Каучуки

Активаторы ускорителей вулканизации облегчают реакции взаимодействия

всех компонентов резиновой смеси. В основном в качестве активаторов

применяют оксид цинка.

Антиокислители (стабилизаторы, противостарители) вводят в резиновую

смесь для предупреждения «старения» каучука.

Наполнители – повышают физико-механические свойства резин: прочность,

износостойкость, сопротивление истиранию. Они так же способствуют

увеличению объёма исходного сырья, а, следовательно, сокращают расход

каучука и снижают стоимость резины. К наполнителям относятся различные типы

саж (технический углерод), минеральные вещества (мел CaCO3, BaSO4, гипс

CaO*2H2O, тальк 3MgO*4SiO2*2H2O, оксид кремния SiO2).

Пластификаторы (мягчители) – вещества, которые улучшают

технологические свойства резины, облегчают её обработку (понижают вязкость

системы), обеспечивают возможность увеличения содержания наполнителей.

Введение пластификаторов повышают динамическую выносливость резины,

сопротивление «стиранию». В качестве пластификаторов используются продукты

переработки нефти (мазут, гудрон, парафины), вещества растительного

происхождения (канифоль), жирные кислоты (стеариновая, олеиновая) и другие.

Прочность и нерастворимость резины в органических растворителях

связаны с её строением. Свойства резины определяются и типом исходного

сырья. Например, резина из натурального каучука характеризуется хорошей

эластичностью, маслостойкостью, износостойкостью, в то же время мало

устойчива к агрессивным средам; резина из каучука СКД имеет даже более

высокую износостойкость, чем из НК. Бутадиенстирольный каучук СКС

способствует повышению износостойкости. Изопреновый каучук СКИ определяет

эластичность и прочность резины на растяжение, а хлоропреновый – стойкость

её к действию кислорода.

В России первое крупное предприятие резиновой промышленности было

основано в Петербурге в 1860 году, впоследствии названное «Треугольником»

(с 1922 года «Красный треугольник»). За ним были основаны и другие русские

заводы резиновых изделий: «Каучук» и «Богатырь» в Москве, «Проводник» в

Риге и другие.

Быстро стали множиться по всему миру заводы и фабрики бытовых

резиновых изделий, сильно возрос спрос на каучук в связи с развитием

транспорта, особенно в автомобильной промышленности.

7.Резина, её применение в промышленных товарах.

Каучук имеет огромное народнохозяйственное значение. Чаще всего его

используют не в чистом виде, а в виде резины. Резиновые изделия применяют в

технике для изоляции проводов, изготовления различных шин, в военной

промышленности, в производстве промышленных товаров: обуви, искусственной

кожи, прорезиненной одежды, медицинских изделий …

Резина – высокоэластичное, прочное соединение, но менее пластичное,

чем каучук. Она представляет собой сложную многокомпонентную систему,

состоящую из полимерной основы (каучука) и различных добавок.

Наиболее крупными потребителями резиновых технических изделий являются

автомобильная промышленность и сельскохозяйственное машиностроение. Степень

насыщенности резиновыми изделиями – один из основных признаков

совершенства, надёжности и комфортабельности массовых видов

машиностроительной продукции. В составе механизмов и агрегатов современных

автомобиля и трактора имеются сотни наименований и до тысячи штук резиновых

деталей, причём одновременно с увеличением производства машин возрастает

их резиноёмкость. Я остановлюсь на обувных товарах, выпускаемых на основе

резины.

Обувные резины – это обширная группа искусственных материалов для низа

обуви. Процесс производства этих резин состоит из следующих операций:

1) Подготовка материалов включает сушку, измельчение и просеивание

исходных материалов, а также проверку их качества. Каучук

распаривают, измельчают, перетирают. В результате повышается

пластичность каучука и однородность резиновой смеси.

2) Приготовление резиновой смеси состоит в смешивании всех компонентов

наполнителей, вулканизирующих веществ, ускорителей вулканизации,

активаторов, мягчителей, противостарителей, красителей и других.

Сначала к каучуку добавляют мягчители, а в последнюю очередь

вулканизирующие вещества и порообразователи. Для предания

полученной резиновой смеси формы плоских листов производят её

листование на вальцах.

3) Каландрирование (формование) – метод производства сырых резиновых

заготовок в виде непрерывной ленты нужной толщины и ширины.

Каландрирование улучшает физико-химические свойства резиновой

смеси, от него зависит расход резиновых смесей и качество изделий.

4) Штампование резиновых заготовок для получения отдельных деталей

обуви, производят на штампах-прессах специальными резаками.

5) Вулканизация – завершающая операция производства резины.

Резину выпускают в виде пластин, штампованных и формованных деталей:

подошв, каблуков, подошв с каблуками и т.п.

8.Виды резины и их применение.

В зависимости от структуры резину делят на непористую (монолитную) и

пористую.

а) Непористую резину изготовляют на основе бутадиенового каучука. Она

отличается высоким содержанием истиранию. Срок износа подошвенной резины в

2-3 раза превышает срок износа подошвенной кожи. Предел прочности резины

при растяжении меньше, чем натуральной кожи, но относительное удлинение при

разрыве во много раз превышает удлинение натуральной подошвенной кожи.

Резина не пропускает воду и практически в ней не набухает.

Резина уступает коже по морозостойкости и теплопроводности, что

снижает теплозащитные свойства обуви. И, наконец, резина является абсолютно

воздухо- и паронепроницаемой. Непористая резина бывает подошвенная,

кожеподобная, и транспарентная.

Обычную непористую резину применяют для изготовления формованных

подошв, накладок, каблуков, полукаблуков, набоек и других деталей низа

обуви.

б) Пористые резины применяют в качестве подошв и платформ для весенне-

осенней и зимней обуви.

в) Кожеподобная резина – это резина для низа обуви, изготовленная на

основе каучука с высоким содержанием стирола (до 85%). Повышенное

содержание стирола придаёт резинам твёрдость, вследствие чего возможно

снижение их толщины до 2,5-4,0 мм при сохранении хороших защитных функций.

Эксплуатационные свойства кожеподобной резины сходна с натуральной

кожей. Она обладает высокой твёрдостью и пластичностью, что позволяет

создавать след обуви любой формы. Кожеподобная резина хорошо окрашивается

при отделке обуви. Она имеет высокую износостойкость благодаря хорошему

сопротивлению истиранию и устойчивости к многократным изгибам. Срок носки

обуви с подошвой из кожеподобной резины составляет 179-252 дня при

отсутствии выкрошивания в носовой части.

Недостатком этой резины являются невысокие гигиенические свойства:

высокая теплопроводность и отсутствие гигроскопичности и

воздухонепроницаемости.

Кожеподобную резину выпускают трёх разновидностей: непористой

структуры с плотностью 1,28 г/см3, пористой структуры, имеющую плотность

0,8-0,95 г/см3, и пористой структуры с волокнистым наполнителем, плотность

которых не выше 1,15 г/см3. Пористые резины с волокнистыми наполнителями

называются «кожволон». Эти резины по внешнему виду сходны с натуральной

кожей. Благодаря волокнистому наполнителю повышаются их теплозащитные

свойства, они отличаются лёгкостью, эластичностью, хорошим внешним видом.

Кожеподобные резины применяют в качестве подошвы и каблука при изготовлении

летней и весенне-осенней обуви клеевого метода крепления.

г) Транспарентная резина – это полупрозрачный материал с высоким

содержанием натурального каучука. Отличается высоким сопротивлением

истиранию и твёрдостью, по износостойкости превосходит все виды резин.

Транспарентные резины выпускают в виде формованных подошв (вместе с

каблуками), с глубоким рифлением на ходовой стороне.

Разновидностью транспорентной резины является стиронип, содержащий

большее количество каучука. Сопротивление многократному изгибу у стиранипа

в три с лишним раза выше, чем у обычных непористых резин. Стиронип

применяется при изготовлении обуви клеевого метода крепления.

Резина пористой структуры имеет замкнутые поры, объём которых в

зависимости от вида резины колеблется от 20 до 80 % её общего объёма. Эти

резины имеют ряд преимуществ по сравнению с непористыми резинами:

повышенные мягкость, гибкость, высокие амортизационные свойства, упругость.

Недостатком пористых резин является способность давать усадку, а также

выкрошиваться в носочной части при ударах. Для повышения твёрдости пористых

резин в их состав вводят полистирольные смолы.

В настоящее время освоено производство новых видов пористых резин:

порокрепа и вулканита. Порокреп отличается красивым цветом, эластичностью,

повышенной прочностью. Вулканит – пористая резина с волокнистыми

наполнителями, обладающая высокой износостойкостью, хорошей

теплозащитностью. Пористые резины применяют в качестве подошв для весенне-

осенней и зимней обуви.

III.Синтетический каучук.

1.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 иметь 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 таким

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, не 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 всё 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, Бутадиенстирольный.

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.

IV.Используемая литература.

"Книга для чтения по химии (часть вторая)" Авторы: К. Я. Парменов, Л. М.

Сморгонский, Л. А. Цветков.

Химия. Большой справочник для школьников и поступающих в ВУЗы. Издательство

"Дрофа". М. 1999 г.

Компьютерная энциклопедия "Природа" .

Компьютерная энциклопедия "Наука".

Механизмы реакции в органической химии. Пер. с англ. / П.Сайкс. // Под ред.

д-ра хим. наук В.Ф.Травеня - М.:Химия, 1991.

Справочник химика. -Л :, Лен. отд. ГХИ, 1963. Т.2

-----------------------

CH2=C-CH=CH2

|

CH3

CH2=CH-CH=CH2 + Br2 CH2-CH=CH-CH2

Бутадиен-1,3 Бром |

Br Br

1,4дибромбутен2

CH2-CH=CH-CH2

| |

Br Br

CH2-CH-CH-CH2

| | | |

Br Br Br Br

1,2,3,4 тетрабромбутан

CH2=CH-CH=CH2 + CH2=CH-CH=CH2 +… …-CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH=CH-CH2

-…

Бутадиен-1,3 (мономер) Бутадиен-1,3 (мономер) полимер

бутадиена-1,3

n CH2=CH-CH=CH2 (-CH2-CH=CH-CH2-)n

дивинил полидивинил

2CH2=C-CH=CH2 … -CH2-C=CH-CH2-CH2-C=CH-CH2-…nCH2=C-CH= CH2

| | | |

CH3 CH3 CH3

CH3

Изопрен

-CH2-C=CH-CH2-

|

CH3 n

CH2=C-CH=CH2

|

CH3

CH2=C-CH=CH2 +

|

CH3

CH2=C-CH=CH2

|

CH3

изопрен

изопрен

-CH2-C=CH-CH2-

|

CH3

-CH2-C=CH-CH2

|

CH3

|

-CH2-C-CH-CH2-

|

CH3

| |

-CH2-C-CH-CH2- +

|

CH3

изопреновый каучук

| |

-CH2-C-CH-CH2-

|

CH3

-CH2-C=CH-CH2- +

|

CH3

-CH2-C=CH-CH2

|

CH3

-CH2-C=CH-(CH2)2

|

C??†††††??????????????†††††?†††††††††††?††††??†††††††††??†††††?†††††

†??????????††††††?†††††???††?"†?††??†?††?†††?††††?††††?†††??†††††??†††?†††?†

†††?†††????†????†???

†††??????††††?"†?††?"?††?†††?†††††?†††?†††??†††††??†††?†††?††††?†H3

-CH2-C=CH-(CH2)2-C=CH-CH2-

| |

CH3 CH3

(-CH2-C=CH-CH2-)n.

|

CH3

CH3 H CH3 H

\ / \ /

C=C C=C

/ \ / \

…-CH2 CH2-CH2 CH2-… t

+ nS

CH3 H CH3 H

\ / \ /

C=C C=C

/ \ / \

…-CH2 CH2-CH2 CH2-…

|

CH3 S H CH3 H

\ | / \ /

C - C C=C

/ \ \ / \

…-CH2 S CH2 - CH2 CH2-…

|

CH3 S H CH3 H

\ / / \ /

C - C C=C

/ | \ / \

…-CH2 S CH2-CH2 CH2-…

|

H H H H

| | | |

H-C-C-H + H-C-C-H CH2=CH-CH=CH2 + 2H2O + H2

| | | |

H OH H OH

СH2=CH-CH= СH2 + СH2=CH-CH= СH2 + …

| | | |

- СH2-CH-CH-СH2- + -СH2-CH-CH-СH2 + …

- СH2-CH=CH-СH2- СH2-CH=CH-СH2 + …

СH2=CH-CH= СH2 + СH=CH2 + СH2=CH-CH= СH2 + СH=CH2 +…

| |

С6Н5 С6Н5

-СH2-CH=CH- СH2 – СH-CH2 - СH2-CH=CH- СH2 – СH-CH2 -…

| |

С6Н5 С6Н5

(-СH2-CH=CH- СH2 – СH-CH2 –)n

|

С6Н5

Страницы: 1, 2