Натуральный и синтетический каучук: формула и применение

История открытия

Это вещество известно человечеству много сотен лет. Известно, что инки и майя изготавливали резиновые мячи для игр с мячом. Археологи нашли их при раскопках, и их возраст достиг 900 лет.

Европейцы узнали об этом материале намного позже. Колумб в 1493 году на Гаити увидел туземцев, играющих с резиновым мячом.

Когда испанцы подняли их, они обнаружили, что жевательная резинка была липкой и тяжелой, а от нее пахло дымом. Для изготовления таких шаров местные жители собирали из гевеи млечный сок. Вынимали шарики и давали продукту загустеть.

Использование необычного материала этим не ограничилось. Индейцы делали из него калоши. Хотя они не пропускали воду, на жаре они начали таять и прилипать к ногам. Если эта обувь была удлиненной, ее никогда не сжимали до прежнего размера.

Колумб привез образцы каучука в Европу, но там долгое время не удавалось изготовить предметы, аналогичные тем, что использовали индейцы.

В течение двух столетий этот материал оставался диковинкой, пока в 1730 году британский химик Джозеф Пристли не обнаружил, что ластик может стирать то, что было написано карандашом. В 1791 году английский бизнесмен Сэмюэл Пил получил патент на изобретенный им метод изготовления рабочей одежды водонепроницаемой с помощью резины. Начиная с 1820 года во Франции на основе этого материала научились делать подвязки для женщин и подтяжки для мужчин. Для этого использовались резиновые нити, которые переплетались с тканью.

Британский ученый Чарльз Макинтош высказал идею, что слой резины можно поместить между слоями ткани и таким образом получить водостойкий материал для изготовления плащей. В 1823 году началось производство такой одежды. К сожалению, такой плащ не выдерживал ни холода, ни жары. В первом случае он застыл, а во втором пополз.

Ученые начали искать способы сделать резиновый материал, лишенный вышеупомянутых недостатков. Американский изобретатель Чарльз Гудиер решил эту проблему в 1839 году, добавив серу в каучук.

Оказалось, что если положить на плиту обтянутую резиной тряпку, а затем нанести слой серы и нагреть, то полученный материал будет лишен этих недостатков.

Обогащение каучука серой получило название вулканизации. В результате была получена резина, которую начали активно использовать. В 1919 году насчитывалось около 40 тысяч различных видов резиновых изделий.

Что отличает резину от резины, так это следующее:

• резина имеет высокий уровень эластичности, прочности, устойчивости к неблагоприятным воздействиям;
• каучук ценен прежде всего не своими характеристиками, а тем, что он является сырьем для производства резины.

Вы знаете, в каком городе в России производят каучук? Это Ярославль. Завод работает с 1932 года.

Физико-химические свойства каучука

Этот материал представляет собой эластичную массу, изначально полученную из гевеи. Со временем молочный сок сворачивается и образует вязкий материал. Чтобы этого не произошло, добавляют гидросульфид натрия или формалин.

Свежевыжатый сок каучука (латекс) характеризуется следующими свойствами:

1. Удельный вес составляет 0,9794 (при содержании каучука 35 г на 100 куб. См).
2. При температуре 30 градусов Цельсия вязкость колеблется от 12 до 15.
3. Размер резиновых частиц 0,5-5 мкм. В 1 куб. См сока их количество достигает 200 миллионов.

Каучук — это полимер ненасыщенного углеводорода. Его химическая формула следующая: (C5H8) n — изопреновый полимер. Молекулярная масса этого вещества 15-30 тысяч. После проведения исследований ученые обнаружили, что каучук сделан из полимера 2-метилбутадиена.

Натуральный каучук

99% этого материала получают из дерева гевеи. Для этого в коре делаются надрезы в виде буквы V. Внизу перпендикулярно поверхности устанавливается бороздка, по которой сок постепенно стекает в установленную внизу чашу. Отток латекса (сока гевеи молочного цвета) длится полтора часа.

Содержание жевательной резинки в нем может быть разным. Зависит от:

• возраст дерева, с которого собирают сок;
• важен состав почвы, в которой растет кануна;
• период года, в котором происходит сбор;
• какая была погода в тот момент;
• время и качество выполненных гравюр;
• другие особенности коллекции латекса.

Чтобы натуральный каучук можно было использовать, он должен пройти следующие процессы:

1. Сначала выполняется отжим. Необходимо удалить с латекса лишнюю влагу.
2. После этого получившиеся полоски наматывают на палочку и сушат на плите.
3. Полоски укладывают в один слой и оставляют на солнце.
4. Теперь осталось сдержать дым.

Полученная таким образом резина может служить сырьем для производства резины.

Сок добывают с тех деревьев, которым уже 12 лет. В год можно получить 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, в том числе белков, не превышает 1-2%.

Синтетический каучук и его основные виды

Бутадиеновый каучук используется в производстве автомобильных камер и шин. По эксплуатационным, физическим и химическим свойствам продукция намного лучше натуральных материалов.

Одна из его особенностей — способность безопасно удерживать воздух. Превосходит аналогичный по качеству натуральный материал примерно в 10 раз. Химия позволила создать материалы, которые по своим характеристикам значительно превосходят натуральный каучук.

Еще одна область применения — производство эбонита или химически стойкой резины.

Хлоропреновый каучук поставляется потребителям в светло-желтой массе. Отличительные качества продукции:

• высокая стойкость к возгоранию и температурным воздействиям;
• невосприимчив к озону, низким температурам и другим атмосферным воздействиям;
• обладает высокой адгезией к тканям, металлам и другим материалам.

Материал под действием растяжения способен кристаллизоваться. Это качество увеличивает его стойкость к характеристикам.

Материал на основе этиленпропилена используется там, где требуется ударопрочная резина.

Кремнийорганические каучуки обладают большей устойчивостью к температурному и химическому воздействию, истиранию. Этот материал газонепроницаем.

Дивиниловый каучук используется для создания прокладок в установках высокого давления.

Получение синтетического каучука

Когда каучук стал широко использоваться в промышленности, возникла острая нехватка натурального каучука для его производства. Эта ситуация поставила перед учеными задачу синтезировать искусственный материал с такими же физическими и химическими свойствами.

Получение синтетического каучука методом Лебедева

Завод по получению этого материала впервые был пущен в эксплуатацию в 30-е годы прошлого века.

Синтетический каучук состоит из дивинила, который извлекается по реакции разложения спирта. Мономер синтетического каучука — изопрен. Материал получен в результате полимеризации.

Основные типы синтетических каучуков

Классификация синтетических каучуков основана на исходном мономере. Наиболее часто используемые примеры в отрасли:

• полибутадиен. Ненасыщенный, легко отверждаемый и обладающий высокой износостойкостью. Но из-за отсутствия эластичности в основном используется в смеси с другими эластомерами;
• бутилкаучук. Не истирает и не пропускает газ. Устойчив к любым растворителям, кроме минеральных масел;
• этилен. Не пропускает тепло, свет и газ. Проявляет стойкость к спиртам, кислотам и щелочам;
• полиизопрен. По химическому составу идентичен натуральному, но не содержит примесей.

Где содержится? Получение натурального каучука:

Для натуральных каучуков сырьем является молочный сок некоторых растений, производящих латекс (белая жидкость с особыми свойствами). Сам латекс является довольно распространенным компонентом растений и встречается у представителей резиновых растений различных ботанических групп.

Встречается в разных частях растений. Поэтому они (т.е растения) классифицируются следующим образом:

1 решетка, когда вещество накапливается в молочном соке,

2 хлоренхимный: вещество накапливается в молодых побегах и зеленых листьях,

3 паренхиматозный: вещество накапливается в корнях и стеблях,

4. Латексные травянистые растения семейства сложноцветных — кок-сагыз, крым-сагыз и другие, у которых каучук в небольших количествах накапливается в подземных органах. Эти установки не используются в производстве технической резины.

Каучуковые деревья растут в основном в районе экватора, не удаляясь от него более чем на 10 ° к северу и югу, т.е это пояс шириной 1300 км, который называется «резиновый пояс». Именно здесь выращивают каучуковые деревья для промышленного использования в мировом масштабе. В основном натуральный каучук получают из латекса бразильского тропического дерева гевеи. Для этого на коре дерева, достигшего 5-летнего возраста, делают V-образные надрезы. В среднем с дерева гевеи получается 2-3 кг каучука.

Для получения каучука, экстрагированного из бразильской гевеи, молочный сок (латекс) подвергают процессу коагуляции или гелеобразования, добавляют уксусную или муравьиную кислоту, затем промывают водой, раскатывают в листы и коптят.

История создания.

Исследованиями в области производства синтетического каучука на рубеже ХIХ и ХХ веков занимались многие научные лаборатории по всему миру. Этому способствовал не только стремительный рост потребления натурального каучука, но и географические факторы. Страны далекие от т.н. «Резиновые пояса» — экваториальная зона, попала в зависимость от импорта.

Впервые каучукоподобное вещество было получено в 1879 г французским химиком Ж. Бушаром при обработке изопрена (2-метилбутадиен-1,3) соляной кислотой. Русский химик И. Кондаков (Юрьев) синтезировал эластичный полимер из диметилбутадиена в 1901 году. Первые промышленные партии синтетического каучука — диметилового каучука — были произведены на основе разработок Кондакова в 1916 году в Германии. Было получено около 3000 тонн синтетического каучука, из которого делались ящики для подводных батарей, но диметиловый каучук не получил широкого распространения и его производство было остановлено.

Основоположником первого в мире крупномасштабного производства синтетического каучука по праву считается русский ученый С.В. Лебедев, посвятивший значительную часть своей научной деятельности проблеме полимеризации диенов. Впервые синтетический бутадиеновый каучук он получил в 1910 году. А кандидатская диссертация Лебедева, посвященная изучению кинетики полимеризации дивинила (бутадиена-1,3) и его производных, была удостоена премии Российской академии наук в 1914 году. Лебедев вернулся к процессу полимеризации бутадиена в 1932 году, когда правительство СССР объявило конкурс на развитие промышленного производства синтетического каучука. Лебедев и его сотрудники успешно разработали экономичный и эффективный метод. Было предложено использовать металлический натрий в качестве катализатора полимеризации бутадиена, и полимер, полученный этим методом, называется натрий-бутадиеновый каучук. Настоящим прорывом стал одностадийный способ получения бутадиена из этилового спирта на смеша