Натуральный и синтетический каучуки. Резина.

История открытия

История каучука началась со времен Великих географических открытий. Когда Колумб вернулся в Испанию, он привез из Нового Света множество диковин. Одной из них был эластичный мяч из «древесной смолы», который отличался удивительной прыгучестью.

Индейцы делали такие мячи из белого сока гевеи, растущего на берегах Амазонки. Этот сок темнел и затвердевал на воздухе.

ГЕВЕЯ БРАЗИЛЬСКАЯ

Каучуконосы

Сбор латекса из гевеи

• Добытчик каучука, коагулирующий собранный латекс, сначала собирая его на палку, а затем удерживая ее над чаном с дымом

• В 1770 году британский химик Джозеф Пристли (Joseph Priestley) впервые нашёл применение натуральному каучуку: он обнаружил, что каучук может стирать то, что написано графитовым карандашом. Тогда такие куски каучука называли гуммиэластиком («смолой эластичной»).

Макинтош

В Англии британский химик и изобретатель Чарльз Макинтош (Charles Macintosh) предложил класть тонкий слой каучука между двумя слоями ткани и из этого материала шить водонепроницаемые плащи.

• Галоши или сапоги хорошо служили в дождь, но стоило выглянуть и припечь солнцу, как они растягивались, начинали прилипать. В мороз же такая обувь становилась хрупкой как стекло

Натуральный каучук

Состав природного каучука стал известен уже во второй половине Х I Х века. В натуральном каучуке содержится 91-96% углеводорода полиизопрена (C5H8)n, а также белки и аминокислоты, жирные кислоты, каротин, небольшие количества солей меди, марганца, железа и др. примеси. Полиизопрен натурального каучука является стереорегулярным полимером. Практически все звенья изопрена 98-100% в макромолекуле присоединены в цис -1,4-положении

Интересно, что существует природный геометрический изомер каучука - гуттаперча, представляющая собой транс -1,4-полиизопрен:

Схема строения природного каучука

Свойства

• При температуре жидкого воздуха –195°C он жёсткий и прозрачный; от 0 ° до 10 °C — хрупкий и уже непрозрачный, а при 20 °C — мягкий, упругий и полупрозрачный. При нагреве свыше 50 °C он становится пластичным и липким; при температуре 80°C натуральный каучук теряет эластичность; при 120 °C — превращается в смолоподобную жидкость, после застывания которой уже невозможно получить первоначальный продукт. Если поднять температуру до 200—250 °C, то каучук разлагается с образованием ряда газообразных и жидких продуктов.

Чарльз Гудьир

в 1834 г. открыл

процесс

вулканизации

резины.

История вулканизации

• в один из зимних дней 1839 г. «резиновый человек» бросил в печь смесь каучука с серой. Продукт оказался необычайно упругим и прочным, а главное – не терял своих свойств под воздействием жары.

Вулканизация

• В 1939 г.американец Чарльз Нельсон Гудьир обнаружил, что каучук-сырец, смешанный при нагревании с небольшим количеством серы, превращается в эластичную резину.
• В зависимости от содержания серы и состава наполнителей получают различные сорта резины, отвечающие любым требованиям: устойчивости к истиранию, к действию органических растворителей и других веществ.
• Уже при введении 0,15% серы каучук меняет свойства. Вообще же количество вводимой при вулканизации серы колеблется от 2 до 5%.
• Сущность вулканизации ( нагревание с серой) заключается в образовании новых поперечных связей между полимерными цепями. При вулканизации серой мостики образуют дисульфидные группы, а при радикальной вулканизации появляются поперечные связи между полимерными цепями .
• Свойства синтетического каучука в значительной степени зависят от длины составляющих его молекулярных цепей.

Схема строения вулканизированного каучука

Свойства резины

• Прочность
• Стойкость к деформациям
• Стойкость к перепадам температур
• Химическая стойкость (в бензине не растворяется, только набухает)

Лебедев С.В.

Инициатором полимеризации был металлический натрий, на поверхности которого происходила адсорбция и поляризация дивинила ( 1,3-бутадиена); механизм этой реакции анионный.

Синтетический каучук впервые был получен 30  декабря 1927 г. С. В.Лебедевым.

В 1931 г. н а небольшой установке было получено 260 кг синтетического каучука из дивинила (1,3-бутадиена), а в 1932 году впервые в мире осуществлен его промышленный синтез.

В Германии каучук был синтезирован в 1936–1937 г.,

а в США – в 1942 г.

• один из первых советских заводов по производству синтетического каучука. Долгие годы он был секретным и проходил в документах как "Завод литеры Б"

Сейчас производится широкий ассортимент синтетических каучуков, различных по составу и потребительским свойствам. Обычно каучуки классифицируют и называют по названию мономеров, использованных для их получения (изопреновые, бутадиеновые каучуки), или по характерной группе атомов, входящих в их состав (полисульфидные, кремнийорганические и т.д.).

Примеры некоторых синтетических каучуков .

Среди каучуков общего назначения по-прежнему широко распространены бутадиеновые СКД (стереорегулярный 1,4 -цис -полибутадиен).

и изопреновые (1,4- цис- полиизопрен) каучуки.

Мономерами для синтетического каучука служат преимущественно сопряженные диеновые углеводороды: дивинил, изопрен, хлоропрен, полимеризующиеся по радикальному или ионному механизму.

Для улучшения технических свойств каучука диены часто полимеризуют совместно с мономерами. Подобный процесс ( сополимеризация ) имеет широкое промышленное применение.

Бутилкаучук (БК) – сополимер

2-метилпропена с небольшим количеством изопрена

Полихлоропреновые каучуки (наирит, неопрен)

фторкаучуки - сополимеры фторированных или частично фторированных алкенов

кремнийорганические каучуки - полиорганосилоксаны

И другие…

Применение каучуков

• Из каучуков изготавливают покрышки и камеры для колес самолетов, автомобилей и велосипедов. Они используются в производстве промышленных товаров и медицинских приборов, детских игрушек и канцтоваров.
• Каучуки применяют в качестве тепло- звуко- воздухо- гидро- электроизоляционного материала, прокладок различной аппаратуры и электродвигателей.
• Каучук с большим содержанием серы (до 32%) представляет собой твердое неэластичное вещество эбонит; применяется он как изолятор в электроприборах.
• Новое направление – покрытия для спортивных и детских площадок.

Применение каучука

• почти 60% используется для изготовления покрышек

Мои рисункиkroshka2.jpg

Резиновая крошка

Задумайтесь

• Получение синтетического каучука — одно из великих достижений ХХ века. Однако, как и многие другие, оно принесло не только пользу. Ежегодно в мире выбрасывается до 100 млн использованных автопокрышек. В естественных условиях они разлагаются не менее ста лет, а при сжигании выделяют чрезвычайно вредные газы.