С химической точки зрения каучук является

Каучуки — продукты полимеризации диенов и их производных.

Натуральный каучук получают из латекса — сока некото­рых тропических растений. Его строение можно установить по химическим свойствам: каучук присоединяет бром, бромоводород и водород, а при нагревании без доступа воздуха распадается с образованием изопрена (2-метилбутадиена). Это означает, что каучук представляет собой непредельный полимер — полиизо­прен. При более детальном изучения строения натурального каучука выяснилось, что каучук — линейный полимер, продукт 1,4-полиприсоединения изопрена:

Молекулярная масса каучука изменяется от 100 тыс. до 3 млн. Каждое элементарное звено в полиизопрене может существовать в цис- и транс-формах. В натуральном каучуке почти все звенья имеют цис-конфигурацию:

Это означает, что натуральный каучук имеет стереорегулярное строение, которое обусловливает его ценные свойства.

Важнейшее физическое свойство каучука — эластичность, т.е. способность обратимо растягиваться под действием даже не­большой силы. Другое важное свойство — непроницаемость для воды и газов. Основной недостаток каучука — чувствительность к высоким и низким температурам. При нагревании каучук раз­мягчается и теряет эластичность, а при охлаждении становится хрупким и также теряет эластичность.

Эти недостатки можно преодолеть, если нагреть каучук вместе с серой. Этот процесс называется вулканизацией каучука и приводит к сшиванию полиизопреновых цепей за счет образования между ними дисульфидных мостиков:

Полученный продукт называется резиной. Он имеет развет­вленную пространственную структуру и поэтому менее эластичен, чем натуральный каучук, однако обладает значительно большей прочностью.

Первое знакомство Европейцев с натуральным каучуком состоялось в 16-м веке, когда первые колонизаторы высадились на Кубе и других островах Карибского бассейна. Внимание привлекли странные упругие предметы, которые аборигены использовали для игры в мяч, как выяснилось, они были изготовлены из загустевшего сока Гевеи – основного растения-каучуконоса.

Первое применение натуральный каучук получил достаточно быстро, его стали использовать для пропитки тканей, что придавало им водостойкость. После изобретения процесса вулканизации, каучук стал внедряться в различные области промышленности, а бурное развитие науки, машиностроения и других областей промышленности в 19-м веке, быстро сделали натуральный каучук стратегическим сырьем.

Натуральный каучук получают , как из млечного сока каучуконосов, так и из отдельных включений межклеточного пространства коры и листьев. Основным каучуконосом, начиная с середины 19-го века, стала Бразильская гевея. Сегодня Гевею различных сортов выращивают на многочисленных плантациях Северной Африки, Юго-Восточной Азии и Латинской Америки. В ряде регионов, выращивание Гевеи составляет экономическую основу сельского хозяйства.

С химической точки зрения, натуральный каучук на 93-95% состоит из полиизопрена, но, в отличие от синтетического аналога, отличается очень высокой стереорегулярной упорядоченностью звеньев и целых ММ. Это объясняется высочайшей избирательностью биологических белковых катализаторов, отвечающих за синтез ММ полиизопрена в растении. Для растения, натуральный каучук выполняет функцию герметика для закрытия порезов, трещин и других повреждений. В связи с высокой активностью вредителей, а так же, с жарким влажным климатом, любые повреждения коры и древесины могут привести к серьезным проблемам для растения. Быстрое выделение латекса и отверждение полученного из него каучука, позволяет прочно и быстро заделать любое повреждение.

Сбор латекса на плантации заключается в круговом надрезании ствола гевеи на небольшую глубину и установка желобка с емкостью, для сбора выделяющегося сока. Из небольших чашек латекс собирают вручную в более крупные цистерны, в которых перевозят на завод для переработки (выделения каучука ).

В соответствии с международной классификацией, натуральный каучук подразделяют на 8 типов и 35 сортов. Тип каучука зависит не только от вида растительного сырья, но и от части растения и даже метода извлечения. Каучук наиболее высокого качества получают из млечного сока молодых растений. Наименее качественный натуральный каучук получают экстракцией органическими растворителями из старых растений и их листьев. Сорт каучука характеризует его качество, то есть, соответствие эталонным параметрам по цвету, набуханию в органических растворителях, молекулярно-массовому распределению ММ, стойкости к кислотам и окислителям, прочностным свойствам вулканизатов, и др. параметрам.

Наиболее распространенные в промышленности среди высококачественных натуральных каучуков следующие типы: рифленый смокед-шит, коричневый креп и светлый креп. Для технической документации введены следующие группы натуральных каучуков, в зависимости от физико-механических свойств и скорости вулканизации:

Модуль упругости вулканизата измеряют для вулканизации натурального каучука при 127*С в течении 40 минут (стандартная ОВИС ).

Существует отдельная группа натуральных каучуков с улучшенной шприцуемостью и каландруемостью, они обозначаются индексом “SP”, и включают смесь из сырых натуральных каучуков и подвулканизованных натуральных каучуков. К классическим представителям данного типа относятся: смокед шит SP, креп SP, коричневый креп SP и каучук РА-80.

Кроме полиизопрена, натуральный каучук включает ряд примесей, обусловленных процессами жизнедеятельности растения. Многие из них полезны при переработке натуральных каучуков.

В составе ацетонового экстракта каучука находятся в основном органические кислоты: олеиновая и линолевая (45%), стеариновая (6%), стерины (8%), сложные эфиры (3%), гликозиды (7%) и др. соединения. Кроме того, ацетоновый экстракт содержит каротин (около 0,002%) и ряд органических антиоксидантов, повышающих стойкость каучука к окислению и световому старению . Дополнительную защиту обеспечивает примесь соединений состава С₂₇Н₄₂О₃ и С₂₀Н₃₉О, на их долю приходится в сумме около 0,12%. Два последних соединения являются ингибиторами окисления, главным образом, за счет функции ловушек радикалов.

Азотсодержащие вещества представлены белками различной структуры и аминокислотами , образованными в результате их распада. Белки защищают каучук от старения, ускоряют вулканизацию за счет эмульгирующей функции и повышают гидрофильность (набухание в воде) каучука.

Зола содержит соли и оксиды ряда металлов: Na, K, Ca, Mg, Fe, Cu, Mn и др. Меди содержится всего лишь около 0,0008%, марганца около 0,001%, от массы золы, но, они, как и все переходные металлы, оказывают достаточно сильное катализирующее действие на процесс окисления (старения) каучука. Так же, соединения переходных металлов несколько ускоряют подвулканизацию каучука при хранении и перевозке.

В следующий раз мы разберем химические и физические свойства натуральных каучуков.

Интегрированный урок по химии «Каучук»

КАУЧУКИ

Каучуки– высокомолекулярные соединения, имеющие огромное техническое значение, служащие основой для производства разнообразных резиновых изделий.

Каучуки делят на два больших класса:

– натуральный каучук (НК)

– синтетический каучук (СК): бутадиеновый, изопреновый, бутадиенстирольный, бутадиеннитрильный и др.

Натуральный каучук – природный непредельный полимер (С₅ Н₈ )_nс молекулярной массой от 15 000 до 500 000, содержащийся в млечном соке некоторых тропических деревьев (гевеи бразильской и др.) и растениях (кок-сагыз, тау-сагыз, гваюла).

Гуттаперчу также дают тропические растения, например Palaquium gutta, Mimusops balata, Achras Sapota. Последнее является основным источником чикла, служащего для приготовления жевательной резинки. Чикл – это смесь гуттаперчи и тритерпенолов. «Балата», полученная из Mimusops balata, по своей структуре идентична с гуттаперчей – родственным каучуку полиизопреном.

Поскольку каучук не растворяется в воде, в тканях растений он находится в коллоидно-диспергированной форме. Частицы каучука стабилизированы слоем электрически заряженного белка или липида.

Строение и свойства каучука и гуттаперчи

Млечный сок каучуконосных деревьев называют латексом. Латекс гевеи содержит 20–60 % каучука и небольшие количества белков, углеводов, фосфолипидов и солей.

Анализ хорошо промытых, переосажденных и высушенных фракций каучука указывает на то, что все они имеют один и тот же состав, а именно (С₅ Н₈ )_n, различаясь лишь числом n .

Каучук – высокоэластичное аморфное вещество, он размягчается при нагревании и кристаллизуется при очень низких температурах.

Путем сравнения рентгенограмм растянутого каучука и гуттаперчи было установлено, что каучук представляетцис- полиизопрен, а гуттаперча – транс -изомер:

СН₃

−СН₂ СН₂С=СН СН₂ СН₂−

С=СН СН₂ СН₂С=СН

1,4-цис -полиизопрен 0,816 нм

Молекула натурального каучука имеет спиральное строение с периодом идентичности 0,816 нм и содержит более тысячи изопреновых остатков. Натуральный каучук стереорегулярен.

СН₃СН₂−…

СН₃СН₂С=С

С=С СН₂Н

Период идентичности молекулы гуттаперчи составляет 0,48 нм. Молекула короче и менее эластична.

цис- Изомерия каучука, то есть изгибание цепи в одну и ту же сторону относительно двойной связи, приводит к тому, что цепи не могут вытягиваться в одну линию и кристаллизоваться с такой же легкостью, как в случае транс-конфигурации гуттаперчи. Последняя, хоть и имеет тот же химический состав, что и каучук, но представляет собой жесткое вещество с очень слабо выраженной эластичностью.

Ненасыщенность делает каучуки весьма реакционноспособными. Каучук может гидрироваться, присоединять серу, галогены, хлороводород. На воздухе мало подвергается действию кислорода, но взаимодействует с его аллотропной модификацией – О₃ (озонируется):

О О О О

® …−СН₂ −С−О−СН−СН₂ −СН₂ −С−О−СН−СН₂ −… + Н₂ О ®

® −СН₂ −С=О + ОНС−СН₂ −СН₂ −С=О + ОНС−СН₂ −…

С практической точки зрения чрезвычайно важно улучшать технические и химические свойства каучука. Сырой каучук быстро размягчается, на него оказывает влияние свет и кислород, особенно озон. В результате свойства такого каучука из-за естественного и искусственного старения ухудшаются. Следует также учитывать, что для некоторых целей сырой каучук вообще непригоден. Поэтому значительные усилия прилагаются для улучшения свойств каучука.

В 1839 году американец Чарлз Гудьир открыл реакцию, которая позже легла в основу получения огромных количеств резины, которая является не чем иным, как соединением каучука с серой.

Данный процесс позже был назван вулканизацией каучука, так как жар и сера – главные факторы отверждения каучука – были атрибутами римского бога Вулкана. Это изобретение положило начало резиновой промышленности.

Вулканизация – технологический процесс резинового производства, при котором каучук превращается в резину. Сущность реакции вулканизации – соединение макромолекул каучука поперечными связями в пространственнуювулканизационную сетку.

С исходным материалом смешивают целый ряд веществ в зависимости от того, какой конечный продукт необходимо получить. Например, каучук для покрышек содержит около 3 % серы, 4 % оксида цинка и 40–50 % сажи (наполнитель), небольшое количество стеариновой кислоты, смолы (мягчитель) и т. д. Это делается для улучшения смешиваемости компонентов. Для улучшения стабильности каучука прибавляется антиокислитель. Затем смеси придают нужную форму и смешивают при нагревании до определенной высокой температуры. При производстве высокоэластичных изделий, например хирургических перчаток, сажа не добавляется.

Нет сомнений, что сера и оксид цинка, реагируя с цепями, образуют связи следующих типов:

C−S−C, или C−S−S−C, или C−S−Zn−S−C

Образование этих связей происходит лишь за счет определенного небольшого числа двойных связей. Так как серу добавляют в количестве не более 1,5–3 %, то ненасыщенность каучука сохраняется.

1–1,5 % серы высокоэластичная резина

1,5–3,5 % серы резина для шин

20–30 % серы эбонит

С увеличением количества серы (поперечных связей) прочность и твердость материала увеличивается, но уменьшается эластичность, так как усиливается прочное химическое взаимодействие между цепями, уменьшается доля слабых межмолекулярных взаимодействий между цепями.

1. Серная вулканизация каучуков, имеющих двойные связи, при 140–160 °С (горячая вулканизация).

2. Холодная вулканизация в S₂ Cl₂ (хлористая сера).

3. Пероксидная вулканизация каучуков на основе диенов и других соединений.

6.Термовулканизация бутадиеновых каучуков при t = 190–200 °С без реагентов.

В настоящее время производство натурального каучука составляет лишь 3 800 000 тонн, в то время как общая потребность в эластомерах составляет более 13 000 000 тонн.

Дата добавления: 2014-12-08 ; Просмотров: 1276 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Кроме сложных веществ наподобие полиэтиленов, представляющих из себя высокомолекулярные полимеры, существует класс химических веществ, который образован сопряжёнными диенами.

После процесса полимеризации диенов образуются новые химические вещества, имеющие высокомолекулярную структуру, называемые каучуками.

Каучук был уже известен в конце 15 веке в северной Америке. Именно индейцы в то время использовали его для изготовления обуви, небьющихся вещей и посуды. А получали тогда его из сока растения гевеи, который называли – «слёзы дерева».

Что касается европейцев, то о каучуке узнали впервые только в момент открытия Америки. Именно Кристофор Колумб первым узнал о его свойствах и получении. В Европе каучук долгое время не мог найти себе применение. В 1823 г в первые было предложено использование этого материала для изготовления водонепроницаемых плащей и одежды. Каучуком и органическим растворителем пропитывали ткань, таким образом, ткань приобретала водостойкие свойства. Но, конечно же, был замечен и недостаток, который заключался в том, что ткань, пропитанная каучуком, прилипала в жаркую погоду к коже, а при морозе – растрескивалась.

Отличие каучука и резины

Через 10 лет после первого применения натурального каучука и более детального изучения его химических физических свойств было предложено вводить каучук в оксиды кальция и магния. А ещё через 5 лет после изучения свойств нагретой смеси оксидов свинца и серы с каучуком научились получать резину. Сам процесс превращения каучука в резину назвали вулканизацией.

Конечно же, каучук отличается от резины. Резина – это «сшиты» полимер, который способен распрямляться и снова сворачиваться при растяжении и при действии механической нагрузки. Резина – это также «сшитые» макромолекулы, которые не способы к кристаллизации при охлаждении и не плавятся при нагревании. Тем самым резина – более универсальный материал, чем каучук, и способен сохранять свой механические и физические свойства про более широком диапазоне температур.

В начале 20 века, когда появился первый автомобиль, спрос на резину значительно возрос. В то же время возрос спрос и на натуральный каучук, так как на тот момент вся резина изготавливалась из сока тропических деревьев. Например, чтобы получить тонну резины, необходимо было обработать почти 3 тонны тропических деревьев, при этом работой было занято одновременно более 5 тысяч человек, причём такую массу резины могли получить только через год.

Поэтому, резина и натуральный каучук считались достаточно дорогим материалом.

Только в конце 20х годов русским учёным Лебедевым С.В. при химической реакции — полимеризации бутадиена-1,3 на натриевом катализаторе были получены образцы первого натрий-бутадиенового синтетического каучука.

Кстати, из курса физики 8-ого класса мы, вероятно, впервые познакомились с эбонитовой палочкой. Но что такое эбонит. Как оказывается, эбонит — это производная от процесса вулканизации каучука: если при вулканизации каучука добавить серу (около 32% от массы), то в результате получается твёрдый материал — этот материал и есть эбонит!

Одним из достаточно дешёвых способов получения бутадиена-1,3, является его получение из этилового спирта. Но только в 30-х годах было налажено промышленное производство каучука в России.

реакция получения бутадиена

В середине 30-х годов 20 века научились производить сополимеры, представляющие полимеризованный 1,3-бутадиен. Химическая реакция производилась в присутствии стирола или некоторых других химических веществ. Вскоре получаемые сополимеры начали с большими темпами вытеснять каучуки, которые ранее широко использовались для производства шин. Каучук бутадиен-стирольный получил широкое применение для производства шин легковых автомобилей, но для тяжёлого транспорта — грузовых автомобилей и самолётов, использовался натуральный каучук (или изопреновый синтетический).

В середине 20 века после получения нового катализатора Циглера — Натты был получен синтетический каучук , который по своим свойствам эластичности и прочности значительно выше, чем все ранее известные каучуки, — был получен полибутадиен и полиизопрен. Но как оказалось, к общему удивлению полученный синтетический каучук по своим свойствам и строению подобен натуральному каучуку! А к концу 20 века натуральный каучук был почти полностью вытеснен синтетическим.

Свойства каучука

Все хорошо знают, что при нагревании материалы способны расширяться. В физике даже имеются коэффициенты температурного расширения, для каждого взятого материала этот коэффициент свой. Расширению поддаются твёрдые тела, газы, жидкости. Но что, если температура увеличилась на несколько десятков градусов?! Для твёрдых тел изменений мы не почувствуем (хотя они есть!). Что касается высокомолекулярных соединений, например полимеров, их изменение сразу становится заметным, особенно если речь идёт об эластичных полимерах, способных хорошо тянуться. Заметным, да ещё к тому же с совсем обратным эффектом!

Ещё в начале 19 века английские учёные обнаружили, что растянутый жгут из нескольких полосок натурального каучука при нагревании уменьшался (сжимался), а вот при охлаждении — растягивался. Опыт был подтверждён в середине 19 века.

Вы сами с лёгкостью можете повторить этот опыт, подвесив на резиновую ленту грузик. Она растянется под его весом. Потом обдуйте её феном — увидите, как она сожмётся от температуры!

Почему так происходит?! К этому эффекту можно применить принцип Ле Шателье, который гласит, что если воздействовать на систему , находящуюся в равновесии, то это приведёт к изменению равновесия самой системы, а это изменение будет противодействовать внешним силовым факторам. То есть если на растянуть под действием груза жгуты каучука (система в равновесии) подействовать феном (внешнее воздействие), то система выйдет из равновесия (жгут будет сжиматься), причём сжатие — действие направлено в обратную сторону от силы тяжести груза!

При очень резком и сильном растяжении жгута он нагреется (нагрев может на ощупь быть и незаметным), после растяжения система будет стремиться принять равновесное состояние и постепенно охладится до окружающей температуры. Если жгуты каучука также резко сжать — охладится, далее будет нагреваться до равновесной температуры.

Что происходит при деформации каучука?

При проведённых исследованиях оказалось, что с точки зрения термодинамики, никакого изменения внутренней энергии при различных положениях (изгибах) этих каучуковых жгутов не происходит. А вот если растянуть — то внутренняя энергия увеличивается из-за возрастания скорости движения молекул внутри материала. Из курса физики и термодинамики известно, что изменение скорости движения молекул материала (тот же каучук) отражается на температуре самого материала.

дальнейшем, растянутые жгуты каучука будут постепенно охлаждаться, так как движущиеся молекулы будут отдавать свою энергию, например, рукам и другим молекулам, то есть произойдёт постепенное выравнивание энергии внутри материала между молекулами (энтропия будет близка к нулю).

И вот теперь, когда наш жгут каучука принял температуру окружающей среды, можно снять нагрузку. Что при этом происходит?! В момент снятия нагрузки молекулы каучука ещё имеют низкий уровень внутренней энергии (они же ей поделились при растяжении!). Каучук сжался — с точки зрения физики была совершена работы за счёт собственной энергии, то есть своя внутренняя энергия (тепловая) была затрачена на возврат в исходное положение. Естественно ожидать, что температура должна понизится, — что и происходит на самом деле!

Резина — как уже говорилось, высокоэластичный полимер. Её структура состоит из хаотично расположенных длинных углеродным цепочек. Крепление таких цепочек между собой осуществлено с помощью атомов серы. Углеродные цепочки в нормальном состоянии находятся в скрученном виде, но если резину растянуть, то углеродные цепочки будут раскручиваться.

Можно провести интересный опыт с резиновыми жгутами и колесом. Вместо велосипедных спиц в велосипедном колесе использовать резиновые жгуты. Такое колесо подвесить, чтобы оно могло свободно вращаться. В случае, если все жгуты одинаково растянуты, то втулка в центре колеса будет расположена строго по его оси. А теперь попробуем нагреть горячим воздухом какой-нибудь участок колеса. Мы увидим, что та часть жгутов, которая нагрелась — сожмётся и сместит втулку в свою сторону. При этом произойдёт смещение центра тяжести колеса и соответственно колесо развернётся. После его смещения действию горячего воздуха подвергнутся следующие жгуты, что в свою очередь приведёт к их нагреванию и снова — к повороту колеса. Таким образом, колесо может непрерывно вращаться!

Это опыт подтверждает факт того, что при нагревании каучук и резина будут сжиматься, а при охлаждении — растянутся!

Кто изготавливает витоновые кольца для уплотнения поршня.

Мир Колеса предлагает автомобильные шины в Рязани по доступным ценам.

Натуральный каучук.

Натуральный каучук – природный полимер — 1,4-цис-полиизопрен, который получается из натурального латекса путем коагуляции кислотой.

В 19-20 веке возросла потребность к резине (т.к. быстро развивалась автомобильная промышленность). При нагревании из каучука можно получить изопрен.

Для получения натурального каучука получают сок гевеи (латекс). Натуральный каучук представляет собой водную эмульсию каучука, а также белки, сломы и минеральные вещества. Каучук коптят, чтобы избежать окисления и воздействия микроорганизмов.

Состав натурального каучука.

Натуральный каучук содержит изопрен (91-96%), аминокислоты, жирные кислоты, каротин, медь, железо, марганец и др.

Каучук может состоять из большого числа звеньев. Он нерастворим в воде, но хорошо растворяется в органических соединениях.

Существует геометрический изомер каучука – гуттаперча:

Различия все же имеются. Молекулы каучука закручены в клубки, которые можно растягивать, выпрямлять, удлинять. Но энергетически выгодно молекулам находиться в первоначальном состоянии.

А молекулы гуттаперчи вытянуты, поэтому она менее эластична.

Эластичность – способность к обратимой деформации, это свойство играет важную роль для многих полимеров, характерная лишь при определенных значениях температур.

При нагревании каучук переходит в вязкотякучее состояние, а при охлаждении стекленеет. Такое состояние характеризуется низкой прочностью и рвется.

Вулканизация натурального каучука.

Каучук нагревают с серой, макромолекулы «сшиваются» друг с другом, образую серные мостики. Из отдельных макромолекул каучуку образуется единая трехмерная пространственная сетка. Изделия из такой материи очень прочные, эластичность сохраняется в широком диапазоне температур.

В качестве активирования процесса вулканизации используют 2-меркаптобензтиазол и его производные. Также часто используют пероксиды.

Вулканизации подвергаются смеси каучука с различными добавками, которые придают резине свойства эластичности и прочности.

Доля натурального каучука составляет 30% всего объема каучука.

С химической точки зрения каучук является

Каучуки – природные или синтетические продукты полимеризации некоторых диеновых углеводородов с сопряженными связями. Важнейшими физическими свойствами каучуков являются эластичность (способность восстанавливать форму) и непроницаемость для воды и газов.

Каучуки – это эластичные высокомолекулярные материалы (эластомеры), из которых методом вулканизации (нагреванием с серой) получают резину.

Особенно важное значение имеют получаемые из непредельных углеводородов полимеры, в том числе искусственные каучуки. Все каучуки делятся на натуральные и синтетические, последние в свою очередь в зависимости от вещества, используемого для синтеза, делятся на бутадиеновый, изопреновый и хлорпреновый каучуки.

Натуральный каучук или гуттаперча

Натуральный каучук получают из латекса – млечного сока гевеи. Чтобы заставить его вытекать, на коре дерева делают V-образные надрезы. Со здорового дерева латекс можно собирать в течение 30 лет. Индейцы назвали его «кау чу», т.е. «слезы дерева».

Сбор ка­у­чу­ка с рас­те­ния гевея

Натуральный (природный) каучук по химическому составу представляет собой высокомолекулярный непредельный углеводород состава (С₅Н₈)_n, где n составляет 1000—3000 единиц. При нагревании без доступа воздуха каучук распадается с образованием диенового углеводорода – 2-метилбутадиена-1,3 или изопрена.

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

Видеофильм «Натуральный каучук»

Натуральный каучук – это стереорегулярный полимер, в котором молекулы изопрена соединены друг с другом по схеме 1,4- присоединения с цис-конфигурацией полимерной цепи:

цис-полиизопрен (каучук)

В природных условиях натуральный каучук образуется не путем полимеризации изопрена, а другим, более сложным способом.

Молекулярная масса натурального каучука колеблется в пределах от 7·10 4 до 2,5·10 6 .

Транс-полимер изопрена также встречается в природе в виде гуттаперчи:

Цис-форма более эластична, т.к. легко скручивается в клубок.

Транс-форма менее эластична, т.к. макромолекулы более вытянуты.

Важнейшее физическое свойство каучука – эластичность, т.е способность обратимо растягиваться под действием даже небольшой силы. Другое важное свойство – непроницаемость для воды и газов. Основной недостаток каучука – чувствительность к высоким и низким температурам. При нагревании каучук размягчается и теряет эластичнсть, а при охлаждении становится хрупким и также теряет эластичность.

Эти недостатки можно преодолеть, если нагреть каучук вместе с серой. Этот процесс называется вулканизацией каучука.

Синтетические каучуки

Первый синтетический каучук, полученный по методу С.В. Лебедева при полимеризации дивинила под действием металлического натрия, представлял собой полимер нерегулярного строения со смешанным типом звеньев 1,2- и 1,4-присоединения:

В пятидесятые годы отечественные ученые осуществили каталитическую стереополимеризацию диеновых углеводородов и получили стереорегулярный каучук (структурные звенья и функциональные группы расположены в пространстве в определенном порядке), близкий по свойствам к натуральному каучуку.

В настоящее время в промышленности выпускают каучук, в котором содержание звеньев изопрена, соединенных в положении 1,4, достигает 99%, тогда как в натуральном каучуке они составляют 98%.

Кроме того, в промышленности получают синтетические каучуки на основе других мономеров – например, изобутилена, хлоропрена, и натуральный каучук утратил свое монопольное положение.

Учебный фильм «Каучук»

Учебный фильм «Каучук»

Вулканизация каучуков

Для улучшения качества натуральных и синтетических каучуков их превращают в резину.

Резина – это вулканизированный каучук с наполнителем (сажа). Суть процесса вулканизации состоит в том, что атомы серы присоединяются к линейным (нитевидным) молекулам каучука по месту двойных связей и как бы сшивают эти молекулы друг с другом дисульфидными мостиками, образуя трехмерный сетчатый полимер:

В результате вулканизации липкий и непрочный каучук превращается в упругую и эластичную резину. Резина прочнее каучука и более устойчива к изменению температуры.

Наполненные активной сажей каучуки в виде резин используют для изготовления автомобильных шин и других резиновых изделий.

В зависимости от количества сшивающего агента (серы) можно получать сетки с различной частотой сшивки.

Для вулканизации каучука берётся немного серы 2 – 3 % от общей массы. Если добавить к каучуку более 30 % серы, то она присоединится по линии разрыва почти всех π–связей и образуется предельно сшитый натуральный каучук – эбонит, который не обладает эластичностью и представляет собой твердый материал.

Наиболее массовое применение каучуков — это производство резин для автомобильных, авиационных и велосипедных шин.

Из каучуков изготавливаются специальные резины огромного разнообразия уплотнений для целей тепло- звуко- воздухо- гидроизоляции разъёмных элементов зданий, в санитарной и вентиляционной технике, в гидравлической, пневматической и вакуумной технике.

Каучуки применяют для электроизоляции, производства медицинских приборов и средств контрацепции.

В ракетной технике синтетические каучуки используются в качестве полимерной основы при изготовлении твёрдого ракетного топлива, в котором они играют роль горючего, а в качестве наполнителя используется порошок селитры (калийной или аммиачной) или перхлората аммония, который в топливе играет роль окислителя.