Андрей Смирнов
Время чтения: ~14 мин.
Просмотров: 0

Бутадиеновые каучуки

Свойства и применение

Свойства синтетического каучука во многом превышают основные параметры натурального продукта. Так, его плотность меньше плотности воды и поэтому он спокойно плавает.

Химические свойства синтетического каучука позволяют ему не растворяться в воде, именно это позволяет его использовать для изготовления покрытий не проницаемых для воды. Это свойство позволяет их использовать для шитья одежды, спортивного инвентаря и пр. Такие вещества как бензин, бензол растворяют каучуки. Это свойство позволяет их применять для производства клеевых составов. Каучук – это диэлектрик, которые широко применяют для создания изоляторов силового и слаботочного оборудования. Каучуки обладают гибкостью, прочностью, и повышенной стойкость к истиранию. Кроме этого каучуки сохраняют свои свойства при циклических деформациях.

Применение синтетического каучука

Синтетические каучуки подразделяют на общие и специальные. К общим относят:

  • изопреновые;
  • бутадиен-стирольные и пр.

Их основные свойства – морозостойкость, высокая износостойкость. Кроме этого они обладают высокой масло бензо- и озоностойкостью.

Бутадиеновые каучуки(ПБ), иногда их называют дивиниловыми, относят к материалам общего назначения. Их применяют для изготовления проекторных и обкладочных резин для шин (каркаса, боковины и пр.).  Этот материал применяют для производства материалов, применяемых в кабельной промышленности, инструмента для абразивной обработки металла и других материалов, антифрикционных изделий.

https://youtube.com/watch?v=yb5hmr2X67g

Сырье на основании этилен — пропилена используют для создания ударопрочных полимеров, шин для велосипедов, тканей с водоотталкивающими свойствами, конвейерных лент для работы в термически сложных условиях.

Фторокремнийорганические каучуки (фторсиликоны или фторкаучки). Особенностью этих материалов – это сочетание стойкости к действию температуры, как низкой, так и высокой и различным агрессивным средам. Кроме того, сырье этого класса отличается стойкостью к истиранию, воздействию открытого пламени. Он не пропускает газы. Его диэлектрические свойства позволяют его применять для создания изоляции, как для силовых кабелей, так и слаботочной аппаратуры. Это сырье применяют для производства материалов, применяемых для гумирования емкостей, предназначенных для транспортировки агрессивных веществ.

Еще одно важное свойство этих материалов – стойкость к радиации. Отличия искусственного материала от природного заключаются в том, что при получении синтетического сырья применяют множество сополимеров и химических элементов, которые добавляют новые характеристики этому материалу

Отличия искусственного материала от природного заключаются в том, что при получении синтетического сырья применяют множество сополимеров и химических элементов, которые добавляют новые характеристики этому материалу.

Устойчивый спрос на синтетический каучук привел к появлению целой отрасли, которая задействована на производстве этого сырья. На рынке этого сырья отмечается постоянный рост спроса на эту продукцию. Лидером по потреблению синтетического сырья можно считать самую динамично, развивающуюся экономику мира – китайскую. Динамика рынка показывает, что после кризисных явлений 2008 – 2009 года, и падения спроса на эту продукцию в пределах 4%, на сегодня прирост сбыта составляет до 7%, от прошлогоднего уровня.

Среди стран, которые лидируют по производству синтетического сырья надо назвать КНР, РФ, США и ряд других.

Реагенты и продукты

В ранних исследованиях С. В. Лебедев прибегал к созданию бутадиена из нефтяных фракций. Однако впоследствии он стал получать данный диен из этилового спирта, полученного путем брожения картофеля. Для получения одной лишь автомобильной шины требовалось переработать до 500 кг картофеля, что, естественно, было экономически невыгодно.

Позже, в период 1926-928 гг., С.В. Лебедев вместе со своей командой из учеников и вольных слушателей усовершенствовал способ получения бутадиена из этилового спирта. Выход диена на момент демонстрации результатов был 22%. Благодаря стараниям, ученые одержали победу на конкурсе, организованном И.В. Сталиным среди сейчас уже бывших стран Советского Союза, по предложениям способов производства синтетического каучука.

Так, теперь в конечном варианте синтеза, в основных продуктах получают бутадиен‒1,3 CH2=CH‒CH=CH2, воду H2O и свободный водород H2. Дополнительно могут образоваться некоторые ароматические соединения, этилен, пропилен, бутилены, высшие спирты и ацетальдегид, но в основном уравнении реакции Лебедева формулы этих веществ не указываются. Поскольку этот диен является газообразным веществом, нерастворимым в воде, его от всех других углеводородов отделяют конденсацией, адсорбцией спиртом, отмывкой H2O или же ректификацией.

Виды синтетических каучуков

За время с момента организации промышленного производства синтетического каучука прошло почти сто лет. И специалисты в области органической химии за это время разработали и внедрили в производство большое количество видов этого сырья. Ниже приведен небольшой список.

Виды синтетического каучука

Виды синтетического каучука

Каучук бутадиеновый – основная область его применения это производство шин и камер. Параметры этой продукции выполненной из бутадиенового сырья существенно выше чем изделий этого класса но изготовленных из природного (натурального) качества. Кроме автомобильной промышленности бутадиеновый каучук применяют для производства химически стойкой резины и эбонита.

Бутилкаучук обладает уникальной способностью по удержанию воздуха. Именно это обеспечило его преимущества перед другими материалами при изготовлении покрышек, камер, диафрагм и пр. На основании многократных испытаний, проводимых на заводах по производству покрышек и можно утверждать, что камеры, изготовленные из этого сорта синтетического каучука, удерживают давление воздуха в 8 – 10 раз больше, чем аналогичные изделия, выполненные из природного каучука. Бутилкаучук отличается от природного еще и тем, что стойко воспринимает воздействие озона, не реагирует на действие к маслам разного типа (животному, растительному), но вместе с тем, этот материал необходимо оградить от контактов с минеральными маслами.

Если сравнивать параметры прочности, то натуральный продукт выигрывает с существенным отрывом.  Между тем, этот материал обладает низкой скоростью вулканизации, плохая адгезия к металлическим поверхностям. Быстрое нагревание при знакопеременных деформациях и в довершение, низкая эластичность при нормальной температуре и влажности.

Полихлоропреновый каучук или хлоропреновый, как иногда его называют, поставляется потребителю в виде светло-желтой массы. К основным свойствам этого материала можно отнести:

  • стойкость к воздействию огня;
  • адгезия к тканям, металлу и многим другим материалам;
  • невосприимчивость к действию озона, атмосферных явлений, в частности, к низким температурам.

Хлоропреновый каучук под воздействием растяжения кристаллизуется. Это его свойство, позволяет резинам, произведенным на его основе показывать высокие прочностные характеристики.

Предприятие химического производства каучука

Предприятия химической промышленности выпускают множество типов синтетических каучуков, причем некоторые из них превосходят натуральные. Широкое применение получили так называемые сополимерные соединения, получение при совместной реакции бутадиена и с ненасыщенными соединениями, например, такими как стирольный каучук СКС.

Ведя речь о сырье искусственного происхождения нельзя забывать и таком веществе как латекс синтетический. Это, по сути, раствор искусственного каучука и других полимерных веществ, например, полистирола.

Латексы синтетические применяют для изготовления клеев, водоэмульсионных красок. Их применяют и в строительстве при создании полимербетона.

Природный каучук

Основная статья: Природный каучук

Высокомолекулярный углеводород (C5H8)n, цис-полимер изопрена; содержится в млечном соке (латексе) гевеи, кок-сагыза (многолетнего травянистого растения рода Одуванчик) и других каучуконосных растений. Растворим в углеводородах и их производных (бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде и т. д.). В воде, спирте, ацетоне натуральный каучук практически не набухает и не растворяется. Уже при комнатной температуре натуральный каучук присоединяет кислород, происходит окислительная деструкция (старение каучука), при этом уменьшается его прочность и эластичность. При температуре выше 200 °C натуральный каучук разлагается с образованием низкомолекулярных углеводородов. При взаимодействии натурального каучука с серой, хлористой серой, органическими пероксидами (вулканизация) происходит соединение через атомы серы длинных макромолекулярных связей с образованием сетчатых структур. Это придаёт каучуку высокую эластичность в широком интервале температур. Натуральный каучук перерабатывают в резину. В сыром виде применяют не более 1 % добываемого натурального каучука (резиновый клей). Каучук открыт де ла Кондамином в Кито (Эквадор) в 1751 году. Более 60 % натурального каучука используют для изготовления автомобильных шин. В промышленных масштабах натуральный каучук производится в Индонезии, Малайзии, Вьетнаме, Таиланде, Бразилии и КНР.

Диеновый синтез

Реакция Дильса-Адлера позволила получать циклосоединения по довольно простым механизмам, не прибегая к сложным многостадийным реакциям. Суть реакции сводится к взаимодействию сопряженного диена и диенофила, который может быть представлен алкенами и алкинами с электроакцепторными заместителями, а также соединениями, содержащими двойные связи с гетероатомом, например –C=O, ‒C=N и др. В результате образуется циклический углеводород, поэтому эту реакцию еще называют «циклоприсоединением».

Синтез по Дильсу-Адлеру может проходить в присутствии кислот Льюиса, которые значительно ускоряют ход реакции и чаще всего способствуют хорошему выходу основного продукта, а также влияет на образование энантиомеров и цис-/транс- изомерии.

Примером такой реакции без катализатора может служить присоединение бутадиена–1,3 к пара-бензохинону в среде бензола при температуре 35 °С, в результате которого выход продукта достигает 100%. Синтез проходит с переходом протонов водорода между углеродными атомами для образования второго цикла и создания прочного соединения. В конце реакции образуется производное 1,4–нафтохинона, который может дальше реагировать с бутадиеном‒1,3 при 100 °С с образованием цикла на противоположной стороне. Из конечного продукта реакции путем дегидрирования можно получить антрахинон, производные которого используются в качестве красителей, например ализарин.

А примером каталитического синтеза может являться реакция 1,4–дифенилбутадиена с β-нитростиролом, где в присутствии кислоты Льюиса образуется только эндо-нитроаддукт (пример 2). Без участия катализатора эта реакция проходит с образованием эндо-нитросоединения и эндо-дифениловых продуктов в соотношении 1:1 (пример 3).

Такие реакции подтверждают целесообразность использования каталитически активных веществ в диеновом синтезе, так как они существенно ускоряют процесс и значительно влияют на регио- (орто-, пара- и мета-положения) и стереоселективность (оптические и эндо-/экзо-положения заместителей).

Слайды презентации

Слайд 1

Каучук

Органическая химия 10 класс. Школьная коллекция

Москва, 2004 год

Слайд 2

1. Немного истории 2. Химическое строение натурального и синтетического каучука и резины 3. Резина 4.Понятие о терпенах 5.Получение каучука 6. Применение каучука

КАУЧУК

Слайд 3

1. Немного истории

Родина каучука – Центральная и Южная Америка.

Бразильская гевея (Hevea brasiliensis)

Латекс

30% натурального полимера

Молочно-белого цвета

Эмульсия

«Слезы дерева» — сао-о-Chu

Cao –дерево, o-Chu — плакать

Слайд 4

Немного истории XV век

Пропитка млечным соком лодок,корзин, одежды — не пропускают воду.

Факелы – долго горят, приятный запах

Небьющаяся емкость для жидкостей

Каучуковая обувь

Слайд 5

Немного истории XVIII – XIX века

В первой половине образцы попали в Европу

Шары, подпрыгивающие при ударе

Первые ластики, стирающие карандаш

1823 г. Чарлз Макинтош изобрел непромокаемую ткань. Плащи получили название «макинтош». Налажено производство галош.

1832 г. в Петербурге построена первая обувная фабрика с каучуковым покрытием.

Слайд 6

Немного истории 1832 год — немецкий химик Людесдорф установил,что

К а у ч у к МОРОЗ ЖАРА хрупкий мягкий

упругий и элластичный

СЕРА + СКИПИДАР

Слайд 7

Немного истории XIX век.

1839 г. открыта вулканизация каучука Ч. Гудьиром торговцем различных товаров

1843 г. англичанин Т.Гэнкок открыл анало-гичный способ и назвал его вулканизацией, а новый продукт резиной

Резко возрасла потребность в каучуке и в 1876 г. семена гевеи были тайно вывезены из Бразилии и распространены в странах Юго-Восточной Азии и Африки.

1888 г бурное развитие автомобильной промышленности поставило задачу производства синтетического каучука.

Слайд 8

2 .Строение натурального и синтетического каучука и резины.

П О Л И М Е Р Ы ЭЛАСТОМЕРЫ ПЛАСТМАССЫ ВОЛОКНА каучук резина эбонит

Слайд 9

Химическое строение натурального каучука.

. . . — CH2 CH2 — CH2 CH2 — . . .

C = C H CH3

Натуральный каучук – это цис-полиизопрен.

Каучук, в котором все элементарные звенья находятся или в цис-, или в транс-конфигурации, называется стереорегулярным

Слайд 10

Химическое строение синтетического каучука.

Состав природного каучука известен уже во второй половине XIX в.

Постав Бушарда 1875 г. выделил изопрен из природного каучука

Б У Т А Д И Е Н О В Ы Й К А У Ч У К

(С К В)

СССР по методу С.В. Лебедева 1931 г.

Изготовили шину, пробежала 16000 км

1957г. Б.А. Долгоплоск и.А. А Коротков получили бутадиеновый каучук стереорегулярного строения.

Дивиниловый каучук

Слайд 11

3. Резина

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

Схема строения резины

…СН2-СН-СН-СН2-… (S)n …-CH2-CH-CH-CH2-… РЕЗИНА

Слайд 12

4. Понятие о терпенах

Это углеводороды, структурным фрагментом которых является изопрен. Они носят общее «родовое» название -ТЕРПЕНЫ и имеют общую формулу (С5Н8)n

ТЕРПЕНЫ

Являются составной частью эфирных масел.

ОЦИМЕН содержится в базилике.

ЛИМОНЕН содержится в кожуре цитрусовых

СКВАЛЕН выделяют из печени акул

ß – КАРОТИН содержится в моркови

Слайд 13

Понятие о терпенах

СН2=С-СН2-СН2-СН=С-СН=СН2

СН3 оцимен СН3 СН2 С лимонен

Эфирными маслами называют нераство-римые в воде маслообразные продукты, полностью испаряющиеся. Используются для приготовления душистых компози-ций. Впервые были использованы 2100 г до н. э. при царе Хамураппи.

Слайд 14

5. Получение каучука.

С И Н Т Е Т И Ч Е С К И Й К А У Ч У К

(1932 год С.В.ЛЕБЕДЕВ г. Ярославль)

СН2= СН — СН = СН2 Na t° -CH2 CH2- цис С2Н5ОН бутан

Бутилен  бутадиен  СКД

СКД — бутадиеновый

Слайд 15

Получение каучука

СКИ – изопреновый ( цис-изомер) стереорегулярного строения.

nCH2=C-CH=CH2  CH3 H -CH2 CH2- n

Пентан  изопентан  изопрен  СКИ

Природный каучук имеет тот же самый состав

Слайд 16

6. Применение каучуков

1. Для получения резины – это покрышки, шины, резиновая обувь, мячи, прорезиненные ткани, резиновые коврики и т.д.

Если в каучуке 10-15% серы – это резина.

2.Для получения эбонита – твердого, стойкого к растворителям материала, обладающего изоляци-онными свойствами – это многочисленные детали для радиотехники и электроники.

Если в каучуке 25-40% серы – это эбонит

Слайд 17

Презентацию по теме: «КАУЧУК» подготовила учитель химии средней общеобразовательной школы № 578 ЮАО г.Москвы Морозова Людмила Михайловна 2004 г.

Слайды презентации

Слайд 1

Тема урока: Природный каучук.

Слайд 2

Цель урока: закрепить знания о диеновых углеводородах. рассмотреть историю открытия каучука и историю его применения. изучить строение, свойства и значение природного каучука.

Слайд 3

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»).

Слайд 4

В Англии, когда в городах начали вводить газовое освещение, на газовых заводах скопилось довольно много продуктов сухой перегонки каменного угля. Шотландский химик Макинтош закупил их, чтобы использовать для изготовления непромокаемой одежды.

Слайд 5

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.

Слайд 6

Чарльз Гудьир

в 1834 г. открыл процесс вулканизации резины.

Слайд 7

Гудьир упорно смешивал каучук со всем подряд: с солью, перцем, песком, маслом и даже с супом и, в конце концов, добился успеха. В 1839 он обнаружил, что добавляя в каучук немного серы и нагревая, можно улучшить его прочность, твердость, эластичность и тепло- и морозоустойчивость. Сейчас именно новый материал, изобретенный Гудьиром, принято называть резиной, а открытый им процесс – вулканизацией каучука.

Слайд 8

Строение природного каучука

Макромолекула природного каучука состоит из макромолекул изопрена. | CH2 = C — CH = CH2 | CH3

Слайд 9

Процесс полимеризации изопрена

CH2 = C — CH = CH2 + CH2 = C — CH = CH2 + …→ | | CH3 CH3

Слайд 10

Состав природного каучука

Углеводород полиизопрен (С5Н8)n — 91-96% (мономер:2-метилбутадиен-1,3) Белки и аминокислоты – 2,2-3,8% Высшие органические кислоты – 1,5-4% Металлы побочных подгрупп – Си до 0,0008% Fе до 0,01% Мn до 0,001% Вода M r = 1 400 000 – 2 600 000 , p=0,91г/см3

Слайд 11

Физические свойства каучука

Эластичный Газонепроницаемый Водонепроницаемый Горит Растворяется в бензине и других органических растворителях

Слайд 12

Химический диктант

1.Млечный сок дерева гевеи называется….. 2.Реакция, в процессе которого получают из многих одинаковых молекул более крупные называется ….. 3. Стереорегулярное строение молекулы природного каучука придает ему свойство …… 4.Мономером природного каучука является …. 5.При повышенной температуре каучук становится …. и …… 6. В результате процесса вулканизации каучука получают …..

Слайд 13

1.Млечный сок дерева гевеи называется (латекс). 2.Реакция, в процессе которого получают из многих одинаковых молекул более крупные называется (реакцией полимеризации). 3. Стереорегулярное строение молекулы натурального каучука придает ему свойство (эластичности). 4.Мономером природного каучука является (изопрен). 5.При повышенной температуре каучук становится (мягким) и (липким). 6. В результате процесса вулканизации каучука получают (резину).

Слайд 14

Домашнее задание

Осуществите превращения: 1 вариант Н2 Вr2 КОН С3Н4 ————А ————-Б ————В 2 вариант Н2 Сl2 КОН С4Н6 ————А ————-Б ————В

Технологические свойства

В зависимости от условий регулирования процесса полимеризации БНК выпускают с различными пластоэластическими свойствами:

Очень жесткие (твердые) -с жесткость по Дефо 21,5 −27,5 Н или вязкостью по Муни выше 120 усл. ед.;

Жесткие -с жесткостью по Дефо 17,5-21,5 Н или вязкостью по Муни 90-120 усл. ед.;

Мягкие -с жесткостью по Дефо 7,5-11,5 Н или вязкостью по Муни 50-70 усл. ед.

В соответствии с этим к обозначению каучука добавляют букву Т -для очень жестких каучуков или М -для мягких. Для каучуков получаемых в присутствии алкилсульфонатов в качестве эмульгаторов, к обозначению каучука добавляется буква С. Например, СКН-18МС обозначает, что каучук содержит около 18 % связанного НАК, мягкий (за счет пониженном молекулярной массы), получен в присутствии биологически разлагаемого алкилсульфонатного эмульгатора.

Переработка БНК затруднена из-за высокой жесткости, обусловленной большим межмолекулярным взаимодействием. Обрабатываемость каучуков различных марок зависит от их исходной вязкости, а также от содержания нитрильных групп. Для всех каучуков жестких типов необходима предварительная пластикация, причем наиболее эффективна механическая пластикация на вальцах при температуре 30-40 С.

По скорости пластикации БНК могут быть расположены в следующий ряд: СКН-40>СКН-26>СКН-18. Термоокислительная деструкция БНК малоэффективна и не находит практического применения. Существенные трудности возникают при изготовлении резиновых смесей на основе БНК в резиносмесителях, так как при этом вследствие повышенного теплообразования развиваются высокие температуры, которые приводят к повышению жесткости смесей из-за подвулканизации или термоструктурирования каучука.

Обычно применяются многостадийные режимы смешения с охлаждением и вылежкой маточных смесей между стадиями.
Резиновые смеси, на основе БНК обладают незначительной конфекционной клейкостью. Формование смесей затруднено вследствие высокой жесткости и большого эластического восстановления.

Каучуки, полученные низкотемпературной полимеризацией, имеют лучшие технологические свойства по сравнению с каучуками «горячей» полимеризации.

Химические свойства

Бутадиен склонен к полимеризации, легко окисляется воздухом с образованием перекисных соединений, ускоряющих полимеризацию. В воздухе с концентрацией 1,6—10,8 % об. образует взрывоопасную смесь.

1,3-бутадиен является типичным бутадиеновым углеводородом и обладает высокой реакционной способностью. Легко вступает в реакции полимеризации, в том числе с другими непредельными соединениями — реакции сополимеризации (стиролом, эфирами и нитрилами акриловой и метакриловой кислот, изопреном, изобутиленом и др.). По двойной связи бутадиен присоединяет молекулы водорода, галогенов и галогеноводородов.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации