Каучук что это такое
Каучук
Каучук
Каучу́ки — натуральные или синтетические эластомеры, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём вулканизации получают резины и эбониты.
Содержание
Природный каучук
Высокомолекулярный углеводород (C5H8)n, цис- полимер изопрена; содержится в млечном соке (латексе) гевеи, кок-сагыза (разновидности одуванчика) и других растений. Растворим в углеводородах и их производных (бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде и т. д.). В воде, спирте, ацетоне натуральный каучук практически не набухает и не растворяется. Уже при комнатной температуре натуральный каучук присоединяет кислород, происходит окислительная деструкция (старение каучука), при этом уменьшается его прочность и эластичность. При температуре выше 200 °C натуральный каучук разлагается с образованием низкомолекулярных углеводородов. При взаимодействии натурального каучука с серой, хлористой серой, органическими пероксидами (вулканизация) происходит соединение через атомы серы длинных макромолекулярных связей с образованием сетчатых структур. Это придает каучуку высокую эластичность в широком интервале температур. Натуральный каучук перерабатывают в резину. В сыром виде применяют не более 1 % добываемого натурального каучука (резиновый клей). Более 60 % натурального каучука используют для изготовления автомобильных шин.
Синтетические каучуки
Первым синтетическим каучуком, имевшим промышленное значение, был полибутадиеновый (дивиниловый) каучук, производившийся синтезом по методу С. В. Лебедева (анионная полимеризация жидкого бутадиена в присутствии натрия), однако из-за невысоких механических качеств нашёл ограниченное применение.
В Германии бутадиен-натриевый каучук нашёл довольно широкое применение под названием «Буна».
Изопреновые каучуки — синтетические каучуки, получаемые полимеризацией изопрена в присутствии катализаторов — металлического лития, перекисных соединений. В отличие от других синтетических каучуков изопреновые каучуки, подобно натуральному каучуку, обладают высокой клейкостью и незначительно уступают ему в эластичности.
В настоящее время большая часть производимых каучуков является бутадиен-стирольными или бутадиен-стирол-акрилонитрильными сополимерами.
Каучуки с гетероатомами в качестве заместителей или имеющими их в своём составе часто характеризуются высокой стойкостью к действию растворителей, топлив и масел, устойчивостью к действию солнечного света, но обладают худшими механическими свойствами. Наиболее массовым в производстве и применении каучуками с гетерозаместителями являются хлоропреновые каучуки (неопрен) — полимеры 2-хлорбутадиена.
В ограниченном масштабе производятся и используются тиоколы — полисульфидные каучуки, получаемые поликонденсацией дигалогеналканов (1,2-дихлорэтана, 1,2-дихлорпропана) и полисульфидов щелочных металлов.
7 июля 1932 года был запущен завод по производству синтетического каучука — Ярославский завод СК-1. В этот день была получена первая в мире промышленная партия натрий-бутадиенового каучука. В 1932 году в СССР строились три крупных завода по производству синтетического каучука: СК-1 в Ярославле, СК-2 в Воронеже (запущен осенью 1932 года) и СК-3 в Ефремове (запущен в 1933 году).
Основные типы синтетических каучуков:
Промышленное применение
Наиболее массовое применение каучуков — это производство резин для автомобильных, авиационных и велосипедных шин.
Из каучуков изготавливаются специальные резины огромного разнообразия уплотнений для целей тепло- звуко- воздухо- гидроизоляции разъёмных элементов зданий, в санитарной и вентиляционной технике, в гидравлической, пневматической и вакуумной технике.
Каучуки применяют для электроизоляции, производства медицинских приборов и средств контрацепции.
В ракетной технике синтетические каучуки используются в качестве полимерной основы при изготовлении твердого ракетного топлива, в котором они играют роль горючего, а в качестве наполнителя используется порошок селитры (калийной или аммиачной) или перхлората аммония, который в топливе играет роль окислителя
Необычные свойства натурального каучука. Синтетический каучук «От жевательной резинки до БелАЗа»
Сок вечнозеленого дерева Гевеи, семейства молочаев, растущего в жарком экваториальном климате, стал ценным сырьем для производства натурального каучука. «Слезы дерева» собранные методом «надсечки» затвердевают на воздухе, принимая нужную форму.
Природа и наука
Индейцы Майя изготавливали таким образом некое подобие мячика. Однако, каучук в чистом виде имеет несколько физических свойств, которые надолго отложили его массовое использование по миру.
От высоких температур каучук становится липким, может растекаться, издавая довольно неприятный запах. При низких температурах промерзает, дает трещины.
Но наука шла вперед, ученый химик Чарльз Нельсон Гудьира провел опыт для улучшения физических свойств каучука. Взаимодействие с химическим элементом серой привело полученный полимер к повышенной прочности, эластичности, свойствами звукоизоляции, водонепроницаемости, непроводимости электричества и тепла. Этот эксперимент открыл латексу дверь в мировые отрасли.
Натуральный каучук
«Золотое дерево» имеет статус народного достояния. Оно находится под охраной закона. Вывоз семян строго пресекается. Так было и в самом начале пути к славе. Вывоз семян с Бразилии, которая в те времена была единственным поставщиком ценного сырья, каралось смертной казнью.
Однако, были мореплаватели, рискующие своей головой, которые пробовали это сделать. Одним из них был британский шпион. Именно, ему улыбнулось счастье, и он переправил в своем трюме около семидесяти семян гевеи. Вся партия была продана в Ботанический сад Кью.
Даже при соблюдении правил выращивания, создании климатических условий взросло всего лишь две тысячи всходов. Остальные погибли. Эти саженцы были разосланы во все британские колонии для закладки плантаций каучуконосных деревьев.
Далее, все больше распространяясь по свету, сырье стало получать отрасли применения.
Природный каучук
Гевея одаривает человечество своим ценным соком. Его применение постоянно модифицировалось.
Свойства материала
Многие ученые старательно пытались найти пути решения. Например, химик Макинтош, шотландского происхождения, предложил прокладывать между тканями силиконовую прослойку.
Это было настолько необычно, настолько удобно в использовании, что начался настоящий каучуковый бум. Плащи получили название по фамилии химика. Непромокающая верхняя одежда снискала любовь многих людей. Чуть позже был придуман способ надевать неуклюжие бесформенные «галоши» на обувь.
Особым свойством, притягивающим человека к каучуку, является его эластичность. Но мы уже сказали, что при определенных условиях это свойство пропадает.
Эластичность — удивительное свойство материала, при внешней деформации возвращаться в изначальную форму.
Химическое строение, формула, состав
Полимер, насыщенный С, при огромном числе двойных связей и есть природный каучук. Химики записывают его следующим образом: (С5Н8) n. Степень полимеризации (n) колеблется в диапазоне одна тысяча-три тысячи единиц. Называется изопреном.
Химическим путем можно сказать, что каучук относят к углеводородам (благодаря составу молекулы: С, Н).
Тип углеводородных связей объясняет, что в момент растягивания молекула имеет завидную длину, причем выглядит, как зигзаг. Сравнимы с пружинками.
Категории натурального каучука
Выделяют основные категории природного каучука:
Всего на натуральный каучук приходится восемь типов, которые образуют при помощи технологий и добавок тридцать пять сортов.
Синтетический каучук
Распространившись по всему миру, каучук нашел не только поклонников, но и исследователей. Страны, находящиеся в зависимости от импортного товара, были заинтересованы в получении своего сырья.
История создания
В конце девятнадцатого века французский ученый Бушарда синтезировал нечто похожее на силикон.
На рубеже девятнадцатого-двадцатого веков российский химик И. Кондаков смог получить эластановый полимер. На его основе в Германии появились первые выпуски синтетического сырья. Они использовались на подводных лодках. Однако в массовое производство он не пошел.
Особый вклад в получение синтетического латекса внес российский ученый С. Лебедев. Почти всю свою научную жизнь он посвятил получению каучука. Его исследования были отмечены специальной премией РАН.
После объявления правительством Советского Союза о конкурсе разработки широкого производства латекса для всей страны и за рубеж, Лебедев с командой единомышленников успешно нашел решение.
Так был получен дешевый способ синтезирования. В 1932 году впервые во всем мире Советский Союз наладил получение каучука в промышленном размахе. За ней, через четыре года аналогичное производство получила Германия.
Применение синтетических каучуков
В наши дни синтетическое сырье имеет внушительный ассортимент. Разделяется по составу, свойствам, применению. Классификация идет по названию мономера, группе атомов.
Основной прием синтезирования — это полимеризация диенов, алкенов. Мономеры: стирол, этилен, изобутен и т. д.
Сфера применения очень велика: резина, обувная промышленность, различные шланги, изоляционные материалы, герметики, клеевая основа, красочный арсенал.
Вулканизация каучука
Нефтехимия вокруг
По статистике в современной жизни человечество использует в повседневной жизни около сорока тысяч изделий из каучука, его производных. Как бы мы жили без автомобилей, автобусов, велосипедов.
Трудно представить себе агротехнику без комбайнов и тракторов. Везде в них используются каучуковые покрышки.
Пищевая промышленность представляет любимое лакомство для взрослых и детей — жевательную резинку, на четверть состоящую из латекса.
Авиастроение, ракетостроение, бытовая промышленность, медицинское оборудование, электроприборы и другие отрасли народного хозяйства.
Каучук, свойства и характеристики, получение и применение
Каучук, свойства и характеристики, получение и применение.
Каучук – это природный или синтетический продукт полимеризации некоторых диеновых углеводородов с сопряженными связями.
Каучук – что это?
Каучук – это природный или синтетический продукт полимеризации некоторых диеновых углеводородов с сопряженными связями. Их важнейшими физическими характеристиками являются эластичность (каучуки способны восстанавливать форму), электроизоляция, водо- и газонепроницаемость. Из каучуков путем вулканизации получают резины и эбониты.
Натуральный каучук, характеристики и свойства, состав:
Сжатие натурального каучука сопровождается поглощением, растяжение – выделением тепла.
При охлаждении каучук становится хрупким, при нагревании – размягчается. И в том и в другом процессе каучук теряет свою эластичность. Взаимодействие натурального каучука с озоном, кислородом и другими окислителями ведет к повышению хрупкости и появлению трещин. Т.е. повышается хрупкость, он «старится».
Как и большая часть полимеров, в зависимости от температуры каучук может быть в одном из трех состояний: высокоэластичном, вязкотекучем и стеклообразном. При обычных температурных условиях каучук высокоэластичен.
Кроме того, преимущество каучука проявляется еще и в том, что он обладает высокой пластичностью. Это означает, что под воздействием внешних сил этот материал будет приобретать и сохранять приданную ему форму. Во время механической обработки или нагревания это свойство особо заметно. Таким образом, каучук считается пласто-эластическим веществом.
Однако, у натурального каучука имеется недостаток: со временем он твердеет и вследствие этого теряет свои свойства.
Где содержится? Получение натурального каучука:
1. латексные, когда вещество накапливается в млечном соке,
2. хлоренхимные – вещество накапливается в молодых зеленых побегах и листьях,
3. паренхимные – вещество накапливается в корнях и стеблях,
4. травянистые латексные растения семейства сложноцветных – это кок-сагыз, крым-сагыз и другие, где каучук в небольшом количестве накапливается в подземных органах. Эти растения не используются в промышленном производстве каучука.
Чтобы получился каучук, добытый из гевеи бразильской, млечный сок (латекс) подвергают процессу свертывания или желатинирования, добавляя в него уксусную или муравьиную кислоту, после промывают водой, прокатывают в листы и коптят.
Химическое строение натурального каучука и его состав. Формула каучука:
При химическом анализе природного каучука видно, что он состоит только из углерода и водорода. Это позволяет отнести его к углеводородам. Подтверждением этому есть первичная формула каучука. Молекулярная масса отдельных единиц может превышать полумиллион грамм на моль. Таким образом, натуральный каучук является природным полимером изопрена, а точнее цис-1,4-полиизопрена.
По причине того, что в изопрене чередуются одинарные и двойные связи, части молекулы могут вращаться только вокруг одинарных связей. И в результате подобных колебаний молекула постоянно изгибается, и даже в состоянии покоя у нее сближены концы.
Типы и виды натурального каучука:
Натуральный каучук делят на 8 типов, образующих 35 сортов.
Самым распространенным и ценным типом натурального каучука считается «смокед-шит», что означает копченый лист. Он изготавливается в виде достаточно прозрачных листов цвета янтаря с рифленой поверхностью.
Меньше распространен тип называемый «светлый креп». Для его получения к латексу перед желатинированием добавляют для отбеливания бисульфит натрия. Листы этого типа каучука имеют кремовый оттенок, они непрозрачны.
Меньше всего ценится тип, который называют «пара-каучук». Его добывают из дикорастущей гевеи кустарным способом.
Синтетический каучук, виды, его свойства, получение, производство и синтез:
В XX веке с появлением автомобильной промышленности стал расти спрос на резину, значит и на каучук. Поэтому на каучук, получаемый из сока гевеи, появился дефицит. Встал вопрос получения синтетического каучука. В 1927 году советский ученый С.В. Лебедев получил первый синтетический дивиниловый каучук с помощью реакции полимеризации 1,3-бутадиена при помощи натриевого катализатора. Теперь он стал настолько популярным, что почти вытеснил собой натуральный каучук. Синтетический каучук разделяют на более чем 30 типов, которые образуют свыше 220 марок.
В настоящее время в России выпускается синтетический каучук специального и общего назначения. Кроме того, синтетический каучук подразделяют на стереорегулярный и нестереорегулярный. Стереорегулярный, более прочный и износостойкий, чем натуральный каучук. Он применяется, например, как исходный материал для автомобильных покрышек. Нестереорегулярный – используют в производстве эбонита и резины, более стойкой к воздействию агрессивных сред.
Синтетическими каучуками общего назначения считаются:
Синтетическими каучукам специального назначения являются:
Ученые постоянно занимаются синтезом искусственных каучуков, которые по своим качествам представляют собой более совершенный материал, чем природные. Например, по своим свойствам замечательными веществами являются сополимеры стирола, бутадиена и акрилонитрила. Во время процесса полимеризации их цепочка строится чередованием бутадиена с соответствующим другим мономером. Это позволяет достигать отличных свойств, которых нет у классических каучуков.
В России сейчас изготавливают классический синтетический каучук, свойства которого схожи со свойствами натурального вещества. При вулканизации такого каучука получается резина, прочность, эластичность и пластичность которой практически не отличается от подобных, свойственных природному материалу.
Применение натурального и синтетического каучука. Вулканизация каучука:
Основным применением и натурального, и синтетического каучука является производство резины.
Если для вулканизации каучука берётся 2-3 % серы от общей массы, то продуктом вулканизации явится резина. Она менее подвержена колебанию температуры, механическому разрушению, воздействию газов и электрического тока, действию разных химических реагентов и летней жары, чем каучук. Вдобавок, у вулканизированного каучука получается высокая степень трения скольжения по сухой поверхности и небольшая по влажной.
Если к каучуку добавить более, чем 30 % серы, то в процессе вулканизации получится эбонит: твердый материал, не обладающий пластичностью.
Каучук. Виды и применение. Свойства и особенности
Каучук – эластомер натурального или синтетического происхождения, обладающий высокой степенью тягучести, диэлектрическими качествами и водонепроницаемостью. Он входит в состав резины, паронита и других материалов, широко применяемых в промышленности.
Где используется каучук
Невозможно представить современную промышленность без каучуков. Они входят в состав важных материалов, таких как:
Львиная доля всех каучуков применяется для производства резины. Помимо них в состав входит сажа, выполняющая роль наполнителя. Каучуки работают как связующее. Они приобретают определенную твердость, но при этом остаются эластичными. За счет этого после растягивания изделия принимают свою изначальную форму. В качестве наполнителя также могут использоваться мел, тальк и другие материалы. Чтобы сделать из тягучего каучука резину, необходимо провести процесс вулканизации. Его суть заключается в нагреве массы с добавлением серы. Атомы каучука в таких условиях перестраивают свою структуру, и исходный материал превращается в резину.
Практически во всех сферах использования каучука применяется технология его вулканизации. Только после этого он приобретает те качества, за которые так ценится. Причем конечные свойства материалов, которые производятся из каучука, зависят от количества серы, которая включается в массу при вулканизации. Если ее 1-5%, то он получится мягким и эластичным. Если же ее концентрацию довести до 30%, то материал станет твердым. Это будет уже не резина, а эбонит. Даже банальная обувная подошва является чаще всего жестким видом резины, которая получена благодаря включению каучука.
Если выполнить смешивание каучука с асбестом, то получится паронит. Это листовой материал, который применяется для изготовления прокладок для двигателей внутреннего сгорания. Такой материал обладает высокой температурной устойчивостью. При этом он сохраняет определенную мягкостью. Это позволяет его применять для уплотнения соединения, к примеру между головкой блока цилиндров и корпусом двигателя. Такая прокладка обладает отличной стойкостью к нагреву, при этом она в достаточной мере сжимается, чтобы заполнить все неровности, и предотвратить разгерметизацию.
Что такое натуральный каучук
Изначально под каучуком подразумевался исключительно натуральный материал, который получают путем переработки сока растений группы каучуковых. Порядка 60% этой продукции используется для изготовления автомобильных шин. Так как материал имеет растительное происхождение, он является дефицитным, поэтому имеет соответственно высокую стоимость.
Для природного необработанного каучука, так называемого сырого, характерно окисление на воздухе Он вступает в химическую реакцию с кислородом, в результате чего начинает медленно разлагаться. Этот процесс называется старением. Разложение каучука происходит в момент нагрева до температуры больше +200°С.
Выращивание деревьев и травы, дающей сок для производства природного каучука, ведется во Вьетнаме, Бразилии, Китае, а также Таиланде и Малайзии. В других странах этому препятствуют местные климатические особенности. В свое время на заре открытия каучука в 1751 году, материал стал крайне интересным для тогдашней промышленности. По результатам изучения каучука появилось достаточно много способов его использования. Как следствие страны, на территории которых можно было выращивать необходимые для его производства деревья, получили серьезный экономический толчок. Существовало даже такое понятие как «каучуковая лихорадка», когда люди вкладывали свои сбережения в выкуп земель с целью выращивания плантации с каучуковыми деревьями на новых территориях. Это сопровождалось большими рисками, отложенной перспективой получения урожая сока, но большой экономической выгодой. Нужно отметить, что с изобретением искусственных каучуков надобность в натуральном упала, но по прежнему существует.
Виды синтетического каучука
Более распространенным, чем натуральный, является синтетический каучук. В качестве сырья для его производства может использоваться уголь, нефть, природный газ. Это не один, а несколько видов материала, отличающихся между собой по ряду качеств, особенностях эксплуатации и прочим характеристикам. Одни виды синтетического каучука предназначены для производства резины, другие для узкоспециализированных задач.
Можно выделить такие виды искусственного каучука:
Изопреновые обладают всеми качествами, которые ставятся к подобным материалам. У них есть эластичность, прочность, отсутствие токопроводности и сопротивление к эффекту старения. При этом его не растворяют спирты и вода. Это могут сделать только щелочи и концентрированные кислоты. Из этого материала делают резиновые шины.
Бутадиеновый каучук отличается от остальных тем, что имеет достаточно низкую морозостойкость. По мере замерзания он становится жестче, теряет эластичность. После повышения температуры она возвращается. Все же эластичность каучука этого вида небольшая, поэтому он чаще применяется для изготовления твердых предметов.
Хлоропреновый отличается превосходной эластичностью. Кроме этого он весьма стойкий к ударам, порезам, и другому воздействию. Его не растворяет вода, бензин, спирт и прочие вещества. При этом недостатком хлоропрена является низкая морозостойкость. При замерзании материал строит кристаллическую решетку. В таком виде изделие из него будет твердым, при этом его становится сравнительно легко разорвать. Этот материал имеет очень широкое распространение в тех местах, где требуется химическая стойкость. Из него делают рукава, шланги для перекачки нефтепродуктов. Кроме этого это один из лучших материалов для изготовления защитных перчаток.
Бутилкаучук – это один из самых эластичных материалов. Он может очень сильно растягиваться. По этой причине из данного материала изготавливают специализированную мембрану для строительства садовых прудов. Она превосходит по степени растягивания любые другие материалы, которые могут применяться в этой же нише. Также бутилкаучук используют для изготовления прорезиненной одежды, шин, причем весьма высокого качества.
Также достаточно распространенный каучук бутадиен-нитрильный. Он ценится за высокую стойкость к воздействию бензином, дизельным топливом и маслом. Из него делают технические резиновые предметы, отличающимися стойкими к разным температурам. Также этот материал применяется при изготовлении пластмасс.
Свойства каучуков
Каучук это очень важный материал для изготовления изделий самого разного назначения, начиная от автомобильных шин и заканчивая презервативами. Из него делают аптечные жгуты, резиночки для денег, прокладки, колесные камеры, надувные лодки, мячи, игрушки и т.д.
Важные качества:
В первую очередь каучуки добавляются в различные материалы при их производстве, чтобы сделать те более эластичными. Этот связующий компонент обволакивает наполнитель. Поле этого в случае необходимости готовое изделие можно растягивать. По завершении воздействия оно примет первоначальную форму. При этом такого не произойдет, если в состав также включено большое количество серы. Она блокирует эластичность каучука.
Наличие каучука в составе любых материалов делает их автоматически стойкими к воде. При этом устойчивость к прочим жидкостям, в том числе и агрессивным, зависит исключительно от вида связующего. Одни синтетические каучуки растворяются в щелочах, другие в кислотах или спиртах.
Изделия, в которых имеется каучук, являются ремонтопригодными. Для их починки применяются специализированные клеевые составы, в которых также имеется аналогичное связующее. Особенно надежными являются клеи, которые предусматривают схватывание путем применения вулканизации. В таком случае после застывания они могут растягиваться так же, как и основание под ними.
Все материалы с добавлением каучука в состав автоматически становятся диэлектриками. Именно поэтому их зачастую применяют для производства гибкой изоляции, на электрические провода. Защитная экипировка для работы с электроприборами и линиями электропередач производится с добавлением каучука.
Также стоит отметить, что каучук и изделия из него имеет низкую теплопроводность. Именно поэтому зачастую можно встретить резиновые и прорезиненные ручки на сковородках, крышках кастрюль, инструментах, ножах.
Высокая эластичность каучука является причиной еще одного выраженного качества материала – вибрационная устойчивость. Из резины делают ножки, подушки под тяжелую технику, мебель и т.д. Материал, а точнее изделия из него, зачастую являются антискользящими. Они не выскальзывают из рук, к тому же отлично задерживают прочие предметы, которые о них трутся.