Изопреновый каучук
Изопреновый каучук – это форма природного каучука, но в модифицированной и адаптированной химическим образом вещество. Другими словами, данное вещество является разновидностью резины и его промышленный сбыт в мировой торговле представляет собой десятки тонн в месяц, потому что сфера применения огромна.
Формула изопренового каучука
Данный вид каучука очень похож на природный и представляет собой серую массу синтетического вещества без запаха. Его производят путем всевозможных химических процессов. Натуральный каучук – это и есть изопреновый каучук. Поэтому ученым нужно было придумать как разработать эту сложную, но при этом простую формулу.
Синтез изопренового каучука удался, но не в полной мере как у натурального. У него строение групп СН расположены не беспорядочно, как в искусственном, а находятся по одну сторону двойной связи в каждом звене. Иными словами, получить эту связь искусственным путем просто невозможно. Этот факт еще раз доказывает уникальность природы и всех веществ, которые она производит.
Для справки – природный каучук получают из дерева, именуемым Гевея. Нашли его на берегах Южной Америке. В других растениях есть подобные составы, но они менее качественные, нежели чем в дереве. Натуральный каучук белого цвета, которое после добычи меняет цвет до коричневого или черного. Молочко добывают из дерева, путем надрезания его коры. Подробнее
Природный каучук при нагревании и замерзании резко меняют свои свойства, поэтому ученые придумали методы, которые делали вещество твердым и при этом пластичным, и эластичным, т.е. с сохранением всех необходимых свойств. Один из таких процессов называется вулканизацией. Речь о нем будет ниже.
Получение изопренового каучука
В основе данного соединения лежит особое вещество, именуемое изопреном. Оно представляет собой бесцветный газ, который практически не растворяется в воде, но хорошо взаимодействует со спиртом, бензолом, этанолом. Данное вещество имеет принципиально важное значение в формировании важного соединения как изопреновый каучук. Для его получения изопрен проходит процедуру полимеризации в определенном растворе. При чем этот процесс должен происходить непрерывно и продолжительное время. Примерно 2-3 часа при температуре от 2 до 10 С по Цельсию. В процессе соединения веществ происходит возникновение особого вещества – изопренового каучука.
После того как была выполнена процедура полимеризации для предотвращения окисления его стабилизируют при помощи фенил диамина. Вводят его в жидком виде, чаще всего в формате жидкости. Для того чтобы получить изопреновый каучук, как осадок в виде специфических мелких частичек, полученное вещество смешивают с паром, потом вводят специальные добавки, которые предотвращают создание комочков. После данных манипуляций производят отделение крошки от воды и специальную сушку. После сушки процедуру по созданию изопренового каучука можно считать завершенным.
Применение бутадиен-стирольного каучука
Так как у природного каучука высокие свойства прочности и при этом эластичности, учёные стремились повторить эту формулу. Им почти удалось это сделать, разработав состав изопренового каучука. Как и всех остальных каучуков данный имеет следующие сферы применения:
· Производство шин для автомобилей, мотоциклов и самолётов.
· Различные детали для разного рода промышленных изделий, машин и профессионального и бытового оборудования.
· Транспортерные ленты больших размеров и образцов для крупных производств.
· В медицинских целях для создания деталей или изделий потиру одноразовых и многоразовых перчаток.
· Производство изделий резиновых для мебельных фурнитур.
· Заводы по изготовлению резиновых изделий: игрушки, посуда, кухонная утварь, в том числе.
· Производство кабелей и разного рода проводов активно использует изопреновый каучук, потому что он обладает высокой степенью изолирования от электричества.
· В производстве прорезиненных поверхностей, ковриков и иных изделий, имеющие резиновые детали.
Вулканизация изопренового каучука
Вулканизация – это технологический процесс, на основании которого происходит соединение некоторых исходных веществ, с целью получения единого соединения, обладающего необходимыми качествами. В частности, речь идет про изопреновый каучук. Данная процедура происходит с участием серы в основе своей и других соединений и нагревании их до определенной температуры.
Вулканизация позволяет насыщаться резине серой и становиться более упругой и прочной. Изготовленная резина из каучука, прошедшего вулканизацию способна сохранять свои свойства под влиянием высоких температур и быть более стойкими к воздействиям различного рода воздействиям окружающей среды. Однако, если серы будет больше положенного, то такой каучук напротив становится боле хрупким и теряет свои эластичные свойства. В этой связи получают новое вещество, именуемое эбонитом. До возникновения пластмасс эбонит считался самым лучшим изолирующим веществом.
Современные технологии не стоят на месте и вулканизацию производят не только с добавлением серы, хоть она приоритетней. Существуют способы добавлять в каучук мел или сажу, что значительно снижает стоимость получаемого вещества, потому что сфера применения и использования высокая. Чаще всего подобные составы используются для производства недорогих резиновых изделий или расходников.
Стоит заметить, что природный каучук тоже используется производствами. Чаще всего для создания покрышек для автомобилей. Но данное использование приходится лишь частично. Происходит смешивание натурального с синтетическим, потому что спрос очень высок на подобные прочные и качественные резиновые соединения.
Таким образом, изопреновый каучук – это приближенный вид каучука к природному. Обладает отличными свойствами по прочности, эластичности и высокой электроизоляции, что позволяет применять данный состав в широкой сфере промышленного и бытового назначения, в том числе пищевой, медицинской и автомобилестроительной. Практически ни один вид производства не обходится без участия изопренового каучука в той или иной мере.
Свойства бутадиен-стирольного каучука
Данный каучук имеет следующие свойства:
· Замерзает при охлаждении и кристаллизуется.
· Прочность и истирание на высоком уровне, собственно, как и у всех каучуков
· Вязкий, что и придает ему тягучесть и прочность.
· Плохая стойкость к солнечному свету и высоким температурам.
· Обладает плохой клейкостью с другими веществами.
Каучук обладает хорошей пластичностью. Это значит, что ему можно придать любую форму при необходимости. Помимо этого, он не растворяется в воде и спирту. Возможно набухание с себе подобными веществами — бензин, керосин. При охлаждении каучука до -70 он приобретает некоторые свойства стекла: является хрупким, твердым и гладким, его с легкостью можно расколоть на мелке осколки. Как и все каучуки изопренов преобладает в трёх основных состояниях — вязком, тяжело тягучем и твёрдо-хрупком.
Стоить заметить, что химическая промышленность потому и синтезирует каучуки разного вида, чтобы он имел каждый раз свойства, подходящие под определенные задачи. Изопреновый каучук прочен и позволяет изготавливать из него резиновые детали, в том числе шины для авиационных и автомобильных производств.
Уравнение реакции синтетического изопренового каучука
Синтетический полиизопрен — аналог натурального каучука.
Натуральный каучук — это изопреновый каучук. Поэтому перед учёными стояла задача получить синтетический изопреновый каучук. Синтез такого каучука был осуществлён. Но свойств натурального каучука в полной мере достичь не удавалось. Причину этого установили, когда изучили пространственное строение натурального каучука. Оказалось, что он имеет стереорегулярное строение.
Полимеризацию изопрена и его сополимеризацию с другими мономерами проводят главным образом эмульсионным (латексным) способом в присутствии водорастворимых инициаторов. Инициирование с использованием окислительно-восстановительных систем (например, FeSO4+H2O2) позволяет вести полимеризацию даже при -20°С.
Такие низкие температуры благоприятствуют образованию полимеров более регулярного строения с высоким содержанием 1,4-цис-звеньев, обладающих хорошей разрывной прочностью, высокой эластичностью и другими ценными техническими свойствами.
Регулярность строения полиизопрена может быть резко увеличена при проведении полимеризации в растворе (например, в петролейном эфире) в присутствии металлического лития.
Сополимеризация смесей из 97-98% изобутилена CH2=C (CH3)2 и 2-3% изопрена при температуре около -90°С в среде этилена, пропилена или хлорметана в присутствии AlCl3 приводит к образованию бутилкаучука, отличающегося химической стойкостью, низкой газопроницаемостью и устойчивостью к высоким температурам и старению. Из бутилкаучука производят автокамеры, надувные лодки, прокладки, клей, им футеруют (покрывают) химическую аппаратуру и т.д.
Видеофильм «Получение изопренового каучука»
Бромбутилкаучук — продукт неполного бромирования бутилкаучука — прочно связывается с другими каучуками и хорошо совмещается с ними, что позволяет использовать его для герметизации резиновых изделий, изготовленных из иных полимеров.
Для производства электроизоляционных, антикоррозионных и герметизирующих материалов (герметиков), клеев, формовочных масс, а также связующих компонентов твердого ракетного топлива применяют жидкие каучуки, способные превращаться при вулканизации в резиноподобные продукты.
4.2.4. Высокомолекулярные соединения. Реакции полимеризации и поликонденсации. Полимеры. Пластмассы, волокна, каучуки.
Высокомолекулярными соединениями (ВМС) называют соединения с молекулярной массой более 10000.
Практически все высокомолекулярные вещества являются полимерами.
Полимеры — это вещества, молекулы которых состоят из огромного числа повторяющихся структурных звеньев, соединенных между собой химическими связями.
Полимеры могут быть получены с помощью реакций, которые можно разделить на два основных типа: это реакции полимеризации и реакции поликонденсации.
Реакции полимеризации
Реакции полимеризации — это реакции образования полимера путем объединения огромного числа молекул низкомолекулярного вещества (мономера).
Количество молекул мономера ( n ), объединяющихся в одну молекулу полимера, называют степенью полимеризации.
В реакцию полимеризации могут вступать соединения с кратными связями в молекулах. Если молекулы мономера одинаковы, то процесс называют гомополимеризацией, а если различны — сополимеризацией.
Примерами реакций гомополимеризации, в частности, является реакция образования полиэтилена из этилена:
Примером реакции сополимеризации является синтез бутадиен-стирольного каучука из бутадиена-1,3 и стирола:
Полимеры, получаемые реакцией полимеризации, и исходные мономеры
Мономер
Получаемый из него полимер
Структурная формула
Варианты названия
Структурная формула
Варианты названия
Реакции поликонденсации
Реакции поликонденсации — это реакции образования полимеров из мономеров, в ходе которых, помимо полимера, побочно образуется также низкомолекулярное вещество (чаще всего вода).
В реакции поликонденсации вступают соединения, в состав молекул которых входят какие-либо функциональные группы. При этом реакции поликонденсации по тому, один используется мономер или больше, аналогично реакциям полимеризации делятся на реакции гомополиконденсации и сополиконденсации.
К реакциям гомополиконденсации относятся:
* образование (в природе) молекул полисахарида (крахмала, целлюлозы) из молекул глюкозы:
* реакция образования капрона из ε-аминокапроновой кислоты:
К реакциям сополиконденсации относятся:
* реакция образования фенолформальдегидной смолы:
* реакция образования лавсана (полиэфирного волокна):
Материалы на основе полимеров
Пластмассы
Пластмассы — материалы на основе полимеров, которые способны под действием нагревания и давления формоваться и сохранять заданную форму после охлаждения.
Помимо высокомолекулярного вещества в состав пластмасс входят также и другие вещества, однако основным компонентом все же является полимер. Благодаря своим свойствам он связывает все компоненты в единую целую массу, в связи с чем его называют связующим.
Пластмассы в зависимости от их отношения к нагреванию делят на термопластичные полимеры (термопласты) и реактопласты.
Термопласты — вид пластмасс, способных многократно плавиться при нагревании и застывать при охлаждении, благодаря чему возможно многоразовое изменение их изначальной формы.
Реактопласты — пластмассы, молекулы которых при нагревании «сшиваются» в единую трехмерную сетчатую структуру, после чего изменить их форму уже нельзя.
Так, например, термопластами являются пластмассы на основе полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида (ПВХ) и т.д.
Реактопластами, в частности, являются пластмассы на основе фенолформальдегидных смол.
Каучуки
Каучуки — высокоэлластичные полимеры, углеродный скелет которых можно представить следующим образом:
Как мы видим, в молекулах каучуков имеются двойные C=C связи, т.е. каучуки являются непредельными соединениями.
Каучуки получают полимеризацией сопряженных диенов, т.е. соединений, у которых две двойные C=C связи, разделены друг от друга одной одинарной С-С связью.
Так например, особо зарекомендовавшими себя мономерами для получения каучуков являются:
В общем виде (с демонстрацией только углеродного скелета) полимеризация таких соединений с образованием каучуков может быть выражена схемой:
Таким образом, исходя из представленной схемы, уравнение полимеризации изопрена будет выглядеть следующим образом:
Весьма интересным является тот факт, что впервые с каучуком познакомились не самые продвинутые в плане прогресса страны, а племена индейцев, у которых промышленность и научно-технический прогресс отсутствовали как таковые. Естественно, индейцы не получали каучук искусственным путем, а пользовались тем, что давала им природа: в местности, где они проживали (Южная Америка), произрастало дерево гевея, сок которого содержит до 40-50% изопренового каучука. По этой причине изопреновый каучук называют также натуральным, однако он может быть получен и синтетическим путем.
Все остальные виды каучука (хлоропреновый, бутадиеновый) в природе не встречаются, поэтому всех их можно охарактеризовать как синтетические.
Однако каучук, не смотря на свои преимущества, имеет и ряд недостатков. Так, например, из-за того что каучук состоит из длинных, химически не связанных между собой молекул, его свойства делают его пригодным для использования только в узком интервале температур. На жаре каучук становится липким, даже немного текучим и неприятно пахнет, а при низких температурах подвержен затвердеванию и растрескиванию.
Технические характеристики каучука могут быть существенно улучшены его вулканизацией. Вулканизацией каучука называют процесс его нагревания с серой, в результате которого отдельные, изначально не связанные друг с другом, молекулы каучука «сшиваются» друг с другом цепочками из атомов серы (полисульфидными «мостиками»). Схему превращения каучуков в резину на примере синтетического бутадиенового каучука можно продемонстрировать следующим образом:
Волокна
Волокнами называют материалы на основе полимеров линейного строения, пригодные для изготовления нитей, жгутов, текстильных материалов.
Классификация волокон по их происхождению
Искусственные волокна (вискозу, ацетатное волокно) получают химической обработкой уже существующих природных волокон (хлопка и льна).
Синтетические волокна получаются преимущественно реакциями поликонденсации (лавсан, капрон, нейлон).
http://himija-online.ru/organicheskaya-ximiya/kauchuki/poliizopren-izoprenovyj-kauchuk.html
http://scienceforyou.ru/teorija-dlja-podgotovki-k-egje/polimery