 г/см³, пористой структуры, имеющую плотность 0,8-0,95 г/см³, и пористой структуры с волокнистым наполнителем, плотность которых не выше 1,15 г/см³. Пористые резины с волокнистыми наполнителями называются «кожволон». Эти резины по внешнему виду сходны с натуральной кожей. Благодаря волокнистому наполнителю повышаются их теплозащитные свойства, они отличаются лёгкостью, эластичностью, хорошим внешним видом. Кожеподобные резины применяют в качестве подошвы и каблука при изготовлении летней и весенне-осенней обуви клеевого метода крепления.

г) Транспарентная резина – это полупрозрачный материал с высоким содержанием натурального каучука. Отличается высоким сопротивлением истиранию и твёрдостью, по износостойкости превосходит все виды резин. Транспарентные резины выпускают в виде формованных подошв (вместе с каблуками), с глубоким рифлением на ходовой стороне.

Разновидостью транспорентной резины является стиронип, содержащий большее количество каучука. Сопротивление многократному изгибу у стиранипа в три с лишним раза выше, чем у обычных непористых резин. Стиронип применяется при изготовлении обуви клеевого метода крепления.

Резина пористой структуры имеет замкнутые поры, объём которых в зависимости от вида резины колеблется от 20 до 80 % её общего объёма. Эти резины имеют ряд преимуществ по сравнению с непористыми резинами: повышенные мягкость, гибкость, высокие амортизационные свойства, упругость.

Недостатком пористых резин является способность давать усадку, а также выкрошиваться в носочной части при ударах. Для повышения твёрдости пористых резин в их состав вводят полистирольные смолы.

В настоящее время освоено производство новых видов пористых резин: порокрепа и вулканита. Порокреп отличается красивым цветом, эластичностью, повышенной прочностью. Вулканит – пористая резина с волокнистыми наполнителями, обладающая высокой износостойкостью, хорошей теплозащитностью. Пористые резины применяют в качестве подошв для весенне-осенней и зимней обуви.

1.Способ получения синтетического каучука по методу Лебедева.

Одно дерево бразильской гевеи в среднем, до недавнего времени, было способно давать лишь 2-3 кг каучука в год; годовая производительность одного гектара гевеи до второй Мировой войны составляла 300-400 кг технического каучука. Такие объёмы натурального каучука не удовлетворяли растущие потребности промышленности. Поэтому возникла необходимость получить синтетический каучук. Замена натурального каучука синтетическим даёт огромную экономию труда.

Современная, всё развивающаяся и усложняющаяся техника требует каучуки хорошие и разные; каучуки, которые не растворялись бы в маслах и бензине, выдерживали высокую и низкую температуру, были бы стойки к действию окислителей и различных агрессивных сред.

Такие свойства могут лишь синтетические каучуки. многие учёные работали над проблемой получения синтетического каучука. Начиная с 1900 года ученик Бутлерова химик И.Л. Кондаков впервые получил синтетическим путём изопрен.

Продолжателем школы Бутлерова явился химик-органик А.Е. Фаворский. Особенно важное значение имеют работы Фаворского по механизму процесса полимеризации и по синтезу изопрена – углеводорода, который стал ценным мономером для получения синтетического каучука.

Также над получением синтетического каучука работали химики: Е. Кавенту, О.Г. Филиппов, Б.В. Бызов, И.И. Остромысленский и многие другие.

Как известно натуральный каучук имеет свои недостатки, то есть при высокой температуре он становиться мягким, липким, сильно растягивается, а при низкой температуре твердеет и становится хрупким, поэтому открыли способ получения синтетического каучука.

В 1910 году С.В. Лебедеву впервые удалось получить синтетический каучук и бутадиена. Сырьём для получения синтетического каучука служил этиловый спирт, из которого получали бутадиен 1,3 (бутадиен оказался более доступным продуктом, чем изопрен). Затем через реакцию полимеризации в присутствии металлического натрия получали бутадиеновый синтетический каучук.

В 1932 году именно на базе этого углеводорода возникла крупная промышленность синтетического каучука. Были построены два завода по производству синтетического каучука. Способ С.В. Лебедева оказался более разработанным и экономичным.

С.В. Лебедев – советский химик-органик, родившийся в 1874 году. Был создателем первого крупного промышленного производства синтетического каучука.

В 1926 году ВСНХ СССР объявил Международный конкурс по разработке промышленного способа синтеза каучука из отечественного сырья. К первому января 1928 года в жюри надо было представить описание способа, схему промышленного получения продукта и 2 кг каучука. Победителем конкурса стала группа исследователей, которую возглавлял профессор Медико-хирургической академии в Ленинграде С.В. Лебедев.

В 1908-1909 годах С.В. Лебедев впервые синтезировал каучукоподобное вещество при термической полимеризации дивинила и изучил его свойства. В 1914 году учёный приступил к изучению полимеризации около двух десятков углеводородов с системой двойных или тройных связей (бутадиен, аллен и их производные).

В 1925 году С.В. Лебедев выдвинул практическую задачу создания промышленного способа синтеза каучука. В 1927 году эта задача была решена. Под руководством Лебедева были получены в лаборатории первые килограммы синтетического каучука. С.В. Лебедев изучил свойства этого каучука и разработал рецепты получения из него важных для промышленности резиновых изделий, в первую очередь автомобильных шин. В 1930 году по методу Лебедева была получена первая партия нового каучука на опытном заводе в Ленинграде, а спустя два года в Ярославле пущен в строй первый в мире завод по производству синтетического каучука в широких масштабах.

2.Получение синтетического каучука.

В разработке синтеза каучука Лебедев пошёл по пути подражания природе. Поскольку натуральный каучук – полимер диенового углеводорода, то Лебедев воспользовался так же диеновым углеводородом, только более простым и доступным – бутадиеном CH₂=CH-CH=CH₂.

H H H H

| | | |

H-C-C-H + H-C-C-H CH₂=CH-CH=CH₂+ 2H₂O + H₂

| | | |

H OH H OH

Сырьём для получения бутадиена служит этиловый спирт. Получение бутадиена основано на реакциях дегидрирования и дегидратации спирта. Эти реакции идут одновременно при пропускании паров спирта над смесью соответствующих катализаторов:

Бутадиен очищают от непрореагировавшего этилового спирта, многочисленных побочных продуктов и подвергаю полимеризации.

а) полимеризация – процесс соединения двух, трёх и более молекул полимера, с образованием вещества того же состава, но большего молекулярного веса. При этом происходит разрыв и образование новых химических связей, следовательно, полимеризация – типичная химическая реакция.

Процессы полимеризации относятся к цепным реакциям, то есть к таким процессам, при которых в веществе происходит образование активных частиц, способных вызвать ряд последовательных превращений вещества. Реакции этого типа могут протекать с огромной, взрывной скоростью. Реакция полимеризации, начавшись в одном месте, быстро распространяется по всей массе вещества.

Для того чтобы заставить молекулу мономера соединиться друг с другом, их необходимо предварительно возбудить, то есть привести их в такое состояние, когда они становятся способными, в результате раскрытия двойных связей к взаимному присоединению. Это требует затраты определённого количества энергии или участия катализатора.

При каталитической полимеризации катализатор не входит в состав образующегося полимера и не расходуется, а выделяется по окончании реакции в своём первоначальном виде. В качестве катализатора процесса полимеризации бутадиена 1,3 С,В. Лебедев выбрал металлический натрий, впервые применённый для полимеризации непредельных углеводородов русским химиком А.А. Кракау.

СH₂=CH-CH= СH₂ + СH₂=CH-CH= СH₂+ …

| | | |

-СH₂-CH-CH-СH₂– + -СH₂-CH-CH-СH₂+ …

-СH₂-CH=CH-СH₂– СH₂-CH=CH-СH₂+ …

Формула строения бутадиенового каучука: (-СH₂-CH=CH-СH₂-)n.

Отличительной особенностью процесса полимеризации является то, что при этом молекулы исходного вещества или веществ соединяются между собой с образованием полимера, ен выделяя при этом каких-либо других веществ.

Некоторые синтетические каучуки получают из различных мономеров в результате их совместной полимеризации, называемой сополимеризацией.

б) Сополимеризация бутадиена и стирола чаще всего осуществляется в эмульсии.

СH₂=CH-CH= СH₂ + СH=CH₂ + СH₂=CH-CH= СH₂+ СH=CH₂ +…

| |

С₆Н₅ С₆Н₅

-СH₂-CH=CH- СH₂ – СH-CH₂ – СH₂-CH=CH- СH₂– СH-CH₂ -…

| |

С₆Н₅ С₆Н₅

(-СH₂-CH=CH- СH₂ – СH-CH₂ –)n

С₆Н₅

Полимеризация в эмульсиях даёт возможность получать огромные количества различных сополимерных каучуков, обладающих ценными техническими качествами, но всё же достаточно далёких от натурального каучука и не удовлетворяющих всем требованиям потребителей.

В настоящее время, для получения синтетических каучуков, в основном используются углеводороды, содержащиеся в нефтяных газах и продукты переработки нефти.

3.Важнейшие виды синтетического каучука.

Известно много синтетических каучуков, но самые распространённые это: Бутадиеновый, Дивиниловый, Изопреновый, Хлоропреновый, Бутадиенстирольный.

Бутадиеновый синтетический каучук явился первым синтетическим каучуком, производство которого было освоено в крупных промышленных масштабах во многих странах. В 1932 году в нашей стране были построены первые заводы по производству синтетического каучука, а в 1937-1940 годах производство бутадиенового синтетического каучука было организовано в Германии и США. Сырьём для получения бутадиенового каучука служил этиловый спирт, который получали из крахмала картофеля или зерна.

Каучук это – виды, свойства, получение и применение

Каучук это материал, который широко применяется в промышленности и в быту. Это происходит за счёт наличия у него важных свойств, нашедших применение в большинстве сфер человеческой деятельности. Что он собой представляет, как получают, каковы преимущества — об этом и многом другом будет рассказано в этой статье.

Содержание

История открытия
Физико-химические свойства каучука
Натуральный каучук
Синтетический каучук и его основные виды
Получение синтетического каучука
Применение каучука
Интересные факты о каучуке
Заключение

История открытия

Это вещество известно человечеству много сотен лет. Известно, что инки и майя делали из каучука шары для игры в мяч. Археологи находили их при проведении раскопок, причём их возраст достигал 900 лет.

Европейцы узнали об этом материале гораздо позже. Колумб в 1493 г. на Гаити увидел туземцев, которые играли мячом, сделанным из каучука.

Когда испанцы взяли их в руки, они обнаружили, что каучук липкий и тяжёлый, при этом пахнет дымом. Чтобы изготовить такие мячи местные жители собирали млечный сок из гевеи. Из него скатывали мячи и давали изделию загустеть.

Применение необычного материала этим не ограничивалось. Индейцы из него делали калоши. Хотя они не пропускали воду, но в жару начинали плавиться и прилипали к ногам. Если получалось так, что эта обувь растягивалась, то она уже никогда не сжималась так, чтобы соответствовать прежнему размеру.

Колумб привёз образцы каучука в Европу, однако там в течение долгого времени не удалось изготовить предметы подобные тем, которыми пользовались индейцы.

В течение двух веков этот материал оставался диковинкой до тех пор, пока в 1730 г. британский химик Джозеф Пристли не выяснил, что каучук может вытирать то, что написано графитовым карандашом. В 1791 г. бизнесмен из Англии Самуэль Пил получил патент на изобретённый им способ обработки одежды, позволяющий сделать её водонепроницаемой с помощью каучука. Начиная с 1820 г. во Франции научились на основе этого материала изготавливать подвязки для женщин и подтяжки для мужчин. Для этого использовались каучуковые нити, которые были сплетены с тканью.

Британский учёный Чарльз Макинтош придумал, что между слоями ткани можно прокладывать слой каучука и таким образом получить водонепроницаемый материал для изготовления плащей. В 1823 г. им было начато производство такой одежды. К сожалению плащ, изготовленный таким образом не выдерживал холода или жары. В первом случае он становился задубевшим, а во втором — начинал расползаться.

Учёные стали искать способы сделать из каучука материал, который был бы лишён упомянутых недостатков. Американский изобретатель Чарльз Гудьир в 1839 г. решил эту проблему, добавив серу в каучук.

Оказалось, что если положить на печь ткань, покрытую каучуком, а затем нанести слой серы и подогреть, то получившийся материал будет лишён указанных недостатков.

Обогащение каучука серой стало называться вулканизацией. В результате была получена резина, которую стали активно использовать. К 1919 г. существовало около 40 тысяч различных видов резиновых изделий.

То, чем отличается каучук от резины, состоит в следующем:

у резины высокий уровень эластичности, прочности, стойкости к неблагоприятным воздействиям;
каучук ценен в первую очередь не своими эксплуатационными качествами, а тем, что он является сырьём для производства резины.

Знаете ли вы, в каком из городов производят каучук в России? Это Ярославль. Завод работает с 1932 года.

Физико-химические свойства каучука

Этот материал является эластичной массой, которую первоначально получали из гевеи. С течением времени млечный сок свёртывается и образует вязкий материал. Для того, чтобы этого не происходило, в него добавляют гидросернистый натрий или формалин.

Только что добытый сок каучука (латекс) характеризуется следующими свойствами:

Удельный вес составляет 0,9794 (при содержании каучука 35 г в 100 куб. см).

При температуре, равной 30 градусов тепла, вязкость находится в пределах от 12 до 15.

Размер каучуковых частиц равен 0,5-5 мк. В 1 куб. см сока их количество достигает 200 миллионов.

Каучук представляет собой полимер ненасыщенного углеводорода. Его химическая формула выглядит следующим образом: (C5H8)n — он представляет собой изопреновый полимер. Молекулярная масса этого вещества составляет 15000-30000. После проведения исследований учёные выяснили, что каучук состоит из полимера 2-метилбутадиена.

Натуральный каучук

99% такого материала получают из дерева гевеи. Для этого на коре делают надрезы в виде буквы V. В нижней части перпендикулярно поверхности устанавливается желобок, по которому постепенно стекает сок в миску, установленную ниже. Вытекание латекса (млечного сока гевеи) длится в течение полутора часов.

Содержание каучука в нём может быть различным. Это зависит от:

того, какой возраст у дерева, с которого собирают сок;
важное значение имеет состав почвы, в которой растёт гевея;
времени года, когда происходит сбор;
того, какая была в это время погода;
времени и качества сделанных надрезов;
других особенностей сбора латекса.

Для того, чтобы натуральный каучук можно было использовать, он должен пройти следующую обработку:

Сначала производится отжим. Он необходим для того, чтобы удалить из латекса излишнюю влагу.

После этого полученные полосы обматывают вокруг палки и просушивают над костром.

Полосы раскладывают в один слой и оставляют под лучами солнца.

Теперь осталось подержать над дымом.

Подготовленный таким образом каучук может служить сырьем для производства резины.

Сок добывают из тех деревьев, которым уже исполнилось 12 лет. В год может быть получено от 3 до 5,5 кг латекса.

Состав латексного раствора:

до 70% воды;
содержание каучука в различных случаях колеблется от 25% до 70%;
содержание других химических веществ, включая протеин, не превышает 1-2%.

Синтетический каучук и его основные виды

Бутадиеновый каучук применяется для изготовления автомобильных камер и шин. Эксплуатационные, а также физико-химические свойства изделий гораздо лучше по сравнению с натуральным материалом.

Одной из его особенностей является способность надёжно удерживать воздух. Она превосходит аналогичное качество природного материала примерно в 10 раз. Химия позволила создать материалы, которые по своим характеристикам существенно превосходят природный каучук.

Ещё одна область применения — изготовление эбонита или химически стойкой резины.

Хлоропреновый каучук поставляется клиентам в виде светло-жёлтой массы. Отличительные качества продукта:

высокая стойкость к огню и температурному воздействию;
он отличается невосприимчивостью к озону, низким температурам и другим видам погодного воздействия;
у него имеется высокий уровень адгезии к тканям, металлам и другим материалам.

Материал под действием растяжения способен кристаллизоваться. Это качество повышает его прочностные характеристики.

Материал, изготовленный на основе этилен-пропилена используется там, где нужна ударопрочная резина.

Кремнийорганические каучуки обладают повышенной стойкостью к температурному и химическому воздействию, к истиранию. Этот материал не пропускает газы.

Дивиниловый каучук используется для создания прокладок в установках высокого давления.

Получение синтетического каучука

Когда резина стала массово применяться в промышленности, природного каучука для её производства стало остро не хватать. Эта ситуация поставила перед учёными задачу синтеза искусственного материала с такими же физическими и химическими свойствами.

Получение синтетического каучука по методу Лебедева

Установка для получения этого материала была впервые введена в действие в тридцатых годах XX века.

Синтетический каучук производят из дивинила, который добывают при помощи реакции разложения спирта. Мономером искусственного каучука является изопрен. Материал получают в результате полимеризации.

Применение каучука

В чистом виде этот материал применяется редко. В большинстве случаев его используют в качестве основы для изготовления резины.

После того, как каучук привезли в Европу, до XVIII века каучук считался просто одной из заморских диковинок. Эластичность и водоотталкивающие свойства позволяли применять материал для изготовления обуви и одежды, не пропускающих воду, тем не менее низкие эксплуатационные качества мешали его распространению.

После того, как была открыта вулканизация каучука, позволившая изготавливать резину, использование нового материала стало очень распространённым. Постепенно качество резины улучшилось и из неё стали делать большое количество различных товаров.

В качестве примеров можно привести:

шины;
детские резиновые игрушки;
обувь;
одежду;
электрическую изоляцию для проводов;
конвейерные ленты;
медицинские изделия;
резиновые защитные перчатки.

Сейчас сложно назвать область человеческой жизни, где не применялась бы резина.

Натуральный каучук продолжает использоваться в настоящее время. Из него делают покрышки, амортизаторы, некоторые изделия для санитарных и гигиенических целей.

Интересные факты о каучуке

После того, как был открыт процесс вулканизации, материал стал активно использоваться в промышленности. При этом сока гевеи, который добывали в бразильских джунглях, стало не хватать.

Для того, чтобы увеличить производство каучука, на островах Ява и Суматра были созданы большие плантации гевеи.

Хотя основной источник натурального каучука — это гевея, тем не менее в природе есть и другие варианты получения этого сырья из растений.

Заключение

Использование каучука многогранно, однако при выборе материала нужно учитывать особенности различных его видов. Для этого будет полезным более подробно разобраться в том, что из себя представляет этот материал.

ХимияСложные эфиры – характеристика, классификация и примеры соединений

ХимияАлюминий – химические и физические свойства, особенности взаимодействия с веществами

Физические свойства резины | Molded Dimensions

Molded Dimensions — важный бизнес: открытие и отправка продукта.

Ситуация с коронавирусом продолжает меняться ежедневно. Вот обновления от Molded Dimensions.

1) Служащие: Мы начинаем работать из дома на должностях, где это возможно. Наши производственные сотрудники и другой необходимый персонал в Висконсине продолжают выходить на работу, и производство продолжается в обычном режиме. В дополнение к регулярной дезинфекции рабочих мест мы продолжаем предоставлять способы самодистанцирования и уменьшать перекрестное загрязнение между отделами и объектами.

2) Снабжение сырьем: Мы продолжаем следить за нашей базой снабжения, чтобы обеспечить наличие запасов сырья для обеспечения бесперебойных поставок нашим клиентам.

3) Производственное обязательство: Наши производственные сотрудники считаются «основными работниками критической инфраструктуры». Мы не планируем останавливать производство и отгрузку, если этого не требуют правительственные ограничения.

С уважением,
Патрик Родди
вице-президент по продажам

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕЗИНЫ

9-5 за F Gum 913

ТИП

НАТУРАЛЬНЫЙ КАУЧУК

СТИРОЛ БУТАДИЕН

БУТИЛ

НИТРИЛ

НЕОПРЕН

СИЛИКОН

ФТОРУГЛЕРОД

ГИДРИН

ЭПДМ

ПЕНТАТАН

Обозначение ASTM

СБР

ИИР

НБР

КР

ВМК

ФКМ

СО, ЭКО

ЭПМ, ЭПДМ

АС, ЕС

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Удельный вес

0,92-0,93

0,94

0,92

0,98

1,23-1,25

1,1-1,6

1,4-1,95

1,27-1,49

0,86

1,02-1,20

Теплопроводность

0,082

0,143

0,053

0,143

0,11

0,13

0,06-1,3

–

0,15

0,09-0,10

БТЕ/фут/час/кв.

фут/F

–

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Твердость, дюрометр

30А-90А

30А-95А

90А-95А

20А-90А

55А-95А

30А-95А

30А-90А

10А-80Д

Прочность на растяжение 1000 psi

3,5-4,5

2,5-3,0

2,0

1,0-3,5

0,5-3,5

1,5

2,0

2-3

0,5-3,5

08-8.0

Модуль (100%), фунт/кв. дюйм

150-3000

300-1500

50-500

100-1500

100-3000

–

200-2000

150-2000

100-3000

25-5000

Удлинение, %

500-700

450-500

300-800

400-600

100-800

150-450

320-350

100-700

250-800

Компрессионный набор, метод B, %

10-30

5-30

5-20

20-60

20-25

20-60

0,7-45

Эластичность (ASTM 945) %

20-90

–

50-80

30-60

40-70

50-80

40-75

5-75

Отскок (Башор)

–

10-60

–

50-80

–

40-70

50-80

40-75

20-65

Сопротивление гистерезиса

Отлично

Удовлетворительное качество

–

Очень хорошо

Удовлетворительное качество

Хорошо

Удовлетворительное качество

Стойкость к растрескиванию при изгибе

Отлично

Хорошо

–

Удовлетворительно-Хорошо

Очень хорошо

Удовлетворительно-отлично

Хорошо

Очень хорошо

Отлично

Прочность на разрыв

Отлично

Ярмарка

Хорошо

Ярмарка

Удовлетворительно-Очень хорошо

Очень хорошо

Удовлетворительное качество

Выдающийся

Стойкость к истиранию

Отлично

Хорошо

Отлично

Бедный

Хорошо

Удовлетворительное качество

Хорошо-Отлично

Выдающийся

Ударопрочность

Отлично

Хорошо

Отлично

Плохо-Хорошо

Хорошо

Очень хорошо

Выдающийся

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Диэлектрическая прочность

400-600

600-800

600-900

250

400-600

400-700

500

–

500-1000

330-700

ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА

Рабочая температура, F

Мин.

для непрерывного использования

-70

-65

-50

-65

-60

-178

-40

-50

-70

-65

Максимум для непрерывного использования

250

225

300

250

225

600

550

275

350

200

Тепловое старение при 212F

Б-К

Б-А

СТОЙКОСТЬ К ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

Озон

Бедный

Отлично

Бедный

Очень хорошо

Отлично

Выдающийся

Отлично

Выдающийся

Отлично

Окисление

Хорошо

Отлично

Удовлетворительное качество

Очень хорошо

Отлично

Выдающийся

Отлично

Выветривание

Ярмарка

Отлично

Хорошо

Очень хорошо

Отлично

Выдающийся

Хорошо

Вода

Отлично

Хорошо

Отлично

Хорошо

Отлично

Хорошо-Отлично

Радиация

Удовлетворительное качество

Хорошо

Бедный

Удовлетворительное качество

Хорошо

Удовлетворительное качество

Бедный

Хорошо

Хорошо-Отлично

Физические свойства и характеристики каучука

Следующая таблица представлена только в качестве руководства. Поговорите с нами, чтобы помочь вам выбрать лучший продукт для вашего приложения.

RFQ-формованные резиновые изделия

RFQ-Листовые и смешанные товары

RFQ-Кабельная оболочка и экструзия

9M. . . . .

ТОРГОВО0859	EPDM	СИЛИКОН	ВИТОН®
Chemical Name	Polyisoprene	Styrene butadiene	Polychloroprene	Acrylonitrile butadiene	Ethylene-propylene-diene terpolymer	Polysiloxane	Fluorinated hydrocarbon
Обозначение SAE 1200 и ASTM D-2000	AA	AA, BA	BC, BE	BF, BG, BK	BA, CA	FC, FE, GE	HK
ASTM D-1418 Обозначение	NR	SBR	CR	NBR	EPDM	VMQ 9K2	F	0
Минимум	-55ºC	-55ºC	-40ºC	-40ºC	-55ºC	-65ºC	-400ºC	-65ºC	-4029	-65ºC	-4029	-65ºC	-400ºC	-65ºC	-45.
Температура	(-67ºF)	(-67ºF)	(-40ºF)	(-40ºF)	(-67ºF)	(-85ºF)	(-40ºF)
Максимум	50ºC	70ºC	100ºC	100ºC	120ºC	225ºC	225CT
Температура	(122ºF)	(158ºF)	(212ºF)	(212ºF)	(275ºF)	(437,f)	887779929.	(437,f)	878777779	.
Обычная полка	5 марта	5 марта	10 мая	10 мая	10 мая	8 До
Срок службы	лет	лет	лет	лет	лет	20 лет	20 лет	6
Преимущества	Превосходная эластичность Хорошая гибкость при низких температурах	Очень хорошая гибкость при низких температурах	Хорошая огнестойкость	Очень хорошая стойкость к маслам и топливу	Отличная стойкость к теплу, озону и солнечному свету	Эластичность при экстремальных температурах	Отличная стойкость к широкому спектру масел, топлива, растворителей и кислот при высоких температурах
			Очень хорошая стойкость к погодным условиям, озону и естественному старению	Превосходная стойкость к гидравлическим жидкостям на нефтяной основе	Очень хорошая гибкость при низких температурах	Низкая остаточная деформация при сжатии Отличная стойкость к ультрафиолетовому излучению, атмосферным воздействиям и озону	Очень хорошая непроницаемость для газов и пара
			Очень хорошая стойкость к щелочам и кислотам	Широкий диапазон рабочих температур	Хорошая стойкость к щелочам, кислотам и растворителям	Инертный, без запаха, без вкуса и нетоксичный	Очень хорошая погода, озон устойчивость к солнечному свету
				Очень хорошая стойкость к щелочам и кислотам	Превосходная стойкость к воде и пару
Ограничения	Плохая стойкость к теплу, озону и солнечному свету	Плохая стойкость к теплу, озону и солнечному свету	Плохая или низкая стойкость к ароматическим растворителям	Низкая стойкость к озону, солнечному свету и естественному старению	Плохая стойкость к маслам, топливу и к углеводородным растворителям	Плохая стойкость к истиранию и разрыву	Сильно разрушается некоторыми растворителями, такими как сложные эфиры, простые эфиры и уксус
	Очень низкая устойчивость к маслам, топливу и углеводородным растворителям	Очень низкая устойчивость к маслам, топливу и углеводородным растворителям щелочи и кислоты

RFQ – Формованные резиновые изделия

Запрос предложений – Защитное покрытие и смешанные товары

Запрос предложений – Кабельная оболочка и экструзия

F 9G

Physical Properties	NATURAL RUBBER	SBR	NEOPRENE	NITRILE (BUNA-N)	EPDM	SILICONE	VITON®
Прочность на растяжение	E	F-G	VG	VG	F-G	VG 9 9
Предельное удлинение	VG-E	G	G	G	G	VG-E	F-G
Компрессионный комплект	G	G	F-G	G	G	VG-E	VG-E
Теплостойкость	F	F-G	F-G	G	VG-E	E	E
Огнестойкость	P	P	G	P	P	F-G	VG-E
Эластичность	E	F-G	VG	F-G	G	G	F
Износостойкость	E	VG-E	VG-E	VG-E	VG-E	P-F	0
Водонепроницаемость	E	VG-E	G	VG-E	E	VG-E	G

Chemical Resistance	NATURAL RUBBER	SBR	NEOPRENE	NITRILE (BUNA-N)	EPDM	SILICONE	VITON®
Кислоты	F-G	F-G	G	G	G	F
Спирт	G	G	VG	F-G	F-G	G	F-G
Животные и растительные масла	F	F	G	VG	G	G	E
Масла и топливо	P	P	F-G	G-E	P	P-F	E
Углеводородные растворители	P	P	G	E	P	P-F	E
Кислородсодержащие растворители	G	G	P-F	P	VG	F	P

E = ОТЛИЧНО
В. Г. = ОЧЕНЬ ХОРОШО
Г = ХОРОШО
F = УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНЫЙ
П = ПЛОХОЙ

Эти данные и информация предназначены исключительно для ознакомления. Полные данные о физических свойствах продуктов предоставляются по запросу. Характеристики могут варьироваться в зависимости от конкретной резиновой смеси и партии.

Viton® является зарегистрированным товарным знаком Dupont.

Физико-механические свойства каучука

Широкий выбор передового оборудования

Благодаря широкому спектру современного лабораторного оборудования ERT может тестировать или измерять:

Плотность (ISO2781)

Твердость по Шору A (ISO7619-1), IRHD (ISO48), N и M

Напряжение-деформация свойства резиновых смесей при комнатной и повышенной температуре (предел прочности, относительное удлинение при разрыве, жесткость (ISO-37)

Диаграмма силы сжатия (модуль объемного сжатия) (ISO7743)

Прочность на разрыв (все методы) (ISO34-1)

Упругость (Schob) резиновых смесей (ISO4662)

Остаточная деформация при сжатии и растяжении (также в жидкостях) (ISO815) -1, 815-2 и ISO2285)

Релаксация резиновых смесей при сжатии и растяжении (ISO3384 или ISO6914)

Износостойкость резиновых смесей (ISO4649)

Испытания проводятся стандартно в соответствии с ASTM , стандарты DIN и/или ISO. Мы также можем удовлетворить любые специфические требования клиентов к испытаниям.

Вам нужна дополнительная информация о физико-механических свойствах резиновых смесей?

Пожалуйста, оставьте свои данные в контактной форме внизу этой страницы. Мы ответим как можно скорее.

Плотность (ISO2781)

Плотность — это определение удельного веса материала. Это может быть (не)вулканизированная резина, пена, TPE или пластик. Эти анализы часто необходимы для контроля качества резиновых смесей и определения количества конкретных ингредиентов, необходимых для производства определенного объема материала. Например, чтобы определить, сколько граммов резиновой смеси необходимо для изготовления определенного образца или изделия из резины. 9вернуться к началу

Твердость по Шору A (ISO7619-1),

IRHD (ISO48), N и M

Твердость можно определить с помощью различных методов (например, по Шору A или IRHD). Shore A и IRHD N (нормальный) используются для измерения толстых образцов, а IRHD M (микро) используется для тонких образцов или образцов с определенной кривизной (уплотнительные кольца).

Испытания проводятся в соответствии со стандартом ISO 48 (IRHD) или ISO7619-1 (Shore A), если не требуется иное.

Вам нужна дополнительная информация об определении твердости? 9вернуться к началу

Прочность на растяжение резиновых смесей при комнатной и повышенной температуре

(предел прочности при растяжении, относительное удлинение при разрыве, жесткость (ISO-37)

Прочность при растяжении показывает, какое усилие или напряжение резиновый материал может выдержать до разрыва. Относительное удлинение при разрыве степень деформации материала.Жесткость выражается, например, как модуль 100% или модуль 300%.Это указывает на напряжение, необходимое для деформации материала на 100% или 300%.
Мы можем проводить эти испытания как при комнатной температуре, так и при при повышенных температурах, специфичных для применения 9вернуться к началу

Диаграмма силы сжатия (модуль объемного сжатия) (ISO7743)

Одним из особых свойств материала каучука является то, что он несжимаем, поэтому он имеет высокий модуль объемного сжатия, что означает, что для его сжатия требуется значительное усилие.

Испытание проводится в соответствии со стандартом ISO 9026, если не требуется иное.

У вас есть вопрос о модуле объемного сжатия?

Пожалуйста, оставьте свои данные в контактной форме внизу этой страницы. Мы ответим как можно скорее. 9вернуться к началу

Прочность на разрыв (все методы) (ISO34-1)

Существуют различные методы измерения прочности на разрыв, включая серповидный, угловой, брючный и Дельфтский. Все эти методы дают конкретные результаты, и их нельзя сравнивать. Мы можем проводить эти испытания как при комнатной температуре, так и при повышенных температурах, характерных для конкретного применения.
Прочность на разрыв указывает силу, которую резиновый материал может выдержать после повреждения материала.

Испытание проводится в соответствии со стандартом ISO 34-1, если не требуется иное. 9вернуться к началу

Упругость (Schob) резиновых смесей

(ISO4662)

Упругость является мерой эластичности резины и важна для определенных областей применения. Резиновые демпфирующие изделия обычно требуют низкой упругости, в то время как эластичные изделия требуют высокой эластичности. Упругость резины определяется путем опускания молотка на образец резины с заданной высоты и измерения того, насколько далеко он отскакивает от исходной высоты.

Испытание проводится в соответствии со стандартом ISO 4662, если не требуется иное. 9вернуться к началу

Остаточная деформация при сжатии и растяжении (также в жидкостях) (ISO815-1, 815-2 и ISO2285)

Резиновые изделия (например, уплотнения, прокладки) обычно проявляют остаточную деформацию после сжатия в течение длительного времени. Остаточная деформация при сжатии представляет собой стандартизированную меру остаточной деформации материала после его сжатия или деформации в течение заданного времени в контролируемых условиях. Измеренная остаточная деформация при сжатии является важным параметром материала для уплотнений. Эти тесты также могут показать, был ли материал или продукт вулканизирован должным образом. 9вернуться к началу

Релаксация напряжения сжатия и растяжения резиновых смесей (ISO3384 или ISO6914)

Резина является вязкоупругим материалом, т.е. при деформации, как при растяжении, так и при сжатии, определенная часть материала (вязкая часть) стремится течь . Это называется стресс-расслабление. Уровень релаксации напряжения определяется путем непрерывной регистрации усилия, необходимого для удержания продукта в сжатом или натянутом состоянии с определенной скоростью.
Материалы с высокой степенью релаксации напряжения, т. е. с относительно большим уменьшением силы с течением времени, с большей вероятностью будут давать течь при герметизации. 9вернуться к началу

Износостойкость резиновых смесей (ISO4649)

Износостойкость измеряется с помощью теста на истирание по DIN. Это испытание включает воздействие на резиновый испытуемый материал вращающегося барабана, покрытого наждачной бумагой. После воздействия ровно 40 метров наждачной бумаги измеряется объем износа в мм3.

Испытание проводится в соответствии со стандартом ISO 4649, если не требуется иное.

Вам нужна дополнительная информация об износостойкости? 9вернуться к началу

Запрос информации об испытаниях физико-механических свойств

Пожалуйста, заполните эту форму, и мы свяжемся с вами как можно скорее.

Имя

Фамилия

Название компании

Номер телефона

Почтовый индекс

Страна

У меня есть вопрос о

Плотность Твердость по Шору А (ISO7619-1), IRHD (ISO48), N и M Напряженно-деформационные свойства резиновых смесей при комнатной и повышенной температуре Диаграмма силы сжатия Прочность на разрыв Эластичность (Шоб) резиновых смесей Набор для сжатия и растяжения (также в жидкостях) Релаксация напряжений сжатия и растяжения резиновых смесей Износостойкость резиновых смесей

Вопрос

Отправляя эту форму, я даю согласие на использование ERT bv этих данных для обработки моей регистрации.

Конфиденциальность

Ваша информация не будет использоваться для каких-либо других целей и не будет передана третьим лицам. Ваши данные могут быть удалены в любое время. Для получения дополнительной информации о том, как мы обрабатываем ваши данные, ознакомьтесь с нашим заявлением о конфиденциальности.

Мы будем рады помочь Вам

Свойства натурального каучука | Learnbin

Свойства натурального каучука

Натуральный каучук представляет собой природный латекс с длинноцепочечным полимером цис-полиизопрена. Натуральный латекс представляет собой жидкость белого цвета, которую собирают, постукивая по каучуковому дереву. Существует более 200 различных видов натурального каучука. Но Hevea brasiliensis является коммерчески значимым источником натурального каучука.

Объявления

Преимущества натурального каучука

Хорошая технологичность
Отличные эластичные свойства
Хорошая прочность на растяжение
Высокое удлинение
Хорошее сопротивление разрыву
Хорошая износостойкость
Накопление тепла при динамическом напряжении очень низкое. Небольшой коэффициент рассеяния.
Отличная морозостойкость
Хороший электрический изолятор
Благодаря неполярным свойствам натурального каучука он обладает высокой устойчивостью к воде и кислотам.

Недостатки натурального каучука

Плохая устойчивость к атмосферным воздействиям и озону
Без добавления специальных ингредиентов натуральный каучук имеет плохие термостойкие свойства. Типичный диапазон рабочих температур натурального каучука составляет от -55 ℃ до +82 ℃.
Натуральный каучук не растворяется в маслах или воде. Но он будет набухать в маслах и топливах.
Поскольку натуральный каучук неполярен, он вообще непригоден для использования с органическими жидкостями, хотя вулканизация значительно улучшает устойчивость к набуханию. Но NR можно использовать с низкомолекулярными спиртами.

Общие свойства натурального каучука

01. Молекулярная масса

Натуральный каучук представляет собой высокомолекулярный полимер. Молекулярная масса может достигать 6000000 г/моль. Как правило, синтетический каучук имеет диапазон молекулярной массы от 5000 до 10000 г/моль. Молекулярный вес натурального каучука нельзя контролировать, а молекулярный вес синтетического каучука можно контролировать. Полимеры с высокой молекулярной массой обладают высокими физическими свойствами.

Потому что молекулы полимера хорошо запутаны и соединены друг с другом. Следовательно, межмолекулярные взаимодействия высоки. Так, повышаются такие физические свойства, как предел прочности при растяжении, ударная вязкость, напряжение сдвига, вязкость. Но коммерчески важный диапазон молекулярной массы составляет 10 000–100 000 г/моль.0005 Рисунок 01: Изменение физических свойств в зависимости от молекулярной массы

02. Растворимость в жидкостях

Молекулы натурального каучука (цис-полиизопрена) очень неполярны. Поэтому он не может растворяться в полярных растворах. Однако натуральный каучук также очень трудно растворяется в неполярных растворах. Поскольку натуральный каучук имеет длинноцепочечные молекулы, они сильно запутаны. Вулканизированная резина также не растворяется в жидкостях и набухает в растворителях.

Рисунок 02: Цис-полиизопрен

03. Изменение свойств при повышении температуры

Полимеры изменяют свои свойства из стеклообразного состояния в каучукоподобное при повышении температуры. В стеклообразном состоянии полимер хрупок, со стеклообразными полимерами трудно работать. Температура, при которой полимер переходит из стеклообразного состояния в каучукоподобное, называется «температурой стеклования (T _g )». Tg натурального каучука составляет около -67 ℃, а температура плавления составляет около 180 ℃. В этой области натуральный каучук сохраняет свои резиноподобные свойства. Итак, натуральный каучук находится в каучукоподобном состоянии в широком диапазоне температур. После вулканизации Т _г увеличится.

04. Кристаллизация под действием деформации

Натуральный каучук представляет собой аморфный полимер. При приложении напряжения молекулы каучука располагаются вдоль направления действия силы. Поэтому некоторые участки каучука кристаллизуются. Это явление называется деформационной кристаллизацией. Это уникальное свойство натурального каучука. По мере кристаллизации T _g и температура плавления (T _m ) также увеличивались. А также повысится предел прочности полимера. Поэтому натуральный каучук показывает высокие свойства при растяжении даже без наполнителей.

Рисунок 03: Кристаллизация натурального каучука под действием деформации

Рекламные объявления

05. Способность к вулканизации

Вулканизация – это процесс, при котором образуются поперечные связи между цепями каучука. Это повысит упругие свойства натурального каучука. Когда к невулканизированному каучуку (сырому каучуку) прикладывается сила, она растягивается, а затем при снятии силы резина не будет полностью восстановлена до своих первоначальных размеров. Таким образом, невулканизированная резина просто ведет себя как пластик. Но вулканизированная резина растягивается при приложении силы и восстанавливается до своего исходного состояния (или очень близкого к исходному состоянию) при снятии силы. Это происходит из-за поперечных связей в вулканизированной резине. Вулканизированная резина является примером эластомеров.

Figure 04: Crosslinks formation of natural rubber

Physical, mechanical, and thermal properties of natural rubber

7 Удлинение

Property	Natural rubber
Density	1100Kg/m3
Hardness	30-90 Shore A
Прочность на растяжение	5 МПа
Модуль Юнга	50 МПа
9	500%-900%
компрессия набор	10-30%
Специфическая гравитация	0,92-0,93
Термический Проводник 0,92-0,93
Термический обратный ход.	220 ×10 ^–6 m/mK)
Glass transition temperature (Tg)	–72 ℃
Melting temperature (T _m )	177 ℃
Теплоемкость	1300 Дж/г·К

Таблица 01. Физические, механические и термические свойства натурального каучука org – Резина – Плотность – Прочность – Температура плавления – Теплопроводность

Рисунки:

Изображение на обложке было разработано с использованием изображения Slashme, лицензированного под лицензией CC BY-SA 4.0, через Wikimedia Commons.

Свойства жидкой силиконовой резины – SIMTEC

Почему выбирают жидкую силиконовую резину (LSR)?

При выборе материалов для изготовления ответственных деталей и компонентов обратите внимание на жидкую силиконовую резину (LSR). LSR — это основной материал, который мы обрабатываем в SIMTEC — в результате нет лучшего партнера для ваших производственных нужд, и нет никого более опытного в том, чтобы помочь клиентам максимально использовать его.

Характеристики и химические свойства жидкого силиконового каучука делают его идеальным материалом для применения в различных отраслях промышленности. Продолжайте читать, чтобы узнать больше, или свяжитесь с SIMTEC напрямую для получения дополнительной информации.

Химический состав силиконовой резины

Уникальные физические свойства силиконовой резины являются результатом ее химической структуры. Силиконовый каучук представляет собой эластомер, состоящий в основном из цепочки молекул, известной как силоксановая связь (-Si-O-Si-). Эта цепь фактически является «основой» силиконового каучука, к которой можно добавлять различные органические химические группы, изменяя ее механические и материальные характеристики.

Силиконовый каучук отличается от других эластомеров прочностью силоксановой связи. В то время как углеродные связи имеют энергию связи 355 кДж/моль, прочность силоксановой связи составляет 433 кДж/моль. Это способствует его большей термостойкости, химической стойкости и электроизоляционным свойствам.

В то же время силиконовые связи также характеризуются низкими межмолекулярными силами, что означает, что другие присоединенные к ним химические группы могут свободно вращаться. Благодаря этому жидкий силиконовый каучук обладает такими свойствами материала, как высокая степень эластичности и сжимаемости, а также водоотталкивающими свойствами и хорошей отделяемостью.

Механические свойства LSR

Различные марки силиконового каучука имеют разные свойства материала. Эта универсальность является одной из причин, по которой LSR используется во многих разнообразных приложениях. Независимо от того, требуется ли вам медицинский или пищевой продукт, обеспечивающий превосходную устойчивость к бактериям, или автомобильный компонент, который может выдерживать чрезмерное нагревание и вибрацию, механические свойства жидкого силикона делают его отличной отправной точкой.

Ключевые свойства материала силиконового каучука включают его быстрое отверждение и низкую остаточную деформацию при сжатии, его сопротивление разрыву, теплу, воде и маслу, его прозрачность и электропроводность, а также его общую прочность и длительный срок службы. Вы можете использовать LSR при температуре от -100°C до 200°C, подвергать его воздействию ветра, дождя и ультрафиолетового излучения в течение длительного времени или погружать в воду, масло или растворители. Различные сорта LSR обладают свойствами материала, которые могут выдержать даже самые требовательные приложения.

Как используется жидкая силиконовая резина?

Наиболее распространенное применение силиконового каучука — производство деталей LSR. Детали LSR используются в различных отраслях промышленности. Их паростойкость и низкая остаточная деформация при сжатии делают их отличным выбором для прокладок и крепежа в бытовых приборах, таких как микроволновые печи. Их проводимость и сопротивление усталости делают их идеальными для электронных интерфейсов на клавиатурах или сенсорных панелях. Их маслостойкость и термостойкость обеспечивает длительный срок службы автомобильных компонентов.

Свойства деталей LSR

Особые свойства материала LSR являются результатом его уникальной химической структуры. Его основа образована серией силоксановых связей, которые по сравнению с углеродными связями более прочны и стабильны. Это позволяет жидкому силиконовому каучуку быть:

Химически инертным

Жидкий силиконовый каучук имеет органическую основу и, следовательно, является инертным, что означает, что он не вступает в химическую реакцию с другими. LSR также устойчив к повреждениям от воды, окисления, УФ-лучей, озона и радиации, а также к различным щелочным или кислотным продуктам. Для продуктов, подвергающихся частой очистке, воздействию воды и влаги, используемых на открытом воздухе или в других суровых условиях, LSR обладает химическими свойствами, позволяющими хорошо работать в этих условиях.

Гипоаллергенный

Гипоаллергенный и нетоксичный по своей сути, LSR не вызывает раздражения или аллергических реакций при контакте даже у людей с чувствительной кожей. Для респираторных изделий, таких как кислородные и CPAP-маски, или таких продуктов, как наушники, слуховые аппараты или носимые устройства для мониторинга, которые носят в течение длительного периода времени, LSR обеспечивает безопасное и удобное решение.

Биосовместимость

Молекулярная структура LSR также способствует его биосовместимости. Он без запаха и не имеет вкуса. Поскольку он также соответствует требованиям Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA), он широко используется в продуктах для детей и других продуктах питания и напитках.

Физические свойства

Физические и термические свойства LSR являются исключительными и являются причиной того, что LSR является предпочтительным выбором по сравнению с другими эластомерными полимерами. ЛСР сохраняет свои физические свойства в широком диапазоне температур – как высоких, так и низких, от -60 до 180 градусов Цельсия в зависимости от марки.

Дополнительные физические характеристики включают:

Комплект для сжатия: детали LSR сохраняют свою форму при сжатии
Поверхность: LSR имеет естественную гладкую текстуру
Модуль: LSR обеспечивает гибкость и жесткость
Уплотнения: LSR широко используются благодаря своим уплотняющим свойствам
Чувствительный: чувствительный, чувствительный и идеально подходит для тонких сенсорных мембран
Изоляция: Естественная изоляция – электрически и термически
Твердость: доступен ряд твердомеров, наиболее часто используются твердомеры по Шору A от 5 до 80

Формованные детали из жидкого силикона не имеют запаха и вкуса. Уникальные цвета и визуальные эффекты могут быть достигнуты за счет использования пигментов и мастер-концентратов. Детали также безопасны для озона и ультрафиолета. К другим примечательным особенностям деталей из жидкого силиконового каучука относятся:

Стойкость к пару и влажности
Огнестойкость
Комплект с низкой ползучести и сжатием
Атмосферостойкость
Поглощение вибрации
Коррозионная стойкость
Устойчивость к плесени, грибку и росту бактерий
Распознавание компонентов UL
И многое другое

Доступно множество различных вариантов LSR для поддержки потенциальных приложений в самых разных отраслях. Чтобы узнать больше о конкретных свойствах различных продуктов из жидкого силиконового каучука, свяжитесь с SIMTEC, чтобы поговорить с одним из наших штатных инженеров.

Применение жидкой силиконовой резины

В этот момент вы можете спросить, для чего именно используется силиконовая резина. Жидкий силиконовый каучук является очень универсальным материалом, и каждый день открываются и тестируются новые области его применения. Это опора в производстве медицинских изделий, автомобильных компонентов, электроники и потребительских товаров, прокладок и другого оборудования, а также на многих других рынках.

Типичные продукты из жидкого силиконового каучука, производимые SIMTEC, включают:

Катетерная трубка
Соединители/мембраны
Прокладки, уплотнения и уплотнительные кольца
Ручные инструменты
Кнопки с подсветкой
Прицелы для безыгольных клапанов
Стяжные кольца
Устройства для контакта с кожей
Сенсорные кнопки/поверхности
Детали, стерилизованные паром
Наконечники для шприцев
Компоненты клапана
И многое другое

Свяжитесь с SIMTEC, чтобы обсудить ваш проект сегодня

Компания SIMTEC располагает одним из самых передовых производственных предприятий в стране, а также многолетним опытом помощи нашим клиентам в разработке инновационных решений проблем, которые стоят им денег и влияют на их производительность.

Жидкий силиконовый каучук не является правильным выбором для всех областей применения, но есть большая вероятность, что у него есть области применения, которые вы еще не рассматривали. Для получения конкретной информации об альтернативных материалах и приложениях мы рекомендуем посетить нашу страницу технической информации или связаться с нами напрямую.

Термопластичный каучук (TPR): материалы и свойства

Наши решения Industries Ресурсы Купить поставки. Служба поставщика

Аддитивное производство

Металл 3D -печать

CNC Machining

Wire EDM.

Производство пластиковых деталей

Производство металлических деталей

Решения с добавленной стоимостью

Узнать больше

Сертификаты

ResourcesMaterialsТермопластичная резина (TPR): материалы и свойства

Узнайте все о химических и физических свойствах этого материала.

от Team Xometry

15 августа, 2022

5 мин. Читать

Последние истории

IMTS 2022 Резюме

28 сентября 2022

2 мин.

Проектирование Проектирование: Laser and Sheet Ruttring

Сентябрь. 27, 2022

Access Xometry 2022 Q3 Supply Chain Insights [инфографика]

26 сентября 2022 г.

Термопластичный каучук — это материал, который обладает эластомерными свойствами каучука, но при этом его легко обрабатывать с использованием существующего оборудования для обработки термопластов, такого как литье под давлением. Следует отметить, что TPR имеет другой химический состав по сравнению с каучуком и не содержит латекса. TPR был создан для замены типичных изделий из вулканизированной резины, которые требуют больше времени, затрат и трудностей в обработке.

Ключевые свойства термопластичного каучука включают превосходную усталостную прочность, химическую стойкость, ударопрочность и возможность повторного использования.

В этой статье описываются типичные свойства термопластичных каучуков, способ их производства, их химическая стойкость и происхождение.

Что такое термопластичная резина (TPR)?

Термопластичный каучук (TPR) представляет собой полукристаллический материал, обладающий как резиноподобными, так и термопластическими свойствами. Это означает, что он является гибким и может быть изготовлен с использованием таких методов обработки расплава, как литье под давлением. Материал TPR синтезируется с использованием блок-сополимеров, таких как SBS (стирол-бутадиен-стирол). Термопластичный каучук также может быть описан как термопластичный эластомер. Однако при сравнении TPR с типичным TPE, TPE в основном изготавливаются из полимеров на основе SEBS (стирол-этилен-бутадиен-стирол), тогда как TPR изготавливаются из полимеров SBS.

Каково происхождение термопластичной резины?

Термопластичная резина стала коммерчески доступной в 1950-х годах и использовалась в 1960-х годах для производства резиновых подошв для обуви, которые имели свойства резины, но легкость обработки термопластов. Происхождение TPE можно проследить до новаторской работы, проделанной ученым из компании BF Goodrich в 1920-х годах с изобретением пластифицированного поливинилхлорида.

Какова цель материала TPR?

9Материал 0006 TPR был разработан как более легкая в обработке альтернатива обычному вулканизированному каучуку. Производство вулканизированной резины требует много времени, дорого и трудоемко. Однако каучук TPR может быть изготовлен так же легко и недорого, как и другие распространенные термопластические материалы, с использованием таких процессов, как литье под давлением.

Каковы свойства термопластичной резины?

Свойства термопластичной резины сравнимы со свойствами вулканизированной резины и термопластов. В следующих таблицах приведены химические и физические свойства TPR:

Химические свойства	Определение
Химические свойства 9000. Компания. масла, смазки и углеводороды.
Химические свойства Легко окрашивается	Определение TPR может производиться в широком диапазоне цветов, а также может быть окрашен.
Химические свойства Пригоден для вторичной переработки	Определение Благодаря своей термопластичной природе TPR можно перерабатывать так же легко, как и другие термопласты.

Химические свойства

Определение

Химические свойства

9000. Компания. масла, смазки и углеводороды.

Химические свойства

Легко окрашивается

Определение

TPR может производиться в широком диапазоне цветов, а также может быть окрашен.

Химические свойства

Пригоден для вторичной переработки

Определение

Благодаря своей термопластичной природе TPR можно перерабатывать так же легко, как и другие термопласты.

Таблица 1. Химические свойства TPR

Физические свойства	Определение
Физические свойства Ударопрочность	Определение Большинство эластомерных материалов, включая TPR, обладают отличной прочностью на сжатие и поэтому могут выдерживать ударные нагрузки.
Физические свойства Диапазон температур	Определение TPR может сохранять свои свойства в широком диапазоне температур от -40 °C до 120 °C.
Физические свойства Высокая эластичность	Определение TPR обладает превосходной полиэластичностью, которую можно сравнить с вулканизированными каучуками и термореактивными уретановыми эластомерами.
Физические свойства Широкий диапазон твердости	Определение TPR могут быть очень твердыми с диапазоном твердости от 5 до 8 по Шору 00 шкала Д.
Физические свойства Сопротивление усталости при изгибе	Определение TPR могут выдерживать несколько циклов нагрузки/разгрузки без выхода из строя из-за усталости. Вот почему их часто используют для изготовления подошв обуви.
Физические свойства Сопротивление разрыву и истиранию	Определение TPR устойчив к разрыву при надрезе, а также обладает отличной стойкостью к истиранию.
Физические свойства Электрический изолятор	Определение TPR может вести себя как электрический изолятор.

Физические свойства

Определение

Физические свойства

Ударопрочность

Определение

Большинство эластомерных материалов, включая TPR, обладают отличной прочностью на сжатие и поэтому могут выдерживать ударные нагрузки.

Физические свойства

Диапазон температур

Определение

TPR может сохранять свои свойства в широком диапазоне температур от -40 °C до 120 °C.

Физические свойства

Высокая эластичность

Определение

TPR обладает превосходной полиэластичностью, которую можно сравнить с вулканизированными каучуками и термореактивными уретановыми эластомерами.

Физические свойства

Широкий диапазон твердости

Определение

TPR могут быть очень твердыми с диапазоном твердости от 5 до 8 по Шору 00 шкала Д.

Физические свойства

Сопротивление усталости при изгибе

Определение

TPR могут выдерживать несколько циклов нагрузки/разгрузки без выхода из строя из-за усталости. Вот почему их часто используют для изготовления подошв обуви.

Физические свойства

Сопротивление разрыву и истиранию

Определение

TPR устойчив к разрыву при надрезе, а также обладает отличной стойкостью к истиранию.

Физические свойства

Электрический изолятор

Определение

TPR может вести себя как электрический изолятор.

Таблица 2. Физические свойства TPR

Как производится термопластичная резина?

TPR представляет собой блок-сополимер, состоящий из SBS (стирол-бутадиен-стирол), который по существу представляет собой синтетический каучук. SBS и, в более широком смысле, TPR производятся с использованием живой анионной полимеризации. Это процесс цепной полимеризации, в котором участвуют два мономера, а именно: бутадиен и стирол; и полимеризует их в SBS. Это создает полимерную структуру, которая содержит твердые кристаллические области, состоящие из стирола, и мягкие аморфные области, содержащие бутадиен. Стирол обеспечивает термопластические свойства, тогда как бутадиен обеспечивает эластомерные свойства.

На рисунке ниже показаны различия между аморфными, полукристаллическими и кристаллическими молекулярными структурами:

Аморфные, полукристаллические и кристаллические полимерные структуры.

Изображение предоставлено: petrroudny43/Shutterstock.com

TPR обычно производится в виде пластиковых гранул, которые затем используются в следующих производственных технологиях:

Литье резины под давлением: Расплавленный пластик впрыскивается в форму для создания деталей сложной формы. В качестве альтернативы, TPR формован поверх более жесткой конструкции для создания мягких захватов; этот процесс называется многослойным формованием.
Выдувное формование: Воздух нагнетает расплавленный пластик на внутреннюю поверхность формы для создания тонкостенных компонентов
Экструзия: Расплавленный пластик продавливается через головку, что позволяет изготавливать компоненты с непрерывным поперечным сечением
Каландрирование: Этот процесс используется для создания плоских гибких листов, иногда с тканевой сердцевиной. Типичным применением являются конвейерные ленты.

Когда термопластичная резина впервые появилась на рынке?

Фактическое происхождение TPR неясно, но новаторская работа в 1920-х и 1930-х годах в DuPont и B.F. Goodrich помогла разработать эти материалы. Однако впервые они появились как коммерчески жизнеспособный продукт в конце 1950-х годов для производства резиновых подошв для обуви. С тех пор TPR расширился до широкого спектра различных составов для поддержки целого ряда приложений.

Содержит ли термопластичная резина латекс?

Нет. Термопластичный каучук представляет собой синтетический каучук и не содержит каких-либо родственных каучуку соединений, таких как латекс. TPR производится из молекул стирола и бутадиена. Таким образом, термопластичная резина идеальна для тех областей применения, где требуются характеристики и свойства резины, а также отсутствие латекса. Латекс является аллергеном, который может воздействовать на некоторых людей.

Является ли термопластичный каучук химически стойким?

Да, термопластичный каучук химически устойчив к широкому спектру химических веществ. The table below summarizes the chemical resistance properties of thermoplastic rubber to various corrosive chemicals:

Corrosive Chemical	TPR Material Chemical Resistance
Corrosive Chemical Aliphatic Hydrocarbons	TPR Material Chemical Resistance Excellent
Corrosive Chemical Aromatic Hydrocarbons	TPR Material Chemical Resistance Good
Corrosive Chemical Halogenated Hydrocarbons	TPR Material Chemical Стойкость Средняя
Коррозионно-химическая Разбавленные кислоты	TPR Material Chemical Resistance Excellent
Corrosive Chemical Dilute Alkalis	TPR Material Chemical Resistance Excellent
Corrosive Chemical Alcohols	TPR Материал Химическая стойкость Хорошая
Коррозионно-химическая Масло и жир	Химическая стойкость материала TPR Отлично

Corrosive Chemical

TPR Material Chemical Resistance

Corrosive Chemical

Aliphatic Hydrocarbons

TPR Material Chemical Resistance

Excellent

Corrosive Chemical

Aromatic Hydrocarbons

TPR Material Chemical Resistance

Good

Corrosive Chemical

Halogenated Hydrocarbons

TPR Material Chemical Стойкость

Средняя

Коррозионно-химическая

Разбавленные кислоты

TPR Material Chemical Resistance

Excellent

Corrosive Chemical

Dilute Alkalis

TPR Material Chemical Resistance

Excellent

Corrosive Chemical

Alcohols

TPR Материал Химическая стойкость

Хорошая

Коррозионно-химическая

Масло и жир

Химическая стойкость материала TPR

Отлично

Таблица 3. Свойства химической стойкости TPR

Является ли термопластичная резина лучшим материалом для литья под давлением?

Да, термопластичная резина является отличным выбором для литья под давлением благодаря свойствам термопластичной резины перерабатываться в расплаве. Это лучший выбор материала, если желательны резиноподобные свойства, а также хорошие механические свойства и химическая стойкость.

Для получения дополнительной информации см. наше Полное руководство по литью пластмасс под давлением.

Является ли термопластичная резина водонепроницаемой?

Да, термопластичная резина, как и большинство термопластов, водонепроницаема. Пластик TPR часто используется для изготовления подошв для обуви, которые по понятным причинам должны быть водонепроницаемыми.

Чтобы узнать больше об уникальных свойствах термопластичного каучука и о том, как лучше всего использовать материал TPR для удовлетворения ваших конкретных требований, свяжитесь с представителем Xometry или воспользуйтесь мощным инструментом Xometry для расчета стоимости.

Резюме

В этой статье представлены краткие сведения о химических и физических свойствах термопластичной резины (TPR)

Xometry предоставляет широкий спектр производственных возможностей и дополнительных услуг для всех ваших потребностей в прототипировании и производстве. Посетите наш веб-сайт, чтобы узнать больше или запросить бесплатное предложение без каких-либо обязательств.

Заявление об отказе от ответственности

Содержание, представленное на этой веб-странице, предназначено только для информационных целей. Xometry не делает никаких заявлений и не дает никаких гарантий, явных или подразумеваемых, в отношении точности, полноты или достоверности информации. Любые рабочие параметры, геометрические допуски, особенности конструкции, качество и типы материалов или процессов не должны рассматриваться как представляющие то, что будет поставляться сторонними поставщиками или производителями через сеть Xometry. Покупатели, которым нужны расценки на детали, несут ответственность за определение конкретных требований к этим частям.

Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *

Email *

Сайт