Каучуки і кремній органічні сполуки

Вступ

Вчені домоглися успіху і сьогодні більше однієї третини гуми, виробленої в світі, виготовляється з синтетичного каучуку. Каучук і гума внести величезний внесок в технічний прогрес останнього сторіччя. Згадаймо хоча б про мінах і різноманітних ізоляційних матеріалах, і нам стане ясна роль каучуку в найважливіших галузях господарства. Каучук робить наше життя зручніше.

Але навряд чи знайдеться інша природна сировина, видобуток якого так була пов'язана з кров'ю, свавіллям і безмежної колоніальною експлуатацією. Сотні тисяч негрів та індійців загинули від хвороб і непосильної праці на плантаціях білих колонізаторів. Їх смерть забивали нелюдські наглядачі - Європа і Америка все настійно вимагали каучуку, і безправні раби-тубільці змушені були добувати його.

Коли іспанські конкістадори в XVI столітті висадилися в Південній Америці, їхню увагу залучили м'ячі, якими індіанці користувалися в спортивних іграх. Ці м'ячі були зроблені з невідомого в Іспанії пружного і пластичного речовини, що отримується індіанцями із соку якихось дерев. Індіанці знаходили йому й інше застосування. Виготовляли з нього водонепроникну взуття або обробляли їм тканину, щоб зробити її непромокаючої. Чутки про дивну речовині досягли Іспанії. Спочатку це здалося цікавим, але незабаром про дивовижних іграшках просто забули. І суду відправилися в небезпечні подорожі на за ними, а за золотом. Коли набагато пізніше французький вчений Шарль де ля Кондамін нагадав про цю речовину, його повідомлення сприйняли як цікавий курйоз. Однак цим деревом, що росло в величезних незайманих лісах Амазонки, в наступні роки продовжували цікавитися і спостерігали, як місцеві жителі добували його сік - каучук. Каучуки - це еластичні матеріали, з яких методом вулканізації (нагріванням із сіркою) отримують гуму. З каучуків виготовляють покришки і камери для коліс літаків, автомобілів та велосипедів. Вони застосовуються для електроізоляції, виробництва промислових товарів і медичних приладів.

Глава 1. Каучуки

1.1. Природний каучук

Натуральний (природний) каучук - це високо-молекулярний ненасичених вуглеводнів елементарного складу (С5Н8) n, його відносна молекулярна маса коливається в межах 150000-500000. Рурірованіе каучуку призводить до граничного вуглеводні складу (С5Н10) n, озонування - до озоніду (С5Н8О3) n. З продуктів сухої перегонки каучуку (М. Фарадей) був виділений ізопрен:

Р. Штаудингер (1931 р.) була запропонована гіпотеза про ізопренаізном будові каучуку, містить ланцюжка послідовно з'єднаних залишків ізопрену. Ретельно виконане озонування підтвердило припущення Р. Штаудингер - продукти озонування на 95% складаються з левулінового альдегіду:

Методом рентгеноструктурного аналізу встановлено цис-1 ,4-будова ізопреноідной ланцюга, при якому метиленовим СН2-групи розташовані по один бік від подвійної зв'язку:

Макромолекула каучуку має спіральне будова з періодом ідентичності 0,913 нм і містить більше 1000 ізопрена залишків. Будова макромолекули каучуку забезпечує його високу еластичність - найбільш важливе технічне властивість. Каучук володіє вражаючою здатністю оборотно розтягуватися до 900% первісної довжини.

Різновидом каучуку є менш еластична гутаперча, або Балата, - сік деяких каучуконосних рослин, що ростуть в Індії та на Малайському півострові. У відміну від каучуку молекула гутаперча коротше і має транс-1 ,4-будову з періодом ідентичності 0,504 нм.

Видатне технічне значення натурального каучуку, відсутність у ряді країн, у тому числі ? водимо сірки.

Дуже важливі також протівостарітелі, які зменшують вплив кисню повітря на гуму. З часом кисень приєднується до решти в молекулах гуми подвійним зв'язків і посилює тим самим освіта сітчастих молекул, при це гума втрачає свої характерні якості і стає твердою і крихкою. Протівостарітелі - це антиокислювачі.

Ще на зорі застосування каучуку-сирцю, коли він був досить дорогий, підприємливі фабриканти знайшли дешевий спосіб збільшити його кількість. У каучук-сирець стали додавати наповнювачі - сажу, крейду, окис цинку і т.д. Яким же було здивування, коли виявилося, що оброблений таким чином каучук не тільки збільшується у вазі, але і в ряді випадків, набував найкращі властивості - збільшувалася опір розриву і розтягування, твердість. Незабаром стали розрізняти два групи наповнювачів:

активні наповнювачі, що покращують якість каучуку. До них серед інших відносяться активна газова сажа, окис цинку і каолін;

інертні наповнювачі, які лише збільшують вагу продукту, наприклад, сажа, крейда і важкий шпат.

Найбільш активним наповнювачем виявилася поверхнево газова сажа, яка може бути отримана спалюванням газу при нестачі кисню. Сьогодні немає ні одного сорту гуми, який не містив би різних домішок та наповнювачів. Правильний вибір і відповідне співвідношення кількості цих домішок визначають якість гуми. У цій області, безсумнівно, має бути ще цікаві і важливі відкриття.

Домішки і наповнювачі можуть становити значну частину загальної ваги, а нерідко взагалі перевищують вага самого каучуку. Як різноманітні і складні можуть бути домішки, додаються до каучук-сирець, видно на прикладі гуми для автомобільних шин.

Змішання каучуку з інгредієнтами проводиться в спеціальних апаратах - гумозмішувачах, в яких каучук перетирається разом з інгредієнтами. Вулканізірующій агент вводиться в гумову суміш в останній момент приготування гумової суміші під уникнути передчасної вулканізації.

Готову гумову суміш, що складається з каучуку, вулканізірующего агента, прискорювача вулканізації, активатора, наповнювачів, стабілізатора і т.п., направляють на завершальний процес гумового виробництва - вулканізацію. Вулканізацію проводять або після формування з гумової суміші відповідних виробів (труб, рукавів, листів та інших), або одночасно з процесом формування виробів. Вулканізація протікає при нагріванні.

Щоб підвищити експлуатаційні якості деяких видів гумових виробів, наприклад, шин, транспортних шин, приводних ременів і т.п., в конструкцію таких виробів вводять корд-безуточную тканина з суканого пряжі, що служить тканинної основою виробів (їх каркасом).

Інгредієнти гумових сумішей: головне - це каучук; прискорювачі процесу вулканізації (діфенілгуанідін, дітіо-біс-бензтіазол (альтакс), тетраметілтіурамдісульфід (тіурам), маркаптобензотіавзол (каптакс); мягчители (дибутилфталат, жирні кислоти, вазелін, соснова смола, рубракс, парафін); протівостарітелі (феноли, віск, феніл-