Велика енциклопедія нафти та газу. Каучукові клеї

Мета уроку: ознайомлення учнів із будовою, властивостями та застосуванням каучуку, створення умов для розвитку умінь самостійно набувати знань, використовуючи різні джерелаінформації, формування досвіду творчої діяльності, виховання інтересу до історії хімії, почуття патріотизму, гордості за російських вчених, розвиток умінь учнів проводити експерименти дослідницького характеру, аналізувати результати, формувати висновки та узагальнення.

Хід уроку

До роботи у класі, учні розбиваються на групи, кожна з яких отримує конкретне завдання на тему уроку.

Ця історія почалася з часів Великих географічних відкриттів. Коли Колумб повернувся до Іспанії, він привіз із Нового Світу безліч див. Однією з них був еластичний м'яч із "деревної смоли", який вирізнявся дивовижною стрибучістю. Індіанці робили такі м'ячі із білого соку рослини гевею, що росте на берегах Амазонки. Цей сік темнів і затвердів на повітрі. М'ячі вважалися священними та використовувалися в релігійних обрядах. У племен майя та ацтеків існувала релігійна гра. командна граз їх використанням, що нагадує баскетбол. Команді, що перемогла, виявлялися вищі почесті - її членам відрізали голови і приносили в жертву божеству. Згодом іспанці полюбили грати вивезеними з Південної Америким'ячами. Модифікована ними індіанська гра стала прообразом сучасного футболу. Сік гевеї індіанці називали "каучу" - сльози чумацького дерева ("кау" - дерево, "учу" - текти, плакати). Від цього слова утворилося сучасна назваматеріалу – каучук. Окрім еластичних м'ячів, індіанці робили з каучуку непроникні тканини, взуття, посуд для води, яскраво розфарбовані кульки – дитячі іграшки.

Домашній експеримент для групи №1:

"Отримання каучуку з листя фікуса".

Обладнання: пробірки, скальпель, предметне скло, спиртовка, сірники, щипці тиглів, скляна паличка, 5% розчин аміаку, розведений розчин перманганату калію, 5% оцтова кислота, етанол, кристали сульфату кальцію, дистильована вода, бром листя фікуса.

Хід експерименту: Кімнатна рослина- Фікус, його сік містить до 17,5% поліізопрену.

Досвід №1. Зберіть листя фікуса. Зробіть надріз на аркуші фікуса і зберіть млечний сік ваткою, змоченою розчином аміаку, в пробірку. У пробірку додайте також розчин оцтової кислоти і добре струсіть. Спостерігайте виділення пластівців, які і є натуральним каучуком. На предметне скло нанесіть сік млечний з листя фікуса і прогрійте. Утворюється плівка натурального каучуку.

Досвід №2. Сік із листя фікуса зберіть у пробірку, додайте трохи дистильованої води та 0,5 г кристалічного сульфату кальцію (або сульфату амонію). Після розмішування суміші та додавання до неї етанолу на поверхні розчину утворюються пластівці каучуку. Для збору каучуку використовуйте скляну паличку, за допомогою якої перенесіть пластівці в пробірку з невеликою кількістю різних розчинників: бензин, толуол. Що спостерігаєте?

Досвід №3. Один із розчинів каучуку розділіть на дві частини та по черзі додайте до однієї з них бромну воду або розчин перманганату калію. Знебарвлення забарвлених розчинів свідчить про наявність кратних зв'язків у молекулах виділеного зразка із соку фікуса. Іншу частину розчину каучуку обережно випаруйте на склі. Після видалення розчинника на склі залишиться плівка каучуку, яку демонстрації еластичності можна злегка розтягувати. Порівняйте з плівкою, отриманої у досліді №1.

Узагальніть свої спостереження про властивості виділеної із соку фікусу речовини. До якого класу з'єднань його можна віднести? За результатами експерименту підготуйте презентацію ( Додаток 1).

У Європі забули про американську дивину до XVIII століття, коли члени французької експедиції в Південній Америці виявили дерево, що виділяє дивовижну смолу, що твердне на повітрі, якій дали назву "гума" (латиною - смола). У 1738 році французький дослідник Ш. Кондамін представив у Паризької Академіїнаук зразки каучуку, вироби з нього та опис способів видобутку у країнах Південної Америки. З того часу почалися пошуки можливих способівзастосування цієї речовини. А після 1823 року, коли шотландець Ч. Макінтош вигадав прокладати тонкий шар гуми між двома шматками тканини, почався справжній “гумовий бум”. Непромокаючі плащі з цієї тканини, які стали називати на честь їх творця “макінтошами”, набули широкого поширення. Приблизно водночас в Америці стало модним у дощову погоду поверх черевиків носити незграбне індіанське гумове взуття – калоші.

Експеримент для групи №2:

"Ставлення каучуку та гуми до розчинників".

Обладнання: пробірки з пробками, зразки каучуку та гуми, бензин, гас, толуол.

Хід експерименту: У пробірки налийте по 3-4 мл бензину, гасу, толуолу. Помістіть у пробірки шматочки гуми, каучуку. Закрийте пробірки та поспостерігайте за ними до кінця уроку. Порівняйте поведінка в органічних розчинниках каучуку та гуми. Чому гума не розчиняється в тих же умовах, що й каучук? (Результати досліджень: каучук розчиняється в органічних розчинниках, утворюючи в'язку рідину (гумовий клей), а шматочки гуми злегка набрякли, але не змінили своєї форми).

Величезну, хоч і недовгу популярність у Європі та Північної Америкигумові вироби отримали після того, як англієць Чаффі винайшов прогумовану тканину. Він розчиняв сиру гуму в скипидарі, додавав сажу і за допомогою спеціально сконструйованої машини наносив тонкий шар суміші на тканину. З такого матеріалу робили не лише одяг, взуття та головні убори, а й дахи будинків та фургонів. Проте вироби з прогумованої тканини мали великий недолік. Справа в тому, що еластичність каучуку проявляється лише в невеликому інтервалі температур, тому в холодну погоду гумові вироби тверділи і могли розтріскатися, а влітку розм'якшувалися, перетворюючись на липку масу, що видає сморід. Ентузіазм з приводу нового матеріалу швидко вичерпався. А коли одного разу в Північній Америці видалося спекотне літо, настала криза гумової промисловості – вся продукція перетворилася на кисіль, що пахоче пахне. Фірми з виробництва гуми розорилися.

Експеримент для групи №3:

"Ставлення каучуку та гуми до нагрівання".

Обладнання: водяна баня (Т=100 0 С), щипці тиглів або пінцет, тонкі смужки каучуку і гуми.

У киплячу воду помістіть на 5 хвилин тонку смужку натурального каучуку і такого ж розміру смужку гуми. Вийнявши щипцями тигельними смужку каучуку, швидко розтягніть її. Те саме проробіть із смужкою гуми. Каучук сильно розтягується внаслідок розм'якшення, втрачаючи при цьому еластичність, а у гуми немає змін. Каучук термопластичний, гума немає. Гума характеризується більшою термічною стійкістю проти каучуком. Чим можна пояснити різне відношеннякаучуку та гуми до нагрівання?

І всі б забули про макінтоші та калоші, якби не американець Чарльз Нельсон Гудьїр, який щиро вірив, що з каучуку можна створити добрий матеріал. Він присвятив цій ідеї кілька років і витратив усі свої заощадження. Сучасники сміялися з нього: “Якщо ви побачите людини у гумовому пальті, гумових черевиках, гумовому циліндрі і з гумовим гаманцем, а гаманці жодного цента, то можете не сумніватися – це Гудьир”. Однак Ч. Гудьїр наполегливо змішував каучук з усім поспіль: з сіллю, перцем, піском, олією і навіть із супом і, зрештою, досяг успіху. В 1839 він виявив, що якщо додати в каучук трохи сірки і погріти, то міцність, твердість, еластичність, тепло-і морозостійкість його поліпшуватися. В даний час саме новий матеріал, винайдений Ч. Гудьіром, прийнято називати гумою, а відкритий процес - вулканізацією каучуку. З цього часу починається бурхливе зростання виробництва каучуку.

Експеримент для групи №4:

"Отримання гуми".

Обладнання: пробірки, пробіркоутримувач, нагрівальні прилади, каучук, порошок сірки, скляна паличка, склянка з водою.

Помістити в пробірку невеликий шматочок каучуку, додати трохи порошкоподібної сірки, отриману суміш нагріти до розплавлення сірки, перемішати скляною паличкою, потім остудити. Отриманий матеріал виявиться більш твердим та міцним, ніж вихідна сировина. У ході реакції відбулася вулканізація каучуку та вийшла гума. Перевірити отриманий зразок гуми на еластичність, дію високої та низької температури. Зробити висновок про фізичні властивості гуми. (Гума володіє кращими механічними властивостями, ніж каучук, та більшою стійкістю до зміни температур).

Не дивно, що Бразилія, як зіницю ока, берегла джерело свого багатства. Вивезення насіння гевеї було заборонено під страхом смертної кари. Однак у 1876 році британський шпигун Генрі Уїкхем у трюмах англійського судна "Амазонас" таємно вивіз 70000 насінин гевеї. У британських колоніях Південно-Східної Азіїбуло закладено перші плантації каучуконосів. На світовому ринку з'явився натуральний англійський каучук, дешевший за бразильський.

А світ завойовували різноманітні вироби із гуми. Дивно, але винахід гумових шин замість металевих спочатку не зустріли з ентузіазмом, хоча екіпажі з металевими шинами були дуже комфортними – за страшний шум і тряску в Англії їх називали “винищувачами горобців”. Нові тихі екіпажі на суцільнолитих потужних гумових шинах в Америці були заборонені. Вони вважалися небезпечними, оскільки не попереджали перехожих про наближення екіпажу. У Росії також тихі кінні екіпажі на гумовому ходу викликали невдоволення – вони обдавали брудом пішоходів, що не встигли поспішити.

Експеримент для групи №5:

"Ненасичений характер каучуку".

Обладнання: пробірки, натуральний каучук, очищений від ненасичених вуглеводнів бензин, розчин перманганату калію, бромна або йодна вода. (Примітка: не менше ніж за добу розчиніть шматочки каучуку в одному з органічних розчинників – бензин).

У пробірку з розчином перманганату калію і бромною (йодною) водою додайте по кілька крапель приготовленого заздалегідь розчину каучуку і струсіть. Спостерігайте за зміною забарвлення. Чому розчин каучуку змінює фарбування розчинів бромної води чи перманганату калію?

З винаходом конвеєрного методу складання автомобілів потреба в гумі стала настільки великою, що виникла проблема обмеженості виробництва природної сировини. Треба було шукати інших джерел каучуку. Наприкінці XIX – першій половині XX століть у багатьох країнах проводилися широкі дослідження будови каучуку, його фізичних та хімічних властивостей, явища еластичності, процесу вулканізації. Г. Штаудінгер довів, що каучук є високомолекулярною сполукою, тобто складається із звичайних, хоч і гігантських молекул, атоми в яких пов'язані ковалентними зв'язками. На підставі своїх досліджень каучуку та гуми вчений висунув теорію ланцюгової будови макромолекул, припустив існування розгалужених макромолекул та тривимірної полімерної сітки.

У натуральному каучуку міститься 91-95% вуглеводню поліізопрену (5Н8)n. Молекула натурального каучуку може містити 20–40 тисяч елементарних ланок, його молекулярна маса становить 1400000–2600000, він нерозчинний у воді, проте добре розчиняється у більшості органічних розчинників.

Завдання для групи №6.

Знайдіть молекулярну формулу речовини, при спалюванні 2 г якої утворилося 2,12 г води та 6,48 г вуглекислого газу. Відносна густинапарів цієї речовини по водню дорівнює 34. Складіть структурну формулу даної речовини та всі її можливі ізомери.

Поліізопрен натурального каучуку є стереорегулярним полімером: багато (98-100%) ланки ізопрену в макромолекулі приєднані один до одного в цис-1,4-положенні. Природний геометричний ізомер каучуку - гуттаперча, являє собою транс-1,4-поліізопрен. Відмінності в просторовому розташуванні заступників у каучуку і гуттаперчі призводять до того, що форма макромолекул цих речовин теж різна. Молекули каучуку закручені у клубки. Якщо стрічку з каучуку розтягнути, деформувати, то молекулярні клубки випрямлятимуть у напрямку, де прикладена деформація, і стрічка подовжуватиметься. Проте молекулам каучуку енергетично вигідніше перебувати у початковому стані, тому, якщо натяг припинити, молекули знову згорнутися клубки, і розміри стрічки стануть колишніми. Молекули гуттаперчі не закручені у клубки так, як у каучуку. Вони витягнуті навіть без навантажень. Тому гуттаперча має набагато меншу еластичність.

Що ж відбувається з каучуком під час вулканізації? Коли каучук нагрівають із сіркою, макромолекули каучуку "зшиваються" один з одним сірчаними містками. З окремих макромолекул каучуку утворюється єдина тривимірна просторова сітка. Виріб з такого матеріалу – гуми – міцніший, ніж із каучуку, і він зберігає свою еластичність у ширшому інтервалі температур.

Експеримент для групи №7:

"Розкладання каучуку".

Обладнання: пробірки, пробірка з бічним тубусом, газовідвідні трубки з пробками, натуральний каучук, розчин перманганату калію.

Хід експерименту: шматочки натурального каучуку помістіть у пробірку із газовідвідною трубкою. При нагріванні каучуку утворюються ненасичені сполуки, серед яких зустрічається ізопрен. Рідкі продуктиреакції конденсуються у пробірці № 1, а газоподібні збираються у пробірці № 2. Розкладання супроводжується утворенням речовин, що мають різкий запах! Знебарвлення розчину перманганату калію в пробірці № 2 вказує на ненасичений характер продуктів розкладання каучуку. Досліджуйте відношення конденсату до розчину перманганату калію. Складіть рівняння реакції взаємодії ізопрену з бромом.

Мал. 1. Схема приладу.

Цікаво, що у багатьох країнах на початку XX століття проводилися дослідження місцевих видів рослин на ознаку каучукоутворення. У Радянському Союзі систематичний пошук рослин-каучуконосів здійснювався в 30-х роках, загальний списоктаких рослин становив 903 види. Найбільш ефективні каучуконоси, зокрема Тянь-Шанський кульбаба кок-сагиз, вирощували на полях Росії, України, Казахстану, працювали заводи з виділення каучуку, який за якістю вважався таким, що не поступається каучуку з гевеї. Наприкінці 50-х років зі збільшенням виробництва синтетичного каучуку вирощування кульбаби-каучуконоса було припинено.

Вперше каучукоподібну речовину отримав у 1879 році французький хімік Г. Бушарда, обробивши ізопрен соляною кислотою. Російський хімік І. Кондаков (м. Юр'єв) синтезував еластичний полімер з диметилбутадієну у 1901 році. Перші промислові партії синтетичного каучуку – диметилкаучуку – випустили з урахуванням розробок Кондакова 1916 року у Німеччині. Отримано близько 3000 т синтетичного каучуку, з якого виготовляли акумуляторні коробки для підводних човнів. Однак широкого поширення диметилкаучук не набув, і його виробництво було припинено.

Завдання для групи №8.

Підготувати презентацію про С. В. Лебедєва. (Додаток 2.)

Російський учений С. В. Лебедєв присвятив проблемі полімеризації дієнів значну частину своєї наукової діяльності. Він уперше отримав синтетичний бутадієновий каучук у 1910 році. А магістерська робота Лебедєва, присвячена дослідженню кінетики полімеризації дивінілу (бутадієну –1,3) та його похідних, у 1914 році була нагороджена премією Російської Академіїнаук. До процесу полімеризації бутадієну С. В. Лебедєв повернувся в 1936 році, коли уряд СРСР оголосив конкурс на кращу розробкупромислового виробництва синтетичного каучуку Лебедєвим та його співробітниками був успішно розроблений недорогий та ефективний метод. Як каталізатор було запропоновано використовувати металевий натрій, і полімер, отриманий за даним методом, носить назву натрій-бутадієновий каучук. Справжньою знахідкою був одностадійний спосіб отримання бутадієну з етилового спиртуна змішаному цинкалюмінієвому каталізаторі. Використання етанолу, з рослинної сировини, як вихідний продукт значно здешевлювало виробництво в умовах аграрної на той час Радянського Союзу. Завдяки роботам С. В. Лебедєва промислове широкомасштабне виробництво синтетичного каучуку вперше у світі розпочато у Радянському Союзі у 1932 році. Перший у світі завод з виробництва дивінілового каучуку було пущено в Ярославлі, незабаром такі заводи почали працювати у Воронежі, Казані та Єфремові. Значення цієї події важко переоцінити: можливість оснастити вітчизняну техніку шинами власного виробництва зіграла важливу роль у перемозі над фашистською Німеччиноюв умовах повної економічної ізоляції від зовнішнього світу. Німеччина була другою країною, яка запустила виробництво синтетичного каучуку, але трапилося це лише 1936 року.

Завдання для групи №9.

Підготувати презентацію про ВАТ “Воронежсинтезкаучук”. (Додаток 3.)

З 1932 і аж до 1990 року СРСР за обсягами виробництва синтетичного каучуку посідав перше місце у світі. І сьогодні Росія зберігає позиції експортера світового значення. На ринку залишається приблизно половина продукції. Основними споживачами синтетичного каучуку є шинні заводи, а близько 40% каучуку йде на виробництво різноманітних гумотехнічних виробів (більше 50000 найменувань), серед яких технічні та хірургічні вироби з м'якої гуми, підошви для взуття, стрічкові транспортери, різноманітні труби , клеї, герметики, фарби на латексній основі та багато іншого. З появою технології виробництва синтетичних каучуків гумова промисловість перестала бути повністю залежною від виробництва природного каучуку. Однак синтетичний каучук не витіснив природний, обсяг виробництва каучуку, як і раніше, зростає, а частка натурального каучуку в загальному обсязі виробництва становить 30%. Провідними світовими виробниками натурального каучуку нині є країни Південно-Східної Азії – Таїланд, Індонезія, Малайзія, Південний В'єтнам, Китай. Завдяки унікальним властивостямнатурального каучуку він незамінний під час виробництва великогабаритних шин, здатних витримувати навантаження до 75 тонн. Найкращі фірми-виробники виготовляють покришки для шин легкових автомобілів із суміші натурального та синтетичного каучуку. Тому досі головною сферою застосування натурального каучуку залишається шинна промисловість(70%). Крім того, натуральний каучук знаходить застосування для виготовлення конвеєрних стрічок високої потужності, антикорозійних покриттів котлів і труб, клею, високоміцних тонкостінних дрібних виробів, в медицині і так далі.

Наприкінці уроку, заслуховуємо звіти про роботу кожної групи, і формулюємо висновки з уроку. У ході уроку, учні з'ясували, що роль натурального та синтетичного каучуку у нашому житті велика. Каучук використовується у виробництві автомобільних, авіаційних виробів, а також у виробництві виробів широкого вжитку (взуття, спортивних товарів, іграшок). При дослідженні хімічних властивостей натурального каучуку з'ясувалося, що він має кратні зв'язки в полімерному ланцюзі, встановлено, що каучук має цис-форму і є

2-метилбутадієн-1,3 (ізопрен). Вулканізований каучук називають гумою. Також учні познайомилися з рослинами каучуконосами та способами отримання з них натурального каучуку та продовжили розвивати свої теоретичні та практичні вміння та навички.

До статті додаються презентації (додаток , , ).

Список літератури:

1. Журнал “Потенціал. Хімія. Біологія Медицина” Москва вид. ТОВ "Абетка-2000" 2011, стаття Є. А. Менделєєва "Історія про каучук" стор. 9-14.
2. О. С. Габрієлян, Л. П. Ватліна "Хімічний експеримент у школі", Москва "Дрофа" 2005.
3. А. І. Артеменко “ Дивовижний світорганічної хімії”, Москва “Дрофа” 2008.

КАУЧУК І ГУМА
Каучук - речовина, одержувана з каучуконосних рослин, що ростуть головним чином у тропіках і містять молочну рідину (латекс) у коренях, стовбурі, гілках, листі або плодах або під корою. Гума – продукт вулканізації композицій на основі каучуку. Латекс не є соком рослини, та її роль у життєдіяльності рослини до кінця не з'ясована. Латекс містить частинки, що виділяються шляхом коагуляції у вигляді суцільної пружної маси, яка називається сирим, або необробленим, каучуком.
ДЖЕРЕЛА НАТУРАЛЬНОГО КАУЧУКУ
Сирий натуральний каучук буває двох видів:
1) дикий каучук, що видобувається з тих, що виростають у природних умовдерев, кущів та лози;
2) плантаційний каучук, що видобувається з дерев, що обробляються людиною, та інших рослин. Протягом 19 ст. вся маса сирого каучуку промислового застосування являла собою дикий каучук, що добувався підсочуванням бразильської гевеї в екваторіальних тропічних лісахЛатинська Америка, з дерев і лози в екваторіальній Африці, на Малакському півострові та Зондських островах.

ВЛАСТИВОСТІ КАУЧУКА
Сирий каучук, призначений для подальшого промислового застосування, є щільним аморфним еластичним матеріалом з питомою масою 0,91-0,92 г/см3 та показником заломлення 1,5191. Його склад неоднаковий для різних латексів та методів приготування на плантації. Результати типового аналізу представлені у таблиці.
Вуглеводень каучуку - це поліізопрен, вуглеводнева полімерна хімічна сполука, що має загальну формулу (C5H8)n. Як саме у дереві синтезується вуглеводень каучуку, невідомо. Невулканізований каучук стає м'яким та липким у теплу погоду та тендітним – у холодну. При нагріванні вище 180 ° С без повітря каучук розкладається і виділяє ізопрен. Каучук відноситься до класу ненасичених органічних сполук, які виявляють значну хімічну активність при взаємодії з іншими реакційними речовинами. Так, він реагує з хлороводневою кислотою з утворенням каучуку гідрохлориду, а також з хлором за механізмами приєднання та заміщення з утворенням хлорованого каучуку. Атмосферний кисень діє на каучук повільно, роблячи його жорстким та тендітним; озон робить те саме швидше. Сильні окислювачі, наприклад азотна кислота, перманганат калію та перекис водню, окислюють каучук. Він стійкий до дії лугів та помірно сильних кислот. Каучук реагує також з воднем, сіркою, сірчаною кислотою, сульфоновими кислотами, оксидами азоту та багатьма іншими реакційноздатними сполуками, утворюючи похідні, частина з яких має промислове застосування. Каучук не розчиняється у воді, спирті або ацетоні, проте набухає і розчиняється в бензолі, толуолі, бензині, сірковуглецю, скипидарі, хлороформі, чотирихлористому вуглеці та інших галогенсодержащих розчинниках, утворюючи в'язку масу, що застосовується як клею. Вуглеводень каучуку присутній у латексі у вигляді суспензії. найдрібніших частинокрозмір яких становить від 0,1 до 0,5 мкм. Найбільші частки видно через ультрамікроскоп; вони перебувають у стані безперервного руху, що може бути ілюстрацією явища, званого броунівським рухом. Кожна каучукова частка несе негативний заряд. Якщо через латекс пропускати струм, то такі частинки рухатимуться до позитивного електрода (анода) і осаджуватимуться на ньому. Це використовується в промисловості для нанесення покриттів на металеві предмети. На поверхні каучукових частинок присутні адсорбовані білки, які перешкоджають зближенню латексних частинок та їх коагуляції. Замінюючи речовину, адсорбовану на поверхні частинки, можна змінити знак її заряду, і тоді каучукові частинки будуть осаджуватися на катоді. Каучук має дві важливі властивості, які зумовлюють його промислове застосування. У вулканізованому стані він пружний і після розтягування набуває початкової форми; у невулканізованому стані він пластичний, тобто. тече під впливом тепла чи тиску. Одна властивість каучуків унікальна: при розтягуванні вони нагріваються, а при стисканні охолоджуються. Навпаки, при нагріванні каучук стискається, а при охолодженні – розширюється, демонструючи явище, яке називається ефектом Джоуля. При розтягуванні на кількасот відсотків молекули каучуку орієнтуються настільки, що його волокна дають рентгенограму, властиву кристалу. Молекули каучуку, видобутого з гевеї, мають цис-конфігурацію, а молекули балати та гуттаперчі – транс-конфігурацію. Будучи поганим провідником електрики, каучук використовується як електричний ізолятор.
ОБРОБКА КАУЧУКУ І ВИРОБНИЦТВО ГУМИ
Пластикація.Одна з найважливіших властивостей каучуку – пластичність – використовується у виробництві гумових виробів. Щоб змішати каучук з іншими інгредієнтами гумової суміші, його потрібно спочатку пом'якшити, або пластицювати шляхом механічної або термічної обробки. Цей процес називається пластикацією каучуку. Відкриття Т.Хенкоком у 1820 р. можливості пластикації каучуку мало величезне значеннядля гумової промисловості. Його пластикатор складався із шипованого ротора, що обертається в шипованому підлогою циліндрі; цей пристрій мав ручний привід. У сучасній гумовій промисловості використовуються три типи подібних машин до введення інших компонентів гумової суміші в каучук. Це – каучукотерка, змішувач Бенбері та пластикатор Гордона. Використання грануляторів - машин, які розрізають каучук на маленькі гранули або пластинки однакових розмірів та форми, - полегшує операції з дозування та управління процесом обробки каучуку. каучук подається в гранулятор після виходу із пластикатора. Гранули, що виходять, змішуються з вуглецевою сажею і маслами в змішувачі Бенбері, утворюючи маткову суміш, яка також гранулюється. Після обробки в змішувачі Бенбері проводиться змішування з вулканізуючими речовинами, сіркою та прискорювачами вулканізації.
Приготування гумової суміші.Хімічне з'єднання тільки з каучуку та сірки мало б обмежене практичне застосування. Щоб поліпшити фізичні властивості каучуку і зробити його більш придатним для експлуатації різних застосуванняхнеобхідно модифікувати його властивості шляхом додавання інших речовин. Усі речовини, які змішуються з каучуком перед вулканізацією, включаючи сірку, називаються інгредієнтами гумової суміші. Вони викликають як хімічні, так і фізичні зміниу каучуку. Їх призначення - модифікувати твердість, міцність і ударну в'язкість і збільшити стійкість до стирання, масел, кисню, хімічних розчинників, тепла та розтріскування. Для виготовлення гум різних застосувань використовують різні склади.
Прискорювачі та активатори.Деякі хімічно активні речовини, які називаються прискорювачами, при використанні разом із сіркою зменшують час вулканізації та покращують фізичні властивості каучуку. Прикладами неорганічних прискорювачів є свинцеві білила, свинцевий глет (монооксид свинцю), вапно та магнезія (оксид магнію). Органічні прискорювачі набагато активніші і є важливою частиною майже будь-якої гумової суміші. Вони вводяться в суміш відносно малої частці: зазвичай буває достатньо від 0,5 до 1,0 частини на 100 частин каучуку. Більшість прискорювачів повністю виявляють свою ефективність у присутності активаторів, таких, як окис цинку, а для деяких потрібна органічна кислота, наприклад, стеаринова. Тому сучасні рецептури гумових сумішей зазвичай включають окис цинку та стеаринову кислоту.
Пом'якшувачі та пластифікатори.Пом'якшувачі та пластифікатори зазвичай використовуються для скорочення часу приготування гумової суміші та зниження температури процесу. Вони також сприяють диспергування інгредієнтів суміші, викликаючи набухання або розчинення каучуку. Типовими пом'якшувачами є парафінове та рослинні олії, воски, олеїнова та стеаринова кислоти, хвойна смола, кам'яновугільна смола та каніфоль.
Зміцнюючі наповнювачі.Деякі речовини посилюють каучук, надаючи йому міцність та опір зносу. Вони називаються зміцнювальними наповнювачами. Вуглецева (газова) сажа в тонко подрібненій формі - найпоширеніший наповнювач, що зміцнює; вона відносно дешева і є однією з найефективніших речовин такого роду. Протекторна гума автомобільної шини містить приблизно 45 частин вуглецевої сажі на 100 частин каучуку. Іншими широко використовуваними зміцнюючими наповнювачами є окис цинку, магнію карбонат, кремнезем, карбонат кальцію і деякі глини, проте всі вони менш ефективні, ніж газова сажа.
Наповнювачі.На зорі каучукової промисловості ще до появи автомобіля деякі речовини додавалися до каучуку для здешевлення одержуваних із нього продуктів. Зміцнення ще не мало великого значення, і такі речовини просто служили збільшення обсягу і маси гуми. Їх називають наповнювачами чи інертними інгредієнтами гумової суміші. Поширеними наповнювачами є барити, крейда, деякі глини та діатоміт.
Антиоксиданти.Використання антиоксидантів для збереження необхідних властивостей гумових виробів у процесі їхнього старіння та експлуатації почалося після Другої світової війни. Як і прискорювачі вулканізації, антиоксиданти – складні органічні сполуки, які при концентрації 1-2 частини на 100 частин каучуку перешкоджають зростанню жорсткості та крихкості гуми. Вплив повітря, озону, тепла та світла – основна причина старіння гуми. Деякі антиоксиданти також захищають гуму від пошкодження при згинанні та нагріванні.
пігменти.Зміцнювальні та інертні наповнювачі та інші інгредієнти гумової суміші часто називають пігментами, хоча використовуються і справжні пігменти, які надають кольору гумовим виробам. Оксиди цинку та титану, сульфід цинку та літопон застосовуються як білі пігменти. Жовтий крон, залізоокисний пігмент, сульфід сурми, ультрамарин та лампова сажа використовуються для надання виробам різних колірних відтінків.
Каландрування.Після того як сирий каучук пластикований і змішаний з інгредієнтами гумової суміші, він піддається подальшій обробці перед вулканізацією, щоб надати форму кінцевого виробу. Тип обробки залежить від галузі застосування гумового виробу. На цій стадії процесу широко використовуються каландрування та екструзія. Каландри є машинами, призначеними для розкочування гумової суміші в листи або промазання нею тканин. Стандартний каландр зазвичай складається з трьох горизонтальних валів, розташованих один над одним, хоча для деяких видів робіт використовуються четирехвальні і пятівальні каландри. Порожнисті каландрові вали мають довжину до 2,5 м і діаметр до 0,8 м. До валів підводяться пар і холодна вода, щоб контролювати температуру, вибір та підтримка якої мають вирішальне значеннядля отримання якісного виробу з постійною товщиною та гладкою поверхнею. Сусідні вали обертаються в протилежних напрямках, причому частота обертання кожного валу та відстань між валами точно контролюються. На каландрі виконуються нанесення покриття на тканини, промазування тканин і розкочування гумової суміші в листи.
Екструзія.Екструдер застосовується для формування труб, шлангів, протекторів шин, камер пневматичних шин, прокладок ущільнювачів для автомобілів та інших виробів. Він складається із сталевого циліндричного корпусу, з сорочкою для нагрівання або охолодження. Щільно прилеглий до корпусу шнек подає невулканізовану гумову суміш, попередньо нагріту на вальцях, через корпус до головки, в яку вставляється змінний інструмент, що формує, що визначає форму виробу. Виріб, що виходить з голівки, зазвичай охолоджується струменем води. Камери пневматичних шин виходять із екструдера у вигляді безперервної трубки, яка потім розрізається на частини потрібної довжини. Багато виробів, наприклад прокладки ущільнювачів і невеликі трубки, виходять з екструдера в остаточній формі, а потім вулканізуються. Інші вироби, наприклад, протектори шин, виходять з екструдера у вигляді прямих заготовок, які згодом накладаються на корпус шини і привулканізовуються до нього, змінюючи свою початкову форму.
Вулканізація.Далі необхідно вулканізувати заготівлю, щоб отримати готовий виріб, придатний для експлуатації. Вулканізація проводиться декількома способами. Багато виробів надається остаточна форма тільки на стадії вулканізації, коли укладена в металеві форми гумова суміш піддається впливу температури і тиску. Автомобільні шини після збирання на барабані формуються до потрібного розміру і потім вулканізуються в сталевих рифлених формах. Форми встановлюються одна на одну у вертикальному вулканізаційному автоклаві, і замкнутий нагрівач запускається пара. У невулканізовану заготовку шини вставляється пневмомішок тієї ж форми, що камера шини. По гнучким мідним трубкам у нього запускаються повітря, пара, гаряча вода окремо чи поєднанні друг з одним; ці службовці передачі тиску текучие середовища розсувають каркас шини, змушуючи каучук втікати у фасонні поглиблення форми. У сучасній практиці технологи прагнуть збільшення числа шин, вулканізованих в окремих вулканізаторах, званих прес-формами. Ці литі прес-форми мають порожнисті стінки, що забезпечують внутрішню циркуляцію пари, гарячої води та повітря, які підводять тепло до заготівлі. В даний час прес-форми автоматично відкриваються. Були розроблені автоматизовані вулканізаційні преси, які вставляють у заготівлю шини варильну камеру, вулканізують шину та видаляють варильну камеру з готової шини. Варильна камера є складовою вулканізаційного преса. Камери шин вулканізуються у подібних прес-формах, що мають гладку поверхню. Середній час вулканізації однієї камери становить близько 7 хв при 155 ° С. За менших температур час вулканізації зростає. Багато виробів меншого розміру вулканізуються у металевих прес-формах, які розміщуються між паралельними плитами гідравлічного пресу. Плити преса всередині порожнисті, щоб забезпечити доступ пари для нагрівання без безпосереднього контакту з виробом. Виріб отримує тепло лише через металеву прес-форму. Багато виробів вулканізуються нагріванням у повітрі або вуглекислому газі. Прогумована тканина, одяг, плащі та гумове взуттявулканізуються у такий спосіб. Процес зазвичай проводиться у великих горизонтальних вулканізаторах із паровою сорочкою. Гумові суміші, що вулканізуються сухим теплом, зазвичай містять меншу добавку сірки, щоб виключити вихід частини сірки на поверхню виробу. Для зменшення часу вулканізації, яке, як правило, більше, ніж при вулканізації відкритою парою або під пресом, використовуються речовини-прискорювачі. Деякі гумові вироби вулканізуються зануренням у гарячу воду під тиском. Листовий каучук намотується між шарами мусліну на барабан і вулканізується у гарячій воді під тиском. Гумові груші, шланги, ізоляція для проводів вулканізуються у відкритій парі. Вулканізатори зазвичай є горизонтальними циліндрами з щільно підігнаними кришками. Пожежні шланги вулканізуються парою з внутрішньої сторони і таким чином відіграють роль власних вулканізаторів. Каучуковий шланг втягується всередину плетеного бавовняного шланга, до них прикріплюються сполучні фланці і всередину заготовки на заданий час під тиском нагнітається пара. Вулканізація без підведення тепла може проводитися за допомогою хлористої сірки S2Cl2 шляхом занурення в розчин, або впливу парів. Тільки тонкі листи або такі вироби, як фартухи, купальні шапочки, напальчники або хірургічні рукавички, вулканізуються в такий спосіб, оскільки реакція протікає швидко, а розчин при цьому не проникає глибоко в заготівлю. Додаткова обробка аміаком необхідна видалення кислоти, що утворюється у процесі вулканізації.
ТВЕРДА ГУМА
Вироби з твердої гуми відрізняються від виробів з м'якої гуми переважно кількістю сірки, що використовується при вулканізації. Коли кількість сірки у гумовій суміші перевищує 5%, в результаті вулканізації виходить тверда гума. Гумова суміш може містити до 47 частин сірки на 100 частин каучуку; при цьому виходить твердий і твердий продукт, який називається ебонітом, оскільки схожий на ебенове (чорне) дерево. Вироби з твердої гуми мають хороші діелектричні властивості і використовуються в електротехнічній промисловості як ізолятори, наприклад, у розподільних щитах, вилках, розетках, телефонах і акумуляторах. Виготовлені із застосуванням твердої гуми труби, клапани та арматура застосовуються в тих областях хімічної промисловостіде потрібна корозійна стійкість. Виготовлення дитячих іграшок – ще одна стаття споживання твердої гуми.
СИНТЕТИЧНИЙ КАУЧУК
Синтез каучуку, що відбувається у дереві, ніколи не виконувався у лабораторії. Синтетичні каучуки є еластичними матеріалами; вони подібні до натурального продукту за хімічними та фізичними властивостями, але відрізняються від нього структурою. Синтез аналога натурального каучуку (1,4-цис-поліізопрену та 1,4-цис-полібутадієну). Натуральний каучук, що отримується з бразильської гевеї, має структуру, що складається на 97,8% з 1,4-цис-поліізопрену:

Синтез 1,4-цис-поліізопрену проводився кількома різними шляхами з використанням каталізаторів, що регулюють стереоструктуру, і це дозволило налагодити виробництво різних синтетичних еластомерів. Каталізатор Циглера складається з триетилалюмінію та чотирихлористого титану; він змушує молекули ізопрену об'єднуватися (полімеризуватися) з утворенням гігантських молекул 1,4-цис-поліізопрену (полімеру). Аналогічно, металевий літій або алкіл- та алкіленлітієві сполуки, наприклад бутиллітій, служать каталізаторами полімеризації ізопрену в 1,4-цис-поліізопрен. Реакції полімеризації з цими каталізаторами проводять у розчині з використанням вуглеводнів нафти як розчинників. Синтетичний 1,4-цис-поліізопрен має властивості натурального каучуку і може використовуватися як його заступник у виробництві гумових виробів.
Див. такожПЛАСТМАСИ. Полібутадієн, що на 90-95% складається з 1,4-цис-ізомеру, також був синтезований за допомогою каталізаторів Циглеру, що регулюють стереоструктуру, наприклад триетилалюмінію і четырехиодистого титану. Інші регулюючі стереоструктуру каталізатори, наприклад, хлорид кобальту та алкілалюміній, також дають полібутадієн з високим (95%) вмістом 1,4-цис-ізомеру. Бутиллітій теж здатний полімеризувати бутадієн, проте дає полібутадієн з меншим (35-40%) вмістом 1,4-цис-ізомеру. 1,4-цис-полібутадієн має надзвичайно високу еластичність і може використовуватися як наповнювач натурального каучуку. Тіокол (полісульфідний каучук). У 1920, намагаючись отримати новий антифриз з етиленхлориду і полісульфіду натрію, Дж. Патрік натомість відкрив нову каучукоподібну речовину, названу ним тіоколом. Тіокол високостійкий до бензину та ароматичних розчинників. Він має хороші характеристики старіння, високий опір роздирання та низьку проникність для газів. Не будучи справжнім синтетичним каучуком, він знаходить застосування для виготовлення гум спеціального призначення.
Неопрен (поліхлоропрен).У 1931 році компанія "Дюпон" оголосила про створення каучукоподібного полімеру, або еластомеру, названого неопреном. Неопрен виготовляють з ацетилену, який, у свою чергу, одержують з вугілля, вапняку та води. Ацетилен спочатку полімеризують до вінілацетилену, з якого шляхом додавання хлороводневої кислоти виробляють хлоропрен. Далі хлоропрен полімеризують до неопрену. Крім маслостійкості неопрен має високу тепло- та хімічну стійкість і використовується у виробництві шлангів, труб, рукавичок, а також деталей машин, наприклад шестерень, прокладок та приводних ременів. Буна S (SBR, бутадієнстирольний каучук). Синтетичний каучук типу буна S, що позначається як SBR, виробляється у великих реакторах із сорочкою, або автоклавах, в які завантажують бутадієн, стирол, мило, воду, каталізатор (персульфат калію) та регулятор зростання ланцюга (меркаптан). Мило і вода служать для емульгування бутадієну та стиролу та приведення їх у близький контакт з каталізатором та регулятором зростання ланцюга. Вміст реактора нагрівається до приблизно 50° З перемішується протягом 12-14 год; за цей час внаслідок процесу полімеризації в реакторі утворюється каучук. латекс, Що Виходить, містить каучук у формі малих частинок і має вигляд молока, дуже нагадує натуральний латекс, здобутий з дерева. Латекс з реакторів обробляється переривником полімеризації для зупинення реакції та антиоксидантом для збереження каучуку. Потім він очищається від надлишку бутадієну та стиролу. Щоб відокремити (шляхом коагуляції) каучук від латексу, він обробляється розчином натрію хлориду (харчової солі) в кислоті або розчином сульфату алюмінію, які відокремлюють каучук у формі дрібної крихти. Далі крихта промивається, сушиться в печі та пресується у стоси. З усіх еластомерів SBR використовується найширше. Найбільше йде на виробництво автомобільних шин. Цей еластомер подібний до властивостей з натуральним каучуком. Він не маслостійкий і в більшості випадків виявляє низьку хімічну стійкість, але має високий опір удару та стирання.
Латекси для емульсійних фарб.Бутадієн-стирольні латекси широко використовуються в емульсійних фарбах, в яких латекс утворює суміш з пігментами звичайних фарб. У такому застосуванні вміст стиролу в латексі має перевищувати 60%.
Низькотемпературний маслонаповнений каучук.Низькотемпературний каучук - особливий типкаучуку SBR. Він виробляється при 5° З і забезпечує кращу зносостійкість шин, ніж стандартний SBR, отриманий при 50° З. Зносостійкість шин ще більше підвищується, якщо низькотемпературному каучуку надати високу ударну в'язкість. Для цього в базовий латекс додають деякі нафтові олії, які називаються нафтовими пом'якшувачами. Кількість масла, що додається, залежить від необхідного значення ударної в'язкості: чим воно вище, тим більше вводиться масла. Додана олія діє як пом'якшувач твердого каучуку. Інші властивості маслонаповненого низькотемпературного каучуку такі ж, як у звичайного низькотемпературного.
Буна N (NBR, бутадієнакрилонітрильний каучук).Разом з буна S в Німеччині був також розроблений маслостійкий тип синтетичного каучуку під назвою пербунан, або буна N. Основний компонент цього нітрильного каучуку - також бутадієн, який співполімеризується з акрилонітрилом по суті за тим самим механізмом, що і SBR. Сорти NBR відрізняються вмістом акрилонітрилу, кількість якого в полімері варіює від 15 до 40% залежно від призначення каучуку. Нітрильні каучуки маслостійкі в мірі, що відповідає вмісту в них акрилонітрилу. NBR використовувався у тих видах військового обладнання, де була потрібна маслостійкість, наприклад в шлангах, самоущільнюваних паливних елементах і конструкціях транспортних засобів.
Бутилкаучук.Бутилкаучук – ще один синтетичний каучук – був відкритий у 1940. Він чудовий своєю низькою газопроникністю; камера шини з цього матеріалу утримує повітря вдесятеро довше, ніж камера з натурального каучуку. Бутилкаучук виготовляють полімеризацією ізобутилену, одержуваного з нафти, з малою добавкою ізопрену при температурі -100° С. Ця полімеризація не є емульсійним процесом, а проводиться в органічному розчиннику, наприклад, метилхлориді. Властивості бутилкаучуку можуть бути сильно покращені термообробкою маткової суміші бутилкаучуку та газової сажі при температурі від 150 до 230° С. Нещодавно бутилкаучук знайшов нове застосування як матеріал для протекторів шин через його хороші ходові характеристики, відсутність шуму та чудового зчеплення з дорогою. Бутилкаучук несумісний із натуральним каучуком та SBR і, отже, не може бути змішаний з ними. Однак після хлорування до хлорбутилкаучуку він стає сумісним з натуральним каучуком та SBR. Хлорбутилкаучук зберігає низьку газопроникність. Ця властивість використовується при виготовленні змішаних продуктів хлорбутилкаучуку з натуральним каучуком або SBR, які служать для внутрішнього шару безкамерних шин.
Етиленпропіленовий каучук.Сополімери етилену та пропілену можуть бути отримані в широких діапазонах складів та молекулярних мас. Еластоміри, що містять 60-70% етилену, вулканізуються з пероксидами і дають вулканізат з добрими властивостями. Етиленпропіленовий каучук має чудову атмосферо- та озоностійкість, високу термо-, масло- та зносостійкість, але також і високу повітропроникність. Такий каучук виготовляється з дешевих сировинних матеріалів та знаходить численні застосування у промисловості. Найбільш широко застосовуваним типом етиленпропіленового каучуку є потрійний етиленпропіленовий каучук (з дієновим сомономером). Він використовується в основному для виготовлення оболонок проводів і кабелів, одношарової покрівлі та як присадка для мастил. Його мала щільність і чудова озоно-і атмосферостійкість зумовлюють його застосування як покрівельний матеріал.
Вістанекс.Вістанекс, або поліізобутилен, - полімер ізобутилену, також одержуваний при низьких температурах. Він подібний до каучуку за властивостями, але на відміну від каучуку є насиченим вуглеводнем і, отже, не може бути підданий вулканізації. Поліізобутилен озоностійок.
Корозив.Коросил, каучукоподібний матеріал, - це пластифікований полівінілхлорид, виготовлений з вінілхлориду, який, у свою чергу, одержують з ацетилену та хлороводневої кислоти. Корозив чудово стійкий до дії окислювачів, у тому числі озону, азотної та хромової кислот, і тому використовується для внутрішнього облицювання цистерн з метою захисту їх від корозії. Він непроникний для води, масел і газів і через це знаходить застосування як покриття для тканин та паперу. Каландрований матеріал використовується у виробництві плащів, душових фіранок та шпалер. Низьке водопоглинання, висока електрична міцність, негорючість та високий опір старінню роблять пластифікований полівінілхлорид придатним для виготовлення ізоляції проводів та кабелів.
Поліуретан.Клас еластомерів, відомих як поліуретани, знаходить застосування у виробництві піноматеріалів, клеїв, покриттів та формованих виробів. Виготовлення поліуретанів включає кілька стадій. Спочатку отримують складний поліефір реакцією дикарбонової кислоти, наприклад адипінової, з багатоатомним спиртом, зокрема етиленгліколем або діетиленгліколем Поліефір обробляють диізоціанатом, наприклад толуїлен-2,4-діізоціанатом або метилендифенілендіізоціанатом. Продукт цієї реакції обробляють водою та відповідним каталізатором, зокрема n-етилморфоліном, і отримують пружний або гнучкий пінополіуретан. Додаючи діізоціанат, одержують формовані вироби, у тому числі шини. Змінюючи співвідношення гліколю та дикарбонової кислоти у процесі виробництва складного поліефіру, можна виготовити поліуретани, які використовуються як клеї або переробляються у тверді чи гнучкі піноматеріали або формовані вироби. Пінополіуретани вогнестійкі, мають високу міцність на розтяг, дуже високий опір роздиранню та стирання. Вони виявляють винятково високу здатність і хороший опір старінню. Вулканізовані поліуретанові каучуки мають високу міцність на розтяг, опір стирання, роздирання та старіння. Було розроблено процес отримання поліуретанового каучуку на основі простого поліефіру. Такий каучук добре веде себе за низьких температур і стійкий до старіння.
Кремнійорганічний каучук.Кремнійорганічні каучуки не мають собі рівних за придатністю до експлуатації в широкому температурному інтервалі (від -73 до 315 ° С). Для вулканізованих кремнійорганічних каучуків було досягнуто міцності на розтяг близько 14 МПа. Їхній опір старінню та діелектричні характеристики також дуже високі.
Хайпалон (хлорсульфоетіленовий каучук).Цей еластомер хлорсульфонованого поліетилену одержують обробкою поліетилену хлором та двоокисом сірки. Вулканізований хайпалон надзвичайно озоно- та атмосферостійкий і має хорошу термо- та хімічну стійкість.
Фторвмісні еластомери.Еластомер кель-F - сополімер хлортрифторетилену та вініліденфториду. Цей каучук має хорошу термо- та маслостійкість. Він стійкий до дії корозійно-активних речовин, негорючий і придатний до експлуатації в інтервалі від -26 до 200 ° С. Вітон А і флюорел - сополімери гексафторпропілену та вініліденфториду. Ці еластомери відрізняються чудовою стійкістю до дії тепла, кисню, озону, атмосферних факторів та сонячного світла. Вони мають задовільні низькотемпературні характеристики і придатні до експлуатації до -21 ° С. Фторвмісні еластомери використовуються в тих додатках, де потрібна стійкість до дії тепла та масел.
Спеціалізовані еластомери.Виготовляються спеціалізовані еластомери із різноманітними фізичними властивостями. Багато хто з них дуже дорогий. Найбільш важливі з них - акрилатні каучуки, хлорсульфонований поліетилен, кополімери простих та складних ефірів, полімери на основі епіхлоргідрину, фторовані полімери та термопластичні блок-сополімери. Вони використовуються для виготовлення ущільнень, прокладок, шлангів, оболонок проводів та кабелів та клеїв.
Див. також

Дія галогенів

У процесі контакту натурального каучукуз галогенами поруч із приєднанням галогену із засобів подвійного зв'язку починається процес заміни водню з утворенням хлористого водою.

Хлорування натурального каучуку здійснюється шляхом пропускання хлору по розчину каучуку чотирихлористомвуглецю або при контакті каучуку з хлором під тиском. Хлорування відбувається після утворення ряду проміжних продуктів. Підсумковий продукт хлорування в чотирихлористомвуглецю є високомолекулярнимз'єднанням циклічної структури, зване хлоркаучуком. Цей насичений продукт є результатом приєднання хлору, заміщення хлором водню та циклізації.

Хлоркаучук легко розчиняємо у всіх розчинниках натурального каучуку, за винятком бензину. Розчини його мають майже таку ж в'язкість, як і розчини першоночальногокаучуку, отже, хлорування не призводить до помітного розриву макромолекул і зниження молекулярної маси. Зазвичай хлоркаучук одержують як у вигляді білого порошку так і прозорих плівок. При температурі близької до 70 ° С він розм'якшується, переходячи в м'який і еластичний стан, при 180 -200 ° С розкладається з утворенням хлору.

Будучи насиченою сполукою, хлоркаучук має відносно високою хімічною стійкістю: він стійкий до впливу кис лот , солей та лугів . Він використовується в процесі виготовлення різних фарб. антикорозійнихпокриттів та вогнетривів, а також є основою композиції для кріплення елементів з гуми до металевих поверхонь.

Хлорування синтетичних бутадієнового та бутадієнстирольного каучуків у розчині чотирихлористого вуглецю протікає в основному по подвійним зв'язкам і супроводжується зшиванням макромолекул.; циклізації у своїй майже спостерігається. Продукти часткового хлорування цих каучуків, що містять до 35% хлору, здатні вулканізуватися сіркою та оксидами металів з утворенням ненаповнених вулканізатів з міцністю при розтягуванні до 13 МПа (130 кгс/см 2 ). Граничний вміст хлору в продуктах хлорування бутадієн-стирольного каучуку становить 53%, а в продуктах хлорування бутадієнового каучуку 65-71%. Ці продукти відрізняються високою хімічною стійкістю.

Хлоруванням наіриту в дихлоретані або хлороформі отримують хлорнаїритіз вмістом 68% хлору, що відповідає формулі (C4H5CI3) п.Хлорнаїрит застосовується для виготовлення клеїв, що використовуються для кріплення гуми до металів у процесі вулканізації гумо-металевих виробів.

При взаємодії натурального каучуку з бромом на холоду відбувається приєднання брому за місцем подвійного зв'язку з утворенням диброміду каучуку - високомолекулярного з'єднання складу (С5Н 8 Вr 2)n. Ця реакція на практиці застосовується для кількісного визначеннякаучуку в сумішах з іншими речовинами. Дібромід порівняно нестійкий, при температурі вище 60 ° С настає розкладання.

При взаємодії натурального каучуку з йодом та фтором відбувається одночасно окиснення каучуку. Тільки в особливих умовах вдається отримати високомолекулярні продукти взаємодії з йодом і фтором, аналогічні диброміду.

Дія сірчаної кислоти та сульфатів

При дії на натуральний каучук сірчаної кислоти та сульфокислот утворюються так звані термопрени. Залежно від умов отримання, від кількості взятої кислоти можуть виходити термопрени різної твердості. Всі термопрени термопластичні, тобто здатні розм'якшуватися при нагріванні.

Деякі термопрени у вигляді клею застосовують для кріплення гуми до поверхні металу і дерева, при обкладанні поверхні металевої апаратури (гумування).

У хімічному процесіотримання термопрену користується нелеткі і більш рівномірно розподілені в каучуку сульфокислоти. Цей процес здійснюється змішуванням n-толуолсульфокислоти в кількості 8-9% з ізопреновим каучуком на каландрах, і подальшого розігріву отриманої суміші до температури близької до 140 ° С протягом 3кілька годин. Після закінчення термо обробки отриману суміш промивають на вальцях, тим самим видаляючи кислоти з подальшим сушінням отриманої речовини.

При утворенні термопренів відбувається циклізація каучуку внаслідок взаємодії сусідніх подвійних зв'язків. Склад термопрену наближається до формули (C 5 H 8)n, що вказує на те, що кислота не приєднується до каучуку, а викликає лише зміну його молекулярної структури, у своїй кількість подвійних зв'язків у молекулах зменшується майже 2—2,5 разу.

Термопрени розчиняються в тих же розчинниках, що й каучук.

В'язкість розчинів термопрену значно нижча за в'язкість розчинів вихідного каучуку, що вказує на зниження молекулярної маси під дією сульфокислот. Термопрени здатні вул-канізуватися сіркою, як і вихідний каучук, приєднують галогени і галогеноводи.

Синтетичний цис- 1,4-поліізопрен взаємодіє з сульфокислотами, при цьому відбувається циклізація з утворенням продуктів, які мають будову, аналогічну будові продуктів взаємодії натурального каучуку з сульфокислотами.

Окислення каучуків

Окислення - основна причина старіння каучуків та гуми, в результаті якого погіршуються їх фізико-механічні та технологічні властивості. Взаємодія каучуку з киснем має дуже істотне значення при проведенні низки технологічних процесів, таких як пластикація, вулканізація і регенерація, що призводять до зміни властивостей каучуку.

Продуктами окислення каучуків є як леткі, і нелеткі сполуки. У суміші легколетких продуктів реакції окиснення натурального каучуку виявлено: двоокис вуглецю, вода та водень, перекис водню, формальдегід. У летких продуктах окислення-бутадієнового каучуку - вода, формальдегід, мурашина кислота.

У продуктах окислення нелетючої природи кисень міститься у функціональних групах.

При окисненні каучуки можуть поглинати значну кількість кисню. Стало відомо, що натуральний каучук у процесі окиснення поглинає до 30% кисню.

Каучуковими клеяминазивають розчини каучуку або сумішей каучуку та синтетичних смол в органічних розчинниках. Сировиною для клеїв служить регенерована гума, бутадієн-стирольний, бутадієн-акрилонітрильний та поліхлоропреновий каучуки. В'язкі колоїдні розчини каучуків добре змочують поверхні, розподіляються по них тонким шаром і швидко переходять у гелеподібний стан, міцно утримуючи деталі, що з'єднуються без тривалого запресування.

Майже всі каучукові клеї дають еластичні клейові сполуки, що відрізняються повзучістю при статичних навантаженнях, тобто поступово деформуються в напрямку докладеного зусилля, що тривало діє. Однак ці з'єднання добре пручаються ударним навантаженням, вібрації, дії води та масел.

Одна з головних переваг каучукових клеїв- Простота застосування. Технологічний процес складається з нанесення клею, підсушування клейової плівки, з'єднання деталей, що склеюються, і повідомлення мінімального тиску для повного контакту поверхонь. Багато каучукових клеїв, звані контактними, взагалі не вимагають тиску (запресування). Затверджуються каучукові клеї як при нагріванні, так і при нормальній температурі, причому швидкість затвердіння (схоплювання) мінімальна, наприклад, наіритові клеї затверджуються за кілька годин.

Каучукові клеї, як правило, ділять на дві групи: вулканізуючіі невулканізуючі. До першої групи належать клеї, до складу яких крім каучуків входять вулканізуючі агенти. Після вулканізації, що протікає при підвищеній (до 150-155 ° С) або при нормальній температурі, ці клеї утворюють міцні, нерозчинні клейові прошарки. Щоб уникнути передчасної вулканізації клею, готують зазвичай два компоненти: один вводять прискорювач, а в інший вулканізуючі речовини. Змішують компоненти безпосередньо перед склеюванням.

Другу групу представляють розчини натурального або циклізованого каучуків, що утворюють при випаровуванні розчинника порівняно неміцні, але еластичні плівки клею.

Розчинниками каучуків при виготовленні клеїв зазвичай є аліфатичні, ароматичні та хлоровані вуглеводні. Найбільше застосування знайшов бензин «галошу».

Промислові підприємства отримують каучукові клеї у готовому для вживання вигляді – рідкому. Однак, деякі клеї необхідно додатково розводити до робочої концентрації (від 8 до 60%). До потрібної концентрації клей доводять поступовим (з перемішуванням) додаванням розчинника. Клеї, одержувані в сухому вигляді, наприклад Термопрен, спочатку подрібнюють, а потім замочують у подвійному або потрійному за вагою кількості розчинника. Після набухання (через 12-24 год) розчинник додають до необхідної концентрації. Готові клеї необхідно зберігати в посуді, що герметично закривається, в прохолодному приміщенні.

Міцність клейового з'єднання залежить від властивостей каучуків і смол-добавок, від якості підготовки поверхонь, що склеюються, і виду матеріалу, від товщини клейового прошарку, від повноти (суцільності) контакту, від точності дотримання технологічних прийомів.

Внаслідок того, що до складу каучукових клеїв входять бензин, ацетон, дихлоретан, бензол, вони горючі та токсичні. Тому при роботі з каучуковими клеями необхідно дотримуватись правил з охорони праці та пожежної безпеки. Поблизу робочого місця має бути вогнегасник і бажано - азбестове ковдру.

Універсального каучукового клею поки що не існує. Залежно від призначення та технології склеювання каучукові клеї ділять на такі групи: а) для склеювання гуми з гумою; б) для склеювання гуми з металами; в) для склеювання металів та неметалічних матеріалів.

а)Для склеювання гуми з гумою та гумово-тканинними матеріалами застосовують клеї, які здебільшого представляють розчини гумової суміші на основі акрилонітрильного каучуку в поєднанні з феноло-формальдегідними смолами та іншими каучуками (натуральним, поліхлоропреновим). Концентрація цих клеїв від 7 до 20%, в'язкість за віскозиметр ВЗ-1 15-50 сек. Розчинниками є бензол або суміші бензолу з ацетоном, дихлоретаном, бензином.

б)Для склеювання гум з металами найчастіше застосовують клей № 61, К-50, ВДУ-3, Термопрен та ін.

Для приклеювання холодним способом гумових деталей до незабарвленого або забарвленого нітролаком металу використовують клей № 61, тобто розчин гумової суміші № 61 в бензині.

Клей К-50 складається з рідкого тіокола та епоксидної смоли; перед вживанням до нього додають поліетиленполіамін. Використовують цей клей як підшар при склеюванні металів з тіоколовими герметиками.

Клей ВДУ-3 застосовують для кріплення акрилонітрильних та хлоропренових гум до металів. Він складається з суміші акрилонітрильних гум та феноло-формальдегідної смоли ВДУ, розчинених у бензолоацетоновій суміші або в суміші бензолу, толуолу, ацетону, та етилацетату.

Клей «Термопрен» складається з суміші натурального каучуку (100 ваг. ч.) та п-фенолсульфокислоти (7,5 ваг. ч.), підданих термообробці. Його готують, розчиняючи дрібні шматочки каучуку в суміші бензину і бензолу (2:1) до 9-11% концентрації. Клей застосовують для приклеювання тонких металевих пластиндо гум. Перед склеюванням поверхні металу та гуми обробляють наждачним папером та знежирюють. Щоб не утворилося окисної плівки, що перешкоджає склеюванню, відразу після зачистки металу наносять клей.

в)Для склеювання металів та неметалічних матеріалів (гум, пластмас, шкіри, деревини, бетону, скла та тканин) можуть бути застосовані клеї 88-Н, 88-НП, НТ, СН-57 та СН-58, ГЕН 150/В, КС- 1, Л-НТ. Найбільше застосування знайшли клеї 88-Н та ГЕН 150/В.

Клей 88-Н (наіритовий) - розчин гумової суміші та бутилфеноло-формальдегідної смоли марки 101 у суміші етилацетату та бензину «галоша» (2:1). Це рідина сірого кольору з жовтуватим відтінком, що містить 30% сухого залишку. Клей 88-Н повинен мати в'язкість 250-500 спз, витрата 200 г/м2 - для гуми, 400 г/м2 - для рулонних оздоблювальних матеріалів, 800 г/м2 - для бетону. Клей відрізняється великою швидкістюзатвердіння (схоплювання): через 4 год після склеювання з'єднання має робочу міцність. Клей 88-Н застосовують для склеювання при нормальній температурі гум з металами, деревом, склом, бетоном, а також для приклеювання пінополістиролу, шаруватих пластиків і рулонних оздоблювальних матеріалів до металів. Міцність на відрив з'єднання гуми зі сталлю становить 13-15 кг/см3. Клейова сполука характеризується високою водостійкістю, вібростійкістю. З'єднання не втрачає міцності при температурі від -40 до +60 ° С, але схильне до повзучості, старіння і нестійко по відношенню до нафтових олій та бензину. Термін зберігання клею при температурі до 20 ° С 3 місяці.

Більш високою стабільністю відрізняється клей 88-НП, що рекомендується переважно для кріплення гум до металів холодним способом. Виготовлений з наіриту НП, клей зберігає робочі властивості протягом 9 місяців. Його властивості та технологія такі ж, як і клеїв 88 та 88-Н.

Клей ГЕН-150/В складається із суміші бутадієнітрильного каучуку СКН-40 та смоли ВДУ. Виготовляють його у вигляді вальцьованих темно-коричневих листів (шкірок) завтовшки 2-4 мм. Перед вживанням шкірки нарізають дрібними шматочками і заливають сумішшю розчинників (ацетон 50 ваг. ч., бутилацетат 35 ваг. ч., толуол 15 вага. ч.). Після набухання клей розбавляють сумішшю розчинників до 20% концентрації. Життєздатність клею в сухому вигляді та в розчині не обмежена. Цим клеєм склеюють метали, гуми з металами, деревину, тканини, шкіру. Межа міцності клейового з'єднання при відриві досягає 80-100 кг/см2. З'єднання стійки до бензину, олій, води і можуть працювати при температурі від -70 до +150 °С, короткочасно при +200 °С. Клей наносять у два шари (витрата 100 г/м²), підсушують кожен шар протягом 45-60 хв, з'єднують поверхні, що склеюються під тиском 3-5 кг/см² і отверждают з'єднання при 143 °С протягом 45 хв. Завдяки хорошим експлуатаційним якостям клей ГЕН-150/В застосовують при ремонті двигунів внутрішнього згоряння, для посадки підшипників, відновлення натягів та ін.

Каучукові клеї знайшли широке застосуванняу будівництві, особливо для кріплення різних облицювальних матеріалів та термоакустичної ізоляції. Наіритові клеї використовують, наприклад, для кріплення листів гуми до внутрішніх поверхонь цистерн та ємностей з агресивними рідинами. Швидкосхоплюючий клей НІТХІ-62, створений на основі наіриту НТ з добавкою індено-кумаронової смоли, зміцнює гумові, тканинні та інші матеріали до основи з плит та бетону.

Каучуковими клеями замінюють цементні розчини при кріпленні керамічних плиток. Еластичність гумових клеїв компенсує зміну розмірів плиток, що відбувається внаслідок температурних коливань та поглинання вологи, тому розтріскування та відставання плиток від основи виключається.

Серед каучукових клеїв останнім часом набули поширення так звані контактні клеї, що виготовляються переважно з поліхлоропренового каучуку, синтетичної смоли та розчинника.

Поліхлоропренові контактні клеї відрізняються високою тепло- та вологостійкістю, зберігають еластичність та адгезію в найбільш несприятливих атмосферних умовах. Еластичність клейових прошарків допускає велику різницю термічних деформацій склеєних матеріалів, що особливо важливо при склеюванні металів та пластмас, коефіцієнти лінійного розширення яких різні. Залежно від в'язкості суміші та швидкості висихання розчинника контактні клеї наносять на поверхні пензлем, накаткою, видавлюванням, розпорошенням, поливом та іншими способами. Розпилення забезпечує швидке нанесення клею та випаровування розчинників, найбільшу однорідність та економічність покриття, найменше поглинання клею пористими поверхнями та Краща якістьсклеювання. 1 л контактного клею покриває при розпиленні 7-8 м ² поверхні металу або 4-5 м ² поверхні деревини.

Контактні клеї зберігають здатність клеїти приблизно протягом 12 год з моменту їх нанесення. Якщо покриті клеєм поверхні виявилися незамкнутими, здатність, що клеїть, можна відновити навіть через місяць (але не більше), обробляючи клейовий шар розчинником або нагріваючи його до температури 120 °С і вище. Сполуки на контактних клеях, у тому числі модифікованих феноло-формальдегідними смолами, зберігають міцність протягом багатьох років в умовах вогкості, температурних коливань та інших впливів.

Цікава особливість контактних клеїв: перебуваючи в еластичному стані, вони, на перший погляд, не можуть змочувати другу поверхню, що прикладається. У зв'язку з цим факт міцного склеювання вступає у протиріччя з основним становищем теорії адгезії, який стверджує, що міцне склеювання досягається лише при більш повному змочуванні. Пояснити цю суперечність можна тим, що макромолекули високоеластичного полімерного компонента контактних клеїв мають дуже велику рухливість, яка наближає їх властивості до властивостей рідини, так що зіткнення під тиском представляє в деякому сенсі з'єднання з рідкою фазою.

Контактні клеї використовують для кріплення шаруватих пластиків, лінолеуму, рулонних оздоблювальних матеріалів до дерев'яної або металевої основи, а також при облицюванні пластиками бетонних поверхонь, у тому числі стін плавальних басейнів та резервуарів для зберігання олії, палива. Велика швидкістьзатвердіння (схоплюваність) контактних клеїв підвищує продуктивність праці в 5-8 разів як за рахунок високої швидкості облицювання, так і за рахунок простоти пристосувань. Наприклад, при приклеюванні рулонного пластику досить короткочасного притиску ручним гумовим валиком.

Все ширше застосування знаходять клеї на основі латексів каучукових. Їх використовують для склеювання гум із металами, особливо в тих випадках, коли необхідно наносити клей на великі поверхні. До складу клею, крім латексу, входять альбумін, сірка, окис цинку, водний розчинвапна, меркаптобензотіазол і формалін (для підвищення водостійкості клейових прошарків).

Для склеювання на попередньо очищену поверхню металу наносять 1-2 шари клею загальною товщиною 2-3 мм. Кожен шар просушують при 65-70 ° С протягом 0,5-1 години, після чого металеву деталь витримують 30-60 хв при 100-120 °С. Після охолодження накладають гумову суміш і деталь надходить на вулканізацію.

Іноді латекси можуть бути використані у складі клеїв для з'єднання кольорових металів. Наприклад, для склеювання міді застосовують бутадіенакрилонітрильний латекс (80 ваг. ч.) у суміші з крезоло-формальдегідною смолою (100 ваг. ч.). У клей додають 15 вагу. год. мурашиної кислотиі суміш розбавляють метилетилкетоном (800 ваг. ч.). Співвідношення акрилонітрилу та бутадієну в латексі 25:75.

У технологічному відношенні латексні клеї зручніші, ніж розчини каучуків, менш вогненебезпечні, порівняно дешеві.

Особливу групу утворюють латексцементні клеї, що є сумішшю латексів, цементу, наповнювача, стабілізатора і води. Для цих клеїв використовують бутадієнстирольні латекси СКС-30-ШР, СКС-50-ГП, СКС-65-ГП, наірит, полівінілацетатну емульсію, казеїн, портландцемент, мелений азбест або пісок.

Клеї готують дома роботи, змішуючи стабілізований латекс з цементом чи сумішшю цементу з наповнювачем. на 1 вагу. ч. латексу беруть 1-2 вагу. ч. цементу. Приготований склад наносять на поверхню за допомогою кельми, шпателя тощо. Товщина клейового шва в залежності від виду поверхні від 1 до 5 мм. Вологість матеріалів, що склеюються, не має істотного значення, але краще наносити клей на сухі, а також очищені від пилу і масел поверхні. Склеювання відбувається при нормальній температурі, причому за добу міцність з'єднання досягає 30%, а за 4-7 діб – 100%. При зниженні температури наростання міцності сповільнюється, а за підвищення - прискорюється. Якщо температура повітря перевищує 40 °С, вода з клею швидко випаровується, що призводить до зниження міцності склеювання. Експлуатація при підвищеній температурі знижує міцність клею внаслідок старіння каучуку, але меншою мірою, ніж у чисто каучуковому клеї. Цінною властивістю латексцементних клеїв є незаймистість і відсутність токсичності.

Сполуки на латексцементних клеях відрізняються еластичністю, міцністю, водонепроникністю. Можливість надійного зчеплення цих клеїв з різними матеріалами - керамікою, склом, бетоном, дозволяє застосовувати їх у різних будівельних роботахдля приклеювання облицювальних плиток, склоблоків, ремонту бетонних поверхонь, нанесення захисних гідроізоляційних та декоративних покриттів, ущільнення швів.