Целта на урока: да запознае учениците със структурата, свойствата и употребата на каучук, да създаде условия за развитие на способността за самостоятелно придобиване на знания, използвайки различни източници на информация, да развие опит в творчески дейности, да култивира интерес към история на химията, чувство за патриотизъм, гордост от руските учени, да развият способността на учениците да провеждат експерименти с изследователски характер, да анализират резултатите, да формират изводи и обобщения.
Напредък на урока
За работа в клас учениците се разделят на групи, всяка от които получава конкретна задача по темата на урока.
Тази история започва от времето на Великите географски открития. Когато Колумб се върна в Испания, той донесе много чудеса от Новия свят. Една от тях беше еластична топка, изработена от „дървесна смола“, която се отличаваше с невероятна способност за скачане. Индийците правели такива топки от белия сок на растението Hevea, което расте по бреговете на Амазонка. Този сок потъмня и се втвърди на въздуха. Топките се смятаха за свещени и се използваха в религиозни церемонии. Племената на маите и ацтеките са имали религиозна игра - отборна игра, използваща тях, напомняща на баскетбол. Отборът победител получавал най-високи почести – членовете му били отрязвани главите и принасяни в жертва на божеството. Впоследствие испанците се влюбват в играта с топки, донесени от Южна Америка. Индийската игра, която те модифицираха, служи като прототип на съвременния футбол. Индианците наричали сока от хевея „каучу” – сълзите на млечното дърво („кау” – дърво, „учу” – тече, плаче). От тази дума се формира съвременното наименование на материала - гума. Освен еластични топки индианците изработвали от каучук непроницаеми тъкани, обувки, съдове за вода, както и топки с ярки цветове - детски играчки.
Домашен експеримент за група №1:
„Получаване на каучук от листата на фикус.“
Оборудване: епруветки, скалпел, предметно стъкло, спиртна лампа, кибрит, щипка за тигел, стъклена пръчка, 5% разтвор на амоняк, разреден разтвор на калиев перманганат, 5% оцетна киселина, етанол, кристали калциев сулфат, дестилирана вода, бромна вода, бензин, толуен, листа от фикус.
Напредък на експеримента:Стайното растение е фикус, сокът му съдържа до 17,5% полиизопрен.
Опит No1. Съберете листа от фикус. Направете разрез на листата на фикуса и съберете млечния сок с памучен тампон, навлажнен с разтвор на амоняк, в епруветка. Добавете разтвора на оцетна киселина към епруветката и разклатете добре. Наблюдавайте отделянето на люспи, които са естествен каучук. Нанесете млечен сок от листата на фикус върху предметно стъкло и го затоплете. Образува се филм от естествен каучук.
Опит No2. Съберете сока от листата на фикуса в епруветка, добавете малко дестилирана вода и 0,5 g кристален калциев сулфат (или амониев сулфат). След разбъркване на сместа и добавяне на етанол към нея, на повърхността на разтвора се образуват гумени люспи. За да съберете каучук, използвайте стъклена пръчка и прехвърлете люспите в епруветка с малки количества различни разтворители: бензин, толуен. какво наблюдаваш
Опит No3. Разделете един от каучуковите разтвори на две части и последователно добавете бромна вода или разтвор на калиев перманганат към една от тях. Обезцветяването на оцветените разтвори показва наличието на множество връзки в молекулите на изолираната проба от сок от фикус. Внимателно изпарете другата част от каучуковия разтвор върху часовниково стъкло. След отстраняване на разтворителя върху стъклото ще остане филм от гума, който може леко да се разтегне, за да се демонстрира еластичност. Сравнете с филма, получен в експеримент №1.
Обобщете вашите наблюдения за свойствата на веществото, изолирано от сок от фикус. Към кой клас съединения принадлежи? Подгответе презентация въз основа на резултатите от експеримента ( Приложение 1).
В Европа те забравиха за южноамериканското любопитство до 18 век, когато членове на френска експедиция в Южна Америка откриха дърво, излъчващо невероятна втвърдяваща се във въздуха смола, която получи името „каучук“ (на латински смола). През 1738 г. френският изследовател К. Кондамин представя в Парижката академия на науките проби от каучук, продукти от него и описание на методите за добив в Южна Америка. Оттогава започна търсенето на възможни начини за използване на това вещество. И след 1823 г., когато шотландецът К. Макинтош излезе с идеята да постави тънък слой гума между две парчета плат, започна истински „гумен бум“. Водоустойчивите дъждобрани, изработени от тази тъкан, които започнаха да се наричат "макинтоши" в чест на техния създател, станаха широко разпространени. Приблизително по същото време в Америка стана модерно да се носят тромави индийски гумени обувки - галоши - върху ботуши в дъждовно време.
Експеримент за група № 2:
„Връзката на каучука и каучука с разтворителите.“
Оборудване: епруветки със запушалки, гумени проби, бензин, керосин, толуен.
Ход на опита: Налейте 3-4 ml бензин, керосин и толуол в епруветки. Поставете парчета гума в епруветки. Затворете епруветките и ги наблюдавайте до края на урока. Сравнете поведението на каучука и каучука в органични разтворители. Защо каучукът не се разтваря при същите условия като каучука? (Резултати от изследването: каучукът се разтваря в органични разтворители, образувайки вискозна течност (каучуково лепило), а парчетата каучук са леко подути, но не променят формата си).
Каучуковите изделия добиха огромна, макар и краткотрайна популярност в Европа и Северна Америка, след като англичанинът Чафи изобрети гумирана тъкан. Той разтваря суров каучук в терпентин, добавя сажди и с помощта на специално проектирана машина нанася тънък слой от сместа върху тъканта. От такъв материал са направени не само дрехи, обувки и шапки, но и покривите на къщи и микробуси. Продуктите от гумирана тъкан обаче имаха голям недостатък. Факт е, че еластичността на каучука се проявява само в малък температурен диапазон, така че при студено време гумените продукти се втвърдяват и могат да се напукат, а през лятото омекват, превръщайки се в лепкава, воняща маса. Ентусиазмът за новия материал бързо избледня. И когато един ден имаше горещо лято в Северна Америка, настъпи криза в каучуковата промишленост - всички продукти се превърнаха в отвратително миришещо желе. Фирмите за каучук фалираха.
Експеримент за група №3:
„Връзка на каучука и каучука с топлината.“
Оборудване: водна баня (T=100 0 C), щипка за тигел или пинсета, тънки гумени ивици.
Процедура на експеримента: Поставете тънка лента от естествен каучук и лента от каучук със същия размер във вряща вода за 5 минути. С помощта на клещи за тигел отстранете лента от гума и бързо я разтегнете. Направете същото с гумената лента. Гумата се разтяга силно в резултат на омекване, губейки своята еластичност, докато гумата не показва никаква промяна. Гумата е термопластична, гумата не е. Каучукът се характеризира с по-голяма термична устойчивост в сравнение с гумата. Как можем да обясним различното отношение на каучука и каучука към топлината?
И всички щяха да забравят за макинтошите и галошите, ако не беше американецът Чарлз Нелсън Гудиър, който искрено вярваше, че от гума може да се създаде добър материал. Той посвети няколко години на тази идея и похарчи всичките си спестявания. Съвременниците му се смееха: „Ако видите човек в гумено палто, гумени ботуши, гумена шапка и гумен портфейл, а в портфейла няма нито един цент, можете да сте сигурни, че това е Goodyear.“ Чарлз Гудиър обаче упорито смесваше каучук с всичко: сол, черен пипер, пясък, масло и дори супа и в крайна сметка постигна успех. През 1839 г. той открива, че ако добавите малко сяра към каучука и го загреете, неговата здравина, твърдост, еластичност, устойчивост на топлина и замръзване ще се подобри. Понастоящем това е новият материал, изобретен от Чарлз Гудиър, който обикновено се нарича каучук, а процесът, който той откри, се нарича вулканизация на каучук. От този момент нататък започва бърз растеж в производството на каучук.
Експеримент за група № 4:
„Получаване на гума.“
Оборудване: епруветки, държач за епруветки, нагревателни уреди, гума, сяра на прах, стъклена пръчка, чаша вода.
Процедура на експеримента: Поставете малко парче гума в епруветка, добавете малко сяра на прах, загрейте получената смес, докато сярата се стопи, разбъркайте със стъклена пръчка, след това охладете. Полученият материал ще бъде по-твърд и по-издръжлив от оригиналната суровина. По време на реакцията каучукът се вулканизира и се получава каучук. Проверете получената гумена проба за еластичност, излагане на високи и ниски температури. Направете заключение за физичните свойства на каучука. (Гумата има по-добри механични свойства от гумата и по-голяма устойчивост на температурни промени).
Не е изненадващо, че Бразилия пази източника на своето богатство като зеницата на окото си. Износът на семена от хевея беше забранен под заплаха от смъртно наказание. Въпреки това през 1876 г. британският шпионин Хенри Уикхам тайно изважда 70 000 семена от хевея от трюмовете на английския кораб Amazonas. Първите каучукови плантации са създадени в британските колонии в Югоизточна Азия. На световния пазар се появи естествен английски каучук, по-евтин от бразилския.
И светът беше завладян от различни каучукови изделия. Изненадващо изобретяването на гумени гуми вместо метални първоначално не беше посрещнато с ентусиазъм, въпреки че екипажите с метални гуми не бяха много удобни - в Англия ги наричаха „бойци на врабчета“ поради ужасния шум и треперене. В Америка бяха забранени нови тихи вагони с плътни гумени гуми. Те бяха смятани за опасни, защото не предупреждаваха минувачите за приближаването на екипажа. В Русия също тихите конски вагони на гумени колела предизвикаха недоволство - те хвърлиха кал върху пешеходците, които нямаха време да бързат.
Експеримент за група № 5:
„Ненаситеният характер на каучука.“
Оборудване: епруветки, естествен каучук, пречистен от ненаситени въглеводороди бензин, разтвор на калиев перманганат, бромна или йодна вода. (Забележка: поне 24 часа предварително разтворете парчетата гума в един от органичните разтворители - бензин).
Ход на опита: Добавете няколко капки от предварително приготвен разтвор на каучук в епруветка с разтвор на калиев перманганат и бромна (йодна) вода и разклатете. Наблюдавайте промяната на цвета. Защо разтвор на каучук променя цвета на разтвори на бромна вода или калиев перманганат?
С изобретяването на конвейерния метод за сглобяване на автомобили нуждата от каучук стана толкова голяма, че спешно възникна проблемът с ограниченото производство на естествени суровини. Трябваше да се търсят други източници на каучук. В края на 19-ти - първата половина на 20-ти век в много страни се провеждат задълбочени изследвания върху структурата на каучука, неговите физични и химични свойства, явлението еластичност и процеса на вулканизация. G. Staudinger доказа, че каучукът е високомолекулно съединение, т.е. състои се от обикновени, макар и гигантски молекули, чиито атоми са свързани с ковалентни връзки. Въз основа на своите изследвания на каучука и каучука, ученият изложи теория за верижната структура на макромолекулите и предложи съществуването на разклонени макромолекули и триизмерна полимерна мрежа.
Естественият каучук съдържа 91–95% полиизопренов въглеводород (C 5 H 8) n. Молекулата на естествения каучук може да съдържа 20–40 хиляди елементарни единици, нейното молекулно тегло е 1 400 000–2 600 000, неразтворимо е във вода, но се разтваря добре в повечето органични разтворители.
Задача за група No6.
Намерете молекулната формула на вещество, което при изгаряне на 2 g произвежда 2,12 g вода и 6,48 g въглероден диоксид. Относителната плътност на парите на това вещество по отношение на водорода е 34. Запишете структурната формула на това вещество и всички негови възможни изомери.
Полиизопренът от естествен каучук е стереоправилен полимер: почти всички (98-100%) изопренови единици в макромолекулата са прикрепени една към друга в цис-1,4 позиция. Естественият геометричен изомер на каучука, гутаперча, е транс-1,4-полиизопрен. Разликите в пространственото разположение на заместителите в каучука и гутаперчата водят до факта, че формата на макромолекулите на тези вещества също е различна. Гумените молекули са усукани на топки. Ако една гумена лента се разтегне и деформира, тогава молекулярните намотки ще се изправят в посоката, в която е приложена деформацията, и лентата ще се удължи. Въпреки това е енергийно по-благоприятно молекулите на каучука да бъдат в първоначалното си състояние, следователно, ако напрежението бъде спряно, молекулите отново ще се навият на топки и размерите на лентата ще станат същите. Молекулите на гутаперча не са навити на топки като тези на гумата. Те са удължени дори при липса на товари. Следователно гутаперчата има много по-малка еластичност.
Какво се случва с каучука по време на вулканизация? Когато каучукът се нагрява със сяра, макромолекулите на каучука са „омрежени“ една към друга чрез серни мостове. Единична триизмерна пространствена мрежа се формира от отделни каучукови макромолекули. Продукт, изработен от такъв материал - гума - е по-здрав от гумата и запазва еластичността си в по-широк температурен диапазон.
Експеримент за група № 7:
„Разграждане на каучук“.
Оборудване: епруветки, епруветка със странична тръба, газоотвеждащи тръби със запушалки, естествен каучук, разреден разтвор на калиев перманганат.
Процедура на експеримента: поставете парчета естествен каучук в епруветка с изходяща тръба за газ. При нагряване на каучука се образуват ненаситени съединения, сред които изопрен. Течните продукти на реакцията се кондензират в епруветка № 1, а газообразните продукти се събират в епруветка № 2. Разлагането е придружено от образуване на вещества, които имат остра миризма! Обезцветяването на разтвора на калиев перманганат в епруветка № 2 показва ненаситения характер на продуктите от разлагането на каучука. Изследвайте съотношението на кондензат към разтвор на калиев перманганат. Напишете уравнение за реакцията между изопрен и бром.
ориз. 1. Схема на устройството.
Интересното е, че в много страни в началото на 20-ти век са проведени изследвания върху местни растителни видове за образуване на каучук. В Съветския съюз през 30-те години на миналия век е започнало системно търсене на каучукови растения; общият списък на такива растения възлиза на 903 вида. Най-ефективните каучукови растения, по-специално глухарчето Tien Shan kok-sagyz, се отглеждат в полетата на Русия, Украйна и Казахстан, работещи фабрики за производство на каучук, който се счита за равен на качеството на каучука от Hevea. В края на 50-те години, с увеличаването на производството на синтетичен каучук, отглеждането на каучуково глухарче е спряно.
Подобното на каучук вещество е получено за първи път през 1879 г. от френския химик G. Bouchard чрез третиране на изопрен със солна киселина. Руският химик И. Кондаков (Юриев) през 1901 г. синтезира еластичен полимер от диметилбутадиен. Първите индустриални партиди синтетичен каучук - диметилов каучук - са произведени въз основа на разработките на Кондаков през 1916 г. в Германия. Получени са около 3000 тона синтетичен каучук, от който са направени акумулаторни кутии за подводници. Диметиловият каучук обаче не получи широко разпространение и производството му беше преустановено.
Задача за група No8.
Подгответе презентация за S.V.Lebedev. (Приложение 2.)
Руският учен С. В. Лебедев посвети значителна част от научната си дейност на проблема с полимеризацията на диени. Той за първи път произвежда синтетичен бутадиенов каучук през 1910 г. А магистърската теза на Лебедев, посветена на изследването на кинетиката на полимеризацията на дивинил (бутадиен-1,3) и неговите производни, е удостоена с награда от Руската академия на науките през 1914 г. С. В. Лебедев се връща към процеса на полимеризация на бутадиен през 1936 г., когато правителството на СССР обявява конкурс за най-добро развитие на промишленото производство на синтетичен каучук. Лебедев и неговите сътрудници успешно разработиха евтин и ефективен метод. Беше предложено да се използва натриев метал като катализатор, а полимерът, получен по този метод, се нарича натриев бутадиен каучук. Истинското откритие беше едноетапен метод за производство на бутадиен от етилов алкохол с помощта на смесен цинк-алуминиев катализатор. Използването на етанол от растителни суровини като изходен продукт значително намали производствените разходи в условията на селскостопанския Съветски съюз по това време. Благодарение на работата на С. В. Лебедев, през 1932 г. в Съветския съюз за първи път започва мащабно промишлено производство на синтетичен каучук. Първият в света завод за производство на дивинилов каучук стартира в Ярославъл, а скоро такива заводи започнаха да работят във Воронеж, Казан и Ефремов. Значението на това събитие е трудно да се надценява: способността да оборудваме домашно оборудване с гуми от собствено производство изигра важна роля в победата над нацистка Германия в условията на пълна икономическа изолация от външния свят. Германия е втората страна, която стартира производството на синтетичен каучук, но това се случва едва през 1936 г.
Задача за група No9.
Подгответе презентация за АО Воронежсинтезкаучук. (Приложение 3.)
От 1932 до 1990 г. СССР е на първо място в света по обем на производство на синтетичен каучук. И днес Русия запазва позицията си на износител от световно значение. Около половината от продукцията остава за вътрешния пазар. Основните потребители на синтетичен каучук са фабриките за гуми, а около 40% от каучука се използва за производството на различни каучукови изделия (повече от 50 000 артикула), включително технически и хирургически изделия от мека гума, подметки за обувки, транспортни ленти, различни тръби и маркучи от всякакъв вид, електроизолации, лепила, уплътнители, бои на латексова основа и много други. С навлизането на технологията за синтетичен каучук каучуковата промишленост престана да зависи изцяло от производството на естествен каучук. Синтетичният каучук обаче не е заменил естествения каучук, обемът на производството на каучук все още се увеличава, а делът на естествения каучук в общия обем на производството е 30%. Водещите световни производители на естествен каучук в момента са страните от Югоизточна Азия - Тайланд, Индонезия, Малайзия, Южен Виетнам, Китай. Благодарение на уникалните свойства на естествения каучук, той е незаменим при производството на големи гуми, които могат да издържат натоварване до 75 тона. Най-добрите производствени компании правят гуми за гуми за леки автомобили от смес от естествен и синтетичен каучук. Следователно основната област на приложение на естествения каучук остава производството на гуми (70%). В допълнение, естественият каучук се използва за производството на мощни транспортни ленти, антикорозионни покрития за котли и тръби, лепило, тънкостенни високоякостни малки продукти, в медицината и др.
В края на урока слушаме доклади за работата на всяка група и формулираме заключения за урока. По време на урока учениците разбраха, че ролята на естествения и синтетичния каучук в нашия живот е голяма. Каучукът се използва в производството на автомобилни и авиационни продукти, както и в производството на потребителски стоки (обувки, спортни стоки, играчки). При изследване на химичните свойства на естествения каучук се оказа, че той има множество връзки в полимерната верига; установено е, че каучукът има цис-форма и е
2-метилбутадиен-1,3 (изопрен). Вулканизираният каучук се нарича гума. Учениците се запознаха и с каучуковите растения и методите за получаване на естествен каучук от тях и продължиха да развиват своите теоретични и практически умения.
Презентациите са приложени към статията (Приложение, ,).
препратки:
- Списание „Потенциал. Химия. Биология. Медицина” Московско издателство. LLC “Azbuka-2000” 2011, статия на Е. А. Менделеев “История на каучука” стр. 9–14.
- О. С. Габриелян, Л. П. Ватлина „Химически експеримент в училище”, Москва „Дрофа” 2005 г.
- А. И. Артеменко “Удивителният свят на органичната химия”, Москва “Дрофа” 2008 г.
Действие на халогени
В процеса на контакт на естествените гумас халогени, заедно с добавянето на халоген чрез двойна връзка, процесът на заместване на водорода започва с образуването на хлороводород.
Хлорирането на естествен каучук се извършва чрез преминаване на хлор през разтвор на каучук тетрахлоридвъглерод или когато каучукът влезе в контакт с хлор под налягане. Хлорирането става след образуването на редица междинни продукти. Крайният продукт от хлорирането в тетрахлоридвъглеродът е високо молекулно теглосъединение с циклична структура, наречено хлориран каучук. Този наситен продукт е резултат от добавяне на хлор, заместване на водород с хлор и циклизация.
Хлорираният каучук е лесно разтворим във всички разтворители на естествен каучук, с изключение на бензина. Неговите разтвори имат почти същия вискозитет като разтворите оригиналенкаучук, следователно хлорирането не води до забележимо разкъсване на макромолекулите и намаляване на молекулното тегло. Обикновено хлорираният каучук се получава както под формата на бял прах, така и под формата на прозрачни филми. При температура близо до 70 ° C омеква, превръщайки се в меко и еластично състояние, при 180-200 ° C се разлага с образуването на хлор.
Като наситено съединение, хлорираният каучук има относително висока химическа устойчивост: Устойчив е на киселини, соли и основи. Използва се в процеса на производство на различни бои, антикорозионнипокрития и огнеупори, а също така е в основата на състав за закрепване на гумени елементи към метални повърхности.
Хлорирането на синтетични бутадиенови и бутадиенстиренови каучуци в разтвор на въглероден тетрахлорид се осъществява главно чрез двойни връзки и е придружено от омрежване на макромолекули; В този случай почти не се наблюдава циклизация. Продуктите от частично хлориране на тези каучуци, съдържащи до 35% хлор, могат да бъдат вулканизирани със сяра и метални оксиди, за да образуват ненапълнени вулканизати с якост на опън до 13 MPa (130 kgf / cm2). Максималното съдържание на хлор в продуктите на хлориране на стирен-бутадиенов каучук е 53%, а в продуктите на хлориране на бутадиенов каучук 65-71%. Тези продукти се характеризират с висока химическа устойчивост.
Чрез хлориране на наирит в дихлороетан или хлороформ се получава хлорнаиритсъдържащ 68% хлор, което съответства на формулата (C4H5CI3) стр.Хлорнаиритът се използва за производството на лепила, използвани за закрепване на каучук към метали по време на процеса на вулканизация на гумено-метални продукти.
Когато естественият каучук взаимодейства с брома на студено, бромът се свързва при двойната връзка, за да образува каучуков дибромид, високомолекулно съединение със състав (C5H 8 Br 2)n. Тази реакция се използва в практиката за количествено определяне на каучук в смеси с други вещества. Дибромидът е относително нестабилен при температури над 60 °C, настъпва неговото разлагане.
Когато естественият каучук взаимодейства с йод и флуор, окисляването на каучука се извършва едновременно. Само при специални условия е възможно да се получат високомолекулни продукти на взаимодействие с йод и флуор, подобни на дибромида.
Ефект на сярна киселина и сулфати
Когато естественият каучук е изложен на сярна киселина и сулфонови киселини, т.нар термопрени. В зависимост от условията на производство и количеството взета киселина могат да се получат термопрени с различна твърдост. Всички термопрени са термопластични, т.е. могат да омекнат при нагряване.
Някои термопрени под формата на лепило се използват за закрепване на каучук към повърхността на метал и дърво, при облицоване на повърхността на метално оборудване (гумиране).
Химическият процес за производство на термопрен използва нелетливи сулфонови киселини, които са по-равномерно разпределени в каучука. Този процес се извършва чрез смесване на n-толуенсулфонова киселина в количество от 8-9% с изопренов каучук върху каландри и допълнително нагряване на получената смес до температура, близка до 140 ° C в продължение на 3 часа. След приключване на топлинната обработка получената смес се измива върху ролки, като по този начин се отстраняват киселините с по-нататъшно изсушаване на полученото вещество.
Когато се образуват термопрени, циклизацията на каучука възниква в резултат на взаимодействието на съседни двойни връзки. Съставът на термопрена се доближава до формулата (C 5 H 8) n, което показва, че киселината не се прикрепя към каучука, а само предизвиква промяна в неговата молекулна структура, докато броят на двойните връзки в молекулите намалява с почти 2 -2,5 пъти.
Термопрените са разтворими в същите разтворители като каучука.
Вискозитетът на термопреновите разтвори е значително по-нисък от вискозитета на разтворите на оригиналния каучук, което показва намаляване на молекулното тегло под въздействието на сулфонови киселини. Термопрените могат да се вулканизират от сяра, като оригиналния каучук, те добавят халогени и водородни халиди.
Синтетичен цис- 1,4-полиизопренът реагира със сулфонови киселини и се получава циклизация с образуването на продукти, които имат структура, подобна на структурата на продуктите от взаимодействието на естествен каучук със сулфонови киселини.
Окисляване на каучуци
Окисляването е основната причина за стареенето на каучука, в резултат на което се влошават неговите физични, механични и технологични свойства. Взаимодействието на каучука с кислорода е много важно при извършването на редица технологични процеси, като пластификация, вулканизация и регенерация, водещи до промени в свойствата на каучука.
Продуктите от окисляването на каучука са както летливи, така и нелетливи съединения. В смес от силно летливи продукти от реакцията на окисление на естествен каучук са открити: въглероден диоксид, вода и водород, водороден прекис, формалдехид. Летливите продукти на окисление на бутадиеновия каучук съдържат вода, формалдехид, мравчена киселина.
В нелетливите продукти на окисление кислородът се съдържа във функционални групи.
Когато се окисляват, гумите могат да абсорбират значителни количества кислород. Стана известно, че естественият каучук абсорбира до 30% кислород по време на процеса на окисление.
Суровият каучук, предназначен за последваща промишлена употреба, е плътен аморфен еластичен материал със специфично тегло 0,91-0,92 g/cm? и индекс на пречупване 1.5191. Съставът му варира в зависимост от различните латекси и методи за подготовка на насаждения. Резултатите от типичен анализ са представени в таблицата.
Каучуковият въглеводород е полиизопрен, въглеводородно полимерно химично съединение с обща формула (C5H8)n. Не е известно как точно се синтезират каучукови въглеводороди в дървото. Невулканизираният каучук става мек и лепкав при топло време и крехък при студено време. При нагряване над 180°C в отсъствие на въздух каучукът се разлага и отделя изопрен. Каучукът принадлежи към класа на ненаситените органични съединения, които проявяват значителна химическа активност при взаимодействие с други реактивни вещества. По този начин той реагира със солна киселина, за да образува каучуков хидрохлорид, а също и с хлор чрез механизми на добавяне и заместване, за да образува хлориран каучук. Атмосферният кислород действа бавно върху гумата, което я прави твърда и крехка; озонът прави същото нещо по-бързо. Силни окислители, като азотна киселина, калиев перманганат и водороден пероксид, окисляват каучука. Устойчив е на основи и умерено силни киселини. Каучукът също реагира с водород, сяра, сярна киселина, сулфонови киселини, азотни оксиди и много други реактивни съединения, образувайки производни, някои от които имат промишлени приложения. Каучукът е неразтворим във вода, алкохол или ацетон, но набъбва и се разтваря в бензен, толуен, бензин, въглероден дисулфид, терпентин, хлороформ, въглероден тетрахлорид и други халогенирани разтворители, образувайки вискозна маса, използвана като лепило. Каучуковият въглеводород присъства в латекса под формата на суспензия от малки частици, чийто размер варира от 0,1 до 0,5 микрона. Най-големите частици се виждат през ултрамикроскоп; те са в състояние на непрекъснато движение, което може да илюстрира явление, наречено брауново движение. Всяка гумена частица носи отрицателен заряд. Ако през латекса премине ток, тогава такива частици ще се придвижат до положителния електрод (анод) и ще се отложат върху него. Това явление се използва в индустрията за покриване на метални предмети. На повърхността на гумените частици има адсорбирани протеини, които предотвратяват сближаването на латексните частици една с друга и тяхната коагулация. Като замените веществото, адсорбирано върху повърхността на частицата, можете да промените знака на заряда му и след това гумените частици ще се отложат върху катода. Каучукът има две важни свойства, които определят неговата промишлена употреба. Във вулканизирано състояние той е еластичен и след разтягане приема първоначалната си форма; в невулканизирано състояние е пластичен, т.е. тече под въздействието на топлина или налягане. Едно свойство на гумите е уникално: когато се разтягат, те се нагряват, а когато се компресират, се охлаждат. Вместо това каучукът се свива при нагряване и се разширява при охлаждане, демонстрирайки феномен, наречен ефект на Джаул. Когато се разтегнат с няколкостотин процента, молекулите на каучука са ориентирани до такава степен, че неговите влакна дават рентгенова картина, характерна за кристал. Молекулите на каучука, извлечен от Hevea, имат цис конфигурация, докато молекулите на балата и гутаперча имат транс конфигурация. Тъй като е лош проводник на електричество, гумата се използва и като електрически изолатор.
Страница 1
Каучуковите разтвори се характеризират с висок вискозитет и други характерни свойства на полимерните разтвори. Колоидните свойства на каучуковите разтвори се обясняват със значителния размер на каучуковите молекули и мицели, присъстващи в разтвора. Вискозитетът на каучуковите разтвори се увеличава значително с увеличаване на концентрацията и понижаване на температурата. Разрушаването на каучука води до намаляване на вискозитета на лепилата.
Разтвор на каучук в декалин се поставя в устройство от тип озонатор, състоящо се от две тръби, поставени една в друга, и се подлага на разреждане от променлив ток от 4500 волта.
Каучуковите разтвори или, както ги наричат технолозите, гумени лепила, намират широко приложение в различни индустрии. Следователно изследването на техните свойства е от пряк технологичен интерес. В същото време тези разтвори имат редица много характерни свойства, чието изследване е от особено значение за изучаването на каучука, структурата, техническите качества, природните и технологични промени в него. Никъде структурните особености на каучука не се отразяват толкова фино и чувствително, както в свойствата на неговите разтвори. Да познаваш свойствата на каучуковите разтвори означава до голяма степен да познаваш свойствата и структурните характеристики на самата гума.
Каучуковият разтвор се подава в апарата и се разпръсква по стените му от ротор. Разстоянието между корпуса и лопатките на ротора е 1 - 3 mm. Необходимо е да се стремим към минимална празнина, но трудността при центриране на ротора и невъзможността да се поддържа правилната цилиндрична форма на корпуса по време на заваряването и сглобяването му налага да се работи с относително голяма празнина. Гумата се нагрява от тиха пара през стената на апарата. За да се ускори процеса на дегазиране, устройството работи под вакуум.
Каучуков разтвор, получен чрез вливане на естествен каучук в бензин или бензен.
| Кинетика на набъбване на каучука. |
Каучуковите разтвори се характеризират с висок вискозитет и други характерни свойства на полимерните разтвори. Колоидните свойства на каучуковите разтвори се обясняват със значителния размер на каучуковите молекули и мицели, присъстващи в разтвора. Вискозитетът на каучуковите разтвори се увеличава значително с увеличаване на концентрацията и понижаване на температурата. Разрушаването на каучука води до намаляване на вискозитета на лепилата.
Разтвори на натриев бутадиен, бутадиен-стирен и бута-диен-нитрилни каучуци в ксилен или солвент нафта са лакове, които след изсъхване при 150 - 170 образуват много твърд, еластичен филм със златист цвят върху металите, задоволително защитаващ металните продукти от атмосферни влияния корозия. Когато 3-5% кобалтов линолеат или друг изсушаващ агент се добави към разтвор на натриев бутадиев каучук, безцветните лакови филми се втвърдяват при стайна температура за 1-2 дни.
Ако разтворът на каучук се подложи на ултравиолетово облъчване в присъствието на кислород, тогава се наблюдава рязко намаляване на минималното повърхностно напрежение и изместването му в областта на по-високи концентрации. От друга страна, когато § се облъчва в атмосфера на инертен газ, изотермата на повърхностното напрежение § остава почти непроменена, докато вискозитетът пада рязко.
След това каучуковият разтвор, който вече има висок вискозитет, преминава през серия от тръбни секции, в междутръбното пространство на които циркулира хладилният агент. В тръбите на всяка секция разтворът се движи в ламинарен режим, в резултат на което се установява температурен градиент по радиуса на тръбите. При преминаване към следващата секция слоевете на разтвора се смесват и температурата се осреднява.
Хлорният газ преминава през каучуков разтвор, разположен в емайлиран реактор, оборудван с хладилници. Въглеродният тетрахлорид се връща от обратния хладник в реактора, а излишният хлор и получената солна киселина се изпаряват. Солната киселина се абсорбира в абсорбери от тантал. След приключване на хлорирането разтворът се прехвърля в резервоар за съхранение, облицован с киселинноустойчиви тухли. След това разтворът се изпомпва в резервоар с гореща вода, където хлорираният каучук изпада от разтвора. Утайката се измива старателно и след това се изсушава. По-долу ще бъде показано, че има четири степени на този продукт, които се различават по вискозитет. Когато каучукът се хлорира, възникват както реакции на добавяне, така и реакции на заместване. Продуктът за хлориране на каучук придобива максимална стабилност, устойчивост на киселини и основи, както и незапалимост само с високо съдържание на хлор.