Натуральный каучук.
Натуральный каучук — природный продукт, содержащийся в млечном соке (латексе) каучуконосных растений или в виде отдельных включений в клетках их коры и листьев. Из всех каучуконосных растений лучшим является бразильская гевея. Из млечного сока гевеи добывается почти все количество обращающегося на мировом рынке натурального каучука. Латекс гевеи содержит около 30% каучука, 65% воды, 5% составляют белки, пептиды, минеральные соли, примеси.
Натуральный каучук — продукт биосинтеза, который по строению является полимером изопрена:
Макромолекулы натурального каучука имеют строго регулярное строение в пространстве. Звенья изопрена присоединены в положение 1,4, и метиленовые группы расположены по одну сторону двойной связи. Подобная структура называется 1,4 — цис — формой. 1,4 — транс — изомер полиизопрена называется гуттаперчей. Она добывается из сока гутоносных растений, эластическими свойствами не обладает, но является лучшим диэлектриком.
Натуральный каучук представляет собой твердую массу беловато — желтого (светлый кpeп) или темно — коричневого (смокед-шитс) цвета с плотностью 0,93-0,95 г/см 3 . Характеризуется высокой эластичностью, незначительной гигроскопичностью, достаточной прочностью и является хорошим диэлектриком. Хорошо растворим в бензине, дихлорэтане, бензоле и других растворителях. Обладает большой склеивающей способностью.
Натуральный каучук взаимодействует с кислородом, подвергаясь при этом деструкции с образованием растворимых в спирте продуктов окисления каучука.
При повышенных температурах натуральный каучук взаимодействует с серой, превращаясь в резину. Этот процесс носит название вулканизации. При вулканизации за счет раскрытия двойных связей полимера и образования сульфидных мостиков образуются поперечные связи между линейными макромолекулами и структура из линейной превращается в сшитую. При этом повышается модуль упругости, прочность вулканизатов на раздир, но утрачивается способность к растворению и плавлению. Химизм процесса вулканизации можно представить схемой:
Основные характеристики натурального каучука и его вулканизата представлены в таблице
Модуль упругости, МН/м 2
Модуль при растяжении на 500%, МН/м 2
Сочетание хороших технологических свойств натурального каучука с комплексом ценных свойств вулканизатов обусловило их широкое применение в производстве различных резиновых изделий общего и специального назначения, шин, изделий народного потребления, санитарии и гигиены. Однако натуральный каучук дефицитен, ресурсы его ограничены, а стоимость высока.
Синтетические каучуки
Для синтетических каучуков не обязательно полное совпадение свойств со свойствами натурального каучука. Однако, поскольку синтетические каучуки предназначаются в основном для изготовления различных резиновых изделий, наиболее приемлемым является определение этого термина, предложенное Б.А. Догадкиным: «Синтетическими каучуками будем называть получаемые в промышленном масштабе синтетические продукты, способные к вулканизации и обладающие в сыром или вулканизированном виде сходными с натуральным каучуком эластическими свойствами. Все они принадлежат к классу высокомолекулярных линейных полимеров, содержащих в своих цепях двойные связи. Последний признак и определяет их способность к вулканизации, что в свою очередь, обеспечивает их применение в резиновой промышленности, поскольку технология последней основана на использовании пластических свойств сырых резиновых смесей при изготовлении (формовании) изделий и на возможности сообщения этим смесям необходимых эластических свойств в результате последующей вулканизации».
Таким образом, характерными свойствами синтетических каучуков как полимерных материалов следует считать высокие эластические деформации и способность к вулканизации.
В настоящее время для получения синтетических каучуков используют различные мономеры. Среди них основное место занимают соединения с сопряженной системой двойных связей.
Каучуки, выпускаемые промышленностью, различаются по природе взятых мономеров, соотношению мономеров при сополимеризации, способам полимеризации и т. д. Однако, несмотря на большое разнообразие выпускаемых в промышленности каучуков, их можно подразделить на группы, объединяющие каучуки с более или менее близкими свойствами: полибутадиеновые (дивиниловые), сополимеры бутадиена со стиролом (бутадиен-стирольные), сополимеры бутадиена с акрилонитрилом (бутадиен-нитрильные), сополимеры изобутилена с диеновыми углеводородами (бутилкаучуки), хлоропреновые и др. В каждой группе имеются каучуки, полученные из одних и тех же мономеров. Охарактеризовав наиболее распространенный каучук каждой группы, можно достаточно точно перенести эту характеристику на другие марки каучуков, входящих в данную группу.
Источник
Натуральный каучук
Под каучуком понимают твердое тело, которое имеет способность кристаллизоваться, сохранять свою форму. Ресурс набухает и потом растворяется в углеводородах, вследствие чего образовываются коллоидные растворы, активно применяемые в технической сфере.
Натуральный каучук формула
Натуральный каучук обладает множественными двойными связями, его общая формула выглядит так: (C5H8) n. Символ n представляет уровень полимеризации, достигает приблизительно 1000-3000 единиц. В процессе совершения химического исследования каучука становится очевидно, что он включает лишь водород и углерод, потому и относится к углеводородам, что подтверждает формула. Молекулярный вес некоторых единиц является больше полумиллиона грамм на моль. Следовательно, каучук представляет собой натуральный полимер изопрена. В случае представления формулы не атомарно тонкой ее вполне можно рассмотреть в микроскоп – она длинная. Если еще формулу растянуть по максимуму, получится линия подобная зигзагу, что объясняется разновидностью углеродных связей. Известно, что в изопрене могут чередоваться двойные и одинарные связи, тогда молекулы вращаются лишь возле одинарных. Такие колебания влияют на молекулу, под некоторым давлением она изгибается и ее концы сближаются в состоянии покоя. Она имеет сходство с круглой пружиной, что дает возможность легко растягиваться, увеличивать собственные размеры в момент разведения концов.
Получение натурального каучука
Главный сырьевой источник натурального каучука – это сок конкретной растительности, могущей выделять латекс, то есть, жидкость белого цвета с наличием особенных характеристик. Сам латекс представляет собой широко распространенную составляющую растений, его можно встретить у представителей каучуконосных различных ботанических групп. Он присутствует во всяких частях растений, потому те и делятся на отдельные виды: · латексные — вещество собирается в соке; · хлоренхимные – когда вещество собирается в молодых побегах и листве; · паренхимные – когда вещество собирается в стеблях и корнях; · травянистые растения, относящиеся к семейству сложноцветных, происходит накопление каучука в подземных органах и в минимальном количестве. Данные растения обычно не употребляются в процессе промышленного изготовления каучука. Известные каучуконосные виды растений – деревья, произрастают на экваторе, данный пояс достигает ширины 1300 км, именуется «каучуковым поясом». Здесь занимаются выращиванием специальных деревьев, которые предназначаются для промышленных целей. В большинстве случаев натуральный продукт получают из латекса тропических деревьев, точнее, гевеи бразильской. Процедура проходит быстро и несложно: на корне пятилетнего дерева делают небольшой надрез, и с одной гевеи выходит два-три килограмма каучука. Для получения каучука из бразильской гевеи, млечный сок подвергают специальной процедуре свертывания, постепенно добавляя муравьиную кислоту. После тщательного промывания водой, полученное вещество прокатывают, добиваются формы листа, затем коптят.
Применение натурального каучука
В чистом виде натуральный каучук практически не используется из-за его поведения в низких и повышенных температурах. А вот вулканизированный натуральный каучук чаще всего служит сырьем для производства резины и всевозможных изделий из нее. В первую очередь, именно шинная промышленность нуждается в каучуке природного происхождения. Из него производят летние и зимние шины, а также шины для велосипедов, автомобилей, тракторов, специальной техники. Стоит понимать, что для производства резины и шин, в том числе, используется не только каучук, но и различные наполнители, пластификаторы, противостарители, катализаторы и другие вещества. Это необходимо для ускорения или упрощения процесса производства или же для придания дополнительных свойств изделиям. Например, противостарители нужны для замедления старения резины и тем самым увеличения срока эксплуатации изделий из нее, а катализаторы вводят для того, чтобы ускорить процесс вулканизации.
Виды натурального каучука
- рифленый смокед-шит, иногда его называют копченый лист;
- светлый креп, он имеет светло-кремовый цвет и множество других.
Качество природного каучука оценивают по результатам осмотра и верификации его с эталонным образцом. Кроме этого, применяется классификация каучука в соответствии с техническими нормами и правилами. В них нормируются количества допустимых примесей.
Свойства натурального каучука
Натуральный каучук имеет высокие физические и технологические свойства, позволяет совершать обработку на оборудовании предприятий резиновой промышленности. Главное и нестандартное свойство – это эластичность, то есть способность возвращаться к начальной форме после того, как прекратится влияние сил, вызывающих деформацию.
Натуральный каучук настолько эластичен, что даже при малейших усилиях может показывать изменения растяжения до 1000%, тогда как для стандартных тел данная величина составляет не больше 1%. Это качество сохраняется в больших пределах температуры, что выделяет материал среди других. Когда температуры повышена, он становится липким, мягким, в условиях холода — хрупким и твердым. Если каучук хранить на протяжении длительного времени, то он станет очень твердым. Температура 80 °С – это условия, при которых он утратит эластичность, а 120 °С – станет жидкостью, похожей на смолу, после чего уже не вернется к первоначальному виду. Такому преображению помешает процесс, заключающийся в окислении главного вещества – углеводорода. Если температура поднимется до 250 °С, каучук начнет разлагаться, вследствие чего возникнет множество жидких и газообразных веществ. Каучук можно назвать отличным диэлектриком, обладающим пониженной газопроницаемостью и водопроницаемостью.
Вместе с эластичностью материл обладает еще ярко выраженной пластичностью, что сразу очевидно при его изучении. Он может сохранять свою форму, которая получилась под сильным воздействием внешней среды. Если сказать по-другому, то пластичность каучука – это способность деформироваться, что станет необратимым процессом. Она является отличительной характеристикой материала, проявляется в момент сильного нагревания и обработки механического типа. Потому как каучук имеет, вышеперечисленные свойства, в настоящее время его называют пласто-эластическим материалом и широко используют в современной промышленности.
Когда происходит растяжение или охлаждение, разворачивается необычный процесс, заключающийся в переходе из аморфного состояния в кристаллической. По-другому он называется кристаллизацией, на его полное осуществление необходимо внушительное количество времени. При всем этом, когда происходит растяжение каучук может нагреваться от теплоты, появляющейся в результате процесса кристаллизации.
Кристаллы материала отличаются миниатюрностью, не имеют четких очертаний и граней, конкретной формы. При наличии температурных показателей примерно – 70 °С теряется полностью эластичность, возникает масса, подобная обычному стеклу. Вообще каучуки, относящиеся к аморфным веществам, способны преображаться, приобретая три физические формы: стекло, вязко-текучая жидкость и материал с высокой эластичностью. Именно третье состояние обычное для природного каучука.
Источник