Натуральный каучук

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

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

Молекулу каучука можно  представить себе как круглую, незамкнутую  пружину, которую можно сильно растянуть, разведя её концы. Освобождённая  пружина вновь принимает прежнее  положение. Некоторые исследователи  представляют молекулу каучука в  виде пружинящей спирали. Качественный анализ показывает, что каучук состоит  из двух элементов - углерода и водорода, то есть, относится к классу углеводородов.

Первоначально принятая формула  каучука была С5Н8, но она слишком  проста для такого сложного вещества как каучук. Определение молекулярной массы показывает, что она достигает  нескольких сот тысяч (150 000 - 500 000). Каучук, следовательно, природный полимер.

Экспериментально доказано, что в основном макромолекулы  натурального каучука состоят из остатков молекул изопрена, а сам  натуральный каучук - природный полимер  цис-1,4-полиизопрен.

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

Основной продукт разложения каучука - углеводород, молекулярная формула  которого однозначна с простейшей формулой каучука. Можно считать, что макромолекулы  каучука образованы молекулами изопрена. Существуют подобные полимеры, которые  не проявляют такой эластичности, какую имеет каучук. Чем же объясняется  это его особое свойство?

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

Основная область применения Каучук натуральный - производство шин. Его используют также в производстве резинотехнических изделий (транспортёрные ленты, приводные ремни, амортизаторы, уплотнители), электроизоляционных материалов, резиновых изделий народного потребления, при изготовлении резиновых клеев. Некоторое количество каучука натурального используют в виде латекса.

 

 

Синтетические каучуки.

 

Синтетические каучуки - синтетические  полимеры, способные перерабатываться в резину путем вулканизации, составляют основную массу эластомеров. Синтетический  каучук - высокополимерный, каучукоподобный материал. 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

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

В 1926 году ВСНХ СССР объявил  конкурс по разработке промышленного  способа синтеза каучука из отечественного сырья. К 1 января 1928 года в жюри нужно  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 1932 году именно на базе 1,3-бутадиена  возникла крупная промышленность синтетического каучука. Были построены два завода по производству синтетического каучука. Способ С.В. Лебедева оказался более  разработанным и экономичным.

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.

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.

 

 

 

 

 

 

Важнейшие виды синтетического каучука.

 

Вышерассмотренный бутадиеновый каучук (СКБ) бывает двух видов: стереорегулярный и нестереорегулярный. Стереорегулярный бутадиеновый каучук применяют главным  образом в производстве шин (которые  превосходят шины из натурального каучука  по износостойкости), нестереорегулярный бутадиеновый каучук - для производства, например, кислото - и щелочестойкой резины, эбонита.

В настоящее время химическая промышленность производит много различных  видов синтетических каучуков, превосходящих  по некоторым свойствам натуральный  каучук. Кроме полибутадиенового  каучука (СКБ), широко применяются сополимерные каучуки - продукты совместной полимеризации (сополимеризации) бутадиена с другими непредельными соединениями, например, со стиролом (СКС) или с акрилонитрилом (СКН)

В молекулах этих каучуков звенья бутадиена чередуются со звеньями соответственно стирола и акрилонитрила.

Бутадиен-стирольный каучук отличается повышенной износостойкостью и применяется в производстве автомобильных шин, конвейерных  лент, резиновой обуви.

Бутадиен-нитрильные каучуки - бензо - и маслостойкие, и поэтому используются, например, в производстве сальников.

Винилпиридиновые каучуки - продукты сополимеризации диеновых углеводородов с винилпиридином, главным образом бутадиена с 2-метил-5-винилпиридином.

Резины из них масло-, бензо - и морозостойки, хорошо слипаются с различными материалами. Применяются, в основном, в виде латекса для пропитки шинного корда.

В СССР разработано и внедрено в производство получение синтетического полиизопренового каучука (СКИ), близкого по свойствам к натуральному каучуку. Резины из СКИ отличаются высокой механической прочностью и эластичностью. СКИ служит заменителем натурального каучука в производстве шин, конвейерных лент, резин, обуви, медицинских и спортивных изделий.

Кремнийорганические каучуки  применяются в производстве оболочек проводов и кабелей, трубок для переливания  крови, протезов (например, искусственных  клапанов сердца) и др. Жидкие кремнийорганические  каучуки - герметики.

Полиуретановый каучук используется как основа износостойкости резины.

Фторсодержащие каучуки  имеют как особенность повышенную термостойкость и поэтому используются главным образом в производстве различных уплотнителей, эксплуатируемых  при температурах выше 200°C.

Хлоропреновые каучуки - полимеры хлоропрена (2-хлор-1,3-бутадиена) - по свойствам  сходны с натуральным каучуком, в  резинах применяются для повышения  атмосферо-, бензо - и маслостойкости.

Существует и неорганический синтетический каучук - полифосфонитрилхлорид.

 

 

 

 

Использованная литература:

 

 

1. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия-11: Органическая химия. Основы общей химии: (Обобщение и углубление знаний): Учебник для 11 класса средней школы – М.

 

2. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. – 23-е изд., стереотипное. / Под ред.В.А. Рабиновича. – Л.: Химия, 1984. – 704 с. ил.

 

3. Большой Энциклопедический словарь. – М.: Большая российская энциклопедия, 1998.

 

4. Мегаэнциклопедия, http://mega.km.ru

 

5. Encyclopedia Britannica Online, http://www.britannica.com/