Синтетический каучук

          Синтетический каучук.

      Каучуки — натуральные или   синтетические эластомеры, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём вулканизации получают резины и эбониты. 

Синтетический каучук

     Синтетический каучук -  высокополимерный, каучукоподобный материал. Его получают полимеризацией или сополимеризацией бутадиена, стирола, изопрена, хлоропрена, изобутилена, нитрила акриловой кислоты. Подобно натуральным каучукам, синтетические имеют длинные макромолекулярные цепи, иногда разветвленные, со средним молекулярным весом, равным сотням тысяч и даже миллионам.

     Полимерные цепи в синтетическом каучуке в большинстве случаев имеют двойные связи, благодаря которым при вулканизации образуется пространственная сетка, получаемая при этом резина, приобретает характерные физико-механические свойства.

     Обычно приняты классификация и наименование каучуков по мономерам, использованным для их получения (изопреновые, бутадиеновые и т.д.) или по характерной группировке (атомам) в основной цепи или боковых группах (уретановые, полисульфидные и др.)  

     Синтетические  каучуки также подразделяют по  признакам, например, по содержанию  наполнителей (наполненные и незаполненные), по молекулярной массе (консистенции) и выпускной форме (твердые,  жидкие, порошкообр.). Часть синтетических  каучуков выпускают в виде  водных дисперсий - синтетических  латексов. Особую группу каучуков  составляют - термоэластопласты. 

     Некоторые  виды синтетических каучуков (например, полиизобутилен, силиконовый каучук) представляют собой полностью  предельные соединения, поэтому  для их вулканизации применяют  органические перекиси, амины и  др. вещества. Отдельные виды синтетических  каучуков по ряду технических  свойств превосходят натуральный каучук.

     По  области применения синтетические  каучуки разделяют на каучуки  общего и специального назначения. К каучукам общего назначения  относят каучуки с комплексом  достаточно высоких технических  свойств (прочность, эластичность  и др.), пригодных для массового  изготовления широкого круга  изделий. 

     К каучукам  специального назначения относят  каучуки с одним или несколькими  свойствами, обеспечивающими выполнение  специальных требований к изделию  и иго работоспособности в  часто экстремальных условиях  эксплуатации.

     Каучуки общего назначения: изопреновые, бутадиеновые, бутадиен-стирольные и другие.

    

      Каучуки специального назначения: бутилкаучук, этиленпропиленовые, хлоропреновые, фторкаучуки, уретановые и другие. 
 

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.

     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 таки 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:

                                          (-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.

     Полимеризация  в эмульсиях даёт возможность  получать огромные количества различных сополимерных каучуков, обладающих ценными техническими качествами, но все, 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, Бутадиен-стирольный.

     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.