Tunni eesmärk: tutvustada õpilasi kummi ehituse, omaduste ja kasutusega, luua tingimused erinevate teabeallikate abil iseseisva teadmiste omandamise oskuse arendamiseks, loomingulise tegevuse kogemuse arendamiseks, huvi kasvatamiseks kummi vastu. keemiaajalugu, patriotismitunnet, uhkust vene teadlaste üle, arendada õpilaste oskust viia läbi uurimusliku iseloomuga katseid, analüüsida tulemusi, teha järeldusi ja üldistusi.
Tundide ajal
Tunnis töötamiseks jagatakse õpilased rühmadesse, millest igaüks saab tunni teemal konkreetse ülesande.
See lugu sai alguse suurte geograafiliste avastuste ajast. Kui Columbus naasis Hispaaniasse, tõi ta Uuest Maailmast tagasi palju imesid. Üks neist oli “puiduvaigust” valmistatud elastne pall, mida eristas hämmastav hüppevõime. Indiaanlased valmistasid selliseid palle Amazonase kallastel kasvava Hevea taime valgest mahlast. See mahl tumenes ja kõvenes õhu käes. Balle peeti pühaks ja neid kasutati usulistel tseremooniatel. Maiade ja asteekide hõimudel oli religioosne mäng – neid kasutav meeskonnamäng, mis meenutas korvpalli. Võitnud meeskond sai kõrgeima autasu – selle liikmetel raiuti pea maha ja ohverdati jumalusele. Seejärel armusid hispaanlased Lõuna-Ameerikast toodud pallidega mängimisse. Nende muudetud India mäng oli kaasaegse jalgpalli prototüüp. Indiaanlased nimetasid Hevea mahla "caucho" - piimja puu pisarateks ("kau" - puu, "uchu" - voolamine, nutmine). Sellest sõnast moodustus kaasaegne materjali nimi - kumm. Lisaks elastsetele pallidele valmistasid indiaanlased kummist läbitungimatuid kangaid, jalanõusid, veenõusid, erksavärvilisi palle – laste mänguasju.
Kodukatse rühmale nr 1:
"Kummi saamine fikuse lehtedest."
Varustus: katseklaasid, skalpell, alusklaas, alkoholilamp, tikud, tiigli tangid, klaaspulk, 5% ammoniaagilahus, lahjendatud kaaliumpermanganaadi lahus, 5% äädikhape, etanool, kaltsiumsulfaadi kristallid, destilleeritud vesi, broomivesi, bensiin, tolueen, fikuse lehed.
Katse käik: Toataim on ficus, selle mahl sisaldab kuni 17,5% polüisopreeni.
Kogemus nr 1. Koguge fikuse lehti. Tehke fikuselehele lõige ja koguge piimjas mahl ammoniaagilahuses niisutatud vatitikuga katseklaasi. Lisage katseklaasi äädikhappe lahus ja loksutage korralikult. Jälgige loodusliku kummi helveste eraldumist. Kandke slaidile ficuse lehtede piimjas mahl ja soojendage seda. Moodustub looduslikust kummist kile.
Kogemus nr 2. Koguge fikuselehtede mahl katseklaasi, lisage veidi destilleeritud vett ja 0,5 g kristalset kaltsiumsulfaati (või ammooniumsulfaati). Pärast segu segamist ja sellele etanooli lisamist tekivad lahuse pinnale kummihelbed. Kummi kogumiseks kasutage klaaspulka ja viige helbed katseklaasi, kus on väikeses koguses erinevaid lahusteid: bensiin, tolueen. Mida te jälgite?
Kogemus nr 3. Jagage üks kummilahust kaheks osaks ja lisage vaheldumisi ühele broomivett või kaaliumpermanganaadi lahust. Värviliste lahuste värvimuutus näitab, et fikuse mahlast eraldatud proovi molekulides on mitu sidet. Aurutage teine osa kummilahusest ettevaatlikult kellaklaasil. Pärast lahusti eemaldamist jääb klaasile kummikile, mida saab elastsuse demonstreerimiseks veidi venitada. Võrrelge katses nr 1 saadud kilega.
Tehke kokkuvõte oma tähelepanekutest fikuse mahlast eraldatud aine omaduste kohta. Millisesse ühendite klassi see kuulub? Valmistage katse tulemuste põhjal ette esitlus ( Lisa 1).
Euroopas unustati Lõuna-Ameerika uudishimu kuni 18. sajandini, mil Prantsuse ekspeditsiooni liikmed Lõuna-Ameerikas avastasid imelist õhus kõvenevat vaiku kiirgava puu, millele anti nimi “kumm” (ladina keeles vaik). 1738. aastal esitles Prantsuse teadlane C. Condamine Pariisi Teaduste Akadeemias kummiproove, sellest valmistatud tooteid ja Lõuna-Ameerika ekstraheerimismeetodite kirjeldust. Sellest ajast peale hakati otsima selle aine võimalikke kasutusviise. Ja pärast 1823. aastat, kui šotlane C. Mackintosh tuli välja ideega panna kahe kangatüki vahele õhuke kummikiht, algas tõeline "kummibuum". Sellest kangast valmistatud veekindlad vihmamantlid, mida nende looja auks hakati kutsuma mackintoshideks, said laialt levinud. Umbes samal ajal oli Ameerikas moes kanda vihmase ilmaga saabaste peal kohmakaid India kummist kingi – kalosse.
Katse rühmale nr 2:
"Kummi ja kummi suhe lahustitega."
Varustus: korkidega katseklaasid, kummiproovid, bensiin, petrooleum, tolueen.
Katse käik: Valage katseklaasidesse 3-4 ml bensiini, petrooleumi ja tolueeni. Asetage kummitükid katseklaasidesse. Sulgege katseklaasid ja jälgige neid ülejäänud õppetunni jooksul. Võrrelge kummi ja kummi käitumist orgaanilistes lahustites. Miks kumm ei lahustu samadel tingimustel kui kumm? (Uurimistulemused: kumm lahustub orgaanilistes lahustites, moodustades viskoosse vedeliku (kummiliim) ja kummitükid on veidi paisunud, kuid ei muuda oma kuju).
Kummitooted saavutasid Euroopas ja Põhja-Ameerikas tohutu, kuigi lühiajalise populaarsuse pärast seda, kui inglane Chaffee leiutas kummeeritud kanga. Ta lahustas tärpentiinis toorkummi, lisas tahma ja kandis spetsiaalselt selleks ette nähtud masinaga kangale õhukese kihi segu. Sellisest materjalist ei valmistatud mitte ainult riided, jalanõud ja mütsid, vaid ka majade ja kaubikute katused. Kummeeritud kangast valmistatud toodetel oli aga suur puudus. Fakt on see, et kummi elastsus avaldub ainult väikeses temperatuurivahemikus, mistõttu külma ilmaga kummitooted kivistusid ja võivad praguneda ning suvel pehmenesid, muutudes kleepuvaks haisvaks massiks. Entusiasm uue materjali vastu kadus kiiresti. Ja kui ühel päeval oli Põhja-Ameerikas kuum suvi, tekkis kummitööstuses kriis – kõik tooted muutusid kurja lõhnaga tarretiseks. Kummifirmad läksid pankrotti.
Katse rühmale nr 3:
"Kummi ja kummi seos kuumusega."
Varustus: veevann (T=100 0 C), tiigli tangid või pintsetid, õhukesed kummiribad.
Katse käik: Asetage õhuke riba looduslikku kautšuki ja sama suur riba kummist 5 minutiks keevasse vette. Tiiglitangide abil eemaldage kummiriba ja venitage see kiiresti. Tehke sama kummiribaga. Kumm venib pehmenemise tagajärjel tugevalt, kaotades oma elastsuse, samas kui kumm ei näita mingeid muutusi. Kumm on termoplastne, kumm mitte. Kummi iseloomustab suurem soojustakistus võrreldes kummiga. Kuidas seletada kummi ja kummi erinevat suhtumist soojusesse?
Ja kõik oleks unustanud mackintoshid ja galoshes, kui poleks olnud ameeriklast Charles Nelson Goodyearit, kes siiralt uskus, et kummist saab head materjali luua. Ta pühendas sellele ideele mitu aastat ja kulutas kõik oma säästud. Kaasaegsed naersid tema üle: "Kui näete meest kummimantlis, kummisaabastes, kummist silindris ja kummist rahakotis ning rahakotis pole sentigi, siis võite kindel olla, et see on Goodyear." Charles Goodyear segas aga visalt kummi kõigega: soola, pipra, liiva, õli ja isegi supiga ning saavutas lõpuks edu. 1839. aastal avastas ta, et kui lisada kummile veidi väävlit ja kuumutada, paraneb selle tugevus, kõvadus, elastsus, kuumus- ja külmakindlus. Praegu nimetatakse Charles Goodyeari leiutatud uut materjali tavaliselt kummiks ja tema avastatud protsessi nimetatakse kummi vulkaniseerimiseks. Sellest ajast algas kummitootmise kiire kasv.
Katse rühmale nr 4:
"Kummi hankimine."
Varustus: katseklaasid, katseklaasihoidja, kütteseadmed, kumm, väävlipulber, klaaspulk, klaas vett.
Katse käik: Asetage väike kummitükk katseklaasi, lisage veidi pulbrilist väävlit, kuumutage saadud segu kuni väävel sulab, segage klaaspulgaga, seejärel jahutage. Saadud materjal on kõvem ja vastupidavam kui algne tooraine. Reaktsiooni käigus kumm vulkaniseerus ja saadi kumm. Kontrollige saadud kummiproovi elastsust, kõrgete ja madalate temperatuuride mõju. Tehke järeldus kummi füüsikaliste omaduste kohta. (Kummil on paremad mehaanilised omadused kui kummil ja suurem vastupidavus temperatuurimuutustele).
Pole üllatav, et Brasiilia valvas oma rikkuse allikat nagu silmatera. Hevea seemnete eksport keelati surmanuhtlusega. 1876. aastal eemaldas Briti spioon Henry Wickham aga salaja Inglise laeva Amazonase trümmidest 70 000 Hevea seemet. Esimesed kummiistandused rajati Kagu-Aasia Briti kolooniatesse. Maailmaturule on ilmunud naturaalne inglise kumm, odavam kui Brasiilia kumm.
Ja maailma vallutasid mitmesugused kummitooted. Üllataval kombel ei võetud metallrehvide asemel kummist rehvide leiutamist alguses entusiastlikult vastu, kuigi metallrehvidega meeskonnad ei olnud eriti mugavad - Inglismaal kutsuti neid kohutava müra ja värisemise tõttu “varblasevõitlejateks”. Ameerikas keelustati uued vaiksed täiskummist rehvidega vankrid. Neid peeti ohtlikeks, sest nad ei hoiatanud möödujaid meeskonna lähenemise eest. Venemaal tekitasid rahulolematust ka vaiksed kummil sõitvad hobuvankrid - loopisid muda jalakäijaid, kellel polnud aega kiirustada.
Katse rühmale nr 5:
"Kummi küllastumata iseloom."
Varustus: katseklaasid, looduslik kautšuk, küllastumata süsivesinikest puhastatud bensiin, kaaliumpermanganaadi lahus, broomi- või joodivesi. (Märkus: vähemalt 24 tundi varem lahustage kummitükid ühes orgaanilises lahustis - bensiinis).
Katse käik: Lisage mõni tilk eelnevalt ettevalmistatud kummilahust kaaliumpermanganaadi ja broomi (jood) vee lahusega katseklaasi ja loksutage. Jälgige värvimuutust. Miks muudab kummilahus broomvee või kaaliumpermanganaadi lahuste värvi?
Autode kokkupanemise konveiermeetodi leiutamisega muutus vajadus kummi järele nii suureks, et kiiresti tekkis probleem looduslike toorainete piiratud tootmisega. Tuli otsida muid kummiallikaid. 19. sajandi lõpus – 20. sajandi esimesel poolel tehti paljudes maades ulatuslikke uuringuid kummi struktuuri, füüsikaliste ja keemiliste omaduste, elastsusnähtuse ja vulkaniseerimisprotsessi kohta. G. Staudinger tõestas, et kumm on kõrgmolekulaarne ühend ehk koosneb tavalistest, kuigi hiiglaslikest molekulidest, mille aatomid on omavahel seotud kovalentsete sidemetega. Kummi ja kummi uuringutele tuginedes esitas teadlane makromolekulide ahelstruktuuri teooria ja pakkus välja hargnenud makromolekulide ja kolmemõõtmelise polümeerivõrgu olemasolu.
Looduslik kautšuk sisaldab 91–95% polüisopreenist süsivesinikku (C 5 H 8) n. Loodusliku kautšuki molekul võib sisaldada 20–40 tuhat elementaarühikut, selle molekulmass on 1 400 000–2 600 000, see ei lahustu vees, kuid lahustub hästi enamikus orgaanilistes lahustites.
Ülesanne rühmale nr 6.
Leidke aine molekulvalem, mille 2 g põletamisel tekib 2,12 g vett ja 6,48 g süsihappegaasi. Selle aine suhteline aurutihedus vesiniku suhtes on 34. Kirjutage üles selle aine struktuurivalem ja kõik selle võimalikud isomeerid.
Loodusliku kautšuki polüisopreen on stereoregulaarne polümeer: peaaegu kõik (98-100%) isopreeni ühikud makromolekulis on üksteisega seotud cis-1,4 asendis. Kummi looduslik geomeetriline isomeer guttapertš on trans-1,4-polüisopreen. Kummi ja gutapertši asendajate ruumilise paigutuse erinevused viivad selleni, et ka nende ainete makromolekulide kuju on erinev. Kummi molekulid keeratakse pallideks. Kui kummilint on venitatud ja deformeerunud, sirguvad molekulaarsed mähised deformatsiooni rakendamise suunas ja lint pikeneb. Kummi molekulidel on aga energeetiliselt soodsam olla algses olekus, mistõttu kui pinge peatada, rulluvad molekulid uuesti pallideks ning lindi mõõdud muutuvad samaks. Guttapertša molekulid ei keerdu pallideks nagu kummist. Need on piklikud isegi koormuste puudumisel. Seetõttu on gutapertsal palju väiksem elastsus.
Mis juhtub kummiga vulkaniseerimise ajal? Kummi kuumutamisel väävliga on kummi makromolekulid üksteisega "ristseotud" väävlisildadega. Üksikutest kummist makromolekulidest moodustub ühtne kolmemõõtmeline ruumivõrk. Sellisest materjalist - kummist - valmistatud toode on kummist tugevam ja see säilitab oma elastsuse laiemas temperatuurivahemikus.
Katse rühmale nr 7:
"Kummi lagunemine."
Varustus: katseklaasid, külgtoruga katseklaas, korgiga gaasi väljalasketorud, looduslik kautšuk, lahjendatud kaaliumpermanganaadi lahus.
Katse käik: asetage loodusliku kautšuki tükid gaasi väljalasketoruga katseklaasi. Kummi kuumutamisel tekivad küllastumata ühendid, mille hulgas on isopreen. Vedelad reaktsiooniproduktid kondenseeritakse katseklaasis nr 1 ja gaasilised saadused kogutakse katseklaasi nr 2. Lagunemisega kaasneb terava lõhnaga ainete teke! Kaaliumpermanganaadi lahuse värvimuutus katseklaasis nr 2 näitab kummi laguproduktide küllastumatust olemust. Uurige kondensaadi ja kaaliumpermanganaadi lahuse suhet. Kirjutage isopreeni ja broomi vahelise reaktsiooni võrrand.
Riis. 1. Seadme skeem.
Huvitaval kombel viidi 20. sajandi alguses paljudes maades läbi kohalike taimeliikide kohta uurimusi kummi moodustamiseks. Nõukogude Liidus hakati kummitaimede süstemaatiliselt otsima 30ndatel aastatel, selliste taimede kogunimekirjas oli 903 liiki. Kõige tõhusamad kummitaimed, eelkõige Tien Shani võilill kok-sagyz, kasvasid Venemaa, Ukraina ja Kasahstani põldudel, tehased tootsid kummi, mida peeti Hevea kummiga võrdseks kvaliteediks. 50. aastate lõpus sünteetilise kautšuki tootmise suurenemisega kummi-võilille kasvatamine lõpetati.
Kummitaolise aine sai esmakordselt 1879. aastal prantsuse keemik G. Bouchard, töödeldes isopreeni vesinikkloriidhappega. Vene keemik I. Kondakov (Jurjev) sünteesis 1901. aastal dimetüülbutadieenist elastse polümeeri. Esimesed sünteetilise kautšuki – dimetüülkummi – tööstuslikud partiid toodeti Kondakovi arenduste põhjal 1916. aastal Saksamaal. Saadi umbes 3000 tonni sünteetilist kummi, millest valmistati allveelaevade akukastid. Dimetüülkumm aga laialt ei levinud ja selle tootmine lõpetati.
Ülesanne rühmale nr 8.
Valmistage ette ettekanne S.V. Lebedevi kohta. (Lisa 2.)
Vene teadlane S. V. Lebedev pühendas olulise osa oma teaduslikust tegevusest dieenide polümerisatsiooni probleemile. Esimest korda tootis ta sünteetilist butadieenkummi 1910. aastal. Ja Lebedevi magistritöö, mis oli pühendatud divinüüli (butadieen-1,3) ja selle derivaatide polümerisatsiooni kineetika uurimisele, pälvis 1914. aastal Venemaa Teaduste Akadeemia auhinna. S. V. Lebedev naasis butadieeni polümerisatsiooni protsessi juurde 1936. aastal, kui NSV Liidu valitsus kuulutas välja konkursi sünteetilise kummi tööstusliku tootmise parimaks arendamiseks. Lebedev ja tema kaastöötajad töötasid edukalt välja odava ja tõhusa meetodi. Tehti ettepanek kasutada katalüsaatorina naatriummetalli ja selle meetodiga saadud polümeeri nimetatakse naatriumbutadieenkummiks. Tõeline avastus oli üheastmeline meetod butadieeni tootmiseks etüülalkoholist, kasutades tsink-alumiinium segakatalüsaatorit. Taimsest toorainest saadud etanooli kasutamine lähtesaadusena vähendas tolleaegses põllumajanduslikus Nõukogude Liidus oluliselt tootmiskulusid. Tänu S.V.Lebedevi tööle algas 1932. aastal Nõukogude Liidus esmakordselt maailmas sünteetilise kummi tööstuslik suurtootmine. Jaroslavlis käivitati maailma esimene divinüülkummi tootmise tehas, peagi hakkasid sellised tehased tööle ka Voronežis, Kaasanis ja Efremovis. Selle sündmuse tähtsust on raske üle hinnata: võime varustada koduseid seadmeid meie enda toodetud rehvidega mängis olulist rolli Natsi-Saksamaa võidus välismaailmast täieliku majandusliku isolatsiooni tingimustes. Saksamaa oli teine riik, kes alustas sünteetilise kautšuki tootmist, kuid see juhtus alles 1936. aastal.
Ülesanne rühmale nr 9.
Valmistage ette esitlus JSC Voronezhsintezkauchuk kohta. (Lisa 3.)
Aastatel 1932–1990 oli NSV Liit sünteetilise kautšuki tootmismahtude poolest maailmas esikohal. Ja täna säilitab Venemaa oma positsiooni ülemaailmse tähtsusega eksportijana. Umbes pool toodangust jääb siseturule. Peamised sünteetilise kummi tarbijad on rehvitehased ning umbes 40% kummist kasutatakse erinevate kummitoodete (üle 50 000 kauba) tootmiseks, sh pehmest kummist tehniliste ja kirurgiliste toodete, jalatsitaldade, konveierilindide, erinevate torude tootmiseks. ja igat tüüpi voolikud, elektriisolatsioon, liimid, hermeetikud, lateksipõhised värvid ja palju muud. Sünteetilise kautšuki tehnoloogia tulekuga on kummitööstus lakanud täielikult sõltumast loodusliku kautšuki tootmisest. Sünteetiline kautšuk pole aga looduslikku kautšukit asendanud, kummitootmise maht kasvab jätkuvalt ning loodusliku kautšuki osatähtsus kogu tootmismahust on 30%. Maailma juhtivad loodusliku kautšuki tootjad on praegu Kagu-Aasia riigid – Tai, Indoneesia, Malaisia, Lõuna-Vietnam, Hiina. Loodusliku kummi ainulaadsete omaduste tõttu on see asendamatu suurte rehvide tootmisel, mis taluvad kuni 75-tonnist koormust. Parimad tootmisettevõtted valmistavad sõiduautode rehvidele rehve loodusliku ja sünteetilise kummi segust. Seetõttu jääb loodusliku kautšuki peamiseks kasutusvaldkonnaks rehvitööstus (70%). Lisaks kasutatakse looduslikku kautšuki suure võimsusega konveierilintide, katelde ja torude korrosioonivastaste kattekihtide, liimi, õhukeseseinaliste ülitugevate väiketoodete valmistamiseks, meditsiinis jne.
Tunni lõpus kuulame ettekandeid iga rühma tööst ja sõnastame tunni kohta järeldused. Õpilased said tunni jooksul teada, et loodusliku ja sünteetilise kummi roll meie elus on suur. Kummi kasutatakse auto- ja lennundustoodete tootmisel, samuti tarbekaupade (jalatsid, sporditarbed, mänguasjad) tootmisel. Loodusliku kautšuki keemilisi omadusi uurides selgus, et sellel on polümeeriahelas mitu sidet, selgus, et kummil on cis-vorm ja see on
2-metüülbutadieen-1,3 (isopreen). Vulkaniseeritud kummi nimetatakse kummiks. Õpilased tutvusid ka kummitaimede ja nendest loodusliku kautšuki saamise meetoditega ning jätkasid oma teoreetiliste ja praktiliste oskuste arendamist.
Esitlused on artiklile lisatud (lisa, ,).
Bibliograafia:
- Ajakiri “Potentsiaalne. Keemia. Bioloogia. Meditsiin” Moskva kirjastus. OÜ “Azbuka-2000” 2011, E. A. Mendelejevi artikkel “Ajalugu kummist” lk 9–14.
- O. S. Gabrielyan, L. P. Vatlina “Keemiline eksperiment koolis”, Moskva “Drofa” 2005.
- A. I. Artemenko “Orgaanilise keemia hämmastav maailm”, Moskva “Drofa” 2008.
Halogeenide toime
Loodusliku kontakti protsessis kumm halogeenidega koos kaksiksideme kaudu halogeeni lisamisega algab vesiniku asendamise protsess vesinikkloriidi moodustumisega.
Loodusliku kautšuki kloorimine toimub kloori juhtimisel läbi kummilahuse tetrakloriid süsiniku või kummi kokkupuutel rõhu all oleva klooriga. Kloorimine toimub pärast mitmete vaheproduktide moodustumist. Kloorimise lõppsaadus tetrakloriid süsinik on kõrge molekulmassiga tsüklilise struktuuriga ühend, mida nimetatakse klooritud kummiks. See küllastunud saadus on kloori lisamise, vesiniku kloori asendamise ja tsüklistamise tulemus.
Klooritud kautšuk lahustub kergesti kõigis looduslike kummilahustites, välja arvatud bensiin. Selle lahuste viskoossus on peaaegu sama kui lahustel originaal kummist, seetõttu ei põhjusta kloorimine makromolekulide märgatavat rebenemist ja molekulmassi vähenemist. Tavaliselt saadakse klooritud kummi nii valge pulbri kui ka läbipaistvate kilede kujul. 70 °C lähedasel temperatuuril see pehmeneb, muutudes pehmeks ja elastseks, temperatuuril 180-200 °C laguneb koos kloori moodustumisega.
Olles küllastunud ühend, on klooritud kummil suhteliselt kõrge keemiline vastupidavus: See on vastupidav hapetele, sooladele ja leelistele. Seda kasutatakse erinevate värvide valmistamisel, korrosioonivastane katted ja tulekindlad materjalid ning on ka kummielementide metallpindadele kinnitamise kompositsiooni aluseks.
Sünteetiliste butadieeni ja butadieenstüreenkummi kloorimine süsiniktetrakloriidi lahuses toimub peamiselt kaksiksidemete kaudu ja sellega kaasneb makromolekulide ristsidumine; Sel juhul tsükliseerumist peaaegu ei täheldata. Nende kummide osalise kloorimise saadusi, mis sisaldavad kuni 35% kloori, saab vulkaniseerida väävli ja metalloksiididega, et moodustada täitmata vulkanisaateid, mille tõmbetugevus on kuni 13 MPa (130 kgf/cm2). Maksimaalne kloorisisaldus stüreenbutadieenkummi kloorimistoodetes on 53% ja butadieenkummi kloorimistoodetes 65-71%. Neid tooteid iseloomustab kõrge keemiline vastupidavus.
Nairiidi kloorimisel dikloroetaanis või kloroformis saadakse kloornairiit sisaldab 68% kloori, mis vastab valemile (C4H5CI3) P. Klornairiiti kasutatakse liimide valmistamiseks, mida kasutatakse kummi kinnitamiseks metallide külge kummi-metalltoodete vulkaniseerimisprotsessi käigus.
Kui looduslik kautšuk interakteerub broomiga külmas, liitub broom kaksiksideme kohas, moodustades kummidibromiidi, suure molekulmassiga ühendi koostisega (C5H 8 Br 2)n. Seda reaktsiooni kasutatakse praktikas kummi kvantitatiivseks määramiseks segudes teiste ainetega. Dibromiid on suhteliselt ebastabiilne, temperatuuril üle 60 °C toimub selle lagunemine.
Kui looduslik kautšuk interakteerub joodi ja fluoriga, toimub kummi oksüdeerumine samaaegselt. Ainult eritingimustel on võimalik saada dibromiidiga sarnaseid suure molekulmassiga koostoimeprodukte joodi ja fluoriga.
Väävelhappe ja sulfaatide mõju
Kui looduslik kautšuk puutub kokku väävelhappe ja sulfoonhapetega, siis nn termopreenid. Olenevalt tootmistingimustest ja võetud happe kogusest võib saada erineva kõvadusega termopreene. Kõik termopreenid on termoplastsed, st võivad kuumutamisel pehmeneda.
Osa liimi kujul olevaid termopreene kasutatakse kummi kinnitamiseks metalli ja puidu pinnale, metallseadmete pinna vooderdamisel (kummimine).
Termopreeni tootmise keemilises protsessis kasutatakse mittelenduvaid sulfoonhappeid, mis on kummis ühtlasemalt jaotunud. See protsess viiakse läbi, segades n-tolueensulfoonhapet koguses 8-9% kalandritel isopreenkummiga ja kuumutades saadud segu 3 tunni jooksul 140 °C lähedase temperatuurini. Pärast kuumtöötlemise lõppu pestakse saadud segu rullidel, eemaldades seeläbi happed koos saadud aine edasise kuivatamisega.
Termopreenide moodustumisel toimub kummi tsüklistumine külgnevate kaksiksidemete interaktsiooni tulemusena. Termopreeni koostis läheneb valemile (C 5 H 8)n, mis näitab, et hape ei kinnitu kummi külge, vaid põhjustab ainult muutuse selle molekulaarstruktuuris, samas kui kaksiksideme arv molekulides väheneb peaaegu 2 võrra. -2,5 korda.
Termopreenid lahustuvad samades lahustites kui kumm.
Termopreeni lahuste viskoossus on oluliselt madalam kui originaalkummi lahuste viskoossus, mis näitab molekulmassi vähenemist sulfoonhapete mõjul. Termopreene on võimalik väävliga vulkaniseerida, nagu originaalkummi, lisades halogeene ja vesinikhalogeniide.
Sünteetiline cis- 1,4-polüisopreen reageerib sulfoonhapetega ja tsüklistumine toimub toodete moodustumisega, mille struktuur sarnaneb loodusliku kautšuki ja sulfoonhapete interaktsiooni saaduste struktuuriga.
Kummide oksüdatsioon
Kummi vananemise peamine põhjus on oksüdatsioon, mille tagajärjel halvenevad nende füüsikalised, mehaanilised ja tehnoloogilised omadused. Kummi koostoime hapnikuga on väga oluline mitmete tehnoloogiliste protsesside, nagu plastifikatsioon, vulkaniseerimine ja regenereerimine, läbiviimisel, mis põhjustab kummi omaduste muutumist.
Kummi oksüdatsiooniproduktid on nii lenduvad kui ka mittelenduvad ühendid. Loodusliku kautšuki oksüdatsioonireaktsiooni väga lenduvate saaduste segus leiti: süsinikdioksiid, vesi ja vesinik, vesinikperoksiid, formaldehüüd. Butadieenkummi lenduvate oksüdatsiooniproduktide hulka kuuluvad vesi, formaldehüüd ja sipelghape.
Mittelenduvates oksüdatsiooniproduktides sisaldub hapnik funktsionaalrühmades.
Oksüdeerumisel võivad kummid absorbeerida märkimisväärses koguses hapnikku. On saanud teatavaks, et looduslik kautšuk neelab oksüdatsiooniprotsessi käigus kuni 30% hapnikku.
Toorkumm, mis on mõeldud hilisemaks tööstuslikuks kasutamiseks, on tihe amorfne elastne materjal, mille erikaal on 0,91-0,92 g/cm? ja murdumisnäitaja 1,5191. Selle koostis varieerub erinevate lateksite ja istandike ettevalmistamise meetodite lõikes. Tüüpilise analüüsi tulemused on toodud tabelis.
Kummist süsivesinik on polüisopreen, süsivesinikpolümeeri keemiline ühend üldvalemiga (C5H8)n. Täpselt pole teada, kuidas kummi süsivesinikud puidus sünteesitakse. Vulkaniseerimata kumm muutub sooja ilmaga pehmeks ja kleepuvaks ning külma ilmaga rabedaks. Kuumutamisel üle 180°C õhu puudumisel laguneb kumm ja eraldab isopreeni. Kumm kuulub küllastumata orgaaniliste ühendite klassi, millel on märkimisväärne keemiline aktiivsus koostoimes teiste reaktiivsete ainetega. Seega reageerib see vesinikkloriidhappega, moodustades kummivesinikkloriidi, ning lisamis- ja asendusmehhanismide kaudu ka klooriga, moodustades klooritud kummi. Atmosfääri hapnik mõjub kummile aeglaselt, muutes selle kõvaks ja rabedaks; osoon teeb sama asja kiiremini. Tugevad oksüdeerivad ained, nagu lämmastikhape, kaaliumpermanganaat ja vesinikperoksiid, oksüdeerivad kummi. See on vastupidav leelistele ja mõõdukalt tugevatele hapetele. Kumm reageerib ka vesiniku, väävli, väävelhappe, sulfoonhapete, lämmastikoksiidide ja paljude teiste reaktiivsete ühenditega, moodustades derivaate, millest mõned on tööstuslikud. Kumm ei lahustu vees, alkoholis ega atsetoonis, kuid paisub ja lahustub benseenis, tolueenis, bensiinis, süsinikdisulfiidis, tärpentiinis, kloroformis, süsiniktetrakloriidis ja teistes halogeenitud lahustites, moodustades viskoosse massi, mida kasutatakse liimina. Kummist süsivesinik esineb lateksis pisikeste osakeste suspensioonina, mille suurus jääb vahemikku 0,1–0,5 mikronit. Suurimad osakesed on nähtavad läbi ultramikroskoobi; nad on pideva liikumise olekus, mis võib illustreerida nähtust, mida nimetatakse Browni liikumiseks. Iga kummiosake kannab negatiivset laengut. Kui vool lastakse läbi lateksi, liiguvad sellised osakesed positiivsele elektroodile (anoodile) ja sadestuvad sellele. Seda nähtust kasutatakse tööstuses metallesemete katmiseks. Kummiosakeste pinnal on adsorbeerunud valgud, mis takistavad lateksiosakeste üksteisele lähenemist ja nende koagulatsiooni. Asendades osakese pinnale adsorbeeritud aine, saate muuta selle laengu märki ja seejärel sadestuvad katoodile kummiosakesed. Kummil on kaks olulist omadust, mis määravad selle tööstusliku kasutamise. Vulkaniseeritud olekus on see elastne ja pärast venitamist naaseb oma esialgsele kujule; vulkaniseerimata olekus on see plastiline, st. voolab kuumuse või rõhu mõjul. Üks kummide omadus on ainulaadne: venitades need soojenevad, kokkusurumisel aga jahtuvad. Selle asemel tõmbub kumm kuumutamisel kokku ja paisub jahutamisel, näidates nähtust, mida nimetatakse Joule'i efektiks. Mitusada protsenti venitades orienteeruvad kummimolekulid sedavõrd, et selle kiud annavad kristallile iseloomuliku röntgenpildi. Heveast ekstraheeritud kummimolekulid on cis-konfiguratsiooniga, balata ja guttapercha molekulid aga trans-konfiguratsiooniga. Kuna see on halb elektrijuht, kasutatakse kummi ka elektriisolaatorina.
1. lehekülg
Kummilahuseid iseloomustab kõrge viskoossus ja muud polümeerilahustele iseloomulikud omadused. Kummilahuste kolloidsed omadused on seletatavad lahuses olevate kummimolekulide ja mitsellide märkimisväärse suurusega. Kummilahuste viskoossus suureneb märgatavalt kontsentratsiooni suurenedes ja temperatuuri langedes. Kummi hävitamine viib liimide viskoossuse vähenemiseni.
Kummilahus dekaliinis asetati osonisaatoritüüpi seadmesse, mis koosnes kahest üksteise sees asetsevast torust ja allutati 4500-voldise vahelduvvoolu tühjenemisele.
Kummilahuseid või, nagu tehnoloogid nimetavad, kummiliimid, kasutatakse laialdaselt erinevates tööstusvaldkondades. Seetõttu pakub nende omaduste uurimine otsest tehnoloogilist huvi. Samas on neil lahendustel mitmeid väga iseloomulikke omadusi, mille uurimine on eriti oluline kummi, struktuuri, tehniliste omaduste, selles toimuvate looduslike ja tehnoloogiliste muutuste uurimisel. Kusagil ei kajastu kummi struktuuriomadused nii peenelt ja tundlikult kui selle lahenduste omadustes. Kummilahuste omaduste tundmine tähendab suurel määral kummi enda omaduste ja ehituslike iseärasuste tundmist.
Kummilahus juhitakse seadmesse ja jaotatakse rootori abil üle selle seinte. Korpuse ja rootori labade vahe on 1–3 mm. On vaja püüelda minimaalse vahe poole, kuid rootori tsentreerimise raskus ja suutmatus säilitada korpuse õiget silindrilist kuju selle keevitamise ja kokkupanemise ajal tingivad vajaduse töötada suhteliselt suure vahega. Kummi soojendatakse vaikse auruga läbi aparaadi seina. Degaseerimisprotsessi kiirendamiseks töötab seade vaakumis.
Kummilahus, mis saadakse loodusliku kautšuki infundeerimisel bensiini või benseeniga.
| Kummi turse kineetika. |
Kummilahuseid iseloomustab kõrge viskoossus ja muud polümeerilahustele iseloomulikud omadused. Kummilahuste kolloidsed omadused on seletatavad lahuses olevate kummimolekulide ja mitsellide märkimisväärse suurusega. Kummilahuste viskoossus suureneb märgatavalt kontsentratsiooni suurenedes ja temperatuuri langedes. Kummi hävitamine viib liimide viskoossuse vähenemiseni.
Naatriumbutadieen-, butadieenstüreeni- ja butadieen-nitriilkummi lahused ksüleenis või lahustibensiinis on lakid, mis pärast kuivatamist temperatuuril 150–170 moodustavad metallidele väga kõva, elastse kuldse värvi kile, mis kaitseb metalltooteid rahuldavalt atmosfäärimõjude eest. korrosioon. Kui naatriumbutaadiumkummi lahusele lisada 3-5% koobaltlinoleaati või muud kuivatusainet, kõvenevad värvitud lakikiled toatemperatuuril 1-2 päevaga.
Kui kummilahusega kiiritatakse ultraviolettkiirgust hapniku juuresolekul, siis täheldatakse minimaalse pindpinevuse järsku langust ja selle nihkumist kõrgema kontsentratsiooni piirkonda. Teisest küljest, kui § kiiritatakse inertgaasi atmosfääris, jääb pindpinevus isoterm § peaaegu muutumatuks, samal ajal kui viskoossus langeb järsult.
Järgmisena läbib kummilahus, millel on juba kõrge viskoossus, rea torukujulisi sektsioone, mille torudevahelises ruumis külmutusagens ringleb. Iga sektsiooni torudes liigub lahus laminaarses režiimis, mille tulemusena tekib torude raadiuses temperatuurigradient. Järgmisele sektsioonile liikudes segatakse lahuse kihid ja temperatuur keskmistatakse.
Kloorigaas juhitakse läbi kummilahuse, mis asub külmikutega varustatud emailitud reaktoris. Süsiniktetrakloriid suunatakse püstjahutist tagasi reaktorisse ning liigne kloor ja tekkiv vesinikkloriidhape lenduvad. Vesinikkloriidhape imendub tantaalist valmistatud absorberites. Pärast kloorimise lõpetamist kantakse lahus happekindlate tellistega vooderdatud mahutisse. Seejärel pumbatakse lahus kuuma vee paaki, kus klooritud kumm lahusest välja kukub. Sade pestakse põhjalikult ja seejärel kuivatatakse. Allpool on näidatud, et sellel tootel on neli klassi, mis erinevad viskoossuse poolest. Kummi kloorimisel tekivad nii lisamis- kui asendusreaktsioonid. Kummi kloorimistoode omandab maksimaalse stabiilsuse, happe- ja leelisekindluse, samuti mittesüttivuse ainult kõrge kloorisisaldusega.