Подробное описание

Слово «каучук» происходит от двух слов языка индейцев, населявших берега Амазонки: «кау» – дерево, «учу» – плакать, течь. «Каучу» – сок гевеи, первого и самого главного каучуконоса. Европейцы к этому слову прибавили всего одну букву.         Каучуки - группа промышленных полимеров, переработкой которых получают резину. Отличительная особенность каучука - способность к большим обратимым (так называемым высокоэластическим) деформациям при обычных и пониженных температурах.         Натуральный каучук, полимер растительного происхождения, вулканизацией которого получают резину.         Натуральный каучук относится к группе эластомеров - высокомолекулярных соединений, обладающих способностью к большим обратимым деформациям при комнатной и более низких температурах. Натуральный каучук содержится в млечном соке (латексе) каучуконосных растений; отдельные включения каучука имеются также в клетках коры и листьев этих растений. Добывают натуральный каучук главным образом из латекса бразильской гевеи, которая произрастает на плантациях в тропических странах.         Натуральный каучук – аморфное, способно кристаллизоваться твёрдое тело. Он не набухает и не растворяется в воде, спирте, ацетоне и ряде других жидкостей. Набухая и затем, растворяясь в жирных и ароматических углеводородах (бензине, бензоле, эфире и других) и их производных, каучук образует коллоидные (клееобразные) растворы, широко используемые в технике.         Натуральный (природный) каучук - это высокомолекулярный непредельный углеводород элементарного состава (С5Н8)n. Каучук натуральный содержит также 2,2—3,8% белков и аминокислот, 1,5—4,0% веществ, извлекаемых ацетоном (так называемый ацетоновый экстракт — олеиновая, стеариновая, линолевая кислоты, каротин и др.), соединения металлов переменной валентности — меди (до 0,0008%), марганца (до 0,001%), железа (до 0,01%), песок и некоторые др. примеси.         Молекула натурального каучука состоит из нескольких тысяч исходных химических групп (звеньев), соединённых друг с другом и находящихся в непрерывном колебательно-вращательном движении. Такая молекула похожа на спутанный клубок, в котором составляющие его нити местами образуют правильно ориентированные участки.         Строение макромолекулы каучука обеспечивает его высокую эластичность - наиболее важное техническое свойство. Каучук обладает поразительной способностью обратимо растягиваться до 900% первоначальной длины.         В соответствии с «Международным стандартом по качеству и упаковке натурального каучука» (1969) каучук натуральный подразделяют на 8 международных типов, включающих 35 международных сортов. Основные типы натурального каучука — рифлёный смокед-шит (продукт светло-янтарного цвета — «копчёный лист») и светлый креп (продукт светло-кремового цвета, перед выделением которого в латекс вводят специальные отбеливающие вещества, например бисульфит натрия; натуральный каучук этого типа копчению не подвергают). Качество натурального каучука международных типов и сортов оценивают на основании внешнего осмотра и сравнения с эталоном. Существует также классификация натурального каучука по техническим стандартам, в которых регламентируется содержание примесей в каучуке. Наряду с натуральным каучуком общего назначения выпускают каучуки специальных типов, например с улучшенными технологическими или механическими свойствами, изготовляемые в порошкообразной выпускной форме, и др. Ведутся обширные опытные и исследовательские работы как в направлении улучшения качества натурального каучука, так и повышения продуктивности каучуконосов.         Основная область применения натурального каучука — производство шин. Его используют также в производстве резинотехнических изделий (транспортёрные ленты, приводные ремни, амортизаторы, уплотнители), электроизоляционных материалов, резиновых изделий народного потребления, при изготовлении резиновых клеев. Некоторое количество натурального каучука используют в виде латекса. Благодаря созданию стереорегулярных синтетических каучуков, а также широкого ассортимента синтетических каучуков специального назначения, потребление натурального каучука в некоторых отраслях промышленности сокращается.         Разновидностью каучука является менее эластичная гуттаперча, или балата. Она добывается из латекса растущего в Малайзии дерева – бересклета. Гуттаперча не эластична. Причина этого в различном пространственном строении макромолекул этих природных полимеров. В макромолекуле натурального каучука участки ее цепи у каждой кратной связи находятся в цис-положении, а в макромолекуле гуттаперчи они находятся в транс-положении.         Гуттаперча использовалась до 1933 года для изоляции морских кабелей; не нашла широкого применения, но она применяется для производства жевательных резинок, в зубоврачебной практике (как материал для пломб), в производстве мячей для гольфа.         Синтетические каучуки - синтетические полимеры, которые, подобно каучуку натуральному, могут быть переработаны в резину путем вулканизации.         Все синтетические каучуки делят обычно на каучуки общего и специального назначения. Первые применяют в производстве изделий, в которых реализуется основное свойство резин - высокая эластичность при обычных температурах (шины, транспортёрные ленты, обувь и др.), вторые - в производстве таких изделий, которые должны обладать стойкостью к действию растворителей, масел, кислорода, озона, тепло- и морозостойкостью и др. специфическими свойствами.         Классификация синтетических каучуков по областям их применения в известной мере условна, т. к. многие каучуки обладают комплексом свойств, позволяющим применять их как каучуки общего и специального назначения.         Особые группы синтетических каучуков: водные дисперсии каучуков (латексы); жидкие каучуки (олигомеры, отверждающиеся с образованием резиноподобных материалов); наполненные каучуки (смеси синтетического каучука с наполнителями или пластификаторами, изготовляемые при получении синтетического каучука).         Синтетический каучук в промышленном масштабе впервые получен в 1931 году в СССР по способу С.В.Лебедева. На полузаводской установке было получено 260 кг синтетического каучука из дивинила, а в 1932 году впервые в мире осуществлен его промышленный синтез. В Германии каучук был синтезирован в 1936-1937 годах, а в США - в 1942 году.

«Я не слышал, что вы сказали. Но я совершенно с вами не согласен»         В 1928 году советская пресса сообщила о создании в России С. Лебедевым искусственного синтетического каучука. Т. Эдисон откликнулся на это так: «Известие о том, – писал он, – что Советскому Союзу удалось получить синтетический каучук, невероятно. Этого никак нельзя сделать. Скажу больше – все сообщение ложь». Впрочем, такая реакция лишь рельефнее оттеняет значение открытия, сделанного С. Лебедевым. Он действительно превысил «полномочия» науки того времени, пройдя через невозможное.

Сырьем для получения синтетического каучука послужил этиловый спирт, разработано получение бутадиена из бутана через каталитическое дегидрирование последнего.         Мономерами для синтетического каучука служат преимущественно сопряженные диеновые углеводороды: дивинил, изопрен, хлоропрен, полимеризующиеся по радикальному или ионному механизму. Для улучшения технических свойств каучука диены часто полимеризуют совместно с мономерами, содержащими активный винильный остаток (например, с акрилонитратом, со стиролом).         Изопрен в присутствии металлоорганических комплексов легко превращается в синтетический каучук, физико-механические свойства которого подобны свойствам натурального.         Сополимерные каучуки имеют наибольшее техническое применение. К ним относятся бутадиен-стирольный каучук, получаемый сополимеризацией 1,3-бутадиена и стирола. Резина из него используется для изготовления самых разнообразных изделий, но главным образом автомобильных покрышек и камер к ним.         Бутадиен-нитрилакриловый каучук - это синтетический каучук, продукт совместной полимеризации бутадиена с нитрилом акриловой кислоты (СН2=СНСN). Используется главным образом в производстве бензино- и маслостойких изделий.         Бутадиеновый каучук (СН2=СН—СН=СН2) - это синтетический каучук, получаемый полимеризацией бутадиена. По некоторым свойствам, например прочности в сажевых смесях, не уступает природному, по другим, например клеящей способности , не заменяет его.         Бутилкаучук - это синтетический каучук, продукт совместной полимеризации изобутилена, содержащегося в газах крекинга нефти) с изопреном (монометр природного каучука) в присутствии фтористого бора при низких температурах. Резина из бутилкаучука применяется главным образом в производстве камер для автомобильных шин.         Один из видов синтетического каучука получают из ацетилена. При полимеризации ацетилена образуется винилацетилен СН3С-СН=СН2. Винилацетилен присоединяет молекулу хлористого водорода, при этом получается 2-хлорбутадиен-1,3 (хлоропрен).         Хлоропрен - бесцветная жидкость, кипящая при 590С. Он самопроизвольно весьма легко полимеризуется, образуя сначала пластическую массу, сходную с невулканизированным каучуком, а в дальнейшем - твердый продукт (вулканизация без серы).         Хлоропреновый каучук благодаря своей негорючести, термостойкости, светостойкости, а также устойчивости к воздействию масел находит широкое применение в производстве резинотехнических изделий: конвейерных лент, ремней, рукавов, шлангов, водолазных костюмов, электроизоляционных материалов. Из CR изготовляют также оболочки проводов и кабелей, защитные покрытия. Важное промышленное значение имеют клеи из CR и хлоропреновые латексы.         Каучуки на основе кремнийорганических соединений отличаются сохранением эластических свойств как при низких, так и при высоких температурах; каучуки на основе фторорганических соединений сочетают высокую термостойкость с почти абсолютной химической устойчивостью; каучуки, полученные сополимеризацией дивинила с акрилонитрилом, хорошо выдерживают действие бензина и других нефтепродуктов.         Натуральный и синтетический каучуки не могут быть непосредственно использованы для химических целей вследствие термической нестойкости, непрочности к стиранию и способности к набуханию и растворению в органических растворителях.         Народнохозяйственное значение каучука (являющегося основной составной частью резины) очень велико. Громадные и все возрастающие количества каучука потребляют автомобильная, авиационная и тракторная промышленность. Большое количество его идет на изготовление приводных ремней и транспортных лент, шлангов и рукавов, электроизоляционных изделий, прорезиненных тканей, изделий широкого потребления (обувь, спортивные товары, игрушки), изделий санитарии и гигиены и многое другое.

   Латексы

Латекс натуральный (от лат. latex - жидкость, сок) - млечный сок каучуконосных растений. Плантации гевеи бразильской (Hevea brasiliensis) - главный промышленный источник натурального латекса, представляющего собой водную дисперсию глобул натурального каучука, содержащую также белки, соли и др. Наибольшее промышленное значение имеет латекс бразильской гевеи, из которого выделяют каучук натуральный.         Для предотвращения коагуляции и гниения в натуральном латексе, извлекаемый путем надреза коры дерева (так называемой подсочки), вводят до 0,8% NH3, а также 0,2% пентахлорфенолята Na, 0-25% буры и др. Большое содержание NH3 затрудняет переработку, поэтому для некоторых целей выпускают низкоаммиачные (до 0,2% NH3) сорта натурального латекса с добавками 0,05% тетраметилтиурамдисульфида или диэтилдитиокарбамата Na и 0,03% ZnO.         Латекс натуральный иногда подвергают вулканизации (2-3 ч, 70 0С, в присутствии серы, ультраускорителя, например, диметилдитиокарбамата Zn или Na, и ZnO). Такой латекс, называют вультекс, перерабатывают, не применяя вулканизации.         В небольших количествах производится химически модифицированный, например, карбоксилированный латекс натуральный.         Для транспортировки и переработки латекс концентрируют, в основном центрифугированием (около 90% всего товарного количества), сливкоотделением, а также упариванием. Перед переработкой в латекс вводят вулканизующие агенты, противостарители, регуляторы устойчивости и вязкости и другие ингредиенты в виде водных дисперсий и растворов. Основные методы переработки в изделия - макание, ионное отложение, желатинирование, термосенсибилизация - включают формирование каучукового геля в тонком слое или в объеме, сушку и вулканизацию.         Из латекса натурального получают натуральный каучук, готовят тонкослойные "маканыe" (в т. ч. медицинские) и губчатые изделия, нити, клеи и др. При получении и переработке Латекса энергозатраты и загрязнение среды обитания минимальны.         Синтетические латексы - водные дисперсии синтетических каучуков, образующиеся в результате эмульсионной полимеризации. К синтетическим латексам относят также дисперсии пластиков, например поливинилхлорида, поливинилацетата. Искусственные латексы (искусственные дисперсии) - продукты, которые образуются при диспергировании "готовых" полимеров в воде. Как правило, такие латексы получают из каучуков, синтезируемых полимеризацией в растворе, например бутилкаучука, изопреновых каучуков. Образующийся в процессе синтеза раствор каучука в углеводороде эмульгируют в воде, а затем углеводород отгоняют.         Латекс состоит из мельчайших частичек жидкости, твёрдых частиц и других примесей. Только около 33% латекса составляет каучук, 66% вода и около 1% другие вещества.         Области применения латексов чрезвычайно разнообразны вследствие высокой технико-экономической эффективности их использования в различных отраслях промышленности. Применение латексов позволяет получать такие изделия, которые из твёрдых каучуков вообще не могут быть изготовлены, например тонкостенные бесшовные. На основе латексов изготовляют клеи и краски, не содержащие токсичных и пожароопасных растворителей. Применение латексов в производстве бумаги способствует повышению её прочности, гибкости, влаго- и маслостойкости и улучшению внешнего вида. Латексы используют также для аппретирования текстильных материалов; для пропитки шинного корда; при изготовлении прошивных ковров, ворсовых тканей, искусственного меха с целью закрепления ворса и лучшего сохранения формы изделий из этих материалов; в качестве связующего при изготовлении нетканых материалов; для отделки натуральной и при получении искусственной кожи. Широкое применение латексы находят в строительстве при изготовлении полимерцементов, настилов для полов, дорожных покрытий, герметиков. Латексы вводят в состав композиций, применяемых для защиты почвы от ветровой эрозии. На основе латексов получают антикоррозионные покрытия и т.д. Наибольшее значение в современной технологической практике имеют синтетические латексы благодаря их широкому ассортименту и разнообразию свойств.         Латексные изделия, резиновые изделия, которые получают из водных дисперсий каучуков (латексов).         Технологический процесс получения латексных изделий включает следующие основные стадии:         1) приготовление латексной смеси, в состав которой, кроме обычных ингредиентов резиновой смеси, входят поверхностно-активные вещества (применяемые для облегчения диспергирования ингредиентов в латексе и придания смеси устойчивости при хранении), а также загустители, антисептики, пеногасители и др.;         2) получение полуфабриката латексного изделия - геля;         3) уплотнение (синерезис) геля, сушка и вулканизация латексного изделия.

   Резины

Резина (от лат. resina «смола») — эластичный материал, получаемый вулканизацией каучука.         По степени вулканизации резины разделяются на мягкие, полутвердые и твердые (эбонит).         Резину изготавливают с помощью вулканизации. Вулканизация - технологический процесс резинового производства, при котором пластичный «сырой» каучук превращается в резину.         Каучук применяется для изготовления резины. Для этого составляют так называемую резиновую смесь, в которую кроме каучука вводят еще целый ряд ингредиентов, каждый из которых имеет определенное название. Первый из них является вулканизирующим агентом (чаще всего мера). В результате вулканизации каучук превращается в прочную, эластичную, упругую массу - резину.         В результате вулканизации молекулы каучука «сливаются» между собой дисульфидными мостиками в одну трехмерную макромолекулу, и образуется пространственный полимер - резина.         Каучуки, вулканизированные только в смеси с вулканизирующими агентами, не обладают необходимыми для различных целей жесткостью, сопротивлением растяжению, истиранию и разрыву. Эти свойства можно придать каучуку, добавляя в резиновую смесь наполнители.         С целью предупреждения «старения» каучука, т.е. потери каучуком эластичности и других ценных свойств, в резиновую смесь вводят различные стабилизаторы - антиокислители (например, фенил-в-нафтиламин). Чтобы ускорить процесс вулканизации, в резиновую смесь вводят небольшие количества органических соединений, которые называют ускорителями (меркаптобензтиазол, дифенилгуанидин и др.). Оказалось, что наиболее эффективного использования ускорителей вулканизации необходимо присутствие некоторых других химических веществ (обычно смесей металлов), наиболее эффективно в присутствии растворимых в каучуке мыл (солей жирных кислот), которые могут образоваться в процессе вулканизации.         Ингредиенты резиновых смесей: главное - это каучук; ускорители процесса вулканизации (дифенилгуанидин, дитио-бис-бензтиазол (альтакс), тетраметилтиурамдисульфид (тиурам), маркаптобензотиавзол (каптакс); мягчители (дибутилфталат, жирные кислоты, вазелин, сосновая смола, рубракс, парафин); противостарители (фенолы, воск, фенил-в-нафтиламин); активные наполнители (сажа, двуокись кремния, цинковые белила, каолин); красители. Ингредиенты улучшают технологические свойства резиновых смесей и повышают качество получаемых изделий.         Основное отличие резины от др. полимерных материалов — способность к большим обратимым, так называемым высокоэластическим, деформациям в широком интервале температур, включающем комнатную и более низкие температуры. Необратимая, или пластическая, составляющая деформации резины намного меньше, чем у каучука, поскольку макромолекулы последнего соединены в резине поперечными химическими связями (так называемая вулканизационная сетка). Резина превосходит каучук по прочностным свойствам, тепло- и морозостойкости, устойчивости к действию агрессивных сред и др.         Области применения         Резиновая промышленность — один из важнейших поставщиков комплектующих деталей и изделий для многих отраслей народного хозяйства. Резина — незаменимый материал в производстве шин, различных амортизаторов и уплотнителей; её применяют также для изготовления конвейерных лент, приводных ремней, рукавов, разнообразных изделий бытового назначения, в частности обуви. Из резины изготовляют изоляцию кабелей, эластичные электропроводящие покрытия, протезы (например, искусственные клапаны сердца), детали наркозных аппаратов, катетеры, трубки для переливания крови и многое др.         Резинотехнические изделия подразделяют обычно на следующие основные группы: формовые резинотехнические изделия; не формовые резинотехнические изделия; транспортёрные ленты; ремни; рукава. Для производства резинотехнических изделий используют практически все каучуки общего и специального назначения.         Производство резиновых изделий состоит из трех основных стадий: приготовления сырой резиновой смеси, формования изделия и его вулканизации.         Приготовление сырых резиновых смесей включает операции:             — одготовка каучука и ингредиентов (развеска, дозировка, прорезинивание тканей, раскрой, получение заготовок и т.п.);             — приготовление сырой резиновой смеси (смешение);             — листование полученных смесей.

Случайность, ставшая открытием         В 1844 году изобретатель Чарльз Гудийр (Charles Goodyear) случайно открыл рецепт изготовления резины, которая не размягчается в жару и не становится хрупкой на морозе. Новая технология получила название вулканизации. Гудийр, многие годы безуспешно пытавшийся улучшить качество резины, в ту пору крайне капризного и неудобного материала, однажды случайно нагрел смесь каучука и серы на кухонной плите. Открытие процесса вулканизации резины стало толчком для развития электропромышленности, так как резина является прекрасным изоляционным материалом.