В каком городе производят каучук. Синтетические каучуки

В разработке синтеза каучука Лебедев пошел по пути подражания природе. Поскольку натуральный каучук - полимер диенового углеводорода, то Лебедев воспользовался также диеновым углеводородом, только более простым и доступным - бутадиеном

Первое открытие натурального каучука

Каучук существует столько лет, сколько и сама природа. Окаменелые остатки каучуконосных деревьев, которые были найдены, имеют возраст около трех миллионов лет. Каучуковые шары из сырой резины найдены среди руин цивилизаций инков и майя, возраст этих шаров не менее 900 лет.

Родина каучука – Центральная и Южная Америка. По берегам реки Амазонки, во влажных жарких тропиках растет необычное дерево, которое называется бразильская гевея (Hevea brasiliensis). Если на коре дерева сделать надрез, то из ранки вытекает сок молочно-белого цвета, называемое латексом. На воздухе сок постепенно темнеет и затвердевает, превращаясь в резиноподобную смолу. Латекс содержит примерно 30% натурального полимера, крохотные частички которого находятся во взвешенном состоянии в воде, - эмульсия. Аналогичную эмульсию представляет собой молоко – в нем мельчайшие капельки жира взвешены в водном растворе. Сок дерева гевеи туземцы называли каучук (это название берет свое начало от двух индейских слов: cao – дерево и o-Chu – течь, плакать), что можно перевести как «слезы дерева». Уже в XV веке индейцы придумали, как можно использовать каучук в полезных целях. Они пропитывали млечным соком лодки, корзины, одежду, чтобы те не пропускали воду. Из каучука стали изготавливать факелы, которые долго и равномерно сгорали, распространяя приятный запах.

Если обмазывать каучуком глиняную бутылку, а затем, после затвердевания полимера, разбить и вынуть через горловое отверстие глиняные черепки, то получится легкая и небьющаяся емкость для различных жидкостей. Аналогичным способом туземцы научились изготавливать даже каучуковую обувь.

В тропических же странах Америки, в Мексике, например, сохранились раскопки, в которых были найдены резиновые мячи. Эти мячи служили для ритуальных целей. По всей вероятности, особое свойство каучуковых мячей отскакивать от твердых поверхностей послужило поводом считать этот материал чудесным.

На острове Гаити во время своего второго путешествия в 1493 году испанский адмирал Христофор Колумб увидел туземцев, игравших большим плотным мячом. Испанцы были удивлены веселой игрой индейцев. Они в такт песне подбрасывали черные шары. Хотя это казалось невероятным, но, ударяясь о землю, мячи довольно высоко подскакивали в воздух. Взяв эти шары в руки, испанцы нашли, что они довольно тяжелы, липки и пахнут дымом. Индейцы скатывали их из загустевшего млечного сока, вытекавшего из порезов на коре дерева гевеи. Колумб привез несколько кусков этого удивительного вещества на родину, но в те времена он никого не заинтересовал. Образцы каучука были привезены в Европу и хранились в музеях как редкость. Следующие два века каучук для Европы был просто любопытной заморской диковинкой.

Впервые в Европе

В 1731 году правительство Франции отправило математика и географа Шарля Кондамина в географическую экспедицию по Южной Америке. В 1736 он отправил обратно во Францию несколько образцов каучука вместе с описанием продукции, производимой из него людьми, населяющими Амазонскую низменность. После этого резко возрос научный интерес к изучению этого вещества и его свойств. В 1770 году британский химик Джозеф Пристли впервые нашел ему применение: он обнаружил, что каучук может стирать то, что написано графитовым карандашом. Тогда такие куски каучука называли гуммиэластиком («смолой эластичной»).

Во Франции к 1820 г. научились изготовлять подтяжки и подвязки из каучуковых нитей, сплетенных с тканью.

В Англии с введением газового освещения в городах на газовых заводах начало скапливаться довольно много жидких побочных продуктов сухой перегонки каменного угля. Эти продукты под названием сольвент-нафты могли растворять каучук, поэтому в 1823 г. один из фабрикантов по фамилии Макинтош, английский химик и изобретатель, член Лондонского королевского общества, закупил всю сольвент-нафту с газовых заводов города Глазго с целью использовать ее для изготовления непромокаемой одежды. Растворяя в ней каучук, он покрывал такими растворами ткани. По его имени непромокаемые пальто с того времени называются макинтошами.

Однако вскоре обнаружилось, при положительном качестве изготовленная таким образом одежда существенными недостатками: при холодной температуре ткань становится ломкой и жесткой, а при нагревании, наоборот, делалась липкой и неудобной. Кроме того, масла, жиры, нефть, скипидар и другие жидкости легко ее портили. Химики стали искать способ, как улучшить свойства натурального каучука.

В США вещи из каучука стали популярными в 1830-х годах, резиновые бутылки и обувь, сделанные южноамериканскими индейцами, импортировались в больших количествах. Другие резиновые изделия завозились из Англии, а в 1832 году в городе Роксбери штата Массачусетс Джон Хаскинс и Эдвард Шафе организовали первую «каучуковую» фабрику в США. Но производимые вещи, как и импортируемые, становились хрупкими зимой, и мягкими и липкими летом. В 1834 году немецкий химик Фридрих Людерсдорф и американский химик Натаниель Хейвард обнаружили, что добавление серы к каучуку уменьшает или даже вовсе устраняет липкость изделий из каучука.

В 1839 г. Ч.Гудьир, торговавший в Америке пластинами, уронил одну из них на горячую плиту.

Сперва он не заметил этого, но, когда увидел свою пластину лежащей на горячей плите, очень испугался, так как ему было известно, что при нагревании каучук становится липким, плавится и уже не возвращается в первоначальное состояние. Ч.Гудьир быстро схватил пластину с плиты и начал мять ее, чтобы убедиться, насколько она пострадала от нагревания. Удивлению его не было границ, когда он увидел, что пластина не размягчилась и не испортилась, а, наоборот, стала весьма эластичной и упругой и потеряла способность растворяться в обычных для себя растворителях. Он обнаружил кожеподобный материал - резину. Зная, что пластина содержала, помимо каучука, примесь серы и глета, Ч.Гудьир сообразил, чем вызвано изменение, произошедшее в каучуке, и насколько оно важно; впоследствии он взял патент на техническое использование этого явления. Такое превращение каучука мы называем вулканизацией.

Она заключается в том, что каучук смешивали с порошкообразной серой и другими примесями, доводили до тестообразного состояния и сформированную массу нагревали. После вулканизации каучук становился неизмеримо прочнее, избавляясь от тех недостатков сырого каучука, которые до сих пор препятствовали его применению. Этот процесс был назван вулканизацией. Открытие резины привело к широкому ее применению: к 1919 году было предложено уже более 40 000 различных изделий из резины.

История получения синтетического каучука Сергеем Васильевичем Лебедевым

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 объемы натурального каучука не удовлетворяли растущие потребности промышленности. Поэтому возникла необходимость получить синтетический каучук. Замена натурального каучука синтетическим дает огромную экономию труда.

В нашей стране не было природных источников для получения натурального каучука, а из других стран каучук к нам не завозился. Еще в 1931 году И.В.Сталин сказал: «У нас имеется в стране все, кроме каучука. Но через год-два и у нас будет свой каучук».

Современная, все 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 агрессивных различных сред.

В 1910 году С.В.Лебедеву впервые удалось получить синтетический каучук и бутадиен. Сырьем 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.

Это было настоящей сенсацией, потому что способ С.В.Лебедева оказался более разработанным и экономичным. В 1932 году именно на базе 1,3-бутадиена возникла крупная промышленность синтетического каучука. Были построены два завода по производству синтетического каучука.

В 1908-1909 годах С.В.Лебедев впервые синтезировал каучукоподобное вещество при термической полиме-ризации дивинила и изучил его свойства. В 1914 году ученый 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.

Способ получение синтетического каучука

В разработке синтеза каучука Лебедев пошел по пути подражания природе. Поскольку натуральный каучук - полимер диенового углеводорода, то Лебедев воспользовался также диеновым углеводородом, только более простым и доступным - бутадиеном

Сырьем для получения бутадиена служит этиловый спирт. Получение бутадиена основано на реакциях дегидрирования и дегидратации спирта. Эти реакции идут одновременно при пропускании паров спирта над смесью соответствующих катализаторов:

Бутадиен очищают от непрореагировавшего этилового спирта, многочисленных побочных продуктов и подвергают полимеризации.

Для того чтобы заставить молекулу мономера соединиться друг с другом, их необходимо предварительно возбудить, то есть привести их в такое состояние, когда они становятся способными, в

результате раскрытия двойных связей, к взаимному присоединению. Это требует затраты определенного количества энергии или участия катализатора.

При каталитической полиме-ризации катализатор не входит в состав образующегося полимера и не расходуется, а выделяется по окончанию реакции в своем первоначальном виде. В качестве катализатора полимеризации 1,3-бутадиена С.В.Лебедев выбрал металлический натрий, впервые примененный для полимеризации непредельных углеводородов русским химиком А.А.Кракау.

Отличительной особенностью процесса полимеризации является то, что при этом молекулы исходного вещества или веществ соединяются между собой с образованием полимера, не выделяя при этом каких-либо других веществ.

Важнейшие виды синтетического каучука

Вышерассмотренный бутади-еновый каучук (СКБ) бывает двух видов: стереорегулярный и нестерео-регулярный. Но синтетическому каучуку никак не удавалось достать качества натурального полимера.

Причину этого удалось разгадать только в конце 40-х годов XX века. Дело оказалось в том, что в синтетическом каучуке элементарные звенья с цис-транс-конфигурацией расположены хаотически.

Оказалось, что природный полимер имеет цис-расположение заместителей в двойной связи в более чем 97% элементарных звеньев. Впервые удалось получить бутадиеновый каучук стереорегулярного строения в 1957 году группе советских ученых. По износоустойчивости и эластичности этот полимер превосходил натуральный и получил название дивинилового каучука.

Итак, стереорегулярный бутади-еновый каучук применяют главным образом в производстве шин (которые превосходят шины из натурального каучука по износостойкости), нестерео-

регулярный 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 износо-стойкостью 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 исполь-зуется как основа износостойкости резины.

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.

Использование каучука

Каучук имеет огромное народнохозяйственное значение. Чаще всего его используют не в чистом виде, а в виде резины. Резиновые изделия применяют в технике для изоляции проводов, изготовления различных шин, в военной промышленности, в производстве промышленных товаров: обуви, искусственной кожи, проре-зиненной одежды, медицинских изделий…

Резина - высокоэластичное, прочное соединение, но менее пластичное, чем каучук. Она представляет собой сложную много-компонентную систему, состоящую из полимерной основы (каучука) и различных добавок.

Наиболее крупными потреби-телями резиновых технических изделий являются автомобильная промыш-ленность и сельскохозяйственное машиностроение. Степень насыщенности резиновыми изделиями - один из основных признаков совершенства, надежности и комфортабельности массовых видов машиностроительной продукции.

В составе механизмов и агрегатов современных автомобиля и трактора имеются сотни наименований и до тысячи штук резиновых деталей, причем одновременно с увеличением производства машин возрастает их резиноемкость.

Виды резины и их применение

В зависимости от структуры резину делят на непористую (монолитную) и пористую.

Непористую резину изготовляют на основе бутадиенового каучука. Она отличается высоким сопротивлением истиранию. Срок износа подошвенной резины в 2-3 раза превышает срок износа подошвенной кожи. Предел прочности резины при растяжении меньше, чем натуральной кожи, но относительное удлинение при разрыве во много раз превышает удлинение натуральной подошвенной кожи. Резина не пропускает воду и практически в ней не набухает.

Резина уступает коже по морозостойкости и теплопроводности, что снижает теплозащитные свойства обуви. И наконец, резина является абсолютно воздухо- и паронепроницаемой. Непористая резина бывает подошвенная, кожеподобная и транспарентная.

Обычную непористую резину применяют для изготовления формованных подошв, накладок, каблуков, полукаблуков, набоек и других деталей низа обуви.

Пористые резины применяют в качестве подошв и платформ для весенне-осенней и зимней обуви.

Кожеподобная резина - это резина для низа обуви, изготовленная на основе каучука с высоким содержанием стирола (до 85%). Повышенное содержание стирола придает резинам твердость, вследствие чего возможно снижение их толщины до 2,5-4,0 мм при сохранении хороших защитных функций. Эксплуатационные свойства коже-подобной резины сходны со свойствами натуральной кожи. Она обладает высокой твердостью и пластичностью, что позволяет создавать след обуви любой формы.

Кожеподобная резина хорошо окрашивается при отделке обуви. Она имеет высокую износостойкость благодаря хорошему сопротивлению истиранию и устойчивости к многократным изгибам. Срок носки обуви с подошвой из кожеподобной резины составляет 179-252 дня при отсутствии выкрошивания в носовой части.

Недостатком этой резины являются невысокие гигиенические свойства: высокая теплопроводность и отсутствие гигроскопичности и воздухонепроницаемости.

Кожеподобную резину выпускают трех разновидностей: непористой структуры с плотностью 1,28 г/см3, пористой структуры, имеющую плотность 0,8-0,95 г/см3, и пористой структуры с волокнистым наполнителем, плотность которых не выше 1,15 г/см3. Пористые резины с волокнистыми наполнителями называются «кожволон». Эти резины по внешнему виду сходны с натуральной кожей. Благодаря волокнистому наполнителю повышаются их теплозащитные свойства, они отличаются легкостью, эластичностью, хорошим внешним видом. Кожеподобные резины применяют в качестве подошвы и каблука при изготовлении летней и весенне-осенней обуви клеевого метода крепления.

Транспарентная резина - это полупрозрачный материал с высоким содержанием натурального каучука. Отличается высоким сопротивлением истиранию и твердостью, по износостойкости превосходит все виды резин. Транспарентные резины выпускают в виде формованных подошв (вместе с каблуками), с глубоким рифлением на ходовой стороне. Разновидостью транспорентной резины является стиронип, содержащий большее количество каучука. Сопротивление многократному изгибу у стиронипа в три с лишним раза выше, чем у обычных непористых резин. Стиронип применяется при изготовлении обуви клеевого метода крепления.

Резина пористой структуры имеет замкнутые поры, объем которых в зависимости от вида резины колеблется от 20 до 80 % ее общего объема.

Эти резины имеют ряд преимуществ по сравнению с непористыми резинами: повышенные мягкость, гибкость, высокие амортизационные свойства, упругость.

Недостатком пористых резин является способность давать усадку, а также выкрошиваться в носочной части при ударах. Для повышения твердости пористых резин в их состав вводят полистирольные смолы.

Вывод

В настоящее время освоено производство новых видов пористых резин: порокрепа и вулканита. Порокреп отличается красивым цветом, эластичностью, повышенной прочностью. Вулканит - пористая резина с волокнистыми наполнителями, обладаю-щая высокой износостойкостью, хорошей теплозащитностью. Пористые резины применяют в качестве подошв для весенне-осенней и зимней обуви.

Получение искусственного каучука – одно из величайших достижений XX века.

Многие ученые не верили, что эта научно-техническая проблема может быть решена. Российские ученые завоевали своим открытием первенство в разработке способов получения синтетического каучука.

Сейчас синтетические каучуки являются одним из основных продуктов химической промышленности. Из них изготавливают около 50 тысяч различных изделий. Получение синтетического каучука дало толчок развитию органической химии.

В настоящее время производство искусственного каучука является одной из основных отраслей мировой промышленности.

Но производство синтетического каучука имеет не только положительную сторону. Проблема утилизации амортизированных автошин остается до настоящего времени достаточно острой для всех стран.

При сгорании шин образуются такие химические соединения, которые, попадая в атмосферный воздух, становятся источником повышенной опасности для человека: это бифенил,

антрацен, флуорентан, пирен, бенз(а)пирен. Два соединения из перечисленных - бифенил и бенз(а)пирен относятся к сильнейшим канцерогенам.

Выброшенные на свалки либо закопанные шины разлагаются в естественных условиях не менее 100 лет. Контакт шин с дождевыми осадками и грунтовыми водами сопровождается вымыванием ряда токсичных органических соединений: дифениламина, дибутилфталата, фенантрена и т.д. Все эти соединения попадают в почву. А резина, являющаяся высоко-молекулярным материалом, относится к термореактивным полимерам, которые в отличие от термопластичных не могут перерабатываться при высокой температуре, что создает серьезные проблемы при вторичном использовании резиновых отходов.

Имеющийся мировой и отечественный опыт свидетельствует, что наиболее распространенными методами утилизации автошин являются сжигание с получением энергии (наиболее популярно сжигание их в цементных печах), пиролиз в условиях относительно низких температур с получением легкого дистиллята, твердого топлива, близкого по свойствам к древесному углю, и металла, а также получение резиновой крошки и порошка, используемых для замены натурального и синтетического каучука при изготовлении полимерных смесей и строительных материалов. К сожалению, все перечисленные методы экономически и экологически не являются привлекательными, в связи с чем масштабного развития не получили.

В основу технологии положен метод деструкции полимерных материалов под воздействием умеренных температур в среде водорододонорных растворителей. В результате термо-ожижения получается густая подвижная масса, представляющая собой суспензию сажи в жидких углеводородах. Температура начала процесса составляет 240-250°С, но не более 280-290°С, давление - не выше 6,1 МПа. В реакторе под воздействием температуры и давления в присутствии водородо-донорного растворителя происходит растворение резины с разделением полученной массы в первичной стадии.

В условиях проведения процесса утилизации шин, разработанных нами, диоксины не образуются и не могут образоваться в силу очень мягких условий проведения реакции и специальных мер безопасности. Проведенные исследования показали возможность безопасного использования вторичного материала после утилизации автомобильных шин в производстве

автомобильных шин

лакокрасочных материалов

герметиков

мастербачей

мастик и дорожных материалов

технического углерода (сажа)

Проблема переработки поли-мерных отходов является в настоящее время одной из основных проблем промышленной экологии. Вариантов переработки этого сырья много. Однако интересным представляется вариант переработки в текстильные материалы по следующим причинам. Важнейшей задачей промышленной экологии является решение проблем с твердыми отходами (особенно, бытовыми), что позволит не только уменьшить нагрузку на биосферу, но и получить дополнительный источник продукции (при рециклизации и переработке отходов) или энергии.

Снижение угрозы загрязнения окружающей среды может быть достигнуто, в том числе, и за счет максимального использования в производственном процессе отходов таким образом, чтобы эти отходы были способны снова включиться в циркуляцию вещества в природе.

Эта общеэкологическая точка зрения, высказанная еще В.И.Вернадским, должна стать основным подходом при решении проблем использования отходов вместо их ликвидации (сжигание, захоронение). Естественно, такой подход должен быть положен и в основу решения проблемы твердых отходов.

Зотова Наталья Владимировна

Русская Цивилизация

Каучуки — натуральные или синтетические материалы, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём специальной обработки получают резину. Природный каучук получают из жидкости молочно-белого цвета, называемой латексом, — млечного сока каучуконосных растений.

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.

Что такое синтетический каучук? Это - синтетические полимеры, способные перерабатываться в резину путем вулканизации, составляют основную массу эластомеров. В каком из городов производят каучук в России? Например, в Тольятти, Красноярске.

Синтетический каучук - высокополимерный, каучукоподобный материал. Его получают полимеризацией или сополимеризацией бутадиена, стирола, изопрена, неопрена, хлорпрена, изобутилена, нитрила акриловой кислоты. 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.

Обычно приняты классификация и наименование каучуков по мономерам, использованным для их получения (изопреновые, бутадиеновые и т. д.) или по характерной группировке (атомам) в основной цепи или боковых группах (уретановые, полисульфидные и др.) Синтетические каучуки также подразделяют по признакам, например, по содержанию наполнителей (наполненные и ненаполненные), по молекулярной массе (консистенции) и выпускной форме (твердые, жидкие, порошкообр.). Часть синтетических каучуков выпускают в виде водных дисперсий - синтетических латексов. Особую группу каучуков составляют - термоэластопласты.

Некоторые виды синтетических каучуков (например полизобутилен, силиконовый каучук) представляют собой полностью предельные соединения, поэтому для их вулканизации применяют органические перекиси, амины и др. вещества. Отдельные виды синтетических каучуков по ряду технических свойств превосходят натуральный каучук.

По области применения синтетические каучуки разделяют на каучуки общего и специального назначения. К каучукам общего назначения относят каучуки с комплексом достаточно высоких технических свойств (прочность, эластичность и др.), пригодных для массового изготовления широкого круга изделий. К каучукам специального назначения относят каучуки с одним или несколькими свойствами, обеспечивающими выполнение специальных требований к изделию и иго работоспособности в часто экстремальных условиях эксплуатации.

Каучуки общего назначения: изопреновые, бутадиеновые, бутадиенстирольные и др.

Каучуки специального назначения: бутилкаучук, этиленпропиленовые, хлорпреновые, фторкаучуки, уретановые и др. Многие не знают, что в СССР выпускали хлоропреновый каучук и задаются вопросом - в каком из городов производят каучук сейчас? К сожалению, хлоропреновый каучук выпускали в Армении на заводе Наирит, который уже несколько лет, как остановлен.

В технике из каучуков изготовляют шины для автотранспорта, самолётов, велосипедов; каучуки применяют для электроизоляции, а также производства промышленных товаров и медицинских приборов.

1. Натуральный каучук

Каучук существует столько лет, сколько и сама природа. Окаменелые остатки каучуконосных деревьев, которые были найдены, имеют возраст около трёх миллионов лет. Первое знакомство европейцев с натуральным каучуком произошло пять веков назад, а в США вещи из каучука стали популярными в 1830-х годах, резиновые бутылки и обувь, сделанные южноамериканскими индейцами, продавались в больших количествах. В 1839 году Американский изобретатель Чарльз Гудьир (Charles Goodyear) обнаружил, что нагревание каучука с серой устраняет его неблагоприятные свойства. Он положил на печь кусок покрытой каучуком ткани, на которую был нанесён слой серы. Через некоторое время он обнаружил кожеподобный материал — резину. Этот процесс был назван вулканизацией. Открытие резины привело к широкому её применению: к 1919 году было выпущено на рынок уже более 40 000 различных изделий из резины.

Природные каучуконосы

Слово «каучук» происходит от двух слов языка тупи-гуарани: «кау» — дерево, «учу» — течь, плакать. «Каучу» — сок гевеи, первого и самого главного каучуконоса. Европейцы прибавили к этому слову всего одну букву. Среди травянистых растений России есть всем знакомые одуванчик, полынь и молочай, которые тоже содержат млечный сок.

Промышленное значение имеют латексные деревья, которые не только накапливают каучук в большом количестве, но и легко его отдают; из них наиважнейшее — гевея бразильская (Hevea brasiliensis), дающая по разным оценкам от 90 до 96% мирового производства натурального каучука.

Сырой каучук из других растительных источников обычно засорён примесями смол, которые должны быть удалены. Такие сырые каучуки содержат гуттаперчу — продукт некоторых тропических деревьев семейства сапотовых (Sapotaceae).

Каучуконосы лучше всего произрастают не далее 10° от экватора на север и юг. Поэтому эта полоса шириной 1300 километров по обе стороны от экватора известна как «каучуковый пояс». Здесь каучук добывается и поступает для продажи во все страны мира.

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.

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 С 5 Н 8 , 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.

2. Синтетический каучук

В России не было известно природных источников для получения натурального каучука, а из других стран каучук к нам не завозился, а что такое синтетический каучук тогда ещ не знали. И вот, 30 декабря 1927 г. 2 кг дивинилового каучука было получено путем полимеризации 1,3-бутадиена под действием натрия. С 1932 г. было начато промышленное производство 1,3-бутадиена, а из 1,3-бутадиена — производство каучука.

Сырьём для синтеза бутадиена служит этиловый спирт. Получение бутадиена основано на реакциях дегидрирования и дегидратации спирта. Эти реакции идут одновременно при пропускании паров спирта над смесью соответствующих катализаторов.Бутадиен очищают от не прореагировавшего этилового спирта, многочисленных побочных продуктов и подвергают полимеризации.

Для того чтобы заставить молекулу мономера соединиться друг с другом, их необходимо предварительно возбудить, то есть привести их в такое состояние, когда они становятся способными, в результате раскрытия двойных связей, к взаимному присоединению. Это требует затраты определённого количества энергии или участия катализатора.

При каталитической полимеризации катализатор не входит в состав образующегося полимера и не расходуется, а выделяется по окончанию реакции в своём первоначальном виде. В качестве катализатора синтеза бутадиенового каучука С. В. Лебедев выбрал металлический натрий, впервые применённый для полимеризации непредельных углеводородов русским химиком А. А. Кракау.

Отличительной особенностью процесса полимеризации является то, что при этом молекулы исходного вещества или веществ соединяются между собой с образованием полимера, не выделяя при этом каких-либо других веществ.

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 России 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, или силоксановые 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.

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

Находит свое применение вспененный каучук. Вспениванию подвергаются различные виды каучуков. Существует и неорганический синтетический каучук — полифосфонитрилхлорид.

3. Резина

Вулканизация каучука

Натуральные и синтетические каучуки используются преимущественно в виде резины, так как она обладает значительно более высокой прочностью, эластичностью и рядом других ценных свойств. Для получения резины каучук вулканизируют. Многие учёные работали над вулканизацией каучука. Только получив качественную резину, они до конца поняли что такое синтетичесий каучук.

Современная технология резинового производства осуществляется по следующим этапам:

1. Изготовление полуфабрикатов:

Развеска каучуков и ингредиентов;

Пластикация каучука;

Прорезинивание тканей, каландрирование, шприцевание;

Раскрой прорезиненных тканей и резиновых листов, сборка изделий из полуфабрикатов.

2. Вулканизация, после которой из сырых резиновых смесей получают готовые резиновые изделия.

Из смеси каучука с серой, наполнителями (особенно важным наполнителем служит сажа) и другими веществами формуют нужные изделия и подвергают их нагреванию. При этих условиях атомы серы присоединяются к двойным связям макромолекул каучука и «сшивают» их, образуя дисульфидные «мостики». В результате образуется гигантская молекула, имеющая три измерения в пространстве — как бы длину, ширину и толщину. Такой каучук (резина) будет, конечно, прочнее невулканизированного.

Меняется и растворимость полимера: каучук, хотя и медленно, растворяется в бензине, резина лишь набухает в нём. Если к каучуку добавить больше серы, чем нужно для образования резины, то при вулканизации линейные молекулы окажутся «сшитыми» в очень многих местах, и материал утратит эластичность, станет твёрдым — получится эбонит. До появления современных пластмасс эбонит считался одним из лучших изоляторов.

Вулканизированный каучук имеет большую прочность и эластичность, а также большую устойчивость к изменению температуры, чем невулканизированный каучук; резина непроницаема для газов, устойчива к царапанию, химическому воздействию, жаре и электричеству, а также показывает высокий коэффициент трения скольжения с сухими поверхностями и низкое — с увлажнёнными.

Ускорители вулканизации улучшают свойства вулканизаторов, сокращают время вулканизации и расход основного сырья, препятствуют перевулканизации. В качестве ускорителей используются неорганические соединения (оксид магния MgO, оксид свинца PbO и другие) и органические: дитиокарбаматы (производные дитиокарбаминовой кислоты), тиурамы (производные диметиламина), ксантогенаты (соли ксантогеновой кислоты) и другие.

Активаторы ускорителей вулканизации облегчают реакции взаимодействия всех компонентов резиновой смеси. В основном, в качестве активаторов применяют оксид цинка ZnO.

Антиокислители (стабилизаторы, противостарители) вводят в резиновую смесь для предупреждения «старения» каучука.

Наполнители — повышают физико-механические свойства резин: прочность, износостойкость, сопротивление истиранию. Они также способствуют увеличению объёма исходного сырья, а, следовательно, сокращают расход каучука и снижают стоимость резины. К наполнителям относятся различные типы саж (технический углерод), минеральные вещества (мел CaCO3, BaSO4, гипс, тальк, кварцевый песок SiO2).

Пластификаторы (смягчители) — вещества, которые улучшают технологические свойства резины, облегчают её обработку (понижают вязкость системы), обеспечивают возможность увеличения содержания наполнителей. Введение пластификаторов повышает динамическую выносливость резины, сопротивление «стиранию». В качестве пластификаторов используются продукты переработки нефти (мазут, гудрон, парафины), вещества растительного происхождения (канифоль), жирные кислоты (стеариновая, олеиновая) и другие.

Прочность и нерастворимость резины в органических растворителях связаны с её строением. Свойства резины определяются и типом исходного сырья. Например, резина из натурального каучука характеризуется хорошей эластичностью, маслостойкостью, износостойкостью, но в то же время мало устойчива к агрессивным средам; резина из каучука СКД имеет даже более высокую износостойкость, чем из НК. Бутадиен-стирольный каучук СКС способствует повышению износостойкости. Изопреновый каучук СКИ определяет эластичность и прочность резины на растяжение, а хлоропреновый — стойкость её к действию кислорода.

В каком из городов выпускают каучук и когда началось его производство? В России первое крупное предприятие-производитель в резиновой промышленности было основано в Петербурге в 1860 году, впоследствии названное «Треугольником» (с 1922 года — «Красный треугольник»). За ним были основаны и другие российские заводы резиновых изделий (РТИ): «Каучук» и «Богатырь» в Москве, «Проводник» в Риге и другие.

Применение резины в промышленных товарах

Каучук имеет огромное народнохозяйственное значение. Чаще всего его используют не в чистом виде, а в виде резины. Резиновые изделия применяют в технике для изоляции проводов, изготовления различных шин, в военной промышленности, в производстве промышленных товаров: обуви, искусственной кожи, прорезиненной одежды, медицинских изделий.

Резина — высокоэластичное, прочное соединение, но менее пластичное, чем каучук. Она представляет собой сложную многокомпонентную систему, состоящую из полимерной основы (каучука) и различных добавок.

Наиболее крупными потребителями резиновых технических изделий являются автомобильная промышленность и сельскохозяйственное машиностроение. Степень насыщенности резиновыми изделиями — один из основных признаков совершенства, надёжности и комфортабельности массовых видов машиностроительной продукции. В составе механизмов и агрегатов, современных автомобиля и трактора имеются сотни наименований и до тысячи штук резиновых деталей, причём одновременно с увеличением производства машин возрастает их резиноёмкость.

Виды резины и их применение

В зависимости от структуры резину делят на непористую (монолитную) и пористую.

Непористую резину изготовляют на основе бутадиенового каучука. Она отличается высоким сопротивлением истиранию. Срок износа подошвенной резины в 2—3 раза превышает срок износа подошвенной кожи. Предел прочности резины при растяжении меньше, чем натуральной кожи, но относительное удлинение при разрыве во много раз превышает удлинение натуральной подошвенной кожи. Резина не пропускает воду и практически в ней не набухает.

Резина уступает коже по морозостойкости и теплопроводности, что снижает теплозащитные свойства обуви. И, наконец, резина является абсолютно воздухо- и паронепроницаемой. Непористая резина бывает подошвенная, кожеподобная, и транспарентная. Обычную непористую резину применяют для изготовления формованных подошв, накладок, каблуков, полукаблуков, набоек и других деталей низа обуви.

Пористые резины применяют в качестве подошв и платформ для весенне-осенней и зимней обуви.

Кожеподобная резина — это резина для низа обуви, изготовленная на основе каучука с высоким содержанием стирола (до 85%). Повышенное содержание стирола придаёт резинам твёрдость, вследствие чего возможно снижение их толщины до 2,5—4,0 мм при сохранении хороших защитных функций. Эксплуатационные свойства кожеподобной резины сходны со свойствами натуральной кожи. Она обладает высокой твёрдостью и пластичностью, что позволяет создавать след обуви любой формы. Кожеподобная резина хорошо окрашивается при отделке обуви. Она имеет высокую износостойкость благодаря хорошему сопротивлению истиранию и устойчивости к многократным изгибам.

Срок носки обуви с подошвой из кожеподобной резины составляет 179—252 дня при отсутствии выкрашивания в носовой части. Недостатком этой резины являются невысокие гигиенические свойства: высокая теплопроводность и отсутствие гигроскопичности и воздухонепроницаемости.

Кожеподобную резину выпускают трёх разновидностей: непористой структуры с плотностью 1,28 г/см3, пористой структуры, имеющую плотность 0,8-0,95 г/см3, и пористой структуры с волокнистым наполнителем, плотность которых не выше 1,15 г/см3. Пористые резины с волокнистыми наполнителями называются «кожволон». Эти резины по внешнему виду сходны с натуральной кожей. Благодаря волокнистому наполнителю повышаются их теплозащитные свойства, они отличаются лёгкостью, эластичностью, хорошим внешним видом. Кожеподобные резины применяют в качестве подошвы и каблука при изготовлении летней и весенне-осенней обуви клеевого метода крепления.

Транспарентная резина — это полупрозрачный материал с высоким содержанием натурального каучука. Отличается высоким сопротивлением истиранию и твёрдостью, по износостойкости превосходит все виды резин. Транспарентные резины выпускают в виде формованных подошв (вместе с каблуками), с глубоким рифлением на ходовой стороне. Разновидностью транспорентной резины является стиронип, который содержит большее количество каучука. Сопротивление многократному изгибу у стиронипа в три с лишним раза выше, чем у обычных непористых резин. Стиронип применяется при изготовлении обуви клеевого метода крепления.

Резина пористой структуры имеет замкнутые поры, объём которых в зависимости от вида резины колеблется от 20 до 80 % её общего объёма. Эти резины имеют ряд преимуществ по сравнению с непористыми резинами: повышенные мягкость, гибкость, высокие амортизационные свойства, упругость. Недостатком пористых резин является способность давать усадку, а также выкрашиваться в носочной части при ударах. Для повышения твёрдости пористых резин в их состав вводят полистирольные смолы.

В настоящее время освоено производство новых видов пористых резин: порокрепа и вулканита. Порокреп отличается красивым цветом, эластичностью, повышенной прочностью. Вулканит — пористая резина с волокнистыми наполнителями, обладающая высокой износостойкостью, хорошей теплозащитностью. Пористые резины применяют в качестве подошв для весенне-осенней и зимней обуви.

Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на

Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий

Бурное развитие мировой автомобильной промышленности, авиации, военной техники привело к тому, что каучука добываемого в природе и предназначенного для производства резины, стало катастрофически не хватать. Плантации, разбросанные по всему миру стали не в состоянии обеспечить потребности промышленности. И тогда, во многом благодаря российским ученым на рынок вышел синтетический каучук.

Введение

На самом деле, к промышленному производству синтетического сырья ученые и производственники шли порядка ста лет. Каучук был синтезирован во второй половине XIX века. Но технология производства, необходимое оборудование разработали только в ХХ веке. Все необходимое для производства синтетического каучука было представлено С.В. Лебедевым, российским ученым.

С тех пор, ученые – химики, производственники приложили немало сил для совершенствования этого сырья, разработки новых марок этого сырья и пр.

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.

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.

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.

Формула строения

Каждый вид синтетического каучука имеет свою химическую формулу

Молекулы изопрена CH2=C(CH3)-CH=CH2 2-метилбутадиен-1,3;

бутадиеновый CH2=CH-CH=CH2 бутадиен-1,3;

дивиниловый CH2=CH-CH=CH2 бутадиен-1,3

Хлоропреновый CH2=C(Cl)-CH=CH2 2-хлорбутадиен-1,3

Бутадиен-стирольный состоит из молекул CH2=CH-CH=CH2 бутадиен-1,3 и C6H5- CH=CH2 стирол

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.

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.

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.

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.

Каучуки - группа веществ натурального или синтетического происхождения, используемых в производстве резины, которые отличаются такими свойствами: эластичность, электроизоляция, водонепроницаемость. Источником сырья для природных каучуков является млечный сок ряда растений, которые выделяют латекс (это белая жидкость с особыми свойствами).

Выделив этот сок из растений, стимулируют процесс его свертывания, чтобы получить твердый материал. Каучук в основном состоит из полиизопрена (на 91-96%). При этом латекс, служащий сырьем для него, является довольно распространенным компонентом растений. Его можно встретить в представителях разных ботанических групп растений.

Каучук находится в разных частях растения, и по этому признаку их (то есть растения) классифицируют на группы:
— латексные — вещество накапливается в млечном соке;
— паренхимные — в стеблях и корнях;
— хлоренхимные — в листьях и молодых зеленых побегах.
— травянистые латексные растения семейства сложноцветных (крым-сагыз, кок-сагыз и т. д), где каучук в небольшой концентрации накапливается в подземных органах — в промышленности не используются.

Что же представляет собой каучук синтетического происхождения? Производят его из синтетических полимерных соединений, которые вулканизируют до превращения в резину. В частности, в России подобными производствами занимаются в Красноярске и Тольятти.

Синтетический каучук — высокополимерное соединение, получаемое из бутадиена, изопрена, стирола, неопрена, изобутилена, хлоропрена, нитрила акриловой кислоты, которые полимеризуют или сополимеризуют. Получаемый материал имеет похожие свойства с натуральным. Так, его молекулы также представляют собою длинные и частично разветвленные цепи из многих тысяч мономеров. Средняя молекулярная масса, как правило, составляет от нескольких сотен тысяч до миллионов. Во время полимеризации некоторые цепи связываются друг с другом во многих местах с помощью двойных связей. Таким образом, вулканизируемое вещество химически представляет собой высокомолекулярную пространственную сетку с соответствующими физико-химическими свойствами.

Существует много видов каучуков, которые классифицируют по типу мономеров, из которых они сделаны (бутадиеновые, изопреновые). Также возможна классификация по наличию особых атомов или функциональных групп (например, полисульфидные, уретановые).

Что же касается, синтетических каучуков, то они имеют дополнительную классификацию:
— по содержанию наполнителей (ненаполненные и наполненные);
— выпускной форме (жидкие, твердые, порошкообразные);
— молекулярной массе.
К примеру, ряд синтетических латексов выглядят как водные дисперсии, другие же являются термоэластопластами.

Существуют синтетические каучуки, которые в исходном состоянии не имеют непредельных связей (силиконовый каучук, полиизобутиленовый). Чтобы их вулканизовать, используют органические амины, перекиси и прочие соединения. В результате, можно получить вещество, которое даже будет лучше натурального по происхождению.

В зависимости от применения, синтетические материалы делят на две группы: общие и специальные каучуки. В первую категорию попадают вещества, имеющие прекрасную эластичность, прочность и прочие характеристики, позволяющие материал применять для изготовления предметов разной направленности. Специальные же каучуки создаются для обеспечения особенных свойств материала, поэтому они применяются ограниченно, только для отдельных изделий.

К общим каучукам относят:
— бутадиеновые;
— бутадиенстирольные;
— изопреновые.

Специальные каучуки:
— этиленпропиленовые;
— уретановые;
— бутилкаучуки;
— фторкаучуки;
— хлоропреновые и т. д.

Каучук применяется для производства автомобильных и велосипедных шин, шасси для самолетов, из него делают электроизолирующее покрытие. Также этот материал активно используется при производстве медицинских изделий.

1. Натуральный каучук

Натуральный каучук существует тысячелетия. Ученые находят окаменелости, в которых содержатся остатки каучуконосных растений, датируемые миллионами лет до нашей эры. Впервые же представители цивилизации узнали о подобном материале 500 лет назад, когда открыли Америку. А действительно востребованным каучук стал только недавно, в 30-х годах XIX столетия. Тогда индейцы активно продавали белым людям обувь и бутылки, сделанные из резины.

В 1839 году Чарльз Гудьир (Charles Goodyear) синтезировал резину, изобретя процесс вулканизации. Он нагрел каучук с серой и обнаружил, что материал улучшил свои свойства. Как только резина была открыта, она начала активно применяться. Так, до 1919 года на рынке было реализовано более 40000 видов изделий с применением этого материала.

Природные каучуконосы

На языке тупи-гуарани слово «каучук» является производным от «кау» (дерево) и «учу» (плакать). Именно сочетанием этих слов индейцы называли млечный сок гевеи, которая была основным каучуконосным растением того времени. Для удобства в Европе добавили одну букву к слову «каучу», и получился «каучук». В России есть также растения, содержащие млечные сок — молочай, одуванчик, полынь.

Но для промышленных целей можно использовать только то растительное сырье, которое не просто содержит латекс, но и готово отдать его с легкостью в большом количестве. Таким сырьем является гевея бразильская, каучук из которой составляет 90-96% от используемых в мире объемов.

Другие источники каучука менее чистые, так как содержат смолы и другие примеси, которые нужно очищать. К примеру, в ряде деревьев из сапотовых в каучуке есть гуттаперча.

Каучуконосные деревья растут преимущественно в зоне экватора, не удаляясь от него более 10° на юг и север, то есть это пояс 1300 км шириной, который так и называют — «каучуковый пояс». Именно здесь выращиваются подобные деревья с промышленной целью, а их сырье направляется на продажу по всему миру.

Физико-химические свойства каучука

Если говорить о натуральном каучуке, то он имеет следующие свойства:
— аморфное твердое тело, которое в ряде случаев можно кристаллизовать;
— в необработанном (или сыром) виде имеет белый цвет, иногда бесцветен;
— не растворяется в большинстве жидкостей, включая воду и спирт, не набухает в них;
— набухает только в подобных себе веществах (бензин, эфир, бензол, прочие ароматические углеводороды), постепенно растворяясь в них.

Каучук в подобных себе растворах может образовывать коллоидные растворы. Они нашли широкое применение в технике.

У натурального каучука достаточно однородное молекулярное строение, а это обусловливает его уникальные физико-технологические свойства. Собственно, за счет столь уникальной структуры он и поддается обработке с образованием резины.

Каучук ценится из-за своей упругости или эластичности, то есть изделия из этого материала способны очень быстро возвращать себе исходную форму, как только деформационные силы перестают действовать. Эластичность у каучука одна из наилучших в своем классе. Так, даже если продукт из него будет растянут до 1000%, он вернется в исходную форму. Для классических твердых тел эта цифра составляет 1%. При этом каучук имеет те же свойства и в нагретом, и в охлажденном состоянии. Но у материала есть недостаток — со временем хранения он твердеет и теряет свои свойства.

Если каучук поместить в жидкий воздух (–195°C), то он будет жестким и прозрачным, а вот в температурном диапазоне 0 °- 10 °C прозрачность и жесткость исчезают. В нормальных условиях (20 °C) материал обретает свои знаменитые свойства — он мягкий, полупрозрачный, довольно эластичный. При более 50 °C каучук начинает быть липким и пластичным. Если нагрев продолжить до 80 °C, на этом этапе теряется эластичность, а при 120 °C каучук и вовсе становится жидкостью, похожею на смолу. Если ее охладить, она не будет похожа на первоначальное вещество. 200-250 °C — именно та температура, при которой каучук необратимо распадается на газообразные и жидкие вещества.

У каучука ярко выраженные диэлектрические свойства, он практически непроницаем для воды и газа. Более того, как упоминалось, этот материал не растворяется в воде, кислотах и щелочах, а в спирте — лишь в очень малом количестве. Но вот бензин, хлороформ и сероуглерод способны растворить это вещество, сначала вызвав его набухание. Окисление каучука химическими путями происходит легко, а вот воздухом — достаточно трудно. У каучука крайне низкая теплопроводность — в 100 меньше стали.

Преимущество каучука в том, что он не только эластичен, но и обладает высокой пластичностью. А это значит, что этот материал под воздействием внешних сил будет приобретать и сохранять нужную форму. Во время нагревания, а также механической обработки это свойство особо проявляется. Таким образом, каучук можно считать пласто-эластическим веществом.

Еще одно свойство, что имеет каучук, проявляется во время его растяжения или охлаждения. Это кристаллизация вещества, происходящая длительно во времени. При этом процессе выделяется теплота, которая нагревает природное вещество в момент растяжения. У каучука маленькие кристаллы без характерной формы и четких граней.

Если же каучук охладить до –70 °C, он перестанет быть пластичным и обретет некоторые свойства стекла.

Таким образом, как и большинство полимеров, каучук пребывает в трех состояниях, в зависимости от температуры — высокоэластическое, вязкотекучее и стеклообразное. При нормальных условиях каучук высокоэластичен.

Несмотря на стойкость к воздействию кислот, каучук довольно легко реагирует с простыми веществами — кислородом, галогенами, серой, водородом, что объясняется наличием у него ненасыщенных связей. Чтобы подчеркнуть подобные химические свойства этого материала, стоит перевести его в коллоидный раствор, где взаимодействие усиливается.

Химические реакции не проходят бесследно для физических свойств вещества. Так, меняются характеристики прочности, растворимости, эластичности. К примеру, кислород и озон, которые даже при комнатной температуре взаимодействуют с каучуком, вызывают распад крупных полимерных молекул вещества на более мелкие, что приводит к потере прочности материала. Кроме того, именно за счет окисления кислородом каучук переходит из твердого состояния в пластичное.

Химическое строение натурального каучука и его состав

Натуральный каучук — это полимерный ненасыщенный углеводород с большим количеством двойных связей. Его универсальная химическая формула выглядит следующим образом: (C5H8)n, где n — степень полимеризации, имеющая значения 1000-3000). Как видно, мономером натурального каучука является изопрен.

Источником природного каучука является млечный сок различных тропических растений (к примеру, бразильской гевеи). В них также содержится гуттаперча, которая тоже является изопреновым полимером, но другой химической структуры. Если бы молекула каучука не была атомарно тонкой, ее можно было бы увидеть в микроскоп, так как она очень длинная. А если ее еще и растянуть максимально, то это будет зигзагоподобная большая линия, что обусловлено типом углеродных связей.

За счет того, что в изопрене происходит чередование одинарных и двойных связей, частицы молекулы могут вращаться исключительно вокруг одинарных связей. За счет подобных колебаний молекула постоянно изгибается, даже в состоянии покоя у нее сближенные концы.

И то, что у молекул каучука сближенные концы в состоянии покоя, обусловливает эластичность вещества. Когда материал растягивается, молекулы его растягиваются в том же направлении. Как только деформационное влияние заканчивается, цепочка снова становится изогнутой.

Таким образом, молекулы натурального каучука — это некие почти круглые пружины, что очень сильно растягиваются и увеличиваются в размерах при разведении концов. Рядом исследователей принято считать, что эта полимерная цепочка — пружинящая спираль.

Если провести химический анализ природного каучука, то обнаружится что состоит вещество только из водорода и углерода, что позволяет его отнести к углеводородам. Подтверждением этому есть первичная формула каучука. Раньше она была С5Н8. Со временем ученые поняли, что таким простым написанием не отобразить сложность строения молекулы, ведь молекулярная масса отдельных единиц достигает полумиллиона и выше. Таким образом, натуральный каучук — это природный полимер изопрена, а именно цис-1,4-полиизопрен.

Натуральный каучук — это сборный клубок из многих тысяч химических микромолекул, которые прочно соединены друг с другом, поэтому могут осуществлять внутри макромолекулы лишь колебательно-вращательные движения. Этими микромолекулами являются частички изопрена, простейшего углеводорода, которым образован каучук. Но на основании мономера изопрена существуют и другие полимеры, правда, они не имеют подобных свойств эластичности и пластичности. С чем же это связано?

У каучука, как и у других полимерных молекул, атомы выстроены в цепочку, но она не является сплошной прямой линией, а постоянно заворачивается, образуя как бы клубок. При воздействии механической силы материал растягивается за счет выравнивания отдельных участков этого клубка. Как только воздействие заканчивается, молекула стремится занять свое природное положение и обратно возвращается в клубок. И только слишком большое усердие позволяет настолько сильно выпрямить материал, что его цепи молекул не просто не возвращаются назад, а рвутся, деформируя этот участок.

2. Синтетический каучук

Если в Америке каучук хоть в каком-то виде используется 500 лет, то в России дела обстоят иначе. Так как естественного сырья в стране нет, изначально производства материала не было. Да и поставок самого готового каучука не было. Но в 1927 году, а именно 30 декабря советскими учеными был получен синтетический дивиниловый каучук за счет натриевой полимеризации 1,3-бутадиена. Этот опыт побудил наладить промышленное производство 1,3-бутадиена, из которого начали делать каучук.

Бутадиен синтезируют из обычного этанола. Происходит это путем дегидрирования и дегидратации данной молекулы одновременно. Чтобы этого достичь, спирт превращают в пар и пропускают над катализаторами, которые запускают обе реакции сразу. Затем полученный бутадиен проходит очистку от исходных веществ, продуктов побочных реакций и, добившись полного очищения фракции, используют его для синтеза каучука.

Как же сделать так, чтобы мономеры, которые прекрасно существуют в таком состоянии, начали полимеризоваться? Сначала нужные атомы углерода следует возбудить, то есть привести в состояние, при котором начнут разрываться двойные связи для образования полимерной цепочки. Чтобы это сделать, необходимо либо использовать сильный катализатор, либо потратить много энергии.

Использование катализатора для полимеризации каучука достаточно выгодно, ведь этот материал не теряется во время реакции, а лишь возбуждает атомы углерода. В конце полимеризации катализатор остается в том же количестве, что был в ее начале. С. В. Лебедев, разрабатывая синтез искусственного каучука, использовал в качестве подобного вещества металлический натрий, следуя примеру А. А. Кракау, который применял этот катализатор для полимеризации других непредельных углеводородов.

При этом, полимеризация бутадиена имеет преимущество — в ее результате конечным продуктом является только готовый каучук без других побочных веществ, так как в ходе реакции мономеры соединяются в полимер цельно, без образования дополнительных веществ.

Основные виды синтетического каучука

Существует много видов синтетического каучука. Даже упомянутый первый материал, синтезированный на основе бутадиена, производится в виде стереорегулярного и нестереорегулярного каучука. Первый наше свое применение в качестве исходного материала для автомобильных покрышек, так как он более прочный и износостойкий, нежели натуральный каучук. А нестереорегулярный тип применяют в производстве эбонита, резины, стойкой к воздействию агрессивных жидкостей и т. д.

Ученые постоянно синтезируют искусственные каучуки, которые по всем характеристикам являются более совершенным материалом, нежели природные. К примеру, отличными веществами по своим свойствам являются сополимеры бутадиена и стирола, акрилонитрила. Во время полимеризации цепочка выстраивается путем чередования бутадиена с соответствующим вторым мономером. Это позволяет добиться особых свойств, которые не присущи классическим каучукам.

Так, у бутадиен-стирольного каучука отличная износоустойчивость, поэтому этот материал очень востребован при производстве резины для авто, конвейерных лент, а также подошвы для обуви.

Бутадиен-нитрильный каучук не портится под воздействием масла и бензина, поэтому его используют при изготовлении сальников.

При сополимеризации бутадиена с винилпиридинами (в частности, с 2-метил-5-винилпиридином) получается винилпиридиновый каучук. Он изготавливается для производства резины особого свойства. Она устойчива к воздействию бензина и масла, долговечна при эксплуатации на морозе, хорошо слипается с любым материалом. Этот вид латекса используют в виде пропитки для шинного корда.

В России также занимаются изготовлением классического синтетического каучука, свойства которого очень похожи на свойства натурального материала. При вулканизации этого каучука получается резина, прочность, пластичность и эластичность которой особо не отличается от таковых у природного продукта. Такой синтетический каучук применяют также для изготовления автомобильных шин, обуви, конвейерных лент, из него делают различные медицинские изделия.

Что касается каучуков, в которых особые свойства определяются гетерогенными атомами или функциональными группами, то здесь стоит отметить следующие подвиды:
1. Кремнийорганические каучуки. Их используют в производстве медицинских изделий, в частности, трубок для переливания крови, искусственных клапанов сердца, различных кабелей, проводов.
2. Полиуретановые каучуки. Применяются в качестве основы для износостойких резин.
3. Фторсодержащие каучуки. Отличаются способностью к эксплуатации в высокой температуре, даже более 200 °C, когда обычный каучук полностью разрушается.
4. Хлоропреновые каучуки. Производятся из хлоропрена, так как этот мономер более стойкий к воздействию бензина, масла и окислителей.

Различают также и другие виды каучука — это и вспененный, и неорганический (полифосфонитрилхлорид) каучук, и другие.

Основное применение как натурального, так и синтетического каучука — производство резины соответствующего типа. Связано это с тем, что каучук в чистом виде довольно хрупкий и менее эластичный материал, чего не скажешь о его вулканизированном продукте.

Итак, производство резины из каучука имеет следующие этапы:
1. Создание сырьевой базы:
— развеска каучуков и составляющих резины;
— пластификация каучуков;
— покрытие ткани резиной, каландрирование, шприцевание;
— раскрой полученной прорезиненной ткани, а также листов, собирание готовых изделий.
2. Вулканизация, цель которой — приведение резины в изделии из полуфабрикатного состояния в готовое.

Итак, чтобы сделать резиновое изделие, смешивают каучук с различными наполнителями (например, сажей) и серой, заполняют этими компонентами форму и нагревают ее. За счет повышения температуры ненасыщенные связи каучука становятся менее прочными, поэтому к ним внедряется сера, сшивая макромолекулы между собою в сетку дисульфидными мостиками. Таким образом получается огромная цельная молекула, сформированная не на плоскости, а в пространстве. Она значительно лучше чистого каучука по всем свойствам.

Теперь такой полимер становится более надежным. К примеру, резина уже не растворяется в бензине, в отличие от каучука, который медленно подвергается разрушению под действием этого растворителя.

Если же необходимо получить эбонит, нужно при вулканизации добавить избыток серы, что поспособствует образованию большего количества связей и приведет к твердости и потере эластичности. В былые времена эбонит был одним из лучших изолирующих веществ.

Резина значительно эластичнее и прочнее, чем классический каучук. Кроме того, она не так сильно подвержена колебанию температуры, воздействию газов, механическому разрушению, воздействию электрического тока, летней жары, действию разных химических реагентов. Кроме того, у вулканизированного каучука высокая степень трения скольжения на сухой поверхности и небольшая — на влажной.

Чтобы провести образование резины более быстро, на заводах применяют так называемые ускорители вулканизации. Они позволяют сделать процесс преобразования быстрее, без брака, с расходованием меньшего количества сырья. Как правило, подобными веществами являются оксид магния, свинца, прочие неорганические соли. Кроме того, применяются органические вещества — дитиокарбаматы, тиурамы, ксантогенаты и прочие производные, обладающие ускоряющим действием.

Но сами по себе ускорители действовать не будут, если их не активировать. Делают это с помощью добавления оксида цинка.

Следующий обязательный компонент резины — антиокислители. Они препятствуют ее состариванию.

Наполнители добавляют для улучшения характеристик прочности, сопротивления стиранию и для повышения износостойкости. По названию также можно понять, что за счет этих веществ можно увеличить общий объем сырья, сделав из меньшего количества каучука как можно больше резины, что сделает ее более доступным и дешевым материалом. Наполнителями служат мел, тальк, гипс, сульфат бария, кварцевый песок, технический углерод.

Последней составляющей качественной резины являются пластификаторы или смягчители. Они призваны сделать вещество менее вязким при большом количестве наполнителей. За счет пластификаторов резина становится более стойкой к различным динамическим воздействиям, в частности, ко стиранию. Основной список пластификаторов следующий:
— мазут;
— парафины;
— гудрон;
— канифоль;
— стеариновая и олеиновая кислоты и т. д.

Свойства резины, в частности, стойкость к воздействию разных органических растворителей, прочность, находятся в прямой зависимости от ее состава. Так, если ее делают из природного каучука, она будет стойкой к действию масла, бензина, иметь хорошую эластичность, износоустойчивость. Но такой материал будет уничтожаться под действием агрессивных веществ. Если же нужна более износоустойчивая резина, делают ее из бутадиен-стирольного каучука. Применение изопренового каучука позволяет получить эластичный продукт, который будет стойким даже при сильном растяжении. А вот использование хлоропренового сырья способствует созданию резины, устойчивой к окислению кислородом.

Итак, в России каучуками занимаются достаточно давно, еще со времен империи, когда в 1860 году в Петербурге был открыт завод «Треугольник» (переименованный в 1922 году в «Красный треугольник»). Затем открывались предприятия «Каучук», «Проводник», «Богатырь» и другие. Годы разработок позволили внедрить технологии по производству разных видов резин, обеспечивающих требуемые свойства.

Использование резины в производстве разных товаров

Каучук достаточно широко применяется в промышленности. Но как правило, это сырье применяют для производства резины, которая, в свою очередь, используется для изготовления различных готовых изделий. Резина востребована в следующих областях производства:
— изоляция для проводов;
— автомобильные шины;
— обувь;
— специальная одежда;
— искусственная кожа;
— изделия медицинского назначения;
— военные детали и компоненты.

Резина обладает большей эластичностью, чем каучук, но меньшей пластичностью. Отчасти это связано с тем, что это не простое вещество, а смесь каучука с различными компонентами.

Более всего в резине нуждается автомобильная и машиностроительная индустрия. Чем более прорезиненные различные детали в каких-либо механизмах, тем более комфортны они в обслуживании, надежные и долговечные. Для того, чтобы собрать один автомобиль, нужно применить тысячи различных типов резиновых деталей, и их количество растет.

Виды резин, их применение

Самая простая классификация делит резину на монолитную и пористую. Так, первую делают из бутадиенового каучука, за счет чего она очень износоустойчива. К примеру, если для подошвы использовать такую резину, она будет в 2-3 раза дольше служить, чем специальная подошвенная кожа. К тому же, подобный материал будет меньше подвержен разрыву при растягивании, не пропустит воду даже в избыточном количестве и не будет портиться под воздействием влаги.

Конечно, в резиновой обуви морозы будут более ощутимы, да и тепло она не так сохранит, как кожа. Также этот материал непроницаем для воздуха и пара, но это не умаляет ее эксплуатационных характеристик.

Непористую резину подразделяют на кожеподобную, транспарентную и подошвенную. Ее применяют для изготовления подошв, каблуков, набоек, накладок и прочих компонентов обуви.

А вот пористая резина используется для изготовления подошв и других частей летней обуви.

Кожеподобную резину используют для производства нижней части обуви. Чтобы уменьшить толщину материала до нескольких миллиметров, при производстве такого каучука используют большое количество стирола (около 80-85% от общего состава полимера), что увеличивает твердость будущей резины.

За счет уникального состава кожеподобная резина по своим свойствам похожа на обычную кожу. Она столь же пластичная и твердая, поэтому с ее помощью можно сделать обувь любого вида и формы. При изготовлении такую резину можно покрасить в любой цвет. Кожеподобная резина довольно износоустойчива, имеет высокую стойкость к частым изгибам. Это оптимальный вариант для бюджетной обуви.

Обувь с кожеподобной подошвой носят, как правило, 179-252 дня, если не выкрашивается раньше носовая часть. Но приобретая подобную продукцию, следует учитывать, что она имеет ряд гигиенических недостатков, а именно минимальную гигроскопичность и воздухопроницаемость, а также высокую теплопроводность.

Различают три типа кожеподобной резины:
— непористая структура и плотность 1,28 г/см3;
— пористая структура и плотность 0,8-0,95 г/см3;
— пористая структура, волокнистый наполнитель и плотность до 1,15 г/см3.

Последний тип пористых резин еще именуется «кожволон». Они имеют свойства, практически идентичные натуральной коже. За счет добавления волокна резина имеет чуть лучшие характеристики теплоизоляции. Кроме того, этот материал эластичнее, легче, имеет более приятный внешний вид. Такую резину применяют для изготовления каблуков и подошвы летней и весенней обуви, которую прикрепляют клеевым методом.

Транспарентная резина - еще один продукт натурального каучука, который имеет полупрозрачный вид. Основное его отличие — высокая износоустойчивость и твердость. Транспарентная резина используется в производстве обуви для изготовления формованной подошвы, ходовая сторона которой имеет сильное рифление. Один из часто применяемых типов транспарентной резины — стиронип, который отличается высоким содержанием каучука. Этот материал очень стойкий к многократному изгибу, поэтому его применяют для производства обуви, которую собирают клеевым методом.

Пористая резина отличается тем, что содержит поры, которые могут составлять 20-80% общего объема материала. За счет этого добиваются высокой гибкости изделия, упругости, мягкости, прочих амортизационных свойств. Но такие виды резины со временем дают усадку, а также их легко запачкать (в частности, в носочной части обуви) во время ударов о различные поверхности. Чтобы повысить твердость пористой резины, к ней добавляют полистирольную смолу.

Сейчас активно используются и производятся такие типы пористой резины как вулканит и порокреп. Первый материал содержит ряд волокнистых наполнителей, повышающих стойкость изделия к износу, улучшающих теплоизоляционные свойства. Второй же используется для обеспечения повышенной прочности и эластичности, кроме того, он имеет приятный цвет. Пористая резина нашла широкое применение при изготовлении зимней и демисезонной обуви.

Кафедра Химической Технологии Топлива.

Курсовая работа по курсу

«Общая химическая технология »

Производство синтетического каучука.

Выполнил:

Студент 2курса

гр.МАХПуск-08-1

Шаферов Ю.А

Проверил:

Кандидат хим. наук

Раскулова Т.В.

Ангарск 2011

1. Введение

2. Основные свойства каучуков общего назначения

2.1 Сопоставление свойств основных видов каучуков

3. Технологии и производство

3.1 Виды полимеризации

4. Бутадиен-стирольные каучуки

4.1 Физические характеристики эмульсионных бутадиен-стирольных каучуков с различным содержанием стирольных звеньев

4.2 Свойства вулканизаторов низкотемпературных эмульсионных бутадиен-метилстирольных каучуков, содержащих около 23% стирольных звеньев

5. Реактор-полимеризатор

6. Заключение

6. Список литературы

1. Введение

В настоящее время на рынке присутствует большое разнообразие каучуков, по свойствам и характеристикам их можно разделить на два крупных сегмента: каучуки общего назначения и каучуки специального назначения.

Целый ряд событий повлиял на изобретение синтетического каучука: индустриальная революция, прогресс в моторостроении, две мировые войны, растущий спрос на каучук и дефицит натурального каучука спровоцировали мировой спрос на эластомеры. Синтетические каучуки стали необходимой альтернативой натуральному каучуку и придали дополнительные свойства изделиям.

В настоящее время на рынке присутствует большое разнообразие каучуков по свойствам и характеристикам. Но в самом общем виде их можно разделить на два крупных сегмента: каучуки общего назначения и каучуки специального назначения.

Таблица 1

Каучуки общего назначения используются в тех изделиях, в которых важна сама природа резины и нет каких-либо особых требований к готовому изделию. Каучуки специального назначения имеют более узкую сферу применения и используются для придания резино-техническому изделию (шинам, ремням, обувной подошве и т.д.) заданного свойства, например, износостойкости, маслостойкости, морозостойкости, повышенного сцепления с мокрой дорогой и т.д. Чаще всего один каучук сочетает в себе несколько свойств, поэтому подбор каучуков в рецептуре резино-технического изделия для определенных областей является тщательной работой технологов.

Спецкаучуки применяются в резино-технической промышленности в гораздо меньших количествах по сравнению с каучуками общего назначения. Области применения каучуков общего назначения и специального назначения также имеют различия. Поэтому в данном обзоре будут подробно рассмотрены только каучуки общего назначения, которые имеют схожие способы получения, переработки и применения.

Свойства синтетических каучуков определяют их области применения. Создание рецептуры резино-технического изделия сопровождается подбором различных видов каучуков, наполнителей, мягчителей и др. Правильное сочетание всех компонентов в рецептуре позволяет получить резино-техническое изделие с заданными свойствами.

2.Основные свойства каучуков общего назначения

Бутадиен-стирольный каучук

Бутадиен-стирольный каучук обладает отличным сочетанием функциональных свойств в различных областях применения. Этот каучук считают лучшим каучуком общего назначения благодаря отличным свойствам высокой стойкости к истиранию и высокому проценту наполняемости. С увеличением содержания звеньев стирола (α-метилстирола) в сополимере снижается эластичность каучука, ухудшается морозостойкость, но увеличиваются прочностные показатели. Характерной особенностью бутадиен-стирольных (α-метилстирольных) каучуков является низкое сопротивление разрыву ненаполненных вулканизатов. Эти каучуки имеют более высокую температуру стеклования по сравнению с натуральным каучуком и уступают натуральному каучуку по морозостойкости. Важным преимуществом бутадиен-стирольных каучуков перед натуральным каучуком является меньшая склонность к образованию трещин, более высокая износостокость, паро- и водонепроницаемость, лучшее сопротивление тепловому, озонному и световому старению. Хорошими диэлектрическими свойствами обладают каучуки с высоким содержанием стирола (количество стирола в смеси мономеров 50 вес. % и выше).

Полибутадиеновый каучук

Большая часть полибутадиенового каучука в настоящее время производится 1,4-цис типа, но некоторые имеют смешанную структуру звеньев. Будучи ненасыщенным каучуком, он с легкостью вулканизуется с серой. Полибутадиеновый каучук обладает отличной стойкостью к низким температурам и к истиранию. Но при этом, он не обладает высокой прочностью при растяжении и обычно наполняется упрочняющими добавками. Он также имеет меньшую прочность на растяжение, плохую технологическую переработку и плохое сцепление с дорогой по сравнению с натуральным каучуком. Поэтому в рецептурах резинотехнических изделий он перемешивается с натуральным каучуком или бутадиен-стирольным каучуком.

Полибутадиеновые каучуки используются в большом количестве в смесях с другими эластомерами, для придания хорошего свойств гистерезиса и стойкости к истиранию. Смеси полибутадиена с бутадиен-стирольным или натуральным каучуками широко используются в легковых и грузовых шинах для улучшения устойчивости к растрескиванию. Кроме этого полибутадиеновый каучук используется как модификатор в смесях с другими эластомерами для улучшения морозостойких свойств, стойкости к тепловому старению, истиранию и растрескиванию.

Бутилкаучук

Бутилкаучук имеет уникальную способность удерживать воздух, что обеспечивает ему безусловный приоритет в шинной промышленности при производстве камер и диафрагм. Автомобильные камеры из бутилкаучука сохраняют исходное давление воздуха в 8-10 раз дольше, чем аналогичные камеры из натурального каучука, что повышает срок службы шины минимум на 10-18% по сравнению с натуральным каучуком. Каучук стоек к воздействию озона и имеет хорошую стойкость к полярным растворителям, водным растворам кислот и окисляющих реагентов. Он обладает хорошей стойкостью к животному и растительному маслу, но бутилкаучук нестоек к воздействию минеральных масел.

Прочность на разрыв бутилкаучука немного меньше по сравнению с натуральным каучуком, но при высоких температурах этот показатель одинаковый для обоих каучуков. Стойкость к истиранию хорошая, когда каучук тщательно наполнен (также как остаточная деформация сжатия), но упругость все же остается очень низкой. К недостаткам бутилкаучука относятся его низкая скорость вулканизации, неудовлетворительная адгезия к металлам, плохая совместимость с некоторыми ингредиентами, малая эластичность при обычных температурах, высокое теплообразование при многократных деформациях.

Некоторые из этих существенных недостатков бутилкаучука (такие, как низкая скорость вулканизации, препятствующая его применению в смесях с другими каучуками, низкая адгезия ко многим материалам, особенно металлам) устраняются частичным изменением химической природы полимера. Например, введением в макромолекулы каучука небольшого количества атомов галогенов. Бромбутилкаучук (от 1 до 3.5 вес. % брома) перерабатывается и смешивается с ингредиентами так же, как и бутилкаучук. Но при этом бромбутилкаучук вулканизуется значительно быстрее, чем бутилкаучук. Скорость вулканизации бромбутилкаучука сравнима со скоростью вулканизации натурального, бутадиен-стирольного и других каучуков, что делает возможным его применение в смесях с этими эластомерами. Близкими свойствами обладают и другие галогенированные бутилкаучуки, например, хлорбутилкаучук (1.1 - 1.3 вес. % хлора). Однако скорость вулканизации и свойства вулканизатов хлорбутилкаучука несколько ниже, чем бромбутилкаучука.

Этиленпропиленовые каучуки

Этиленпропиленовые каучуки самые легкие каучуки, которые имеют плотность от 0,86 до 0,87. Свойства зависят от содержания и вариации этиленовых звеньев в сополимерных звеньях. Этиленпропиленовый каучук не содержит двойных связей в молекуле, бесцветный, имеет отличную стойкость к воздействию тепла, света, кислорода и озона. Для насыщенных этилен-пропиленовых каучуков применяется перекисная вулканизация. Каучук этилен-пропилен-диеновый, который содержит частичную ненасыщенность связей, допускает вулканизацию с серой. Он немного меньше устойчив к старению, чем этилен-пропиленовый каучук.

Насыщенный характер сополимера этилена с пропиленом сказывается на свойствах резин на основе этого каучука. Устойчивость данных каучуков к теплу и старению намного лучше, чем у бутадиен-стирольного и натурального каучуков. Готовые резиновые изделия имеют также отличную стойкость к неорганическим или высокополярным жидкостям таким, как кислоты, щелочи и спирты. Свойства резины на основе данного вида каучука не изменяются после выдерживания ее в течение 15 суток при 25С в 75%-ной и 90%-ной серой кислоте и в 30%-ной азотной кислоте. С другой стороны стойкость к алифатическим, ароматическим или хлорсодержащим углеводородам достаточно низкая.

Все виды этилен-пропиленовых каучуков наполняются упрочняющими наполнителями, такими как сажа, чтобы придать хорошие механические свойства. Электрические, изоляционные и диэлектрические свойства чистого этилен-пропиленового каучука экстраординарны, но также зависят от выбора наполняющих ингредиентов. Их эластичные свойства лучше, чем у многих синтетических каучуков, но они не достигают уровня натурального каучука и бутадиен-стирольного каучука. Эти каучуки имеют два значительных недостатка. Они не могут быть перемешаны с другими простыми каучуками и неустойчивы к воздействию масла.