Свойства каучука химические: Натуральный и синтетический каучук - свойства каучука

Свойства каучука химические: Натуральный и синтетический каучук – свойства каучука | ПластЭксперт

alexxlab | 04.05.1991 | 0 | Разное

Содержание

Урок химии в 10-м классе “Быль о каучуке”

Цели урока:

Обучающие:

Развивающие:

Воспитательные:

Оборудование: видеофильм “Каучук”, компьютер, медиапроектор, диск с компьютерной презентацией.

Химические реактивы для демонстрации: образцы каучуков.

Химические реактивы для выполнения лабораторных опытов: коллекция “Каучуки”, прибор для разложения каучука, латекс, растворы перманганата калия, серной кислоты, бромная вода, раствор каучука в бензине, резина, набухшая в бензине, образцы резины.

Таблица: опорная схема “Каучуки” (Приложение № 1, приложение 2).

На столах учащихся – справочная таблица “Важнейшие представители каучуков” (Приложение № 4) и “Экспериментально-исследовательская программа урока” (Приложение № 5).

Учитель: На предыдущих уроках мы изучали высокомолекулярные соединения – полимеры, рассмотрели многообразие пластмасс, выяснили их значение в промышленности и повседневной жизни человека. Сегодня мы изучаем полимеры, обладающие особым свойством – эластичностью, также широко применяемые в народном хозяйстве. Эти вещества называются каучуками. Каково же их значение в нашей жизни?

Учащиеся: из каучука получают резину - важнейшее вещество, используемое в производстве транспортных средств и в быту.

Учитель: Да, действительно, промышленность, транспорт и сельское хозяйство требуют сотни миллионов резиновых изделий: покрышек, камер, ремней, транспортеров, резиновых сапог, прорезиненной одежды, резиновых скафандров и лодок, бесчисленных изделий санитарии и гигиены, детских игрушек. Без каучука современный человек лишился бы всех благ цивилизации: авиации, автотранспорта, связи, удобной одежды и обуви, телевидения, радио и много другого.

Учитель: Тему “Каучуки” мы изучаем по плану:

Учитель представляет учащимся опорную схему урока (Приложение 1, 2).

КЛАССИФИКАЦИЯ И СВОЙСТВА	НАТУРАЛЬНЫЙ КАУЧУК	СИНТЕТИЧЕСКИЕ КАУЧУКИ	СВОЙСТВА, СТРОЕНИЕ РЕЗИНЫ

размещенную на доске, на которой первоначально закрыто содержание вопросов:

виды каучуков общего и специального значения;
молекулярная формула натурального каучука;
уравнение реакции полимеризации бутадиена-1,3;
формулы структурных звеньев бутадиенового и дивинилового каучуков.

Учащиеся записывают тему урока, оформляют таблицу для составления опорной схемы в тетради, озаглавливают пункты плана (таблица расчерчивается на двойной развернутый лист тетради).

Учитель: Мы знаем, что полимеры, как углеводороды, могут быть предельными и непредельными. Как практически определить химический характер полимера?

Учащиеся: Предельные соединения не изменяют окраску бромной воды и раствора перманганата калия, непредельные соединения обычно обесцвечивают указанные растворы.

Учащиеся выполняют задание № 1 исследовательской программы урока.

(Приложение № 3, слайд № 1)

Учащиеся делают вывод о непредельном характере каучука как полимера, выдвигают гипотезу, что мономерами каучуков являются непредельные соединения – диеновые углеводороды, самостоятельно формулируют определение каучуков, записывают его в опорную схему.

Каучуки – высокоэластичные непредельные полимеры, мономерами которых обычно являются диеновые углеводороды.

Учитель: Какие же еще важные свойства, кроме эластичности, можно выделить у каучуков?

Учащиеся читают текст учебника, выделяют свойства газо- и водонепроницаемости, диэлектрические свойства, вносят в опорную схему.

Учитель: Современная химическая промышленность вырабатывает несколько видов синтетических каучуков, их классифицируют на каучуки общего и специального значения, каждый из них дает резины с определенными свойствами. Познакомимся с некоторыми из каучуков.

Учащиеся выполняют задание № 2 исследовательской программы урока.

(Приложение № 3, слайд № 1)

Работают со справочной таблицей, заполняют опорную схему, выписывая названия и свойства каучуков общего и специального значения.

Учитель: Чем же определяются свойства веществ, в том числе и каучуков?

Учащиеся: Свойства веществ определяются их составом, строением и влиянием атомов в молекулах друг на друга. Например, резкие различия в свойствах изопренового и хлоропренового каучуков можно объяснить различным составом веществ – наличием атомов хлора в хлоропрене.

Учитель: Рассмотрим подробнее состав, строение, свойства натурального каучука. Познакомимся с происхождением, историей ознакомления европейцев с натуральным каучуком, началом его использования в Европе.

Сообщение учащегося:

В ночь на 12 октября 1492 года три крошечных суденышка -“Санта-Мария”, “Пинта” и “Нинья” после перехода через неизведанный еще океан подошли к первому из Багамских островов. Утром Колумб и его спутники впервые ступили на землю открытого ими Нового Света. За три месяца экспедиция посетила множество малых и два больших острова – Кубу и Гаити. Много диковинного нашли испанские моряки на островах -невиданных людей, птиц, растения и предметы, в том числе табак, кукурузу, картофель. На Гаити они видели игру в мяч, сделанный из эластичной древесной смолы, твердый, тяжелый, но с поразительной прыгучестью.

Американские индейцы пользовались непромокаемыми плащами, сапогами, флягами задолго до того, как эти предметы получили широкое распространение в развитых странах. Этим они были обязаны “плачущему дереву” – гевее, которая в своем соке содержит 30-40% каучука.

Учитель: Каучук в природе встречается в составе латекса – млечного сока растений -каучуконосов в виде коллоидного раствора. Выделяют каучук из латекса путем его коагуляции, нагревая или добавляя электролит. Исследуйте, что происходит с латексом при действии на него раствора серной кислоты.

Учащиеся выполняют задания № 3,4 исследовательской программы урока.

(Приложение № 3, слайд № 2)

По результатам исследования учащиеся доказывают свою гипотезу и делают вывод, что мономер натурального каучука – непредельное соединение.

Учитель: Для определения количественного состава натурального каучука решим задачу.

Учащиеся выполняют задание № 5 исследовательской программы урока

(Приложение № 3, слайд № 2)

Учащиеся находят простейшую молекулярную формулу структурного звена и мономера натурального каучука С₅Н₈, делают вывод, что данная формула соответствует изопрену (2-метилбутадиену-1,3), следовательно, натуральный каучук является полиизопреном и его состав можно выразить формулой (С₅Н₈)_n.

Учитель открывает на опорной схеме молекулярную формулу натурального каучука, сообщает величину его относительной молекулярной массы.

Учащиеся самостоятельно формулируют определение натурального каучука.

Натуральный каучук – биополимер, мономером которого является изопрен.

Учитель: Рассмотрим уравнение реакции полимеризации изопрена (объясняет по опорной схеме, обращает внимание учащихся на условие протекания реакции в природе – наличие биокатализаторов – ферментов, последовательный рост цепи полиизопрена)

Учащиеся заполняют опорную схему, записывают уравнение реакции полимеризации.

Учитель: Чем же может быть обусловлена эластичность каучука?

Учащиеся работают с учебником, находят ответ: эластичность каучука обусловлена глобулярной формой макромолекул натурального каучука - свернутостью их в клубки, глобулы. При действии внешней силы форма макромолекул изменяется, макромолекулы частично распрямляются, при прекращении действия внешней силы макромолекулы возвращаются в исходное состояние.

(Приложение № 3, слайд № 3).

Учитель: Есть и еще одна особенность строения макромолекул каучука, обусловливающая его эластичность. У натурального каучука имеется природный изомер – гуттаперча, обладающая гораздо меньшей эластичностью, хотя последовательность соединения атомов в этих веществах одинакова. Чем же может отличаться их строение?

Учащиеся: Существует геометрическая (цис-транс) изомерия, которая определяется пространственным расположением атомов в молекулах, возможно, натуральный каучук и гуттаперча - геометрические изомеры.

Учитель: Да, действительно, натуральный каучук является цис-изомером полиизопрена, гуттаперча является его транс-изомером, поэтому и отличаются их свойства. Свертыванию макромолекул в глобулы способствует цис-форма структурного звена линейного полимера. Натуральный каучук – биополимер стереорегулярного строения.

Учащиеся вносят в опорную схему формулы структурных звеньев натурального каучука и гуттаперчи.

Учитель: природных ресурсов растений-каучуконосов недостаточно для удовлетворения быстро растущих потребностей человечества в эластичных материалах. Поэтому сейчас производится множество различных синтетических каучуков. Всегда ли мономерами синтетических каучуков являются диеновые углеводороды?

Учащиеся работают со справочной таблицей, делают вывод: мономерами синтетических каучуков не всегда являются диеновые углеводороды.

Синтетические каучуки – каучукоподобные материалы, эластичные полимеры, мономерами которых являются различные непредельные соединения. При синтезе синтетических каучуков возможна сополимеризация.

Учитель: Просмотрим видеофрагмент фильма об истории создания первого советского каучука. В ходе просмотра фильма найдите ответы на вопросы:

Почему в Советском Союзе возникла острая необходимость в создании синтетического каучука?

Имел ли СССР возможность получения натурального каучука из природного сырья или приобретения его за рубежом?

Какие ученые занимались проблемой получения синтетического каучука?

Какое сырье выбрал С. В. Лебедев для синтеза каучука, как назывался первый советский синтетический каучук?

Учащиеся смотрят фильм, отвечают на вопросы, затем следуют сообщения учащихся о конкурсе ВСНХ, работе лаборатории С.В. Лебедева.

(Приложение № 3, слайд № 4, 5, 6)

Учитель: Первым советским каучуком был синтетический каучук бутадиеновый (СКБ), изготовленный лабораторией под руководством С.В.Лебедева. Составьте самостоятельно уравнение реакции полимеризации бутадиена-1,3 в опорном конспекте, найдите в справочной таблице информацию о свойствах бутадиенового каучука.

Учащиеся вносят в опорную схему уравнение реакции полимеризации бутадиена; изучив справочную таблицу, делают вывод о том, что бутадиеновый каучук уступает по эластичности и износостойкости натуральному каучуку.

Учитель: В 40-х годах ХХ века ученые выяснили, что в бутадиеновом каучуке структурные звенья с цис- и транс-конфигурацией расположены хаотически, т. е. бутадиеновый каучук не является полимером стереорегулярного строения, и только в 1957 году группе советских ученых удалось получить синтетический бутадиеновый стереорегулярный каучук, который назвали “дивиниловым” каучуком. Сравним свойства бутадиенового и дивинилового каучуков.

Учащиеся выполняют задание № 6 исследовательской программы урока.

(Приложение № 3, слайд № 7)

Делают вывод, что дивиниловый каучук более эластичен, чем будатиеновый, предполагают, что причина различия свойств указанных каучуков заключается в их разном строении, возможно, бутадиеновый и дивиниловый каучуки - геометрические изомеры.

Учитель: Верно! Дивиниловый каучук – цис-форма полибутадиена, стереорегулярный полимер, в бутадиеновом каучуке преобладает транс-форма структурных звеньев полибутадиена. Составьте самостоятельно формулы структурных звеньев дивинилового и бутадиенового каучуков.

Учащиеся заполняют опорную схему.

Учитель: Ни один из указанных синтетических каучуков не превосходил натуральный каучук по эластичности. Был ли получен синтетический изопреновый каучук, идентичный натуральному? В 50-е годы ХХ века за рубежом с использованием катализаторов Циглера-Натта был впервые получен синтетический изопреновый каучук, аналогичный природному продукту, и даже превосходящий его по эластичности, он имеет стереорегулярное строение – геометрическую цис-форму структурного звена.

Мы рассмотрели строение и свойства различных видов каучуков, но должны хорошо понимать, что почти все они в чистом виде не используются. Почему?

Демонстрация видеофрагмента фильма “Каучук” об изобретении Макинтошем одежды, пропитанной каучуком, которая меняла свои свойства в холодную и жаркую погоду.

Учащиеся: Низкая термическая устойчивость - общий недостаток углеводородных каучуков, они сохраняют свои ценные свойства только в узком интервале температур, поэтому почти все они перерабатываются в резину.

Учитель: Каким же способом каучук превращают в резину?

Познакомимся с историей открытия резины.

Сообщение учащегося:

В первой половине Х1Х века множество экспериментаторов было одержимо идеей “приучить” каучук к теплу и холоду.

Лаборатория американца Чарльза Гудьира помещалась на кухне. Этот торговец скобяными товарами был уже на грани разорения, так как все свои сбережения потратил на опыты с каучуком. У него оставалась последняя пластинка каучука, посыпанная серой, чтобы не липла к рукам, как он услышал строгий голос свой домашней хозяйки, и от неожиданности уронил пластинку каучука на горячую плиту. Еще мгновенье, и она расплавится! Гудьир быстро схватил ее.

Но что это? Пластинка не липла к рукам, а стала прочной, твердой, упругой. Оказывается, чтобы каучук не размягчался при нагревании, достаточно добавить в каучук серы и нагреть эту смесь!

Так в 1839 году была раскрыта тайна превращения каучука в резину.

Демонстрация видеофрагмента открытия вулканизации каучука.

Учитель: Итак, резину получают путем вулканизации, поэтому резину можно назвать вулканизированным каучуком. Сформулируйте определение вулканизации, внесите его в опорную схему.

Учащиеся работают с текстом учебника, выписывают компоненты вулканизации, формулируют: вулканизация – процесс превращения каучука в резину при нагревании его с серой и другими компонентами.

Учитель: Сравните свойства каучука и резины, заполните таблицу в опорной схеме.

Учащиеся выполняют задание 7 исследовательской программы урока.

(Приложение № 3, слайд № 8)

Учитель:

Почему резина прочнее каучука, не растворяется в органических растворителях?
Почему для производства резины используются каучуки, мономерами которых являются диеновые углеводороды?
В чем сущность вулканизации?

Вопросы вызывают у учащихся некоторое затруднение, учитель предлагает учащимся самостоятельно найти ответ в учебнике. Учащиеся думают, формулируют ответы, записывают схему фрагмента молекулы резины, делают вывод:

Резина – полимер пространственной структуры, так как при нагревании каучуков с серой отдельные полимерные цепи каучуков сшиваются между собой дисульфидными мостиками, этому способствует непредельность каучуков, наличие в них двойных связей. Сшивание полимерных цепей дисульфидными связями повышает прочность и эластичность резины по сравнению с каучуком, делает ее нерастворимой в органических растворителях.

(Приложение № 3, слайд № 9)

Учитель подводит итоги урока:

Вдумаемся в слова С.В.Лебедева:

“Растительные каучуки, независимо от того, из какого каучуконоса они получены, по существу представляют один и тот же изопреновый каучук. Поэтому, будучи носителями определенной шкалы свойств, они не могут дать промышленности широкого разнообразия свойств. Синтез каучуков – источник бесконечного разнообразия. А так как каждый новый каучук является носителем своей оригинальной шкалы свойств, то резиновая промышленность: получит недостающую ей широкую свободу в выборе нужных свойств.

(Приложение № 3, слайд, № 10)

Учащиеся выполняют задание № 8 исследовательской программы урока.

Учитель: сегодня мы, изучая каучуки, еще раз подтвердили основную мысль теории химического строения: свойство веществ зависят от состава, строения и взаимного влияния атомов в молекулах. Мы убедились также, что теория химического строения выполняет прогностическую функцию: по свойствам вещества можно определить строение, а по строению можно прогнозировать свойства.

Литература:

Цветков Л.А. Органическая химия. Учебник для учащихся 10-11 классов ОУ. М. Владос 2001.
О.С. Габриелян и др. Органическая химия. Учебник для 10 класса ОУ с углубленным изучением химии. М. Просвещение 2005.
В.Е. Эскин. Мир невидимых великанов. М. Наука 1976.
Пантелеева К.Х. Урок по теме: “Природный каучук”. Химия в школе. 2003 № 4.
Слободин Я.М. Быль о каучуке. Химия и жизнь. 1980 № 4,5.

Конспект урока «Химические свойства алкадиенов. Каучуки. Резина. 10 класс»

Тема урока: Химические свойства алкадиенов.

Каучуки. Резина. 10 класс. Слайд №1

Учитель химии и биологии МБОУ Погребской СОШ: Цыганкова М.В.

Цель: систематизировать и конкретизировать знания учащихся о непредельных углеводородах на примере алкадиенов.

Задачи:

Образовательные:

– изучить химические свойства алкадиенов на примере реакций присоединения и полимеризации;

– ознакомить учащихся с натуральным и синтетическим каучуком, резиной, их применением;

– на основе представлений о пространственном строении органических веществ дать понятие о стереорегулярности;

Развивающие:

– способствовать развитию внимательности, логического мышления, умения устанавливать причинно-следственные связи;

– развивать познавательный интерес, используя данные о применении алкадиенов;

Воспитательные:

– содействовать в ходе урока формированию следующих мировоззренческих идей:

а) обусловленность развития химической науки потребностями производства, жизни и быта;

б) истинность научных знаний и законов природы;

Оборудование: Демонстрационные образцы: натуральный и синтетический каучук, образцы резины; презентация к уроку; электронный учебник, прибор для разложения каучука.

Тип урока: изучение нового материала.

Вид урока: комбинированный.

Девиз урока: слайд №2

«Синтез каучука – источник бесконечного многообразия. Теория не кладет границ этому многообразию».
Академик С.В.Лебедев

План урока

1.Организационный момент.

2. Вступительное слово учителя.

3. Контроль знаний. Опрос. Тест по теме: «Алкадиены: строение молекул, изомерия и номенклатура».
4. Изучение нового материала: «Химические свойства алкадиенов. Каучуки. Резина».

4.1. Химические свойства алкадиенов.
4.2. История открытия каучука.
4.3. Природные каучуконосы.

4.4. Состав, строение, свойства натурального каучука. Вулканизация каучука. Резина.

4.5. Производство синтетического каучука. Работы С.В. Лебедева.
4.6. Значение каучука в нашей жизни.
5. Закрепление изученного материала. (Осуществление цепочки превращений).

6. Подведение итогов. Рефлексия.
7. Домашнее задание.

ХОД УРОКА.

I. Организационный момент.

II. Вступительное слово учителя:

Ребята, на предыдущих уроках мы изучали углеводороды, последний урок был посвящен особенностям строения диеновых углеводородов, их номенклатуре, изомерии, получению, т.е. соединениям с двумя двойными связями. А сегодня тема урока «Химические свойства алкадиенов, Каучуки. Резина».

Сегодня на уроке: слайд №3

– вы узнаете о химических свойствах алкадиенов;

– вы узнаете, как человек нашел натуральный каучук;

– вы узнаете, каково его строение и свойства;

– вы ознакомитесь со значением каучука в жизни людей;

– вы узнаете, как человек научился создавать искусственные каучуки, а из них делать резину.

III. Контроль знаний. Опрос. Тест по теме: «Алкадиены: строение молекул, изомерия и номенклатура»

Для успешного изучения материала темы нам необходимо повторить некоторые вопросы, изученные на предыдущем уроке, выполнить тестовое задание.

Контрольные вопросы: (слайд № 4)

1) Сформулируйте определение алкадиенов.

2) Приведите классификацию алкадиенов в зависимости от взаимного расположения двойных связей в молекулах.

3) Каковы особенности электронного строения сопряженных алкадиенов?

4) Какие классы органических соединений имеют такую же общую формулу как и алкадиены? О чем это говорит?

5) Назовите основной промышленный способ получения алкадиенов.

6) Охарактеризуйте способ получения бутадиена по Лебедеву.

Ребята, а теперь вам предстоит выполнить тестовое задание по изученной теме

(ученики работают с тестовыми заданиями)

После выполнения проверочной работы обучающиеся проверяют правильность выполнения тестового задания и выставляют себе отметки. (слайды № 5 и № 6)

IV. Изучение нового материала: «Химические свойства алкадиенов. Каучуки. Резина».

Откройте свои рабочие тетради и запишите тему урока.

4.1. Химические свойства алкадиенов.

Ребята, как выдумаете, какие химические свойства будут проявлять алкадиены? (Свойства непредельных УВ, алкенов).

Да, действительно, диены, содержащие в молекуле несопряженные (изолированные) двойные связи, ведут себя как обычные алкены. В то же время диены с сопряженными двойными связями обладают высокой реакционной способностью и отличаются рядом особенностей. Однако для тех и других характерны прежде всего реакции присоединения – электрофильного присоединения.

Реакции присоединения. Присоединение водорода (гидрирование), галогенов (галогенирование), галогенводородов (гидрогалогенирование) может протекать неполно – по одной связи (1,2 – присоединение), по двум связям (1,4-присоединение) и полно (1,2,3,4 – присоединение).

Рассмотрим механизм электрофильного присоединения бутадиена с бромоводородом. Реакция начинается с присоединения электрофильной частицы, катиона водорода к молекуле алкадиена. Протон присоединяется к концевому атому углерода (по правилу Марковникова):

СН₂ = СН – СН = СН₂ → СН₃ – С⁺Н^{– СН = СН₂}

Особенностью образовавшегося катиона является смещение π-электронного облака по направлению к положительному заряду, благодаря чему положительный заряд оказывается делокализован. В результате этого происходит перемещение двойной связи в центр молекулы, а положительный заряд оказывается на крайнем атоме углерода.

СН₃ – С⁺Н^{– СН = СН₂
↔ СН₃ – СН= СН – С⁺Н₂}

Мы встретились со случаем, когда одна и та же частица описывается различными структурами, отличающимися друг от друга распределением электронной плотности.

Поэтому анион брома может присоединиться либо ко второму атому углерода (образуется продукт 1,2 – присоединения), либо к четвертому (продукт 1,4 – присоединения)

Таким образом, в результате присоединения к диенам вначале происходит разрыв двух двойных связей, а затем присоединение атомов реагента к крайним ненасыщенным углеродным атомам (C₁ и C₄). Между атомами С₂ и С₃ устанавливается двойная связь. Это осуществляется за счет распаривания 2р-орбиталей двойных связей. Две из этих орбиталей (принадлежащие атомам C₁и C₄) создают обычные s-связи с атомами реагента, а две другие (у атомов С₂ и С₃), перекрываясь между собой еще в большей степени, образуют новую двойную связь.

Гидрогалогенирование

(по правилу Марковникова: при присоединении веществ с полярной ковалентной связью типа HX (где X – это -Hal, -OH и т.д.) к несимметричным непредельным углеводородам по месту разрыва П-связи атом водорода присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода, а X – к наименее гидрированному атому углерода)

1, 2

СН₃ – СНBr – CH= CH₂

3-бромбутен-1

1, 4

СН₂ = СН – СН = СН₂ +НВr СН₃ – СН= СН – СН₂Вr

1- бромбутен – 2

+2 НВr

СН₃ – СН₂ – СНВr – СН₂Вr

1,2 – дибромбутан

Задание: Запишите реакции гидрирования, галогенирования бутадиена – 1,3 всеми возможными способами (4 мин. )

Проверка правильности написания уравнений реакций. (слайд № 7)

Гидрирование

1,2 СН₃ – СН₂ – СН = СН₂

1,4

СН₂ = СН – СН = СН₂+ Н₂ СН₃ – СН = СН – СН₃

2Н₂СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₃

Галогенирование

1,2 СН₂Cl – СНCl – СН = СН₂

1,4

СН₂ = СН – СН = СН₂+ Cl₂ СН₂Cl – СН = СН – СН₂Сl

2 Cl₂

СН₂Cl – СНCl – СНCl– СН₂Сl

Направление присоединения (1,2 или 1,4) зависит от многих факторов: температуры, природы реагента. Растворителя. (Слайд № 8)

Задание. Откройте интерактивный учебник на странице реакции присоединения алкадиенов. Прочитайте информацию страницы и ответьте на вопрос, что такое диеновый синтез, запишите уравнение реакции в тетрадь.

Диеновый синтез (реакция Дильса-Альдера)

В органическом синтезе широко применяется реакция присоединения к сопряженным диенам соединений, содержащих кратные связи (так называемых диенофилов). Реакция идет как 1,4-присоединение и приводит к образованию циклических продуктов:

Реакции окисления Алкадиены легко окисляются и горят коптящим пламенем.

Реакции полимеризации. Диеновые углеводороды обладают исключительно важной особенностью: они легко вступают в реакции полимеризации с образованием каучукоподобных высокомолекулярных продуктов. Реакции полимеризации протекают с присоединением молекул друг с другом в 1,4- или 1,2-положении, а также с одновременным присоединением в 1,4-и 1,2-положения. Вот как выглядит фрагмент формулы продукта полимеризации дивинила (бутадиена-1,3), если присоединение молекул друг к другу идет в положение 1,4: (слайд № 9)

nН₂С=СН—CН=СН₂ ® … [—СН₂—СН==СН—СН₂—]n

бутадиен-1,3 полибутадиеновый каучук

Аналогично записывают и уравнение реакции полимеризации изопрена (2-метилбутадиена-1,₃):

nН₂С=С—CН=СН₂ ® … (—Н₂С—С=СН—СН₂—)n
| |
CH₃ CH₃

2-метилбутадиен-1,3 изопреновый каучук

Пожалуй, чудом природы можно назвать вещество, которое известно вам с раннего возраста как основа для детских игрушек – каучук. Удивительна история каучука. Рыженкова Кристина подготовила сообщение по этому вопросу. Послушаем ее.

4.2. История каучука

Моряки Колумба, отправившиеся на поиски стран в надежде найти несметные сокровища, золото и драгоценные камни и представить себе не могли, что среди их находок едва ли не самое главное значение имели образцы привезенного в Европу натурального каучука.

Великое путешествие в Бразилию открыло для европейцев новую эпоху- эпоху каучука. Слово «каучук» происходит от индейских слов «кау»- дерево и «учу»- течь, плакать, т.е. буквально означает «слезы дерева». Да, есть такие деревья, которые действительно как бы плачут, когда надрезают их кору. Слезы у дерева белые, как молоко. Конечно, это не слезы, а млечный сок – по-испански «латекс». Его собирают из надрезов коры тропического каучуконосного дерева бразильской гевеи. Высота гевеи может достигать 30 м., а диаметр ствола- 3м. Млечный сок, содержащий каучук заключен в млечных сосудах, образующих систему, расположенную под корой дерева. Добычу каучука начинают после достижения деревом возраста 5-7 лет. На воздухе латока сравнительно быстро свертывается и превращается в темный смолообразный продукт- каучук. Самая «урожайная» гевея дает в день всего 20 г. своих «слез». В год от одного дерева можно получить 2-3 кг. каучука.

В 1493 г. Христофор Колумб увидел на острове Гаити туземцев, игравших в мяч. Хотя это казалось невероятным, но, ударяясь о землю, мяч высоко подскакивал в воздух. Колумб привез несколько образцов этого удивительного вещества в Европу, но в то время им никто не заинтересовался. Он долгое время хранился в кунсткамере (собрание редкостей) при дворе испанского короля. Позднее обнаружилось, что этот материал обладает замечательными свойствами: он эластичен и прочен, газо- и водонепроницаем, устойчив к истиранию, обладает электроизоляционными свойствами. Во Франции научились делать подтяжки и подвески из каучуковых нитей, а в Англии один из фабрикантов по имени Макентош изготовил непромокаемый плащ, положив слой каучука между двумя слоями ткани. Однако, промышленность каучука, едва начав развиваться, зашла в тупик: каучуковые вещи оказались нестойкими к изменению температуры. (слайд №10)

Вулканизация каучука

Промышленность изделий из каучука оказалась на краю гибели.

Однако вскоре стало все меняться. А началось с того, что американский изобретатель Чарльз Гудьир (1800–1860) неожиданно обнаружил интересное явление. Нагретый в присутствии серы каучук не размягчался, а приобретал высокую эластичность. Такой каучук легко деформировался под действием небольших нагрузок и легко восстанавливал свою форму после их снятия. Это произошло в 1839году, а в 1844 году изобретатель запатентовал полученный им вулканизированный каучук, который уже, собственно, не был обычным каучуком. Это был новый продукт – резина (от лат.resina – смола).

Превращение каучука в резину назвали вулканизацией, так как жар и сера – главные факторы отверждения каучука – согласно мифологии были атрибутами бога Вулкана…

Какова же химическая сущность процесса вулканизации?

При нагревании каучука с серой отдельные полимерные цепи сшиваются между собой за счет образования дисульфидных мостиков.

Резина содержит около 5% серы. Такой полимер имеет разветвленную пространственную структуру и менее эластичен, чем каучук, но обладает большей прочностью. Если содержание серы увеличить до 40% и выше, то такой каучук становится твердым, приобретая высокую прочность. Эта твердая резина называется эбонитом. (слайды № 11 и № 12)

Каким же образом получают природный каучук (Сообщение Романова Максима)

4.3. Природные каучуконосы

Натуральный каучук получают коагуляцией млечного сока (латекса) каучуконосных растений. Основной компонент натурального каучука – углеводород полиизопрен (91%-96%).В зависимости от того, в каких тканях накапливается каучук, каучуконосные растения делят на:

а) латексные – каучук в млечном соке,

б) паренхимные – каучук в корнях и стеблях,

в) хлоренхимные – каучук в листьях и зелёных тканях молодых побегов.

Каучук содержится в наплывах, образующихся при повреждении корней произрастающих в Средней Азии (Казахстан) травянистых растений рода Chondrilla (сложноцветные), в коре корней гваюлы (Partenium argentatum), тау-сагыза (Scorzonera), произрастающего в горах Кара-Тау (Казахстан), и растений, относящихся к роду одуванчиков, кок-сагыз (Приложение 3). Млечный сок обычного одуванчика (Taraxacum) также содержит немного каучука.

Промышленное значение имеют латексные деревья, которые не только накапливают каучук в большом количестве, но и легко его отдают; из них наиважнейшее – гевея бразильская, дающая 96% мирового производства каучука.

Травянистые латексные каучуконосные растения из семейства сложноцветных (кок – сагыз, крым –сагыз и другие) произрастающие в умеренной зоне, в том числе в южных республиках, содержащие каучук в небольшом количестве в корнях, промышленного значения не имеют.

Среди травянистых растений России есть всем знакомые одуванчик, полынь и молочай, которые тоже содержат млечный сок.

Каучуконосы лучше всего произрастают не далее 10 градусов от экватора на север и на юг. Поэтому полоса шириной 1300 километров по обе стороны экватора известна как «каучуковый пояс».

Дело в том, что для каучуконосов требуется очень тёплый влажный климат и плодородная почва. Развитие автомобильной промышленности значительно повысило потребности в резине и, соответственно, в каучуке. Поэтому появились новые плантации гевей: молодые деревца из Южной Америки посадили в Малайзии, Цейлоне и Индонезии. Они отлично прижились и дают большой урожай.

Латекс состоит из мельчайших частичек жидкости, твёрдых частиц и других примесей. Только около 33% латекса составляет каучук, 66% вода и около 1% другие вещества.

Натуральные каучуки, полученные из различных видов растений, обладают разными техническими характеристиками

4.4. Состав, строение, свойства натурального каучука.

Знакомство с коллекцией каучуков.

Демонстрация. Разложение каучука при нагревании

Разложение каучука при нагревании. Каучук при нагревании разлагается на продукты с меньшей молекулярной массой.

Образующиеся вещества обладают свойствами непредельных соединений. Основной продукт разложения каучука — изопрен.

Перед вами прибор для разложения каучука. В реакционной пробирке каучук, газоотводная трубка опущена в пробирку с раствором КМпО4.

При нагревании каучука, продукты его разложения поступают в приѐмник с раствором КМпО4, который постепенно обесцвечивается.

Вопрос: Почему обесцветился раствор? Какие соединения обесцвечивают раствор КМпО4?

Вывод: Вещество, поступающее в приемник – непредельный углеводород (вывод делают учащиеся).

Этот опыт доказывает непредельный характер продуктов разложения каучука.

Выполните задание 1:

Химики установили, что в веществе, получаемом при разложении каучука w(С)=88,2%, относительная плотность паров этого вещества по водороду равна 34. Определите формулу этого вещества (на столах у учащихся карточки с условием этой задачи).

Для более сильных учащихся: Найдите молекулярную формулу вещества, если при сжигании 2г его образовалось 2,12г воды и 6,48г углекислого газа. Относительная плотность паров этого вещества по водороду равна 34.

Видео. Каучук и резина.

4. Синтетический каучук

Благодаря своим свойствам каучук и резина завоевали всемирную популярность. Началась настоящая каучуковая лихорадка. Но необходимый для изготовления резины натуральный каучук был достаточно дорогим и дефицитным материалом. Единственными поставщиками этого ценного природного полимера были тропические страны – Бразилия, английские и французские колонии в Юго-Восточной Азии. Для получения 1000 тонн растительного полимера необходимо было обработать 3 млн. каучуконосных деревьев и затратить на это в течение года труд 5,5 тыс. человек. Да и сам натуральный каучук не всегда удовлетворял промышленность: он растворялся в масле, в нефтепродуктах, имел плохую термостойкость и быстро терял свои качества.

Так возникла необходимость в получении каучука синтетическим путем.

Известно, что впервые синтетический изопрен был получен в 1897 году русским химиком В.Н.Ипатьевым. Спустя несколько лет изопрен синтезировали и другие химики. Однако все это было сложно и дорого.

Ближайшим «родственником» изопрена оказался дивинил (бутадиен – 1,3).

В 1926 году Высший совет народного хозяйства СССР объявил международный конкурс на лучший промышленный способ получения синтетического каучука (СК). Одержала победу советская наука: в 1931 г. На опытном заводе был получен первый синтетический каучук. Получен он был полимеризацией дивинила, который синтезировали из этилового спирта. Эту реакцию успешно осуществил академик С.В.Лебедев:

Видео о С.В. Лебедеве

2С₂Н₅ОН → Н₂С═СН─СН═СН₂ + 2Н₂О + Н₂

Первый в мире завод по производству дивинилового каучука был пущен в 1932 г. в Ярославле. Вскоре такие же заводы начали работать в Воронеже, Казани и Ефремове. Только через несколько лет подобные заводы начали строить в Германии, в США.

В Александро-Невской лавре в Санкт-Петербурге академику С.В.Лебедеву установлен гранитный памятник с барельефным портретом ученого и надписью: «Сергей Васильевич Лебедев – изобретатель синтетического каучука».

Тем не менее синтетическому каучуку никак не удавалось достичь качества натурального полимера. Причину этого удалось только в 40-х годах XX в. Дело оказалось в том, что в синтетическом каучуке элементарные звенья с цис-, трансконфигурацией расположены хаотически. Кроме того, полимеризация протекает не только как 1,4-, но и как 1,2-присоединение, в результате чего образуется полимер с разветвленной структурой.

Оказалось, что природный полимер имеет цисрасположение заместителей при двойной связи в более чем 97% элементарных звеньев. Это стереорегулярный полимер.

Впервые получить бутадиеновый каучук стереорегулярного строения удалось в 1957г. группе советских ученых под руководством академика Б.А.Долгоплоска (СКБ) и А.А.Короткова – синтез цис-изопренового каучука.

Эти каучуки по качеству не уступают натуральному, а в некоторых отношениях превосходят его. Это лучшие и наиболее перспективные каучуки общего назначения.

В технологическом процессе получения стереорегулярных каучуков участвуют три основных вещества – мономер, катализатор и растворитель. Растворитель (н-пентан, циклогексан, бензол) обеспечивает текучесть реакционной смеси. Катализатор (смесь триизобутил алюминия Al(CH₂CH(CH₃)CH₃)₃)– ТИБА с TiCl₄ – в отношении 1:1) берут в количестве около 2% к весу мономера. Процесс проводится при 30–50° в течение 4–6 часов.

В наше время трудно представить, что в конце 20-х гг. XX в. Потребление каучука на одного человека в год в нашей стране составляло около 50г, а один автомобиль приходился на три тысячи жителей. Жизнь современного человека трудно представить без резиновых изделий. Мир резины не только удивительный, но подчас и неожиданный.

Интересна история автомобильной шины. Впервые пневматические шины на автомобиль установил в 1894г. француз А.Мишлен. Это произвело настоящий переворот в автомобилестроении. Вскоре появились цельнолитые толстые шины. Однако настоящим «виновником» широкого использования резиновых шин стал велосипед. Это двухколесное «чудо» впервые изобрел К. Макмиллан из Шотландии в 1839–1844гг. Только в 1865г. француз Тефонон установил на велосипед массивные резиновые шины. Позже, другой его соотечественник – Трюффо – сконструировал для велосипедного колеса трубчатую шину, которая впоследствии стала накачиваться насосом и «оделась» в специальные покрышки – толстые, ребристые, легко преодолевающие все неровности на дороге.

В настоящее время химикам известно более 25 тыс. видов искусственных каучуков. Но промышленность освоила около сотни из них. (слайд № 13)

Самые главные каучуки представлены в таблице:

Каучуки общего назначения

Название каучука,	Область применения
Бутадиеновый (дивиниловый) СКД (-СН₂-СН=СН-СН₂-)_n	Резины обладают высокой износо- и морозостойкостью, изготавливают из них шины, резинотехнические изделия, изоляцию для кабелей.
Бутадиен-стирольный СКС (-СН₂-СН=СН-СН₂-)_n– (-СН₂-СН(С₆Н₅)-)_n	Производство шин, резинотехнических изделий, резиновой обуви, изделия отличаются повышенной морозостойкостью.
Бутадиен-нитрильный СКН (-СН₂-СН=СН-СН₂-)_n– (-СН₂-СН(СN)СН-)_n	Резины из этого каучука обладают масло-, бензо-, тепло– и износостойкостью. Применяют в производстве масло– и бензостойких изделий.
Изопреновый СКИ (-СН₂-С(СН₃)=СН-СН₂-)_n	Используется в производстве шин, рассчитанных на большие нагрузки (для самолетов, грузовых автомобилей, вездеходов, гоночных машин), резинотехнических изделий, изоляции кабелей.

Одним из крупнейших российских производителей сополимерных и полиизопреновых каучуков общего и специального назначения, используемых для изготовления шин, разнообразного ассортимента резинотехнических изделий, а также изделий пищевого, медицинского, бытового применения является Стерлитамакское ОАО «Синтез-Каучук».

Предприятие имеет прочные партнерские связи более чем со ста потребителями России: синтетические каучуки поставляются на шинные предприятия и заводы резинотехнических изделий.

Известна продукция ОАО «Синтез-Каучук» и за рубежом, потребителями стерлитамакского каучука являются мировые производители шин – «Бриджстоун», «Нокиа», «Матадор», «Мишлен». На предприятии вырабатываются и внедряются уникальные технологии, призванные улучшить качество продукции, снизить ее воздействие на окружающую среду. В их числе производство неодимового цис 1,4-полиизопрена, выпускаемого в виде двух марок: СКИ-5 и СКИ-5ПМ. В настоящее время они не имеют аналогов в мире. Это экологически чистые каучуки, изготовленные на редкоземельном катализаторе, не имеют запаха, не токсичны, биологически инертны к тканям живого организма, предназначены для использования в шинной, пищевой и медицинской промышленности.

4.6. Значение каучука в нашей жизни

Тысячелетиями люди жили, не зная каучука. Современная техника уже не та, что прежде. И где бы не шумел мотор: в небе ли на самолете, на земле ли в автомобиле или в подлодке – везде и всюду необходим каучук. Средний расход каучука на 1 самолет превышает 600 кг. Но еще больше, чем в небе, нужен каучук на земле. Десятки миллионов автомобилей день и ночь стучат по дорогам земного шара. До второй мировой войны автотранспорт поглощал свыше трех четвертей всей мировой добычи каучука. Около миллиона тонн! Во время войны он требует еще больше каучука. Танки, бронеавтомобили, самоходные пушки, тяжелые орудия, зенитные батареи движутся на резиновых шинах. Вес шин на германском «Тигре» 600кг. Перечень резиновых изделий, без которых нельзя воевать, бесконечен: противогазы, резиновые подошвы для армейских сапог, резиновые плащ-палатки. Каучук необходим для войны. Но каучук не менее важен и в мирное время. Резиновые грелки, резиновые пузыри для льда, кислородные подушки, хирургические перчатки, трубки для переливания крови и десятки других резиновых изделий, так нужных медицине. Промышленность, транспорт требуют сотни миллионов резиновых изделий. Требуется каучук и для производства резиновых калош, сапог, бесчисленных изделий санитарии и гигиены, детских игрушек. Всего не перечислишь. Без каучука современный человек сразу бы лишился всех благ цивилизации: авиации, автотранспорта, связи удобной одежды и обуви, телевидения, радио и многого другого.

V. Закрепление изученного материала

1. Организация беседы по вопросам:

1) Какие химические свойства проявляют алкадиены?

2) Какие вещества называют каучуками?

3) В каком году и кем был привезен каучук в Европу?

4) Что представляет собой натуральный каучук с химической точки зрения?

5) Что такое вулканизация? Что представляет собой резина?

6) Кто впервые получил синтетический каучук?

7) Какие виды синтетических каучуков вам известны?

2. Выполнение цепочки превращений: (слайд № 15)

CaC₂ → C₂H₂ → C₂H₆ → C₂H₅Cl → C₅H₁₂ →AlCl₃,t X → Kat,t Y → Kat,t изопрен.

Проверим себя (слайд № 16)

VI. Подведение итогов. Рефлексия.

VII. Домашнее задание. (Слайд № 17)

§ 14, с. 116-120 читать, упр. 5, 6 письменно.

Гидрирование

1, 2 – присоединение:

СН₂= СН – СН = СН₂ + Н₂ → СН₃ – СН₂ – СН= СН₂

1, 4 – присоединение:

СН₂= СН – СН = СН₂ + Н₂ → СН₃ – СН= СН – СН₃

1,2,3,4 – присоединение:

СН₂= СН – СН = СН₂ + Н₂ → СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₃

Галогенирование

1, 2 – присоединение:

СН₂= СН – СН = СН₂ + Cl₂ → СН₂Cl – СНCl – СН= СН₂

1, 4 – присоединение:

СН₂= СН – СН = СН₂ + Cl₂ → СН₂Cl – СН= СН – СН₂Cl

1,2,3,4 – присоединение:

СН₂= СН – СН = СН₂ + 2Cl₂ → СН₂Cl – СНCl – СНCl – СН₂Cl

Свойство – натуральный каучук – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Cтраница 3

Синтетические каучуки характеризуются тем, что они поддаются вулканизации и обладают физическими свойствами, подобными свойствам натурального каучука. По своему химическому составу синтетические каучуки отличаются от натуральных. [31]

Достаточно указать, что в результате этих исследований было установлено, что физико-химическое и химическое изменения свойств натурального каучука при действии света обусловливаются ультрафиолетовой частью спектра, а именно лучами с длиной волны не больше 225 MJJL. При этом наблюдается переход каучука из растворимой в бензоле формы в нерастворимую, а в случае растворов – уменьшение их вязкости. [32]

Большая работа в области полиизопрена, проводившаяся все последующие годы, привела к синтезу полимеров регулярного строения, почти полностью воспроизводящих свойства натурального каучука. [33]

Советский Союз является одним из ведущих производителей СК, в том числе пзопренового каучука, свойства которого наиболее близки к свойствам натурального каучука. [34]

Химический состав и строение, а следовательно, и физико-химические свойства синтетических каучукоз могут быть весьма разнообразны и сильно отличаться от свойств натурального каучука. В этом заключается значительное преимущество синтетических каучуков, так как, изменяя состав и строение каучуков, им можно придать такие свойства, которыми не обладает натуральный каучук. Так, например, в настоящее время производятся бензо – и маслостойкие, морозостойкие, газонепроницаемые и другие синтетические каучуки. [35]

Химический состав и строение, а следовательно, и физико-химические свойства синтетических каучуков могут быть весьма разнообразны и сильно отличаться от свойств натурального каучука. В этом заключается значительное преимущество синтетических каучуков, так как, изменяя состав и строение каучуков, им можно придать такие свойства, которыми не обладает натуральный каучук. [36]

Создание новых высокоэластичных материалов развивается в различных направлениях, в том числе в направлении получения синтетических каучуков, свойства которых полностью отвечали бы свойствам натурального каучука. Для резин из натурального каучука характерна высокая прочность на разрыв и на истирание, эластичность и морозостойкость, а для сырых резиновых смесей из него – клейкость. [38]

Следует указать, что изопрен как мономер натурального каучука уже давно вызывает интерес в связи с возможностью получения синтетического каучука со свойствами, близкими к свойствам натурального каучука. [39]

В опытном производстве проблема получения полного аналога натурального каучука решена созданием условий синтеза стереоре-гулярного полиизопрена высокой степени кристалличности ( стерео-регулярный СКИ), структура и свойства которого полностью совпадают со структурой и свойствами натурального каучука. Подобно натуральному каучуку стереорегулярный СКИ образует высокопроч ные вулканизаты и без усиливающего наполнителя. По эластическим свойствам резины из СКИ не уступают резинам из натурального каучука, но они несколько более теплостойки и кислородоустойчивы и лучше сопротивляются разрастанию порезов при деформации. Ниже приведены данные, характеризующие свойства вулканизатов ( без наполнителя) из натурального каучука и стереорегулярного полиизопрена. [40]

В опытном производстве проблема получения полного аналога натурального каучука решена созданием условий синтеза стереоре-гулярного полиизопрена высокой степени кристалличности ( стерео-регулярный СКИ), структура и свойства которого полностью совпадают со структурой и свойствами натурального каучука. Подобно натуральному каучуку стереорегулярный СКИ образует высокопрочные вулканизаты и без усиливающего наполнителя. По эластическим свойствам резины из СКИ не уступают резинам из натурального каучука, но они несколько более теплостойки и кислородоустойчивы и лучше сопротивляются разрастанию порезов при деформации. Ниже приведены данные, характеризующие свойства вулканизатов ( без наполнителя) из натурального каучука и стереорегулярного полиизопрена. [41]

Схема диспропорционирования пропилена в газовой фазе. [42]

На основе этой разновидности реакций диспропорционирования был создан промышленный процесс диспропорционирования циклопентенов. Конечный продукт имеет свойства натурального каучука, а по ряду характеристик более ценен. [43]

Изменение характеристической вязкости растворов НК при пластикации в различных средах. / – азот. 2 – воздух.| Зависимость средней молекулярной массы сополимера 2 3-дихлорбута-диена – 1 3 от продолжительности пластикации при 25 С ( /, 2 и 95 С (., 2 на воздухе ( /, / и в азоте ( 2, 2. [44]

Однако – более тщательное исследование [302] процесса пластикации натурального каучука показало, что характер его превращений при пластикации зависит не только от наличия или отсутствия кислорода, но и от концентрации, причем направление процесса может принципиально изменяться при ничтожных изменениях концентрации кислорода IB области его 1малых концентраций. Так, изменение свойств натурального каучука при холодной пластикации: в атмосфере аргона, содержащего 0 06 % кислорода ( рис. 85), свидетельствует о том, что в начале процесса образуются разветвленные и сшитые структуры. Последние при дальнейшей пластикации распадаются на разветвленные фрагменты с молекулярной массой большей, чем у исходных линейных цепей полимеров. [45]

Страницы: 1 2 3 4

резина

Натуральный каучук представляет собой эластичный углеводородный полимер, который в природе встречается в виде молочной коллоидной суспензии или латекса в соке некоторых растений. Его также можно синтезировать. Энтропийная модель каучука была разработана в 1934 году Вернером Куном. Научное название каучукового дерева — Hevea brasiliensis .

Дополнительные рекомендуемые знания

Содержимое

1 Пояснение
2 Коллекция
3 Химический состав
4 История
5 Свойства
- 5. 1 Эластичность
6 Текущие источники каучука
7 видов использования
8 См. также

Пояснение

Основным коммерческим источником латекса натурального каучука является каучуковое дерево Para, Hevea brasiliensis (Euphorbiaceae). Во многом это связано с тем, что он реагирует на ранение, производя больше латекса. Генри Уикхем собрал тысячи семян из Бразилии в 1876 году, и они были проращены в садах Кью, Англия. Саженцы были отправлены в Коломбо, Индонезию, Сингапур и Британскую Малайю. Позднее Малайя стала крупнейшим производителем каучука. Либерия и Нигерия являются примерами африканских стран-производителей каучука.

Другие растения, содержащие латекс, включают инжир ( Ficus elastica ), Castilla , молочай и одуванчик обыкновенный. Хотя они не были основными источниками каучука, Германия пыталась использовать такие источники во время Второй мировой войны, когда она была отрезана от поставок каучука. Позже эти попытки были вытеснены разработкой синтетического каучука.

Синтетические каучуки получают полимеризацией одного мономера или смеси мономеров с получением полимеров. Они являются частью широкого спектра продуктов, широко изучаемых наукой о полимерах и технологией каучука. Примерами являются SBR или стирол-бутадиеновый каучук, BR или бутадиеновый каучук CR или хлоропреновый каучук и EPDM (этилен-пропилен-диеновый каучук).

Коллекция

В таких местах, как Керала, где кокосы в изобилии, скорлупа половины кокоса используется в качестве контейнера для сбора латекса. Раковины прикрепляются к дереву с помощью короткой острой палки, и латекс капает на нее за ночь. Обычно это дает латекс на уровне от половины до трех четвертей скорлупы. Затем латекс с нескольких деревьев выливают в плоские лотки и смешивают с муравьиной кислотой, которая служит коагулянтом, в результате чего образуются резиновые комки. Через несколько часов очень влажные листы резины отжимают, пропуская через пресс, прежде чем отправить на фабрики, где они подвергаются вулканизации и дальнейшей обработке.

Химический состав

Помимо нескольких примесей натуральных продуктов, натуральный каучук по существу представляет собой полимер изопреновых звеньев, мономер углеводородного диена. Синтетический каучук может быть изготовлен в виде полимера изопрена или различных других мономеров. Считается, что каучук был назван Джозефом Пристли, который в 1770 году обнаружил, что высушенный латекс стирает карандашные следы. Материальные свойства натурального каучука делают его эластомером и термопластом. Однако следует отметить, что по мере вулканизации каучук превращается в термореактивный. Большая часть каучука в повседневном использовании вулканизирована до такой степени, что она разделяет свойства обоих, то есть, если ее нагревать и охлаждать, она деградирует, но не разрушается.

История

В своей родной Центральной Америке и Южной Америке каучук собирают издавна. Мезоамериканские цивилизации использовали каучук в основном из сорта Castilla elastica . У древних мезоамериканцев была игра в мяч с использованием резиновых мячей ( см .: Мезоамериканская игра в мяч ), и было найдено несколько доколумбовых резиновых мячей (всегда в местах, затопленных пресной водой), самые ранние из которых датируются примерно 1600 г. до н.э. По словам Берналя Диаса дель Кастильо, испанские конкистадоры были настолько поражены энергичным подпрыгиванием резиновых мячей ацтеков, что задались вопросом, не заколдованы ли мячи злыми духами. Майя также делали временную резиновую обувь, опуская ноги в латексную смесь. Резина использовалась в различных других контекстах, таких как полосы для крепления каменных и металлических инструментов к деревянным ручкам и прокладки для ручек инструментов. Хотя у древних жителей Мезоамерики не было вулканизации, они разработали органические методы обработки каучука с аналогичными результатами, смешивая сырой латекс с различными соками и соками других лоз, в частности 9.0006 Ipomoea alba , вид ипомеи. В Бразилии коренное население поняло использование каучука для изготовления водоотталкивающей ткани. Рассказывают, что первый европеец, вернувшийся в Португалию из Бразилии с образцами такой водоотталкивающей прорезиненной ткани, так потряс людей, что был привлечен к суду по обвинению в колдовстве.

Когда образцы каучука впервые прибыли в Англию, Джозеф Пристли в 1770 году заметил, что кусок материала очень хорошо стирает карандашные следы на бумаге, отсюда и название 9.0078 резина .

Первоначально каучуковое дерево росло в Южной Америке, где оно было основным источником того ограниченного количества латексного каучука, которое потреблялось на протяжении большей части 19 века. Около 100 лет назад Свободное государство Конго в Африке было важным источником натурального каучукового латекса, в основном собираемого принудительным трудом. Свободное государство Конго было создано и управлялось как личная колония бельгийским королем Леопольдом II. После неоднократных усилий (см. Генри Уикхема) каучук был успешно выращен в Юго-Восточной Азии, где он и сейчас широко выращивается.

В Индии коммерческое выращивание натурального каучука было введено британскими плантаторами, хотя экспериментальные усилия по выращиванию каучука в промышленных масштабах в Индии были предприняты еще в 1873 году в Ботаническом саду Калькутты. Первые коммерческие плантации гевеи в Индии были заложены в Таттекаду в штате Керала в 1902 году.

Резиновый совет — это официальный орган, созданный правительством Индии в соответствии с Законом о каучуке 1947 года для общего развития резиновой промышленности в стране. Головной офис Резинового совета находится в Коттаяме, штат Керала, где Основное производство натурального каучука.

Свойства

Каучук обладает уникальными физическими и химическими свойствами.

Деформационно-напряженное поведение резины демонстрирует эффект Маллинза, эффект Пейна и часто моделируется как гиперупругая.

Резиновая деформация кристаллизуется.

Эластичность

В большинстве эластичных материалов, таких как металлы, используемые в пружинах, эластичность обусловлена искажением связи. Когда применяется сила, длины связей отклоняются от равновесия (минимальной энергии), и энергия деформации накапливается электростатически. Часто предполагается, что резина ведет себя точно так же, но оказывается, что это плохое описание. Резина — любопытный материал, потому что, в отличие от металлов, энергия деформации запасается как термически, так и электростатически.

В расслабленном состоянии каучук состоит из длинных скрученных полимерных цепей, связанных в нескольких точках. Между парой звеньев каждый мономер может свободно вращаться вокруг своего соседа. Это дает каждому звену цепи возможность принимать большое количество геометрий, как очень свободная веревка, прикрепленная к паре фиксированных точек. При комнатной температуре резина сохраняет достаточно кинетической энергии, так что каждый отрезок цепи колеблется хаотично, подобно тому, как яростно трясут упомянутый выше кусок веревки.

Когда резина растягивается, «свободные куски веревки» натягиваются и, таким образом, больше не могут колебаться. Их кинетическая энергия выделяется в виде избыточного тепла. Поэтому при переходе из расслабленного состояния в растянутое энтропия уменьшается, а при релаксации возрастает. Это изменение энтропии также можно объяснить тем фактом, что плотный участок цепи может сгибаться меньшим количеством способов (W), чем свободный участок цепи, при данной температуре (nb. Энтропия определяется как S=k*ln(W )). Таким образом, релаксация натянутой резиновой ленты обусловлена увеличением энтропии, а возникающая сила не является электростатической, а является результатом преобразования тепловой энергии материала в кинетическую энергию. Релаксация резины эндотермическая. В процессе сжатия материал подвергается адиабатическому охлаждению. В этом свойстве резины легко убедиться, поднеся натянутую резинку к губам и расслабив ее.

Растяжение резиновой ленты в некотором роде эквивалентно сжатию идеального газа, а расслабление — его расширению. Обратите внимание, что сжатый газ также проявляет «упругие» свойства, например, внутри накачанной автомобильной шины. Тот факт, что растяжение эквивалентно сжатию, может показаться несколько нелогичным, но он имеет смысл, если рассматривать каучук как одномерный газ . Растяжение уменьшает «пространство», доступное каждому звену цепи.

Вулканизация каучука создает больше дисульфидных связей между цепями, поэтому каждая свободная часть цепи становится короче. В результате цепи натягиваются быстрее при заданной длине деформации. Это увеличивает постоянную силы упругости и делает резину более твердой и менее растяжимой.

При охлаждении ниже температуры стеклования квазижидкие сегменты цепи «замораживаются» до фиксированной геометрии, и каучук резко теряет свои эластичные свойства, хотя этот процесс является обратимым. Это свойство характерно для большинства эластомеров. При очень низких температурах резина становится довольно хрупкой; он разобьется на осколки при ударе или растяжении. Эта критическая температура является причиной того, что в зимних шинах используется более мягкая версия резины, чем в обычных шинах. Считалось, что вышедшие из строя резиновые уплотнительные кольца, которые стали причиной катастрофы Challenger, остыли ниже критической температуры. Катастрофа произошла в аномально холодный день.

Текущие источники каучука

В 2005 году было произведено около 21 миллиона тонн каучука, из которых около 42% натурального каучука. Сегодня Азия является основным источником натурального каучука, на долю которого в 2005 году приходилось около 82% производства. На три крупнейших страны-производителя (Индонезию, Малайзию и Таиланд) вместе приходится около 72% всего производства натурального каучука.

Гипоаллергенный каучук может быть изготовлен из гуаюлы.

Ранние эксперименты по разработке синтетического каучука привели к изобретению Silly Putty.

Натуральный каучук часто подвергают вулканизации, в ходе которой каучук нагревают и добавляют серу, перекись или бисфенол для улучшения упругости и эластичности, а также для предотвращения его разрушения. Вулканизация значительно повысила долговечность и полезность резины с 1830-х годов. Успешное развитие вулканизации наиболее тесно связано с Чарльзом Гудиером. Технический углерод часто используется в качестве добавки к резине для повышения ее прочности, особенно в автомобильных шинах.

Район Коттаям штата Керала является лидером по производству каучука среди штатов Индии. Каучуковое растение не родом из Индии. Голландские колонизаторы, которые также выращивали каучук на своих плантациях в Индонезии, завезли каучуковое растение в Кералу, Индия, из-за похожего тропического климата.

Использует

Использование каучука широко распространено, начиная от бытовых и заканчивая промышленными продуктами, входя в производственный поток на промежуточной стадии или в качестве конечных продуктов. Шины и камеры являются крупнейшими потребителями каучука, на долю которых в 2005 году приходилось около 56% общего потребления. Остальные 44% приходится на сектор резинотехнических изделий (ГРГ), который включает все продукты, кроме шин и камер.

Другими важными областями применения каучука являются дверные и оконные профили, шланги, ремни, коврики, напольные покрытия и демпферы (антивибрационные опоры) для автомобильной промышленности в так называемых «подкапотных» продуктах. Перчатки (медицинские, бытовые и промышленные) также являются крупными потребителями резины и игрушечных воздушных шаров, хотя тип используемой резины относится к типу концентрированного латекса. Значительные тонны каучука используются в качестве клея во многих отраслях обрабатывающей промышленности и производства продукции, хотя двумя наиболее заметными из них являются бумажная и ковровая промышленность.

Кроме того, каучук, полученный в виде волокна, имеет большое значение для использования в текстильной промышленности из-за его превосходных свойств удлинения и восстановления. Для этих целей промышленное резиновое волокно изготавливается либо в виде экструдированного круглого волокна, либо в виде прямоугольного волокна, которое нарезается на полосы из экструдированной пленки. Из-за того, что каучуковое волокно плохо впитывает краску, его внешний вид и внешний вид, каучуковое волокно либо покрывается пряжей из другого волокна, либо непосредственно вплетается в ткань с другими нитями. В начале 1900-х, например, резиновые нити использовались в основной одежде. Хотя каучук по-прежнему используется в текстильном производстве, его низкая прочность ограничивает его использование в легкой одежде, поскольку латекс не обладает устойчивостью к окислителям и повреждается старением, солнечным светом, маслом и потом. В поисках способа устранения этих недостатков текстильная промышленность обратилась к неопрену (хлоропреновому каучуку), типу синтетического каучука, а также к другому более часто используемому эластомерному волокну, спандексу (также известному как эластан), из-за его превосходства над каучуком по своим характеристикам. и прочность, и долговечность. Резина также широко используется для изготовления резиновых лент и воздушных шаров, хотя можно использовать и латекс.

См. также

Чарльз Гудиер — изобретатель вулканизированной резины.
Чарльз Гревилл Уильямс – определил, что натуральный каучук представляет собой полимер мономера изопрена.
Латекс
Международный фонд трудовых прав – детский труд в резиновой промышленности
Резиновая мульча
синтетический каучук
Эластомер
резиновый отвод
Макинтош
шина
Фордландия, неудачная попытка создать каучуковые плантации в Бразилии.
Акрон, Огайо
План Стивенсона
Резиновые утята
Коффердам зубной

Синтетический каучук | Резиновые материалы

перейти к содержанию

Изделия из синтетического каучука | Резиновые материалыJulie Stout2021-02-17T11:55:57-04:00

Изделия из синтетического каучука

Физические и механические свойства / Химическая стойкость / Термические свойства / Экологические характеристики / Применение синтетического каучука

Что такое синтетический каучук?

Синтетический каучук или бутадиен-стирольный каучук (SBR) — недорогой универсальный каучуковый материал. Хотя он не является маслостойким, он обладает свойствами, аналогичными натуральному каучуку; однако он обладает превосходными свойствами износостойкости, стойкости к истиранию и водостойкости. Кроме того, цена синтетического каучука намного ниже, чем цена натурального каучука.

Синтетический каучук также обеспечивает исключительную эффективность при экстремальных температурах. Однако его не рекомендуется использовать в условиях воздействия сильных кислот, масел, смазок, озона, жиров и большинства углеводородов.

При производстве синтетического каучука используются различные мономеры на основе нефти. Эти мономеры можно смешивать в различных пропорциях для сополимеризации. В результате он может создавать продукты с широким диапазоном физических, механических и химических характеристик. Мономеры могут быть получены как в чистом виде, так и с дополнительными примесями и добавками в процессе проектирования.

Ниже приведены преимущества и свойства синтетического каучука:

Преимущества синтетического каучука

Недорогая альтернатива натуральному каучуку
Универсальное применение
Гибкость при низких температурах
Исключительная термостойкость
Широкий диапазон температур
Устойчивость к истиранию, сравнимая с натуральным каучуком

Свойства синтетического каучука

ASTM D-2000 Классификация AA (Стандартная система классификации резиновых изделий в автомобильной промышленности)
Химическое определение: синтетический полиизопрен
Сокращения: SBR, IR

Обработка

Трансферное формование
Литье под давлением
Компрессионное формование

Физические и механические свойства

Твердость: 30 – 95 по Шору A
Прочность на растяжение: 500–3500 фунтов на квадратный дюйм
Удлинение (диапазон %): 300–900 %
Стойкость к истиранию: хорошая – отличная
Адгезия к металлу: отличная
Адгезия к жестким материалам: отличная
Компрессионный набор: Отлично
Стойкость к растрескиванию при изгибе: отличная
Ударопрочность Хорошая – Отличная
Устойчивость и отскок: отлично
Сопротивление разрыву: хорошее – отличное
Демпфирование вибрации: хорошее – отличное

Химическая стойкость

Разбавленные кислоты: удовлетворительная – отличная
Концентрированные кислоты: плохо – хорошо
Органические кислоты (разбавленные): удовлетворительное – хорошее
Органические кислоты (концентрированные): хорошо
Неорганические кислоты: хорошие
Спирты: хорошие – отличные
Альдегиды: хорошие
Разбавленные щелочи: удовлетворительно – отлично
Концентрированные щелочи: удовлетворительно – хорошо
Амины: Плохо – Удовлетворительно
Животные и растительные масла: плохое — хорошее
Ненефтяные тормозные жидкости: хорошие
Диэфирные масла: плохое качество
Алкилфосфатные эфиры: бедные
Арилфосфатные эфиры: бедные
Эфиры: плохо
Алифатическое углеводородное топливо: плохое качество
Ароматическое углеводородное топливо: низкое качество
Расширенное топливо (оксигенированное): плохое
Галогенированные растворители: бедные
Галогенированный углеводород: Плохой
Кетоны: удовлетворительно – хорошо
Растворители лаков: Плохие
Сжиженный нефтяной газ и жидкое топливо: плохое качество
Минеральные масла: плохое качество
Маслостойкость: Плохая
Ароматическая нефть: Плохо
Неароматическая нефть: плохое качество
Аммиачный хладагент: хороший
Хладагент Галофторуглероды: R-12, R-13
Галофторуглероды хладагента с маслом: плохое качество
Силиконовое масло: Хорошее
Стойкость к растворителям: Плохая

Термические свойства

Низкотемпературный диапазон: от -20ºF до -70ºF
Минимум для непрерывного использования (статический): -60ºF
Точка хрупкости: -80ºF
Диапазон высоких температур: от +180ºF до +220ºF
Максимум для непрерывного использования (статический): +180ºF

Экологические характеристики

Окрашиваемость: Плохая
Огнестойкость: удовлетворительная – хорошая
Газопроницаемость: удовлетворительная – хорошая
Запах: хороший – отличный
Озоностойкость: Плохая
Стойкость к окислению: Хорошая
Радиационная стойкость: удовлетворительная – хорошая
Сопротивление пару: хорошее
Устойчивость к солнечному свету: Плохая – Средняя
Сохранение вкуса: удовлетворительное – хорошее
Устойчивость к атмосферным воздействиям: Плохая – Удовлетворительная
Водонепроницаемость: отличная

Применение синтетического каучука

Приводные муфты
Конвейерные ленты
Подошвы и каблуки для обуви
Клеи
Рулонные покрытия
Автомобильные шины
Уплотнения
Прокладки
Втулки
Колодки SBR (горнодобывающее оборудование)

Qualiform Сертифицированный ISO производитель синтетического каучука

Qualiform — сертифицированный ISO производитель синтетического каучука с каталогом высокоточных услуг по формованию резины на заказ. Наши возможности включают формование стандартных сменных звезд OEM, а также нестандартные длины и конфигурации пальцев. С Qualiform вы можете разработать звезду вторичной переработки для своего приложения или обработки носителей! Свяжитесь с нашим опытным техническим персоналом для консультации по требованиям к дизайну и свойствам.

Qualiform является лидером в области обработки, разработки и тестирования каучука. Наши услуги по прецизионному производству резины включают формование резины, компрессионное формование резины, литье резины под давлением, трансферное формование резины и склеивание резины с металлом. Наш опыт также позволяет нам предлагать надежные возможности решения проблем во всех областях литья резины и соединения резины с металлом. В результате мы можем создавать индивидуальные решения практически для любого приложения.

Компания Qualiform обладает более чем 40-летним опытом литья и производства резины на заказ, поэтому вы можете положиться на Qualiform при создании необходимых вам высококачественных резиновых деталей. Свяжитесь с техническим персоналом Qualiform по телефону (330) 336-6777, чтобы узнать больше о том, как мы можем вам помочь.

Запатентованная смесь Qualiform

В дополнение к материалам из синтетического каучука Qualiform предлагает запатентованную смесь с армирующими волокнами. Qauliform напрямую смешивает армирующие волокна с синтетическим каучуком. В результате он обеспечивает повышенную стойкость к истиранию и ударам, а также улучшенную твердость, прочность и производительность. Qualiform также предлагает эту смесь для других доступных материалов:

Бутилкаучук
Резина EPDM
Натуральный каучук
Неопреновый каучук
Нитриловый каучук
Жесткая и гибкая резина
Термопластичные эластомеры (TPE)
Витоновая резина

Заинтересованы в синтетическом каучуке или других резиновых материалах Qualiform? Свяжитесь с Qualiform сегодня, чтобы получить экспертные рекомендации по материалам.

Свяжитесь с нами

Ссылка для загрузки страницы Перейти к началу

Уникальные физические и химические свойства бромбутилового каучука

Изделия из каучука являются жизненно важной частью повседневной жизни. В домах, больницах, отелях, офисах, лабораториях, на строительных и производственных объектах резина есть везде и служит всем видам промышленности, где продукция не могла бы функционировать без резиновых компонентов.

Например, на автомобильный сектор приходится 65% производства каучука, включая детали и компоненты, такие как стеклоочистители, опоры двигателя, оконные уплотнители, шины и т. д. ¹ Бромбутилкаучук получают путем соединения бутилкаучука с бромом. Разработанная в 1940-х годах добавка брома к бутилкаучуку придает продукту значительную добавленную стоимость. Чаще всего используемый в автомобильной промышленности, бутилкаучук обладает значительной физической прочностью, низкой проницаемостью и высокой устойчивостью к ударам, атмосферным воздействиям и старению. Помимо свойств, присущих бутилкаучуку, бромбутилкаучук обладает и другими фундаментальными преимуществами, включая стабильность при высоких температурах, омолаживающие свойства, более высокую стойкость, повышенную адгезию к другим каучукам и металлам и, наконец, повышенную стойкость к озону и окружающей среде. ²

¹ http://www.etrma.org/ ETRMA, Европейская ассоциация производителей шин и резины
² https://www.jameswalker.biz/de/pdf_docs/148- elastomer-engineering-guide

«Бутилкаучук продлевает срок службы шины, снижает расход топлива и, таким образом, минимизирует выбросы CO2».

МИНАМАТСКАЯ КОНВЕНЦИЯ О РТУТИ

Свойства бромбутилкаучука позволяют использовать его в продуктах, требующих низкой проницаемости для газов и жидкостей. Он используется в различных приложениях, которые способствуют эффективному использованию энергии и ресурсов, а также промышленной безопасности и безопасности пациентов, что приносит пользу обществу.

ШИНЫ

По данным Европейской ассоциации производителей автомобилей (ACEA), на дорогах Европы ездит около 308,3 миллиона автомобилей, то есть более одного автомобиля на двух человек. ³ Когда речь идет о безопасности дорожного движения, шины являются одним из наиболее важных компонентов автомобиля.

По сравнению со старыми шинами, современные радиальные шины содержат бромбутилкаучук, который находится во внутреннем покрытии. Эта внутренняя обшивка используется для удерживания и удержания воздуха в шинах. Преимущества использования бромбутилкаучука включают в себя способность шины самогерметизироваться в отношении небольших проколов и улучшать характеристики удержания воздуха и, следовательно, долговечность шины.

Бромбутиловый каучук во внутреннем покрытии создает барьер, который предотвращает попадание воздуха в структуру шины и разрушение ее резины, тем самым улучшая удержание воздуха. Благодаря своей полимерной структуре шина из 100% бромбутилового полимера обеспечивает самый низкий показатель воздухопроницаемости. В конечном итоге это обеспечивает более длительный жизненный цикл шины и способствует безопасности автомобилистов, предотвращая выход шины из строя. Увеличение срока службы шины, требующее меньшего количества замен шин, также оказывает общее положительное влияние на окружающую среду, использование ресурсов и энергии (за счет предотвращения выбросов CO2).

Топливно-сберегающие шины – при их широком использовании – могут к 2020 году сэкономить примерно 6,6 млн т н.э. (миллионов тонн нефтяного эквивалента) топлива в год. легковых автомобилей с дорог ЕС ежегодно. ⁴ Таким образом, бромбутилкаучук способствует устойчивой мобильности и целям ЕС в области изменения климата.

МЕДИЦИНСКИЕ ПРОБКИ И МЕМБРАНЫ

Благодаря своим герметизирующим свойствам пробки из бромбутилкаучука используются для укупоривания флаконов и флаконов с лекарствами в больницах и лабораториях для безопасного и эффективного хранения и применения лекарств, а также для научных исследований.

Было установлено, что фармацевтический упаковочный материал имеет решающее значение для стабильности лекарственного средства, поскольку упаковочные материалы могут напрямую влиять на клинический лечебный эффект фармацевтических препаратов. использует; например, он химически инертен, неполярен и содержит низкий уровень экстрагируемых примесей, которые со временем могут загрязнить лекарство. Этот процесс можно повторять несколько раз, так что пробку не нужно менять после каждого использования.

«Бутилкаучук продлевает срок службы шины,
снижает расход топлива, а
также минимизирует выбросы CO2».

КОНВЕЙЕРНЫЕ ЛЕНТЫ

Жаростойкие конвейерные ленты, используемые на цементных заводах, литейных заводах, тепло- и электростанциях, выдерживающие температуру до 400°C. Чтобы выдерживать такие экстремальные температуры, конвейерные ленты из бромбутилового каучука были разработаны и усовершенствованы в течение многих лет.

Превосходная термическая и химическая стабильность бутилкаучука делает его идеальным для применения в специальных конвейерных лентах.

TOP HEADLINES

Свойства каучука химические: Натуральный и синтетический каучук - свойства каучука | ПластЭксперт