Натуральный каучук формула

Каучук – диеновый полимер. Структурная и молекулярная формула каучука зависят от вида материала. Природный каучук получают из густого млечного сока – латекса – гевеи, кастиллоа, маниота, сапиума и других растений. Такой каучук является полимером изопрена (2-метилбутадиен-1,3) и имеет формулу (C5H8)n, где n=1000-3000.

Искусственный каучук был получен в 1932 году методом Лебедева. Сначала получают дивинил (бутадиен-1,3) с формулой (C4H6)n из этилового спирта:

С помощью полимеризации дивинила получают бутадиеновый каучук:

Рис. 2. Молекулы каучука.

Современная промышленность получает синтетические каучуки из разных алкадиенов. В зависимости от используемого сырья выделяют изопреновый, бутадиеновый, этилен-пропиленовый, хлоропреновый и другие виды каучука.

Свойства

Каучук обладает полезными для применения свойствами: эластичностью (упругостью) и водонепроницаемостью. Каучуки хорошо гнутся, растягиваются и задерживают влагу на поверхности.

Каучуки сохраняются в аморфном состоянии долгое время. Однако агрегатное состояние может меняться в зависимости от температуры:

  • 0-10°C – хрупкий, непрозрачный;
  • 20°C – мягкий, упругий, полупрозрачный;
  • 50°C – пластичный, липкий;
  • 80°C – непластичный;
  • 120°C – смолистый, жидкий;
  • 200-250°C – газообразный (выделяется смесь газов).

При долгом хранении на холоде материал необратимо теряет свойства: твердеет, становится неэластичным и ломким.

Каучуки обладают диэлектрическими свойствами и низкую проницаемость воды и газов. Материал не растворяется в воде, слабых кислотах, щелочах. Растворяется после разбухания в бензине, бензоле, сероуглероде и хлороформе.

Молекулы каучука имеют линейное строение, но при этом не вытянуты в прямую линию, а изогнуты, образуя свёрнутые клубки. При растяжении материала молекулы распрямляются, чем объясняется эластичность каучука.

Получение синтетического каучука

Учеными постоянно совершенствуется синтез искусственных полимеров, чтобы добиться качества большего, чем у природных элементов. Таким примером служат вещества сополимеры:

  • стирол;
  • бутадиен;
  • акрилонитрил.

По такой схеме получал Лебедев синтетический каучук

Когда возникает полимеризация, бутадиен чередуется в цепочке с другим мономером, усиливая свойства. Российские химики создают классические синтетические материалы по свойствам, не уступающим натуральным веществам. Получение резины происходит посредством вулканизации каучука и его наполнителя – сажи. Это вид технологического процесса, который позволяет взаимодействовать основному мономеру с реагентом, происходит образование единой пространственной сетки под воздействием молекулярного соединения.

Каучук после вулканизации становится продуктом с большим уровнем:

  • прочности;
  • эластичности;
  • пластичности.

Технология изготовления превращает хрупкое и непрочное вещество в резину, устойчивую к внешним факторам или эбонит с усиленной твердостью.

Синтетические каучуки

Первый патент на процесс получения бутадиенового синтетического каучука с использованием натрия в качестве катализатора полимеризации был выдан в Англии в 1910 году. Первое маломасштабное производство синтетического каучука по технологии сходной с описанной в английском патенте имело место в Германии во время Первой мировой войны. Производство бутадиена в России началось в 1915 году по технологии, разработанной И.И. Остромысленским, позднее эмигрировавшим в США. В СССР работы по получению синтетического каучука были продолжены Б. В. Бызовым и С. В. Лебедевым, в 1928 году разработавшим советскую промышленную технологию получения бутадиена. Коммерческое производство синтетического каучука началось в 1919 году в США (Thiokol), и к 1940 году в мире производилось более 10 его марок. Основными производителями были США, Германия и СССР [1] . В СССР производство синтетического каучука было начато на заводе СК-1 в 1932 году по методу С. В. Лебедева (получение из этилового спирта бутадиена с последующей анионной полимеризацией жидкого бутадиена в присутствии натрия) [2] . Прочность на разрыв советского синтетического каучука составляла около 2 000 psi (для натурального каучука этот показатель составляет 4 500 psi, для Неопрена, производство которого было начато компанией Du Pont (США) в 1931 году — 4 000 psi). В 1941 году в рамках поставок по программе ленд-лиза СССР получил более совершенную технологию получения синтетического каучука [1] .

В Германии бутадиен-натриевый каучук нашёл довольно широкое применение под названием «Буна» [de] .

Синтез каучуков стал значительно дешевле с изобретением катализаторов Циглера — Натта.

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.

Основные типы синтетических каучуков:

  • Изопреновый
  • Бутадиеновый
  • Бутадиен-метилстирольный
  • Бутилкаучук (изобутилен-изопреновый сополимер)
  • Этилен-пропиленовый (этилен-пропиленовый сополимер)
  • Бутадиен-нитрильный (бутадиен-акрилонитрильный сополимер)
  • Хлоропреновый (поли-2-хлорбутадиен)
  • Силоксановый
  • Фторкаучуки
  • Тиоколы

БЫСТРО

SEO оптимизация

адаптивная верстка

Ремонт в регионах

  1. Главная
  2. Строительство
  3. Строительные вяжущие
  4. Каучук

Товарный каучук добывается почти исключительно (св. 98%) из плантационной бразильской гевеи, из млечного сока (латекса) деревьев, достигших не менее чем 5-летнего возраста.

Извлекаемый подсечкой, латекс гевеи содержит 34—37% каучука, находящегося в виде частиц (глобул) диаметром 0,1—0,6 р.

В среднем одно дерево даёт в год 2—3 кг каучука.

Основная масса латекса перерабатывается на месте, сырой каучук, который выпускается в виде прозрачных листов янтарного цвета, известных под названием «смокед шит» (копчёный лист), «белый креп» и др.

Товарные типы каучука содержат 93—94% каучука.

Чистый натуральный каучук представляет собой высокомолекулярный углеводород состава: химическая формула каучука — (С5Н8)n.

Основной структурной группировкой в полимерной молекуле натурального каучука является изопентенная (изопреновая группа) в цис-изомерной форме :

Средний молекулярный вес 150000—500000, что соответствует длина цепи 10000—40000 А при поперечном сечении 1,5—2,0 А.

Эти размеры и форма молекул определяют его физические и механические свойства, наиболее характерную и важную особенность — высокую эластичность.

Мягкие вулканизаторы способны обратимо растягиваться более чем на 1000% и имеют при этом сопротивление при разрыве до 350 кг на 1 см2 исходного сечения.

Высокая эластичность может проявляться только в определенном температурном интервале, около —70° каучук становится хрупким, а выше +80° — он начинает плавиться.

Каучук растворяется в жирных и ароматических углеводородax и их производных, образуя вязкие растворы, которые применяются в качестве клея.

В воде, спирте, ацетоне и т. п. ассоциированных жидкостях каучук практически не набухает и не растворяется.

Как ненасыщенное соединение реагирует с водородом, галогенами, галоидоводородом, серой, кислородом и др. веществами.

Почти все химические реакции каучука приводят изменению растворимости, прочности, эластичности др. физических и механических свойств.

Особенно важно взаимодействие каучука с окисляющими агентами, в частности с кислородом, присоединение которого проходит уже при комнатной температуре.

Реакция с кислородом лежит в основе технологических операций пластикации, а также процесса старения резины.

При взаимодействии с серой происходит вулканизация, приводящая к превращению каучука в резину, обладающую более высокими техническими свойствами, чем сырой.

Читайте также  Художественная ковка эскизы

Основная масса добываемого каучука используется для производства автомобильных и авиационных шин. Из каучука производят также хирургические перчатки и др. изделия.

До начала 30-х гг. 20 в. резиновая промышленность базировалась чти исключительно на натурально каучуке. В 1956 уд. вес в общем сырьевом балансе мировой резиновой промышленности составлял — 60%.

В 2017 году, по данным ANRPC, в мире было произведено 13,3 миллиона тонн натурального каучука, что на 6,8% больше, чем в предыдущем году. В то же время объемы потребления увеличились только на 1,4% до 12,9 миллиона тонн. На долю членов ANRPC приходится 90% от всех поставок каучука в мире.

Сбор латекса и производство натурального каучука

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 гевее содержится в млечном соке — латексе, распределённом в млечных каналах, которые образуют в стволе концентрические кольца.

Латекс состоит из мельчайших частичек жидкости, твёрдых частиц и других примесей. Только около 33% латекса составляет каучук, 66% вода и около 1% другие вещества.

Для сбора латекса с деревьев на коре делается диагональный остроугольный надрез, вершиной угла направленный вниз, затем надрез расширяют до 0,3—0,5 от окружности ствола. Из надреза выделяется латекс и стекает в небольшую чашу. С каждого надреза получается около 30 мл латекса. После этого обычно на следующий день ниже первоначального надреза обдирается тонкая полоска коры, чтобы получить новый сок. Когда надрезы достигают поверхности земли, ствол оставляют в покое, чтобы он смог восстановить кору на дереве перед новой подсочкой. На 1 гектаре высаживается около 250 деревьев, в год с 1 гектара получают около 450 кг сухого необработанного каучука. Со специально выведенных высокоурожайных деревьев можно получить 2225 кг с гектара в год, были разработаны опытные деревья с урожайностью до 3335 кг с гектара в год.

Полученный латекс растягивают, разбавляют водой и подвергают коагуляции путём обработки кислотой, чтобы частицы каучука в латексе сцепились друг с другом. Затем производят протягивание между валками, придавая листам толщину 0,25 дюйма (?0,6 см), полученные листы высушивают путём обдувания сухим тёплым воздухом или дымом, и отправляют на погрузку.

Синтетические каучуки

Первый патент на процесс получения бутадиенового синтетического каучука с использованием натрия в качестве катализатора полимеризации был выдан в Англии в 1910 году. Первое маломасштабное производство синтетического каучука по технологии сходной с описанной в английском патенте имело место в Германии во время Первой мировой войны. Производство бутадиена в России началось в 1915 году по технологии, разработанной И.И. Остромысленским, позднее эмигрировавшим в США. В СССР работы по получению синтетического каучука были продолжены Б. В. Бызовым и С. В. Лебедевым, в 1928 году разработавшим советскую промышленную технологию получения бутадиена. Коммерческое производство синтетического каучука началось в 1919 году в США (Thiokol), и к 1940 году в мире производилось более 10 его марок. Основными производителями были США, Германия и СССР [1] . В СССР производство синтетического каучука было начато на заводе СК-1 в 1932 году по методу С. В. Лебедева (получение из этилового спирта бутадиена с последующей анионной полимеризацией жидкого бутадиена в присутствии натрия) [2] . Прочность на разрыв советского синтетического каучука составляла около 2 000 psi (для натурального каучука этот показатель составляет 4 500 psi, для Неопрена, производство которого было начато компанией Du Pont (США) в 1931 году — 4 000 psi). В 1941 году в рамках поставок по программе ленд-лиза СССР получил более совершенную технологию получения синтетического каучука [1] .

В Германии бутадиен-натриевый каучук нашёл довольно широкое применение под названием «Буна» [de] .

Синтез каучуков стал значительно дешевле с изобретением катализаторов Циглера — Натта.

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.

Основные типы синтетических каучуков:

  • Изопреновый
  • Бутадиеновый
  • Бутадиен-метилстирольный
  • Бутилкаучук (изобутилен-изопреновый сополимер)
  • Этилен-пропиленовый (этилен-пропиленовый сополимер)
  • Бутадиен-нитрильный (бутадиен-акрилонитрильный сополимер)
  • Хлоропреновый (поли-2-хлорбутадиен)
  • Силоксановый
  • Фторкаучуки
  • Тиоколы

Снижение затратных расходов

После того как были изобретены катализаторы Циглера-Натта, стоимость синтеза каучука резко и сильно упала.

Изопропеновый вид вещества – это каучук, полученный в ходе полимеризации изопрена. При этом в реакции участвуют катализаторы: металлический литий и перекисные соединения. Отличительной чертой изопропеновых каучуков является высокая клейкость и незначительная разница в эластичности.

Если структура соединения включает в себя гетероатомы, принимающие вид заместителей, то она будет обладать устойчивостью к воздействию растворителей, топлива и масел. Также каучук будет устойчивым к действию света, а дополнительным бонусом становится улучшение механических свойств.

Каучук: виды и применение

Два основных вида данного материала — это природный и синтетический каучук. Последний в свою очередь сегодня представлен широким разнообразием подвидов. Всё дело в том, что не так-то просто выращивать специальные деревья и добывать их млечный сок. На это также требуется много времени. Поэтому с момента знакомства с каучуком ученые начали искать способы производства его искусственных заменителей.

Первой молекулой, на основе которой ученым удалось создать синтетический аналог каучука, стал 1,3-бутадиен. Полученный дивиниловый каучук по свойствам оказался очень похож на натуральный. Резина, полученная после его вулканизации, также была прочной, пластичной и эластичной. Из нее начали изготавливать обувь, шины, ленты для конвейеров и медицинские изделия.

Макадамия: польза и вред ореха для организма человека, применение

По аналогичному принципу ученые разработали также бутадиен-стирольный, бутадиен-нитрильный, винилпиридиновый и изопреновый каучук. Свойства каждого нового полимера несколько отличались и позволяли расширить области их применения.

Далее ассортимент каучуков расширился за счет введения в структуру молекул новых фрагментов, а именно появился:

  • кремнийорганический каучук. Из него изготавливают трубки для переливания крови, искусственные сердечные клапаны, а также кабель и провода;
  • полиуретановый каучук. Необходим для получения износостойкой резины;
  • фторсодержащий каучук. В отличие от природного аналога не разрушается даже при температуре выше 200 °C;
  • хлоропреновый каучук. Устойчив к действию окислителей и большинства растворителей.

Также сегодня известны неорганический, вспененный каучук и многие другие виды.

Читайте также  Как подключить цифровую приставку к телевизору

Что касается применения, то синтетические каучуки, наряду с натуральными, широко используются в производстве резины. Последняя важна в изготовлении обуви и одежды, искусственной кожи, медицинских изделий, военных деталей, шин для автомобилей, изоляционных материалов и многого другого. К примеру, сегодня модным украшением стал каучуковый браслет.

Шеллак для ногтей: что это, как носить, плюсы и минусы

Природа приготовила для человека много загадок. Их понимание всегда выводило цивилизацию на новый уровень. Так произошло и с каучуком. Ученым удалось не только исследовать уникальный материал, но и создать его искусственные аналоги, а вместе с тем — индустрию резиновых изделий.