Реферат Тема: «Каучук». Работу выполнила: Работу проверил: Студентка 7гр.TPCM Задорожный А.П. Марару Н. Кишинев 2007 Содержание: 1. Знаете ли вы, что… 2. Натуральный каучук. 3. Синтетический каучук. 4. Обработка Каучука и производство резины 5. Библиография Знаете ли вы, что… У островов Гаити во время своего путешествия (1493) испанский адмирал
Христофор Колумб увидел туземцев, игравшим большим плотным мячом. Хотя это казалось невероятным, но, ударяясь о землю, мяч довольно высоко подскакивал в воздух. Каа-о-чу” – слезы дерева – материал, из которого были сделаны эти мячи, считался священным и использовался в магических обрядах. Колумб привёз несколько кусков удивительного вещества (каучука) на родину, но в те времена он никого не заинтересовал. …Однако “слезы дерева” использовались не только для
производства спортинвентаря. Однажды португальский король Жоао II получил из своих южноамериканских владений плащ, пропитанный соком гевеи. Два часа подданные, не жалея сил, поливали водой своего короля, закутанного в чудо-плащ. Король остался сухим. Португалия стала первой страной в Европе, наладившей выпуск непромокаемых тканей. Правда, латекс, которым была пропитана ткань, плавился
на солнце, но это можно было списать на издержки средневекового производства. Впоследствии способ пропитки ткани был усовершенствован шотландским химиком Чарльзом Макинтошем, предложившим пропитку из смеси латекса с бензином. во Франции к 1820г. Научились изготовлять подтяжки и подвязки из каучуковых нитей, сплетённых с тканью. В Англии Макинтош предложил класть тонкий слой каучука между двумя слоями ткани и из этого материала
шить водонепроницаемые пальто. Но пальто зимой становилось твёрдым от холода, а летом расползались от жары. американский изобретатель Чарльз Гудьир (1800 -1860) с 1834г. Упорно пытался “спасти” каучук. Но только в 1839г. Ему повезло. Он положил на печь кусок покрытой каучуком ткани, на которую был нанесён слой серы. Через некоторое время он обнаружил кожеподобный материал (резину). в нашей стране нет природных источников
для получения натурального каучука, поэтому в первые годы советской власти встала проблема синтеза каучука. Под руководством академика С.В. Лебедева в 1932г. впервые в мире было осуществлено промышленное производство синтетического каучука из 1,3-бутадиена. Его получили из этилового спирта, исходным сырьём которого служили зерно и картофель. в последнее время широкое применение в строительстве получил резиновый линолеум – релин, изготавливаемый главным образом из резины.
Релин применяется в виде плиток – резинового паркета. В современной промышленности важную роль играю эластомеры – высокомолекулярные вещества, сохраняющие эластичность в широком интервале температур Эластомеры легко изменяют фирму при внешнем воздействии, а после окончания воздействия принимают исходную форму. Типичными эластомерами являются каучуки. Натуральный каучук.
Натуральный каучук получается из природного сырья — сока дерева гевеи, распространенного в Южной Америке (главным образом в Бразилии). Натуральный каучук представляет собой полимер изопрена, его состав отвечает формуле: Каучук в природе. Природный каучук встречается в очень многих растениях, не составляющих одного определённого ботанического семейства. Каучуконосы распространены, главным образом, в тропическом поясе около экватора, то есть в
Южной Америке, Африке и на Малайском архипелаге. Из 20 видов каучуконосных деревьев, произрастающих в Бразилии, лучшим деревом, дающим каучук, является бразильская гевея. Это высокое стройное дерево может достигать 45 метров в высоту при 2,5-2,8 м в обхвате. Родиной гевеи является бассейн Амазонки – великой водной магистрали. Отсюда вывозился первый каучук в Европу. Каучук в гевеи содержится в млечном соке, распределённом в
млечных каналах, которые образуют в стволе концентрические кольца. Чтобы получить каучук, на деревьях гевеи делают надрезы. Млечный сок (латекс), выделяющийся из надрезов и представляющий собой коллоидный раствор каучука, собирают. Затем его подвергают коагуляции действием электролита (раствор кислоты) или нагреванием. В результате коагуляции выделяется каучук. Европейцы познакомились с каучуком лишь в
XVI веке, после возвращения из плавания Колумба и его спутников. Физические свойства натурального каучука. Натуральный каучук – аморфное, способно кристаллизоваться твёрдое тело. Он не набухает и не растворяется в воде, спирте, ацетоне и ряде других жидкостей. Набухая и затем, растворяясь в жирных и ароматических углеводородах (бензине, бензоле, эфире и других) и их производных, каучук образует коллоидные (клееобразные) растворы, широко используемые в технике.
Натуральный каучук однороден по своей молекулярной структуре, отличается высокими физическими свойствами, а так же технологическими, то есть способностью обрабатываться на оборудовании заводов резиновой промышленности. Особенно важным и специфическим свойством каучука является его эластичность (упругость) – способность каучука восстанавливать свою первоначальную форму после прекращения действия сил, вызвавших деформацию. Эта способность называется обратимой деформацией.
Каучук – высокоэластичный продукт, обладает при действии даже малых усилий обратимой деформацией растяжения до 1000%, а у обычных твёрдых тел эта величина не превышает 1%. Эластичность каучука сохраняется в широких температурных пределах, и это является характерным свойство каучука. При повышенной температуре каучук становится мягким и липким, а на холоде твёрдым и хрупким. При долгом хранении каучук твердеет. При температуре 80 (С натуральный каучук теряет эластичность;
при 120 (С – превращается в смолоподобную жидкость, после застывания которой уже невозможно получить первоначальный продукт. Этому мешает необратимый процесс – окисление основного вещества – углеводорода, из которого состоит каучук. Если поднять температуру до 250 (С, то каучук разлагается с образованием ряда газообразных и жидких продуктов. Каучук – хороший диэлектрик, он имеет низкую водопроницаемость и газопроницаемость. Каучук в воде практически не растворяется.
В этиловом спирте его растворимость небольшая, а в сероуглероде, хлороформе и бензине он сначала набухает, а затем растворяется. Теплопроводность каучука в 100 раз меньше, чем теплопроводность стали. Наряду с эластичностью, каучук так же пластичен, – он сохраняет форму, приобретённую под действием внешних сил. Другими словами пластичность – это способность к необратимым деформациям. Пластичность каучука, проявляющаяся при нагревании и механической обработке, является одним из отличительных
свойств каучука. Так как каучуку присуще эластические и пластические свойства, то его часто называют пласто-эластическим материалом. При охлаждении или растяжении натурального каучука наблюдается переход его из аморфного в кристаллическое состояние (кристаллизация). Процесс происходит не мгновенно, а во времени. При этом в случае растяжения каучук нагревается за счёт выделяющейся теплоты кристаллизации. Кристаллы каучука очень малы, они лишены чётких граней и определённой
геометрической формы. При температуре около – 70 (С каучук полностью теряет эластичность и превращается в стеклообразную массу. Вообще все каучуки, как аморфные материалы, могут находиться в трёх физических состояниях: стеклообразном, вязкотекучем и высокоэластическом. Последнее состояние для каучука наиболее типично. Химические свойства натурального каучука. Каучук легко вступает в химические реакции с целым рядом веществ:
кислородом (О2), водородом (Н2), галогенами (Cl2, Br2), серой (S) и другими. Эта высокая реакционная способность каучука объясняется его ненасыщенной химической природой. Особенно хорошо реакции проходят в растворах каучука, в которых каучук находится в виде молекул сравнительно крупных коллоидных частиц. Почти все химические реакции приводят к изменению физических и химических свойств каучука: растворимости,
прочности, эластичности и других. Кислород и особенно озон, окисляют каучук уже при комнатной температуре. Внедряясь в сложные и большие молекулы каучука, молекулы кислорода разрывают их на более мелкие, и каучук, деструктируясь, становится хрупким и теряет свои ценные технические свойства. Процесс окисления лежит также в основе одного из превращений каучука – перехода его из твёрдого в пластичное состояние. Синтетический каучук. В результате быстрого развития промышленных отраслей в начале 20 века,
появилась огромная потребность в каучуке. Но натурального каучука было слишком мало для удовлетворения этих потребностей. Поэтому остро встал вопрос о синтетическом получении каучука. В конце 20-х годов нашего столетия ленинградские химики во главе с С. В. Лебедевым разработали способ получения каучука из этилового спирта с последующей полимеризацией его на металлическом натрии. На основе этого метода в нашей стране было основано первое в мире промышленное
производство синтетического каучука. Синтетические каучуки – синтетические полимеры, способные перерабатываться в резину путем вулканизации, составляют основную массу эластомеров. Синтетический каучук – высокополимерный, каучукоподобный материал. Его получают путем полимеризации бутадиена-1,3 в присутствии металлического натрия в качестве катализатора: nСН2 = СН – СН =CH2 (– СН2 – СН = СН –
СН2 –)n бутадиен-1,3 бутадиеновый каучук (полибутадиен) Однако оказалось, что группы —CH2— в звеньях макромолекул в отличие от природного каучука расположены по разные стороны двойной связи, т. е. Находятся в транс-положении: H CH2— C=C —CH2 H n Такой каучук уступает по свойствам натуральному: он менее эластичен, изделия из него быстрее изнашиваются. Для превращения каучука в резину проводят вулканизацию каучука.
Резина отличается от каучука большей эластичностью и прочностью. Она устойчивее к действию температуры и растворите¬лей. 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. Основные типы синтетических каучуков: • Изопреновый • Стереорегулярный бутадиеновый • Бутадиен-метилстирольный •
Бутилкаучук (изобутилен-изопреновый сополимер) • Этиленпропиленовый (этиленпропиленовый сополимер) • Бутадиен-нитрильный (бутадиен-акрилонитрильный сополимер) • Хлоропреновый (поли-2-хлорбутадиен) • Тиоколы 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. Каучук используют в производстве шин, резинотехнических изделий, клеев, эбонита, медицинских и бытовых изделий. Бутилкаучук. Бутилкаучук – синтетический каучук – был открыт в 1940. Он замечателен своей низкой газопроницаемостью; камера шины из этого материала удерживает воздух в 10 раз дольше, чем камера из натурального каучука. Бутилкаучук изготавливают полимеризацией изобутилена,
получаемого из нефти, с малой добавкой изопрена при температуре 100° С. Эта полимеризация не является эмульсионным процессом, а проводится в органическом растворителе, например метилхлориде. Свойства бутилкаучука могут быть сильно улучшены термообработкой маточной смеси бутилкаучука и газовой сажи при температуре от 150 до 230 С. Недавно бутилкаучук нашел новое применение как материал для протекторов шин ввиду его хороших ходовых
характеристик, отсутствия шума и превосходного сцепления с дорогой. Бутилкаучук несовместим с натуральным каучуком и SBR и, значит, не может быть смешан с ними. Однако после хлорирования до хлорбутилкаучука он становится совместимым с натуральным каучуком и SBR. Хлорбутилкаучук сохраняет низкую газопроницаемость. Это свойство используется при изготовлении смешанных продуктов хлорбутилкаучука с натуральным каучуком
или SBR, которые служат для производства внутреннего слоя бескамерных шин. ОБРАБОТКА КАУЧУКА И ПРОИЗВОДСТВО РЕЗИНЫ Пластикация. Одно из важнейших свойств каучука – пластичность – используется в производстве резиновых изделий. Чтобы смешать каучук с другими ингредиентами резиновой смеси, его нужно сначала умягчить, или пластицировать, путем механической или термической обработки. Этот процесс называется пластикацией каучука.
Открытие Т.Хэнкоком в 1820 возможности пластикации каучука имело огромное значение для резиновой промышленности. Его пластикатор состоял из шипованного ротора, вращающегося в шипованном полом цилиндре; это устройство имело ручной привод. В современной резиновой промышленности используются три типа подобных машин до ввода других компонентов резиновой смеси в каучук. Это – каучукотерка, смеситель Бенбери и пластикатор
Гордона. Использование грануляторов – машин, которые разрезают каучук на маленькие гранулы или пластинки одинаковых размеров и формы, – облегчает операции по дозировке и управлению процессом обработки каучука. Каучук подается в гранулятор по выходе из пластикатора. Получающиеся гранулы смешиваются с углеродной сажей и маслами в смесителе Бенбери, образуя маточную смесь, которая также гранулируется.
После обработки в смесителе Бенбери производится смешивание с вулканизующими веществами, серой и ускорителями вулканизации. Приготовление резиновой смеси. Химическое соединение только из каучука и серы имело бы ограниченное практическое применение. Чтобы улучшить физические свойства каучука и сделать его более пригодным для эксплуатации в различных применениях, необходимо модифицировать его свойства путем добавления других веществ. Все вещества, смешиваемые с каучуком перед вулканизацией, включая серу, называются ингредиентами
резиновой смеси. Они вызывают как химические, так и физические изменения в каучуке. Их назначение – модифицировать твердость, прочность и ударную вязкость и увеличить стойкость к истиранию, маслам, кислороду, химическим растворителям, теплу и растрескиванию. Для изготовления резин разных применений используются различные составы. Ускорители и активаторы. Некоторые химически активные вещества, называемые ускорителями, при использовании
вместе с серой уменьшают время вулканизации и улучшают физические свойства каучука. Примерами неорганических ускорителей являются свинцовые белила, свинцовый глет (монооксид свинца), известь и магнезия (оксид магния). Органические ускорители гораздо более активны и являются важной частью почти любой резиновой смеси. Они вводятся в смесь в относительно малой доле: обычно бывает достаточно от 0,5 до 1,0 части на 100 частей каучука. Большинство ускорителей полностью проявляет свою эффективность
в присутствии активаторов, таких, как окись цинка, а для некоторых требуется органическая кислота, например стеариновая. Поэтому современные рецептуры резиновых смесей обычно включают окись цинка и стеариновую кислоту. Мягчители и пластификаторы. Мягчители и пластификаторы обычно используются для сокращения времени приготовления резиновой смеси и понижения температуры процесса. Они также способствуют диспергированию ингредиентов смеси, вызывая набухание или растворение каучука.
Типичными мягчителями являются парафиновое и растительные масла, воски, олеиновая и стеариновая кислоты, хвойная смола, каменноугольная смола и канифоль. Упрочняющие наполнители. Некоторые вещества усиливают каучук, придавая ему прочность и сопротивляемость износу. Они называются упрочняющими наполнителями. Углеродная (газовая) сажа в тонко измельченной форме – наиболее распространенный упрочняющий наполнитель; она относительно дешева и является одним из самых эффективных
веществ такого рода. Протекторная резина автомобильной шины содержит приблизительно 45 частей углеродной сажи на 100 частей каучука. Другими широко используемыми упрочняющими наполнителями являются окись цинка, карбонат магния, кремнезем, карбонат кальция и некоторые глины, однако все они менее эффективны, чем газовая сажа. Наполнители. На заре каучуковой промышленности еще до появления автомобиля некоторые вещества добавлялись к каучуку для удешевления получаемых из него продуктов.
Упрочнение еще не имело большого значения, и такие вещества просто служили для увеличения объема и массы резины. Их называют наполнителями или инертными ингредиентами резиновой смеси. Распространенными наполнителями являются бариты, мел, некоторые глины и диатомит. Антиоксиданты. Использование антиоксидантов для сохранения нужных свойств резиновых изделий в процессе их старения и эксплуатации началось после Второй мировой войны.
Как и ускорители вулканизации, антиоксиданты – сложные органические соединения, которые при концентрации 1–2 части на 100 частей каучука препятствуют росту жесткости и хрупкости резины. Воздействие воздуха, озона, тепла и света – основная причина старения резины. Некоторые антиоксиданты также защищают резину от повреждения при изгибе и нагреве. Пигменты. Упрочняющие и инертные наполнители, и другие ингредиенты резиновой смеси часто называют пигментами,
хотя используются и настоящие пигменты, которые придают цвет резиновым изделиям. Оксиды цинка и титана, сульфид цинка и литопон применяются в качестве белых пигментов. Желтый крон, железоокисный пигмент, сульфид сурьмы, ультрамарин и ламповая сажа используются для придания изделиям различных цветовых оттенков. Каландрование. После того как сырой каучук пластицирован и смешан с ингредиентами резиновой смеси, он подвергается
дальнейшей обработке перед вулканизацией, чтобы придать ему форму конечного изделия. Тип обработки зависит от области применения резинового изделия. На этой стадии процесса широко используются каландрование и экструзия. Каландры представляют собой машины, предназначенные для раскатки резиновой смеси в листы или промазки ею тканей. Стандартный каландр обычно состоит из трех горизонтальных валов, расположенных один над другим,
хотя для некоторых видов работ используются четырехвальные и пятивальные каландры. Полые каландровые валы имеют длину до 2,5 м и диаметр до 0,8 м. К валам подводятся пар и холодная вода, чтобы контролировать температуру, выбор и поддержание которой имеют решающее значение для получения качественного изделия с постоянной толщиной и гладкой поверхностью. Соседние валы вращаются в противоположных направлениях, причем частота вращения каждого вала и расстояние
между валами точно контролируются. На каландре выполняются нанесение покрытия на ткани, промазка тканей и раскатка резиновой смеси в листы. Экструзия. Экструдер применяется для формования труб, шлангов, протекторов шин, камер пневматических шин, уплотнительных прокладок для автомобилей и других изделий. Он состоит из стального цилиндрического корпуса, снабженного рубашкой для нагрева или охлаждения. Плотно прилегающий к корпусу шнек подает невулканизованную резиновую смесь, предварительно нагретую
на вальцах, через корпус к головке, в которую вставляется сменный формующий инструмент, определяющий форму получаемого изделия. Выходящее из головки изделие обычно охлаждается струей воды. Камеры пневматических шин выходят из экструдера в виде непрерывной трубки, которая потом разрезается на части нужной длины. Многие изделия, например уплотнительные прокладки и небольшие трубки, выходят из экструдера в окончательной форме, а потом вулканизуются.
Другие изделия, например протекторы шин, выходят из экструдера в виде прямых заготовок, которые впоследствии накладываются на корпус шины и привулканизовываются к нему, меняя свою первоначальную форму. Вулканизация. Далее необходимо вулканизовать заготовку, чтобы получить готовое изделие, пригодное к эксплуатации. Вулканизация проводится несколькими способами. Многим изделиям придается окончательная форма только на стадии вулканизации, когда заключенная в металлические
формы резиновая смесь подвергается воздействию температуры и давления. Автомобильные шины после сборки на барабане формуются до нужного размера и затем вулканизуются в рифленых стальных формах. Формы устанавливаются одна на другую в вертикальном вулканизационном автоклаве, и в замкнутый нагреватель запускается пар. В невулканизованную заготовку шины вставляется пневмомешок той же формы, что и камера шины. По гибким медным трубкам в него запускаются воздух, пар, горячая вода по
отдельности или в сочетании друг с другом; эти служащие для передачи давления текучие среды раздвигают каркас шины, заставляя каучук втекать в фасонные углубления формы. В современной практике технологи стремятся к увеличению числа шин, вулканизуемых в отдельных вулканизаторах, называемых пресс-формами. Эти литые пресс-формы имеют полые стенки, обеспечивающие внутреннюю циркуляцию пара, горячей воды и воздуха, которые подводят тепло к заготовке.
В заданное время пресс-формы автоматически открываются. Были разработаны автоматизированные вулканизационные прессы, которые вставляют в заготовку шины варочную камеру, вулканизуют шину и удаляют варочную камеру из готовой шины. Варочная камера является составной частью вулканизационного пресса. Камеры шин вулканизуются в сходных пресс-формах, имеющих гладкую поверхность.
Среднее время вулканизации одной камеры составляет около 7 мин при 155 С. При меньших температурах время вулканизации возрастает. Многие изделия меньшего размера вулканизуются в металлических пресс-формах, которые размещаются между параллельными плитами гидравлического пресса. Плиты пресса внутри полые, чтобы обеспечить доступ пара для нагрева без непосредственного контакта с изделием.
Изделие получает тепло только через металлическую пресс-форму. Многие изделия вулканизуются нагревом в воздухе или углекислом газе. Прорезиненная ткань, одежда, плащи и резиновая обувь вулканизуются таким способом. Процесс обычно проводится в больших горизонтальных вулканизаторах с паровой рубашкой. Резиновые смеси, вулканизуемые сухим теплом, обычно содержат меньшую добавку серы, чтобы исключить
выход части серы на поверхность изделия. Для уменьшения времени вулканизации, которое, как правило, больше, чем при вулканизации открытым паром или под прессом, используются вещества-ускорители. Некоторые резиновые изделия вулканизуются погружением в горячую воду под давлением. Листовой каучук наматывается между слоями муслина на барабан и вулканизуется в горячей воде под давлением. Резиновые груши, шланги, изоляция для проводов вулканизуются в открытом паре.
Вулканизаторы обычно представляют собой горизонтальные цилиндры с плотно подогнанными крышками. Пожарные шланги вулканизуются паром с внутренней стороны и таким образом играют роль собственных вулканизаторов. Каучуковый шланг втягивается вовнутрь плетеного хлопчатобумажного шланга, к ним прикрепляются соединительные фланцы и внутрь заготовки на заданное время под давлением нагнетается пар. Вулканизация без подвода тепла может проводиться с помощью хлористой серы
S2Cl2 путем либо погружения в раствор, либо воздействия паров. Только тонкие листы или такие изделия, как фартуки, купальные шапочки, напальчники или хирургические перчатки, вулканизуются таким способом, поскольку реакция протекает быстро, а раствор при этом не проникает глубоко в заготовку. Дополнительная обработка аммиаком необходима для удаления кислоты, образующейся в процессе вулканизации. Библиография 1. И.И.Грандберг «Органическая химия».
2. Хомченко Г.П. Химия для поступающих в ВУЗы. – Высшая школа, 1985. – 357 с. 3. Грандберг И.И. Органическая химия. – М.: Высшая школа, 1980. – 463 с. 4. Жиряков В.Г. Органическая химия. – М.: Химия, 1974. – 407 с. 5. Павлов Б.А. и др. Курс органической химии. – М.: Химия, 1972. – 648 с. 6. Перекалин В.В. и др. Органическая химия. –
М.: Просвещение, 1982.– 543 с. 7.Третьяков Ю.Д. Химия:Справочные материалы. – М.: Просвещение, 1984.– 239 с. 8. Фурмер И.Э. Общая химическая технология. – М.: Высшая школа, 1987. – 334 с. 9. Хомченко Г.П. Химия для поступающих в ВУЗы. – Высшая школа, 1985. – 357 с. 10. Шпсусцус З.
Путешествие в мир органической химии. – М.: Мир, 1967. – 218 с. 11. Интернет