Натуральные каучуки доклад 10 класс

Каучук – это вещество, которое обладает электроизоляцией, водонепроницаемостью и эластичностью. Выделяют следующие виды – это природный и синтетический каучук. Рассмотрим более подробно каждый из них.

Природный каучук. Он представляет высокомолекулярный углеводород. Содержание велико в латексе гевеи, одуванчике и других растениях. Он имеет свойство растворения в углеводородах, бензоле, бензине, хлороформе и других его производных. Природный каучук не растворяется и не увеличивается в воде и спирте. При средней температуры в комнате происходит окислительная деструкция, в ходе которой происходит соединение с кислородом и старение каучука. В результате снижается упругость материала. При высоких температурных режимах природный каучук разваливается. Начинают образовываться низкомолекулярные углеводороды. Эластичным становится благодаря взаимодействию с органическими пероксидами. В сыром виде очень редко используют природный (натуральный) каучук, в основном его переделывают в резину. Расширенное промышленное производство налажено в Индонезии и Вьетнаме.

Второй вид каучука – синтетический. Его промышленное название – полибутадиеновый. Получают путем полимеризации. Главное свойство синтетического каучука –высокая клейкость. Самые стойкие каучуки к растворителям, маслам, действию топлива и солнечному свету называют – гетеро атомами. Но вот механические свойства низкие. Первые каучуки начали выпускать в СССР. Синтетический каучук делят на следующие типы: бутадиеновый, изопреновый, бутилкаучук, хлопреновый, фторкаучуки, тиоколы и другие. Применяют каучук в авиации для изготовления шин. Так же из синтетического каучука производят специальные резиновые покрытия, у которых разные уплотнения. Их применяют в промышленности для вентиляционной, вакуумной, гидравлической и санитарной техники. Так же для используют в медицинской технике. Но стоит помнить что каучук является легко воспламеняемым и горючим материалом. Поэтому в ракетной технике производят твердое горючее топливо.

В настоящее время каучук получил широкое применение. Хотя ранее иго применение было достаточно скромным. Первоначальное его использование заключалось в стирании карандаша и очищение обоев.

Но позже, как только стал востребованным, даже произошла каучуковая лихорадка. Использование стало очень популярным.

Сообщение 2

В современной промышленности используется множество уникальных материалов, которые невозможно воспроизвести в любых условиях кроме как в природных самой природой. Такие материалы, как правило, очень ценятся и охраняются законом, так как если никто не будет контролировать добычу данного материала, то очень скоро он может попросту закончиться без возможности его воспроизводства, что делает вопрос об охране окружающей среды достаточно актуальным. Одним из таких материалов является каучук и каучуконосные деревья.

Каучук – это материал, из которого создаётся практически всё новое и инновационное в нашем мире, он применяется во всех отраслях, где есть электричество, так как служит изоляцией для проводов, в медицинских учреждениях, так как из него делают медицинские перчатки и прочую атрибутику, и ещё во множестве различных отраслях науки, промышленности, и техники.

Каучук был открыт человечеством очень и очень давно. Ещё древние окаменелые остатки говорят о том, что давним давно существовали деревья, которые имели сходство со своим современным родственником, и которые являлись его возможным прародителем, однако в то время люди даже не могли подумать о пользе каучука, так как добыть его, а тем более создать, было практически невозможно.

На данный момент каучук применяется во всех отраслях нашей жизнедеятельности и промышленности. Куда ни посмотри, везде используется каучук, и ведь правильно, резина сейчас используется везде, а резина создаётся из каучука, всё просто. Каучук используется везде, где только необходимы его свойства, и его свойствами являются:

  1. Износостойкость
  2. Водонепроницаемость
  3. Простота в создании
  4. Низкая электропроводимость

Однако даже у такого чудесного материала есть значительный ряд минусов, главный из которых – высочайшая неэкономичность. Хоть каучук и создаётся из природных материалов, но он всё равно после многочисленных обработок в процессе своего создания становится очень вредящим экологии продуктом. Период полураспада продуктов созданных на основе каучука, обычно превышает сотни лет, а некоторые доходят даже до тысячи.

Каучук

Интересные ответы

Вода – это жизнь. Очень мудрое высказывание. Вода – это не только один из химических элементов. Из воды состоит все, что нас окружает. Дом построен из кирпича, который лежит на цементе, замешанном на воде

Джеймс Кук (1728-1779) – английский мореплаватель, родился в семье фермера в селении Мартон английского графства Йоркшир. Будучи девятым ребенком, с 13 лет зарабатывал на жизнь

Прекрасные зеленые луга служат не только усладой для наших глаз и местом отдыха, но и домом для большого количества насекомых. К типичным «домочадцам» этого места относятся

Хвойные деревья, являются одними из самых приспособленных представителей растительного мира. Они отлично себя чувствую, как знойным летом, так и зимой. Главной особенностью хвойных деревьев, является то, что вместо листьев у них растут иголки

Владимир Федорович Тендряков (1923-1984 гг.) относится к представителям литературы советского периода отечественной истории, работающих в жанре социалистического реализма.

Разделы: Химия

Класс: 10

  • Закрепить знания о химических свойствах диенов на примере реакции полимеризации. Познакомить учащихся с синтетическими и натуральными каучуками, их применением.
  • Обучать учеников приемам сравнения и обобщения, умению высказывать свои суждения о свойствах веществ и о строении веществ по их свойствам.
  • Использовать краеведческий материал при изучении предмета химии.

«Синтез каучука – источник бесконечного многообразия. Теория не кладет границ этому многообразию».
Академик С.В.Лебедев

1. История открытия каучука

Каучуки … Откуда появилось это странное название?

История открытия, изучения и искусственного получения этого чудо-материала ярка и увлекательна.

Где-то в зарослях тропического леса Центральной и Южной Америки у ствола гигантского дерева гевеи сидит один из местных жителей. Из разреза в коре дерева он собирает млечный сок гевеи, быстро густеющий на воздухе. «Каучу» называют этот сок индейцы, что в переводе означает «слезы дерева».

Моряки второй экспедиции Колумба к берегам Америки, высадившиеся на острове Гаити в 1496 году, с удивлением наблюдали, как островитяне играли в мяч, который высоко подпрыгивал при ударе о землю. Жители Гаити делали свои мячи из каучука! Так назвали новый материал европейцы, прибавив одну букву к местному названию удивительного природного полимера. Мяч из каучука, подаренный Колумбом испанской королеве Изабелле Кастильской, долго служил развлечением ее двора.

Португальские мореплаватели привезли своему королю одежду, пропитанную каучуком. Короля, облаченного в нее, облили водой, но он (в буквальном смысле) вышел сухим из воды.

Участник астрономической экспедиции в Южную Америку Кондомин представил во Французскую Академию наук в 1739 году первое научное описание каучука, его свойств, способов добычи и обработки.

Известный английский химик Д.Пристли нашел каучуку первое применение, весьма важное для всех рисующих и пишущих: шарики и кубики из каучука прекрасно стирали надписи, сделанные карандашом.

В Англии, когда в городах начали вводить газовое освещение, на газовых заводах скопилось довольно много жидких побочных продуктов сухой перегонки каменного угля. Шотландский химик Макинтош закупил их, чтобы использовать для изготовления непромокаемой одежды. Он растворял в этих продуктах каучук, а затем покрывал таким раствором ткани (1823 год). С того времени плащ из непромокаемой прорезиненной ткани по имени изобретателя носит название «макинтош». Однако вскоре пришлось убедиться, что при всей своей полезности изготовленная таким образом одежда имеет существенные недостатки: при низкой температуре ткань становится жесткой и ломкой, а при нагревании, наоборот, делается липкой. Кроме того, масла, жиры, скипидар и другие жидкости легко ее портили. Именно в 1823 году некий Томас Уэльс из Бостона привез как курьез несколько пар бразильских галош. Они понравились американцам не сразу. При нагревании они растягивались, чуть ли не до колен и вообще служили поводом для насмешек и карикатур.

2. Состав природного каучука

Состав каучука стал известен уже во второй половине XIX века. Французский химик Гюстав Бушарда в 1875 году выделил изопрен из продуктов термического разложения природного каучука, а также осуществил обратную полимеризацию: получил каучукоподобное вещество нагреванием изопрена и действием на него соляной кислоты (1879 год):

3. Вулканизация каучука

Промышленность изделий из каучука оказалась на краю гибели.

Однако вскоре стало все меняться. А началось с того, что американский изобретатель Чарльз Гудьир (1800–1860) неожиданно обнаружил интересное явление. Нагретый в присутствии серы каучук не размягчался, а приобретал высокую эластичность. Такой каучук легко деформировался под действием небольших нагрузок и легко восстанавливал свою форму после их снятия. Это произошло в 1839году, а в 1844 году изобретатель запатентовал полученный им вулканизированный каучук, который уже, собственно, не был обычным каучуком. Это был новый продукт – резина (от лат.resina – смола).

Читайте также:  Для чего нужен тиристор

Превращение каучука в резину назвали вулканизацией, так как жар и сера – главные факторы отверждения каучука – согласно мифологии были атрибутами бога Вулкана…

Какова же химическая сущность процесса вулканизации?

При нагревании каучука с серой отдельные полимерные цепи сшиваются между собой за счет образования дисульфидных мостиков.

Резина содержит около 5% серы. Такой полимер имеет разветвленную пространственную структуру и менее эластичен, чем каучук, но обладает большей прочностью. Если содержание серы увеличить до 40% и выше, то такой каучук становится твердым, приобретая высокую прочность. Эта твердая резина называется эбонитом.

Лабораторная работа – изучение свойств каучука и резины (учащиеся заполняют таблицу).

Сравниваемые свойства Каучук Резина
Эластичность, способность к деформации низкая высокая
Растворимость в бензоле растворяется «набухает»
Взаимодействие с бромной водой обесцвечивается обесцвечивается
Реакция разложения (для каучука) жидкий продукт разложения обесцвечивает бромную воду

Вывод: Каучук и резина – непредельные полимеры, резина эластичнее и прочнее каучука благодаря пространственной структуре.

4. Синтетический каучук

Благодаря своим свойствам резина завоевала всемирную популярность. Началась настоящая каучуковая лихорадка. Но необходимый для изготовления резины натуральный каучук был достаточно дорогим и дефицитным материалом. Единственными поставщиками этого ценного природного полимера были тропические страны – Бразилия, английские и французские колонии в Юго-Восточной Азии. Для получения 1000 тонн растительного полимера необходимо было обработать 3 млн. каучуконосных деревьев и затратить на это в течение года труд 5,5 тыс. человек. Да и сам натуральный каучук не всегда удовлетворял промышленность: он растворялся в масле, в нефтепродуктах, имел плохую термостойкость и быстро терял свои качества.

Так возникла необходимость в получении каучука синтетическим путем.

Известно, что впервые синтетический изопрен был получен в 1897 году русским химиком В.Н.Ипатьевым. Спустя несколько лет изопрен синтезировали и другие химики. Однако все это было сложно и дорого.

Ближайшим «родственником» изопрена оказался дивинил (бутадиен – 1,3).

В 1926 году Высший совет народного хозяйства СССР объявил международный конкурс на лучший промышленный способ получения синтетического каучука (СК). Одержала победу советская наука: в 1931 г. На опытном заводе был получен первый синтетический каучук. Получен он был полимеризацией дивинила, который синтезировали из этилового спирта. Эту реакцию успешно осуществил академик С.В.Лебедев:

Первый в мире завод по производству дивинилового каучука был пущен в 1932 г. в Ярославле. Вскоре такие же заводы начали работать в Воронеже, Казани и Ефремове. Только через несколько лет подобные заводы начали строить в Германии, в США.

В Александро-Невской лавре в Санкт-Петербурге академику С.В.Лебедеву установлен гранитный памятник с барельефным портретом ученого и надписью: «Сергей Васильевич Лебедев – изобретатель синтетического каучука».

Тем не менее синтетическому каучуку никак не удавалось достичь качества натурального полимера. Причину этого удалось только в 40-х годах XX в. Дело оказалось в том, что в синтетическом каучуке элементарные звенья с цис-, трансконфигурацией расположены хаотически. Кроме того, полимеризация протекает не только как 1,4-, но и как 1,2-присоединение, в результате чего образуется полимер с разветвленной структурой.

Оказалось, что природный полимер имеет цисрасположение заместителей при двойной связи в более чем 97% элементарных звеньев. Это стереорегулярный полимер.

Впервые получить бутадиеновый каучук стереорегулярного строения удалось в 1957г. группе советских ученых под руководством академика Б.А.Долгоплоска (СКБ) и А.А.Короткова – синтез цис-изопренового каучука.

Эти каучуки по качеству не уступают натуральному, а в некоторых отношениях превосходят его. Это лучшие и наиболее перспективные каучуки общего назначения.

В технологическом процессе получения стереорегулярных каучуков участвуют три основных вещества – мономер, катализатор и растворитель. Растворитель (н-пентан, циклогексан, бензол) обеспечивает текучесть реакционной смеси. Катализатор (смесь триизобутил алюминия Al(CH2CH(CH3)CH3)3)– ТИБА с TiCl4 – в отношении 1:1) берут в количестве около 2% к весу мономера. Процесс проводится при 30–50° в течение 4–6 часов.

5. Значение каучука

В наше время трудно представить, что в конце 20-х гг. XX в. Потребление каучука на одного человека в год в нашей стране составляло около 50г, а один автомобиль приходился на три тысячи жителей. Жизнь современного человека трудно представить без резиновых изделий. Мир резины не только удивительный, но подчас и неожиданный.

Интересна история автомобильной шины. Впервые пневматические шины на автомобиль установил в 1894г. француз А.Мишлен. Это произвело настоящий переворот в автомобилестроении. Вскоре появились цельнолитые толстые шины. Однако настоящим «виновником» широкого использования резиновых шин стал велосипед. Это двухколесное «чудо» впервые изобрел К.Макмиллан из Шотландии в 1839–1844гг. Только в 1865г. француз Тефонон установил на велосипед массивные резиновые шины. Позже, другой его соотечественник – Трюффо – сконструировал для велосипедного колеса трубчатую шину, которая впоследствии стала накачиваться насосом и «оделась» в специальные покрышки – толстые, ребристые, легко преодолевающие все неровности на дороге.

В настоящее время химикам известно более 25 тыс. видов искусственных каучуков. Но промышленность освоила около сотни из них.

Самые главные каучуки представлены в таблице:

Каучуки общего назначения

Название каучука, Область применения
Бутадиеновый (дивиниловый) СКД

(-СН2-СН=СН-СН2-)n

Резины обладают высокой износо- и морозостойкостью, изготавливают из них шины, резинотехнические изделия, изоляцию для кабелей. Бутадиен-стирольный СКС

(-СН2-СН=СН-СН2-)n
(-СН2-СН(С6Н5)-)n

Производство шин, резинотехнических изделий, резиновой обуви, изделия отличаются повышенной морозостойкостью. Бутадиен-нитрильный СКН

(-СН2-СН=СН-СН2 -)n
(-СН2-СН(СN)СН-)n

Резины из этого каучука обладают масло-, бензо-, тепло– и износостойкостью. Применяют в производстве масло– и бензостойких изделий. Изопреновый СКИ

(-СН2-С(СН3)=СН-СН2-)n

Используется в производстве шин, рассчитанных на большие нагрузки (для самолетов, грузовых автомобилей, вездеходов, гоночных машин), резинотехнических изделий, изоляции кабелей.

Одним из крупнейших российских производителей сополимерных и полиизопреновых каучуков общего и специального назначения, используемых для изготовления шин, разнообразного ассортимента резинотехнических изделий, а также изделий пищевого, медицинского, бытового применения является Стерлитамакское ОАО «Синтез-Каучук».

Предприятие имеет прочные партнерские связи более чем со ста потребителями России: синтетические каучуки поставляются на шинные предприятия и заводы резинотехнических изделий.

Известна продукция ОАО «Синтез-Каучук» и за рубежом, потребителями стерлитамакского каучука являются мировые производители шин – «Бриджстоун», «Нокиа», «Матадор», «Мишлен». На предприятии вырабатываются и внедряются уникальные технологии, призванные улучшить качество продукции, снизить ее воздействие на окружающую среду. В их числе производство неодимового цис 1,4-полиизопрена, выпускаемого в виде двух марок: СКИ-5 и СКИ-5ПМ. В настоящее время они не имеют аналогов в мире. Это экологически чистые каучуки, изготовленные на редкоземельном катализаторе, не имеют запаха, не токсичны, биологически инертны к тканям живого организма, предназначены для использования в шинной, пищевой и медицинской промышленности.

lit.na5bal.ru > История > Доклад
Министерство образования и науки

Студентки 32 группы

История открытия натурального каучука 3

Каучук в природе 5

Натуральный каучук 6

Физические и химические свойства натурального каучука 7

Состав и строение натурального каучука 10

Синтетические каучуки 12

Способ получения синтетического каучука по методу Лебедева 12

Важнейшие виды синтетического каучука 14

История открытия натурального каучука

Первое знакомство европейцев с натуральным каучуком произошло почти пять веков назад. Собственно, история каучука началась, как ни странно, с детского мячика и школьной резинки.

В 1493 году корабль Христофора Колумба во время второго путешествия в Америку пристал к острову, названному именем Эспаньола (Гаити).

Высадившись на берег, испанцы были удивлены весёлой игрой индейцев, похожей на наш баскетбол. Они в такт песне подбрасывали чёрные шары, которые, упав на землю, делали, словно живые, высокие и забавные прыжки. Взяв эти шары в руки, испанцы нашли, что они довольно тяжелы, липки и пахнут дымом. Индейцы называли сок, из которого делали мячи "каочу", что означало: "Слёзы дерева".

Каучук получил первое в Европе применение в 1770 году в школе под названием гуммиэластика (смолы эластичной) для стирания карандашных рисунков.

Первые попытки сделать каучуковую обувь вызывали только смех. 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.

Открытие резины, полученной от нагревания каучука и серы, привело к широкому её применению. В 1919 году было предложено уже 40 000 различных изделий из резины.

Читайте также:  Как усилить комнатную антенну для цифрового телевидения

Внимание капиталистов всех стран обратилось на добычу каучука. Бразилия оказалась владетельницей громадных богатств. Чтобы сохранить их, правительство Бразилии издало закон, запрещающий под страхом смерти вывоз семян и молодых деревьев гевеи. Но было поздно.

По совету ботаника Дж. Гукера, англичанин Викгем поехал в 1876 году на берега Амазонки, где собрал 70000 семян Гевеи и тайком доставил их в ботанический сад в Кью. Семена были высеяны, но взошло только 4%. Однако через несколько дней сеянцы достигли полуметровой высоты. Затем они были отправлены на остров Цейлон, а от туда разосланы на Яву, в Бирму, Австралию и др.

Компании, организующие добычу, сбор и перевозку каучука, безжалостно калечили и людей, занятых сбором каучука, стремясь как можно больше и дешевле получить его. Сборщику каучука много приходится бродить по лесу в поисках гевей, так как они растут друг от друга на расстоянии 20-100 м.

Серингеро, добывая сок гевеи, сам же его и обрабатывает в каучук.

Тут же в лесу раскладывает костёр, вырезает лопаточку в виде весла и обмазывает её глиной. Он садится на корточки, обмакивает лопаточку в сосуд с соком гевеи и держит в белом дыму костра, поворачивая над огнём. А когда вода испарится и вокруг лопаточки образуется тонкая плёнка каучука, серингеро снова макает её в сок гевеи и снова коптит в дыму костра. Это продолжается до тех пор, пока вокруг лопатки не образуется большой ком килограммов в 5 весом. Затем серингеро его разрезает и снимает с лопатки в виде листа толщиною в 10 см. Это лучший, благодаря копчению, не загнивающий каучук.

Серингеро гибнут от тяжёлого труда, укусов змей, малярии и других болезней.

Вот что писал один инженер, прибывший в 1907 году в район Путумайо: "Индейцы имеют ужасный вид, они еле двигаются от слабости и истощения. С каждого индейца в месяц требуется до 25 кг каучука. Каждые 10 дней индейцы сдают собранный каучук. Если стрелка весов показывает норму, они смеются и пляшут. При нехватке каучука индеец бросается на землю и ждёт наказания. Не выдерживая такой работы, истязаний, индейцы бегут. Если беглеца находят в какой-либо хижине, то её обливают керосином и сжигают вместе со всеми жителями. В выбегающих стреляют." Всё это происходит в 20 веке.

В нашу страну не привозят каучук из других стран. Ещё в 1931 году И.В. Сталин сказал: "У нас имеется в стране всё, кроме каучука. Но через год-два и у нас будет свой каучук. "

Не прошло и года, как колхозник Спиваченко указал ботанику Л.Е. Родину в горах Тянь-Шаня в Казахстане на каучуконосный одуванчик, содержащий в корнях от 16 до 28 % каучука. Но теперь не требуется трудоёмкой добычи каучука из одуванчика, так как каучук получают из спирта, выгоняемого из картофеля и другого сырья.

Каучук в природе

Слово "каучук" происходит от двух слов языка индейцев, населявших берега Амазонки: "кау" – дерево, "учу" – плакать, течь. "Каучу" – сок гевеи, первого и самого главного каучуконоса. Европейцы к этому слову прибавили всего одну букву.

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.

Натуральный каучук

Натуральный каучук получают коагуляцией млечного сока (латекса) каучуконосных растений. Основной компонент каучука – углеводород полиизопрен (91-96%). Природный каучук встречается в очень многих растениях, не составляющих одного определённого ботанического семейства. В зависимости от того, в каких тканях накапливается каучук, каучуконосные растения делят на:

паренхимные – каучук в корнях и стеблях;

хлоренхимные – каучук в листьях и зелёных тканях молодых побегов;

латексные – каучук в млечном соке;

травянистые латексные каучуконосные растения из семейства сложноцветных (кок-сагыз, крым-сагыз и другие), произрастающие в умеренной зоне, в том числе в южных республиках, содержащие каучук в небольшом количестве в корнях, промышленного значения не имеют.

Физические и химические свойства натурального каучука

Натуральный каучук – аморфное, способное кристаллизоваться твёрдое тело.

Природный необработанный (сырой) каучук – белый или бесцветный углеводород.

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 растворы, широко используемые в технике.

Натуральный каучук однороден по своей молекулярной структуре, отличается высокими физическими свойствами, а также 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. 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 его свойством. Но при долгом хранении каучук твердеет.

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.

Каучук – хороший диэлектрик, он имеет низкую водо – и газопроницаемость. Каучук не растворяется в воде, щёлочи и слабых кислотах; в этиловом спирте его растворимость небольшая, а в сероуглероде, хлороформе и бензине он сначала набухает, а уж затем растворяется. Легко окисляется химическими окислителями, медленно – кислородом воздуха. Теплопроводность каучука в 100 раз меньше теплопроводности стали.

Наряду с эластичностью, каучук ещё и пластичен – он сохраняет форму, приобретённую под действием внешних сил. Пластичность каучука, проявляющаяся при нагревании и механической обработке, является одним из отличительных свойств каучука. Так как каучуку присущи 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°C каучук полностью теряет эластичность и превращается в стеклообразную массу.

Вообще все каучуки, как и многие полимерные материалы, могут находиться в трёх физических состояниях: стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем. Высокоэластическое состояние для каучука наиболее типично. Каучук легко вступает в химические реакции с целым рядом веществ: кислородом (O2), водородом (H2), 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, деструктурируясь, 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.

Читайте также:  Мультиметр цифровой что это такое

Состав и строение натурального каучука

Натуральный (природный) каучук (НК) представляет собой высокомолекулярный непредельный углеводород, молекулы которого содержат большое количество двойных связей; состав его может быть выражен формулой (C5H8) n (где величина n составляет от 1000 до 3000); он является полимером изопрена.

Природный каучук содержится в млечном соке каучуконосных растений, главным образом, тропических (например, бразильского дерева гевея). Другой природный продукт – гуттаперча – также является полимером изопрена, но с иной конфигурацией молекул.

Длинную молекулу каучука можно было бы наблюдать непосредственно при помощи современных микроскопов, но это не удаётся, так как цепочка слишком тонка: диаметр её, соответствует диаметру одной молекулы. Если макромолекулу каучука растянуть до предела, то она будет иметь вид зигзага, что объясняется характером химических связей между атомами углерода, составляющими скелет молекулы.

Звенья молекулы каучука могут вращаться не беспрепятственно в любом направлении, а ограниченно – только вокруг одинарных связей. Тепловые колебания звеньев заставляют молекулу изгибаться, при этом концы её в спокойном состоянии сближены.

При растяжении каучука концы молекул раздвигаются и молекулы ориентируются по направлению растягивающего усилия. Если устранить усилие, вызвавшее растяжение каучука, то концы его молекул вновь сближаются и образец принимает первоначальную форму и размеры.

Молекулу каучука можно представить себе как круглую, незамкнутую пружину, которую можно сильно растянуть, разведя её концы. Освобождённая пружина вновь принимает прежнее положение. Некоторые исследователи представляют молекулу каучука в виде пружинящей спирали. Качественный анализ показывает, что каучук состоит из двух элементов – углерода и водорода, то есть, относится к классу углеводородов.

Первоначально принятая формула каучука была С5Н8, но она слишком проста для такого сложного вещества как каучук. Определение молекулярной массы показывает, что она достигает нескольких сот тысяч (150 000 – 500 000). Каучук, следовательно, природный полимер.

Экспериментально доказано, что в основном макромолекулы натурального каучука состоят из остатков молекул изопрена, а сам натуральный каучук – природный полимер цис-1,4-полиизопрен.

Молекула натурального каучука состоит из нескольких тысяч исходных химических групп (звеньев), соединённых друг с другом и находящихся в непрерывном колебательно-вращательном движении. Такая молекула похожа на спутанный клубок, в котором составляющие его нити местами образуют правильно ориентированные участки.

Основной продукт разложения каучука – углеводород, молекулярная формула которого однозначна с простейшей формулой каучука. Можно считать, что макромолекулы каучука образованы молекулами изопрена. Существуют подобные полимеры, которые не проявляют такой эластичности, какую имеет каучук. Чем же объясняется это его особое свойство?

Молекулы каучука, хотя и имеют линейное строение, не вытянуты в линию, а многократно изогнуты, как бы свёрнуты в клубки. При растягивании каучука такие молекулы распрямляются, образец каучука от этого становится длиннее. При снятии нагрузки, вследствие внутреннего теплового движения, звенья молекулы возвращаются в прежнее свёрнутое состояние, размеры каучука сокращаются. Если же каучук растягивать с достаточно большой силой, то произойдёт не только выпрямление молекул, но и смещение их относительно друг друга – образец каучука может порваться.

Основная область применения Каучук натуральный – производство шин. Его используют также в производстве резинотехнических изделий (транспортёрные ленты, приводные ремни, амортизаторы, уплотнители), электроизоляционных материалов, резиновых изделий народного потребления, при изготовлении резиновых клеев. Некоторое количество каучука натурального используют в виде латекса.

Синтетические каучуки

Синтетические каучуки – синтетические полимеры, способные перерабатываться в резину путем вулканизации, составляют основную массу эластомеров. Синтетический каучук – высокополимерный, каучукоподобный материал. 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.

Способ получения синтетического каучука по методу Лебедева

натуральный синтетический каучук лебедев

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.

В 1910 году С.В. Лебедеву впервые удалось получить синтетический каучук и бутадиен. Сырьём для получения синтетического каучука служил этиловый спирт, из которого получали 1,3-бутадиен (он оказался более доступным продуктом, чем изопрен). Затем через реакцию полимеризации в присутствии металлического натрия получали синтетический бутадиеновый каучук.

В 1926 году ВСНХ СССР объявил конкурс по разработке промышленного способа синтеза каучука из отечественного сырья. К 1 января 1928 года в жюри нужно 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 1932 году именно на базе 1,3-бутадиена возникла крупная промышленность синтетического каучука. Были построены два завода по производству синтетического каучука. Способ С.В. Лебедева оказался более разработанным и экономичным.

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.

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.

Важнейшие виды синтетического каучука

Вышерассмотренный бутадиеновый каучук (СКБ) бывает двух видов: стереорегулярный и нестереорегулярный. Стереорегулярный бутадиеновый каучук применяют главным образом в производстве шин (которые превосходят шины из натурального каучука по износостойкости), нестереорегулярный бутадиеновый каучук – для производства, например, кислото – и щелочестойкой резины, эбонита.

В настоящее время химическая промышленность производит много различных видов синтетических каучуков, превосходящих по некоторым свойствам натуральный каучук. Кроме полибутадиенового каучука (СКБ), широко применяются сополимерные каучуки – продукты совместной полимеризации (сополимеризации) бутадиена с другими непредельными соединениями, например, со стиролом (СКС) или с акрилонитрилом (СКН)

В молекулах этих каучуков звенья бутадиена чередуются со звеньями соответственно стирола и акрилонитрила.

Бутадиен-стирольный каучук отличается повышенной износостойкостью и применяется в производстве автомобильных шин, конвейерных лент, резиновой обуви.

Бутадиен-нитрильные каучуки – бензо – и маслостойкие, и поэтому используются, например, в производстве сальников.

Винилпиридиновые каучуки – продукты сополимеризации диеновых углеводородов с винилпиридином, главным образом бутадиена с 2-метил-5-винилпиридином.

Резины из них масло-, бензо – и морозостойки, хорошо слипаются с различными материалами. Применяются, в основном, в виде латекса для пропитки шинного корда.

В СССР разработано и внедрено в производство получение синтетического полиизопренового каучука (СКИ), близкого по свойствам к натуральному каучуку. Резины из СКИ отличаются высокой механической прочностью и эластичностью. СКИ служит заменителем натурального каучука в производстве шин, конвейерных лент, резин, обуви, медицинских и спортивных изделий.

Кремнийорганические каучуки применяются в производстве оболочек проводов и кабелей, трубок для переливания крови, протезов (например, искусственных клапанов сердца) и др. Жидкие кремнийорганические каучуки – герметики.

Полиуретановый каучук используется как основа износостойкости резины.

Фторсодержащие каучуки имеют как особенность повышенную термостойкость и поэтому используются главным образом в производстве различных уплотнителей, эксплуатируемых при температурах выше 200°C.

Хлоропреновые каучуки – полимеры хлоропрена (2-хлор-1,3-бутадиена) – по свойствам сходны с натуральным каучуком, в резинах применяются для повышения атмосферо-, бензо – и маслостойкости.

Существует и неорганический синтетический каучук – полифосфонитрилхлорид.