Как из каучука получают резину

Каучук, свойства и характеристики, получение и применение

Каучук

Каучук, свойства и характеристики, получение и применение.

Каучук – это природный или синтетический продукт полимеризации некоторых диеновых углеводородов с сопряженными связями.

Каучук – что это?

Каучук – это природный или синтетический продукт полимеризации некоторых диеновых углеводородов с сопряженными связями. Их важнейшими физическими характеристиками являются эластичность (каучуки способны восстанавливать форму), электроизоляция, водо- и газонепроницаемость. Из каучуков путем вулканизации получают резины и эбониты.

Натуральный каучук, характеристики и свойства, состав:

Натуральный каучук известен с давних времен. Учеными найдены окаменелые остатки каучуконосных растений, их возраст – миллионы лет. Пятьсот лет назад, с открытием Америки, представители цивилизации узнали об этом материале. В то время индейцы бойко продавали людям бутылки и обувь из резины. Однако, по-настоящему востребованным каучук стал сравнительно недавно, в 30-х годах XIX столетия: Чарльз Гудьир (Charles Goodyear) в 1839 году изобретя процесс вулканизации, получил резину. Для этого он нагревал каучук с серой, при этом свойства материала только улучшились. Так была изобретена резина , с этого и началось ее широкое применение. К 1919 году на рынке уже существовало свыше сорока тысяч видов изделий с применением этого материала .

Каучук на 91-96 % состоит из полимера изопрена и имеет следующие характеристики и свойства: плотность 910-920 кг/м 3 , морозостойкость или температура стеклования 70 °C (т.е. он перестает быть пластичным и обретает некоторые качества, свойственные стеклу ), теплоустойчивость до 200 °C.

В большинстве жидкостей (вода, спирт, ацетон, жирные кислоты) не растворяется и в них не набухает. Набухая, постепенно растворяется в подобных себе веществах: бензине , бензоле, эфире, толуоле и других ароматических углеводородах.

Сжатие натурального каучука сопровождается поглощением, растяжение – выделением тепла.

При охлаждении каучук становится хрупким, при нагревании – размягчается. И в том и в другом процессе каучук теряет свою эластичность. Взаимодействие натурального каучука с озоном, кислородом и другими окислителями ведет к повышению хрупкости и появлению трещин. Т.е. повышается хрупкость, он «старится».

Как и большая часть полимеров, в зависимости от температуры каучук может быть в одном из трех состояний: высокоэластичном, вязкотекучем и стеклообразном. При обычных температурных условиях каучук высокоэластичен.

Более прочего каучук ценится вследствие своей эластичности. Изделия из него способны быстро возвращать себе первоначальную форму. Это происходит каждый раз, как только перестают действовать деформационные силы. Упругость каучука одна из самых лучших в своем классе. Например, если изделие из него будут растягивать до 1000%, оно все равно вернется в свою исходную форму. К слову, для обычных твердых тел эта цифра равна 1%. Эти уникальные свойства каучук сохраняет и при нагревании , и при охлаждении.

Кроме того, преимущество каучука проявляется еще и в том, что он обладает высокой пластичностью. Это означает, что под воздействием внешних сил этот материал будет приобретать и сохранять приданную ему форму. Во время механической обработки или нагревания это свойство особо заметно. Таким образом, каучук считается пласто-эластическим веществом.

Однако, у натурального каучука имеется недостаток: со временем он твердеет и вследствие этого теряет свои свойства.

Где содержится? Получение натурального каучука:

Для природных каучуков сырьевым источником служит млечный сок некоторых растений , выделяющих латекс (белая жидкость с особыми свойствами). Сам латекс является довольно распространенным компонентом растений и встречается у представителей каучуконосных растений разных ботанических групп.

Находится он в разных частях растений . Поэтому их (т.е. растения) классифицируют следующим образом:

1. латексные, когда вещество накапливается в млечном соке,

2. хлоренхимные – вещество накапливается в молодых зеленых побегах и листьях,

3. паренхимные – вещество накапливается в корнях и стеблях,

4. травянистые латексные растения семейства сложноцветных – это кок-сагыз, крым-сагыз и другие, где каучук в небольшом количестве накапливается в подземных органах. Эти растения не используются в промышленном производстве каучука.

Каучуконосные деревья растут в основном в зоне экватора, не удаляясь от него больше, чем 10° на север и юг, т. е. это пояс шириной 1300 км и его так и называют: «каучуковый пояс». Именно здесь выращивают каучуконосные деревья для промышленного применения в мировом масштабе. В основном натуральный каучук получают из латекса тропического дерева гевеи бразильской. Для этого на коре дерева , достигшего 5-летнего возраста, делают V-образные надрезы. С одного дерева гевеи получают в среднем 2-3 кг каучука.

Чтобы получился каучук, добытый из гевеи бразильской, млечный сок (латекс) подвергают процессу свертывания или желатинирования, добавляя в него уксусную или муравьиную кислоту, после промывают водой, прокатывают в листы и коптят.

Химическое строение натурального каучука и его состав. Формула каучука:

Натуральный каучук является полимерным ненасыщенный углеводородом , имеющим большое количество двойных связей. Его универсальная химическая формула выглядит так: (C₅H₈)_n, где степень полимеризации (n) составляет 1000-3000 единиц. Мономер натурального каучука называется изопреном.

При химическом анализе природного каучука видно, что он состоит только из углерода и водорода. Это позволяет отнести его к углеводородам. Подтверждением этому есть первичная формула каучука. Молекулярная масса отдельных единиц может превышать полумиллион грамм на моль. Таким образом, натуральный каучук является природным полимером изопрена, а точнее цис-1,4-полиизопрена.

Если представить молекулу каучука не атомарно тонкой, ее можно было бы разглядеть в микроскоп, вследствие того, что она очень длинная. А если ее еще и максимально растянуть, то получится большая зигзагоподобная линия . Это обусловлено типом углеродных связей.

По причине того, что в изопрене чередуются одинарные и двойные связи, части молекулы могут вращаться только вокруг одинарных связей. И в результате подобных колебаний молекула постоянно изгибается, и даже в состоянии покоя у нее сближены концы.

Молекулы натурального каучука похожи на почти круглые пружины , что позволяет им легко и сильно растягиваться и увеличиваться в размерах при разведении концов.

Типы и виды натурального каучука:

Натуральный каучук делят на 8 типов, образующих 35 сортов.

Самым распространенным и ценным типом натурального каучука считается «смокед-шит», что означает копченый лист. Он изготавливается в виде достаточно прозрачных листов цвета янтаря с рифленой поверхностью.

Меньше распространен тип называемый «светлый креп». Для его получения к латексу перед желатинированием добавляют для отбеливания бисульфит натрия. Листы этого типа каучука имеют кремовый оттенок, они непрозрачны.

Меньше всего ценится тип, который называют «пара-каучук». Его добывают из дикорастущей гевеи кустарным способом.

Синтетический каучук, виды, его свойства, получение, производство и синтез:

В XX веке с появлением автомобильной промышленности стал расти спрос на резину, значит и на каучук. Поэтому на каучук, получаемый из сока гевеи, появился дефицит. Встал вопрос получения синтетического каучука. В 1927 году советский ученый С.В. Лебедев получил первый синтетический дивиниловый каучук с помощью реакции полимеризации 1,3-бутадиена при помощи натриевого катализатора. Теперь он стал настолько популярным, что почти вытеснил собой натуральный каучук. Синтетический каучук разделяют на более чем 30 типов, которые образуют свыше 220 марок.

В настоящее время в России выпускается синтетический каучук специального и общего назначения. Кроме того, синтетический каучук подразделяют на стереорегулярный и нестереорегулярный. Стереорегулярный, более прочный и износостойкий, чем натуральный каучук. Он применяется, например, как исходный материал для автомобильных покрышек. Нестереорегулярный – используют в производстве эбонита и резины, более стойкой к воздействию агрессивных сред.

Синтетическими каучуками общего назначения считаются:

1. бутадиеновый каучук,
2. изопреновый каучук,
3. бутадиен-стирольный каучук,
4. бутил-каучук,
5. этилен-пропиленовый каучук,
6. хлоропреновый (наирит)каучук и пр.

Синтетическими каучукам специального назначения являются:

1. бутадиен-нитрильный каучук,
2. кремнийорганический каучук,
3. уретановый СКУ,
4. полисульфидный каучук,
5. фторосодержащий каучук,
6. метилвинилпиридиновый каучук,
7. силоксановыйкаучук и т.д.

Ученые постоянно занимаются синтезом искусственных каучуков, которые по своим качествам представляют собой более совершенный материал, чем природные. Например, по своим свойствам замечательными веществами являются сополимеры стирола, бутадиена и акрилонитрила. Во время процесса полимеризации их цепочка строится чередованием бутадиена с соответствующим другим мономером. Это позволяет достигать отличных свойств, которых нет у классических каучуков.

В России сейчас изготавливают классический синтетический каучук, свойства которого схожи со свойствами натурального вещества. При вулканизации такого каучука получается резина, прочность, эластичность и пластичность которой практически не отличается от подобных, свойственных природному материалу.

Применение натурального и синтетического каучука. Вулканизация каучука:

Основным применением и натурального, и синтетического каучука является производство резины.

Резина является продуктом вулканизации каучука с наполнителем, в качестве которого выступает сажа. Вулканизация каучуку необходима по той причине, что каучук в чистом виде достаточно хрупкий и менее эластичный материал , чем вулканизированный. При вулканизации каучука происходит обработка смеси каучука и серы под воздействием температуры. Сутью вулканизации является процесс, при котором атомы серы присоединяются к нитевидным линейным молекулам каучука в местах двойных связей и как бы сшивают дисульфидными мостиками эти молекулы между собой, образуя при этом трехмерный сетчатый полимер .

Если для вулканизации каучука берётся 2-3 % серы от общей массы, то продуктом вулканизации явится резина. Она менее подвержена колебанию температуры, механическому разрушению, воздействию газов и электрического тока, действию разных химических реагентов и летней жары, чем каучук. Вдобавок, у вулканизированного каучука получается высокая степень трения скольжения по сухой поверхности и небольшая по влажной.

Если к каучуку добавить более, чем 30 % серы, то в процессе вулканизации получится эбонит: твердый материал, не обладающий пластичностью.

Что такое резина — технология производства, состав, свойства, применение

Резина (слово произошло от латинского «resina» — «смола») представляет собой эластичный материал, получаемый методом температурной стабилизации (вулканизации) натурального и синтетического каучука.

Вулканизация — сложный технологический процесс, в ходе которого каучук под воздействием высокой температуры взаимодействует с вулканизирующим реагентом (обычно серой). В процессе вулканизации происходит сшивание молекул каучука в единую пространственную сетку. В результате получается эластичный полимер (резина) структура которого представлена хаотично расположенными цепочками углерода, которые прочно соединены между собой атомами серы. В процессе вулканизации натуральный или синтетический каучук становится резиной.

В нормальном состоянии цепочки углерода имеют скрученный вид. При растяжении они раскручиваются, но при отмене растягивающего усилия быстро возвращаются в прежнюю форму. Именно это свойство сделало резину незаменимым материалом в самых разных сферах — от изготовления приводных ремней и уплотнителей до производства автомобильных шин.

Состав резины

Кроме каучука, в состав резины входят и другие компоненты:

ускорители вулканизации
активаторы
добавки-пластификаторы
противостарители
активные наполнители или усилители
неактивные наполнители
красители
ингредиенты специального назначения

В состав резины также могут входить ароматизаторы (душистые вещества), различные модификаторы, антипирены (огнезащита) и другие компоненты. Для повышения скорости вулканизации производители используют различные катализаторы-ускорители.

Натуральный и синтетический каучук — в чем разница

Основное различие между натуральным каучуком и его синтетическим аналогом заключается в том, что натуральный каучук — это полимер природного происхождения, полученный из млечного сока дерева под названием гевея (Hevea brasiliensis). Синтетический каучук — это искусственно произведенный полимер.

Синтетический каучук — искусственно созданный полимерный материал, во многом копирующий натуральный каучук по свойствам и характеристикам. Получают материал методом полимеризации бутадиена, изопрена, стирола, изобутилена и других химических веществ. Синтетические каучуки состоят из длинных разветвленных молекулярных цепей с двойными связями.

Самая распространенная разновидность синтетического каучука — изопреновый. Этот материал максимально приближен к натуральному по своим характеристикам и молекулярной структуре. Именно изопреновый каучук нашел широкое применение в производстве шин (часто в комбинации с другими каучуками).

Свойства и характеристики резины

Резина представляет интерес благодаря своей эластичности. Этот универсальный материал способен подвергаться большим обратимым деформациям при различных температурах. Свойства и характеристики каждого типа резины зависят от типа каучука, из которого изготовлен материал. Качества резины могут меняться в широких пределах при применении различных исходных материалов, их пропорций, рецептуры или модификации.

Резина в общем виде обладает следующими уникальными свойствами:

эластичность
способность поглощать ударные нагрузки и вибрацию
малая теплопроводность
высокая механическая прочность
износостойкость
газо- и водонепроницаемость
устойчивость к агрессивным средам

Резина является хорошим диамагнетиком и диэлектриком. Существуют специальные марки резин, проводящих электрический ток. Срок эксплуатации резиновых изделий может исчисляться десятилетиями.

Область применения резины

Изделия из резины находят самое широкое применение во всех отраслях промышленности и народного хозяйства. Резина используется в производстве всевозможных уплотнителей, обуви, приводных ремней, транспортерных лент конвейеров, напольных покрытий и широкого спектра других резинотехнических изделий. Резиновая смесь используется для изготовления прорезиненных тканей.

Основное применение резина находит в производстве шин — автомобильных, мотоциклетных, велосипедных и авиационных.

Вторичное использование автомобильных шин

Утилизация и переработка автомобильных покрышек с каждым годом приобретает все большее экологическое и экономическое значение. Это связано с тем, что порядка 80% всех производимых в мире шин созданы из синтетического каучука который получают из нефти — невозобновляемого природного ресурса. Вторичная переработка покрышек способствует сохранению природных запасов нефти. Утилизация резиновых отходов также стимулирует развитие ресурсосберегающих технологий, позволяет сократить площади свалок, улучшить экологическую обстановку.

Из продуктов переработки отслуживших свой век автомобильных покрышек можно изготовить новую востребованную продукцию:

новые автомобильные шины;
различные резинотехнические изделия;
гидроизоляционные материалы;
подошвы для обуви;
тротуарную резиновую плитку, брусчатку, поребрики и бордюры;
промышленные напольные покрытия;
бесшовные и рулонные покрытия из резиновой крошки и др.

Основным сырьем для изготовления резиновых напольных покрытий является фракционированная резиновая крошка — продукт механической переработки старых автомобильных шин. Технологический процесс изготовления резиновой крошки заключается в измельчении автопокрышек, удалении нерезиновых компонентов и сортировке гранул по фракциям.

Измельчение покрышек с целью получения резиновой крошки — одно из наиболее перспективных направлений переработки. Полученный материал является ценным сырьем для производства широкого ассортимента травмобезопасных резиновых покрытий.

Как из каучука получают резину

Резина – широко известный материал, который применяется практически во всех сферах человеческой жизни. Медицина, сельское хозяйство, промышленность не могут обойтись без этого полимера. Во многих производственных процессах также используется резина. Из чего делают этот материал и в чем его особенности, описано в статье.

Что такое резина

Резина являет собой полимер с высокой эластичностью. Его структура представлена хаотично расположенными цепочками углерода, скрепленными атомами серы.

В нормальном состоянии углеродные цепочки имеют скрученный вид. Если резину растянуть, цепочки углерода раскрутятся. Способность растягиваться и быстро возвращаться в прежнюю форму сделала незаменимым во многих сферах такой материал, как резина.

Из чего делают ее? Обычно резину получают путем смешивания каучука с вулканизирующим веществом. После нагрева до нужной температуры смесь густеет.