Синтез натурального каучука в растениях
Синтез натурального каучука в растениях
ООО «ДомРезин»
тел.: +7 (812) 953-52-84
E-mail: domrezin@inbox.ru
г. Санкт-Петербург
ИЗОПРЕНОВЫЕ КАУЧУКИ
Аналогами натурального каучука являются синтетические каучуки. В промышленности выпускаются различные типы этих каучуков, несколько отличающиеся по свойствам и по виду применяемых катализаторов (комплексные, литиевые и др.). Одним из наиболее многотоннажных каучуков является изопреновый каучук «СКИ-З».
Получение
Изопреновый каучук, который является синтетическим каучуком — стереорегулярен, СКИ-З получается полимеризацией изопрена в среде инертного растворителя c присутствии комплексного катализатора.
Растворная полимеризация изопрена производится непрерывным способом в батарее из 4—6 полимеризаторов, охлаждаемых рассолом. Концентрация мономера в шихте 12 -15%, степень превращения изопрена 90—95%, продолжительность полимеризации при температурах от 0 до 10 °С составляет 2—3 ч. Для получения высокомолекулярного полимера необходима высокая степень чистоты применяемых реагентов.
Стабилизация полимера с целью предохранения от окисления производится смесью неозона и фенилендиамина, которые вводят в продукт полимеризации (полимеризат) в виде раствора или водной суспензии. Для выделения каучука из полимеризата в виде крошки, полимеризат смешивают с водой и паром, вводят вещества, предотвращающие агломерирование крошки (образование крупных агломератов, комков), и отгоняют растворитель.
Отделение крошки от воды и сушка изопренового каучука после дегазации производятся в ленточных сушилках и червячных машинах. После сушки производится брикетирование каучука на прессах и автоматических установках.
Синтетический каучук марки СКИ-З выпускают брикетированным массой 30 кг, обернутым в полиэтиленовую пленку, а затем помещенным в четырехслойные бумажные мешки. Упаковочная пленка может перерабатываться вместе с каучуком, так как при температуре смешения полиэтилен размягчается и хорошо смешивается с каучуком в резиносме-сителе.
В настоящее время изопреновый каучук СКИ-З (ГОСТ 14925—73) выпускают двух групп: СКИ-З 1-й группы — с пластичностью 0,30—0,40, СКИ-З 11-й группы — с более высокой пластичностью 0,41—0,48.
Структура
Цис-Изопреновый каучук СКИ-З очень близок по строению к натуральному каучуку (НК).
Молекулярная цепь этого каучука содержит до 94—97% звеньев изопрена, соединенных в цис1,4-положении; остальные изопреновые звенья присоединены в транс- 1,4-положении (2—4%) и в положении 1,2 и 3,4 (1—2%).
Степень стереорегулярности микроструктуры зависит от типа катализатора и условий полимеризации. Микроструктура полиизопрена оказывает первостепенное влияние на определяющие физико-механические свойства резины.
С увеличением содержания транс-1,4, 1,2 и 3,4-звеньев в полимере снижаются прочностные свойства при растяжении, эластичность по отскоку и, как правило, относительное удлинение при разрыве, повышается температура стеклования и ухудшается морозостойкость.
Кроме микроструктуры важнейшими молекулярными параметрами каучука СКИ-З является средняя молекулярная масса, молекулярно-массовое распределение, разветвленность золь-фракции (растворимая часть), содержание и строение гель-фракции (нерастворимая часть).
Свойства
Технологические и пластоэластические свойства изопренового каучука зависят от содержания и строения золь- и гель-фракций.
Средневязкостная молекулярная масса золь-фракции каучука СКИ-З составляет (0,55—1,0) – 10n, показатель полидисперсности — 3.
С понижением молекулярной массы золь-фракции ухудшаются физико-механические свойства резин, а с ее увеличением уменьшается пластичность каучука (ниже 0,35), что вызывает затруднения при изготовлении резиновых смесей на шинных заводах. Считается, что СКИ-З для шин должен содержать 80—85% золь-фракции и 15—20% геля с плотностью (индексом набухания ) более 25.
При увеличении содержания геля и его плотности понижается пластичность и повышается вязкость каучука по Муни, ухудшаются технологические свойства. Присутствие сильнонабухающего (рыхлого) геля приводит к возрастанию скорости пластикации каучука и улучшению физико-механических свойств резины, но при значительном его содержании (25—30%) увеличивается жесткость каучука и снижается его пластичность (до 0,35), что затрудняет использование каучука в шинном производстве.
Наличие структур 1,2 и 3,4 в СКИ-3 затрудняет кристаллизацию. СКИ-3 кристаллизуется при растяжении или при понижении температуры, но в 3—4 раза медленнее кристаллизации натурального каучука и имеет несколько меньшую степень кристалличности. Это связывают с большей регулярностью микроструктуры натурального каучука и ориентирующим влиянием содержащихся в нем примесей и полярных групп, являющихся зародышами кристаллизации. Установлено, что при удалении примесей из натурального каучука путем экстрагирования ацетоном скорость его кристаллизации уменьшается и становится близкой к скорости кристаллизации СКИ-3. Эти особенности кристаллизации СКИ-3 по сравнению с кристаллизацией НК заметно не влияют на прочность при растяжении резин при 20 и 100 °С.
Плотность каучука СКИ-3 равна 910—920 кг/м3 (0,91 — 0,92 г/см3), температура стеклования минус 70°С. Изопреновые каучуки достаточно хорошо растворимы в ароматических и хлорсодержащих углеводородах, бензине и не растворимы в спиртах и кетонах. Изопреновые каучуки и резины на их основе обладают высокой газонепроницаемостью. Диэлектрические свойства резины на основе СКИ-3 равноценны резинам на основе НК. Удельное объемное сопротивление составляет 3,4-1012 Ом-м, диэлектрическая проницаемость 3,8, тангенс угла диэлектрических потерь 0,011, электрическая прочность 36 МВ/м (36 кВ/мм).
Резиновые композиции на основе изопренового каучука СКИ-3 стойки к действию воды, ацетона, этилового спирта и не стойки к действию бензина, минеральных, растительных и животных масел, ароматических и хлорсодержащих углеводородов, щелочей, аммиака и некоторых кислот (азотной, соляной, олеиновой, муравьиной и др.).
Цис-Изопреновый каучук претерпевает под действием различных факторов превращения, аналогичные превращениям натурального каучука.
В отличие от натурального каучука, синтетический каучук СКИ-3 не нуждается в предварительной пластикации, так как он выпускается с достаточно высокой пластичностью. Он легко смешивается с ингредиентами и другими каучуками. Смеси, изготовленные на его основе, легко каландруются и шприцуются, имеют гладкую глянцевую поверхность и обладают высокой клейкостью, меньшей, однако, чем смеси на основе натурального каучука. СКИ-3 более, чем НК, склонен к механической и термоокислительной деструкции, поэтому изготовление смесей рекомендуется производить при температурах 70—115°С в возможно более короткие сроки.
При обработке на вальцах и другом технологическом оборудовании деструкции подвергаются прежде всего высокомолекулярные фракции изопренового каучука СКИ-3, происходит разрушение геля, уменьшаются среднемассовая молекулярная масса Мm и индекс полидисперсности каучука, сужается ММР, увеличивается растворимость полимера.
Существенным недостатком синтетического каучука СКИ-3 по сравнению с НК является низкая прочность резиновых композиций на его основе (низкая когезионная прочность), затрудняющая их переработку и хранение. Этот недостаток объясняют отсутствием функциональных групп в молекулах СКИ-3. Он может быть устранен модификацией молекулярной структуры СКИ-З путем введения в молекулы каучука карбоксильных, сложноэфирных, гидроксильных, уретановых групп или атомов галогенов. Повышению когезионной прочности способствует также частичное структурирование каучука нитрозо- и ди-нитрозосоединениями в процессе высокотемпературной обработки его с активными сажами при 120— 160 °С на первой стадии смешения. Применение этих структурирующих напряжений, эластичности, усталостной выносливости и к понижению теплообразования при многократном сжатии резин.
Способность изопренового каучука СКИ-3 кристаллизоваться при растяжении и гибкость его молекулярных цепей определяют высокую эластичность и прочность ненаполненных и наполненных резин на его основе, сохраняющиеся при температурах от 20 до 100 °С, а также хорошие динамические свойства. Однако температурный коэффициент падения прочности резин на основе СКИ-3 несколько выше, чем у резин на основе НК.
Не наполненные вулканизаты изопреновый каучук СКИ-3, как и вулканизаты других кристаллизующихся каучуков, обладают достаточно высокой прочностью при растяжении. Наполненные техническим углеродом (саженаполненные) резины на основе СКИ-3 имеют большее теплообразование при многократном растяжении и более низкие условные напряжения по сравнению с резинами на основе НК. Износостойкость резин на основе СКИ-3 вследствие его меньшей устойчивости к термоокислительному воздействию несколько ниже, чем у резин из НК.
В промышленности для оценки свойств синтетический каучук используют такие показатели, как жесткость по Дефо, пластичность, вязкость по Муни. Однако эти показатели характеризуют стандартность каучука и недостаточно характеризуют особенности молекулярной структуры и технологические свойства, так как одинаковые по пластичности и вязкости (по Муни) каучуки могут значительно различаться по содержанию и плотности геля, характеристической вязкости, содержанию золь-фракции, а также по востанавливаемости. Это объясняется сложностью и неоднозначностью влияния параметров молекулярной структуры на пласто-эластические свойства каучука.
Применение
Изопреновый каучук СКИ-3 может применяться при изготовлении резиновых изделий в сочетании с натуральным и другими синтетическими каучуками.
При добавлении СКД к СКИ-3 повышается морозостойкость и износостойкость резин по сравнению с резинами на основе одного каучука СКИ-3.
Бутадиен-метилстирольные каучуки при добавлении к СКИ-3 понижают липкость резиновых смесей и повышают усталостную выносливость при многократных деформациях. Нитрит повышает озоностойкость и сопротивление резин из СКИ-3 тепловому старению.
В соответствии с комплексом технических свойств синтетический каучук СКИ-3 находит широкое применение в производстве шин, транспортерных лент, напорных и всасывающих рукавов, формовых и неформовых резиновых изделий, для обкладки валов бумажных машин, в производстве резиновой обуви, эбонита, кабельных, губчатых, медицинских и других изделий.
Как выбрать коврик для йоги (йога мат)
Обычно, когда мне задают такой вопрос после занятия, я предлагаю человеку посмотреть на коврики занимающихся и все их потрогать (с разрешения хозяев), попробовать постоять на них в асанах (например, в собаке мордой вниз). Чтобы понять какая поверхность нравится, какой толщины коврик лучше, взвесить его, понять какое у него сцепление, может постоять на коленях или локтях и проверить подходит ли вам его толщина. Это избавит вас от необходимости ехать в магазин и можно будет купить коврик онлайн.
Если же вы едете в магазин, где представлена вся продукция, то там обычно есть маленькие отрезки ковриков, которые можно потрогать и оценить будущий коврик на мягкость, структуру и сцепление («скользкость»).
Затем обычно я советую следующие модели. Причём сразу оговорюсь, что лучше покупать коврик в специализированном магазине йога оборудования, а не в обычном спортивном или супермаркете.
- Ojas Shakti или Bodhi Lotus Pro – если планируете заниматься 2 раза в неделю не очень интенсивно и любите комфорт. Очень мягкие, липкие, лёгкие коврики, впитывают влагу. Но при очень активной практике за 1-2 года начнут кровиться.
- Bodhi Rishikesh или Kailash – очень износостойкие, но более скользкие, не впитывают влагу (т.е. при потении становятся ещё более скользкими). Начинающему на них сложнее практиковать.
- Каучуковый коврик — Salamander Optimum или другие варианты и бренды – они значительно тяжелее и в 1,5-2 раза дороже. С таким уже не походишь по городу целый день. Износостойкий, впитывает влагу, хорошее сцепление (липкий)
- Каучук + пробка,
- Каучук + покрытие non-slip
- Каучук + хлопок (микрофибра)
Приведённые в таблицах ниже коврики подобрал специально примерно одной длинны (180*60см), чтобы было удобнее сравнивать цену и вес. Есть другие габариты по длине, ширине и другие виды покрытий.
В таблицу специально добавил несколько низкокачественных «китайцев», чтобы сравнить цену, и бренды Reebok и adidas, т.к. эти коврики тоже достойны внимания, но уступают йоговский. Мой второй коврик был reebok и я на нём практиковал несколько лет, а супруга стёрла несколько ковриков adidas прежде чем перешла на каучуковые коврики.
Не подходят для комфортных занятий йогой (не удобные)
1. Туристические коврики
Они скользкие, особенно когда намокнут (от пота), поэтому на них будут разъезжаться ноги и руки. Они лёгкие и дешёвые, но могут скользить по гладкой поверх пола, объёмные, закручиваются. Некоторые тянутся, что мешает практике. Цена – около 300-600 рублей.
Но иногда, принимая участие в йога-туре с походом в горы, практикуют и на них.
Обычно производятся из материала ППЭ (пенополиэтилен, вспененный полиэтилен) и ПСЭВ (физически сшитый пеносэвилен).
Туристические коврики
Туристические коврики
Туристические коврики
Натуральный и синтетический каучук
Сейчас каучук является одним из наиболее важных полимеров. По мере развития техники роль его все больше возрастает. В настоящее время ассортимент резиновых изделий составляет свыше 40 тыс. наименований.
Натуральный каучук.
Натуральный каучук содержится в млечном соке некоторых тропических деревьев—каучуконосов. В настоящее время практически весь натуральный каучук добывают из деревьев гевеи. Добываемый из деревьев-каучуконосов млечный сок (латекс) содержит в среднем 55-60% воды и 35-40% каучука в виде мелких глобул. Для выделения каучука латекс обрабатывают уксусной или муравьиной кислотой, в результате чего происходит коагуляция (слипание) глобул каучука.
По химическому составу натуральный каучук представляет собой смесь высокомолекулярных непредельных углеводородов. Исследования показали, что основной частью натурального каучука являются звенья изопрена.
Длинные молекулы натурального каучука беспорядочно свернуты в клубки и непрерывно изменяют форму.
Этим и объясняется его высокая эластичность, по при — 60 °С прекращается беспорядочное движение молекул, каучук теряет свою эластичность и становится хрупким.
По внешнему виду натуральный каучук представляет собой упругое смолоподобное вещество светло-коричневого цвета. Он хорошо растворяется во многих органических растворителях: углеводородах (предельных и ароматических), в простых и сложных эфирах и т. д. В спиртах и минеральных маслах набухает. При 120°С он размягчается, а при дальнейшем нагревании переходит в коричневую смолоподобную жидкость. При 250 °С разлагается с выделением газообразных и жидких продуктов, главным образом изопрена, дипептена. Каучук не проводит электрического тока, газонепроницаем, что дает возможность применять материалы, приготовленные на его основе, в электрической и радиотехнической аппаратуре.
Каучук является реакционноспособным веществом. Он взаимодействует с водородом, галогенами, галогеиводородами, нитро- и нитрозосоединениями и т. д. Особенно активно воздействуют на каучук кислород и другие окислители.
При взаимодействии каучука с хлором наряду с реакцией присоединения протекает реакция замещения. Образующийся хлоркаучук химически устойчив и растворим в бензине, но при нагревании до 70°С размягчается, а при 180-200°С разлагается с выделением хлористого водорода НС1. Хлоркаучук широко используют для производства химически стойких лаков и красок, стойких клеев и т. п.
Окисление каучука протекает автокаталитически. На скорость окисления оказывает большое влияние присутствие солей меди, железа, марганца, кобальта, которые ускоряют реакцию окисления. Озоном каучук окисляется более энергично, чем кислородом воздуха, при этом образуются озонид каучука и оксиозонид каучука.
Различные перекиси воздействуют на каучук аналогично атмосферному кислороду, только более энергично.
Из всех видов каучуков натуральный каучук наиболее пожароопасен, он имеет сравнительно низкую температуру воспламенения (129°С). Разложение каучука при температуре выше 250 С С, сопровождающееся выделением различных газообразных продуктов, способствует образованию взрывоопасных концентраций продуктов разложения и при определенных условиях может повлечь за собой взрыв.
При горении каучук плавится и растекается, образуя подвижную среду, способствующую распространению пожара и затрудняющую процесс тушения пожара. Температура горения каучука зависит от условий протекания горения и может достигать 1500-1700°С. Пламя — яркое, коптящее, характеризуется большим тепловым излучением.
Натуральный каучук широко применяют в автомобилестроении, авиастроении, в военной технике. Большое количество натурального каучука используют в производстве шин для самолетов, больших грузовых автомо-
билей, работающих под большими нагрузками.
Синтетические каучуки.
Быстрое развитие техники во второй половине XIX столетия потребовало больше каучука. Это заставило исследователей заняться изысканием методов получения синтетического каучука. Выделяющуюся роль в исследованиях по синтезу каучуков сыграли работы русских и советских ученых: А. М. Бутлерова, А. Е. Фаворского, Б. 3. Вызова, С. В. Лебедева и др. Они показали, что каучук можно получить не только из изопрена, но и из других диеновых углеводородов.
Синтетические каучуки имеют следующие преимущества по сравнению с натуральными:
1. Производство синтетического каучука может быть организовано в любых масштабах; оно не зависит от климатических условий.
2. Синтетический каучук можно получать с заранее заданными свойствами.
3. Производство синтетического каучука более экономично, чем натурального.
К недостаткам синтетического каучука относится малая клейкость, пониженная эластичность и низкая прочность по сравнению с натуральными каучуками.
Основным сырьем для получения синтетических каучуков служат нефтяные газы, гидролизный и синтетический этиловый спирт, ацетилен. Процесс производства синтетических каучуков сводится к получению каучукогенов (низкомолекулярных непредельных соединений) и их полимеризации.
Из каучукогенов наибольшее применение имеют:
— бутадиен (дивинил), который является основным каучукогеном, получаемым из бутана, этанола, ацетилена и т. д.;
— изопрен, получаемый из крекинг-газов;
— диметилбутадиен, получаемый из ацетона;
— хлоропрен, получаемый из ацетилена и хлора;
— изобутилен, получаемый из продуктов каталитического крекинга нефти;
— стирол, получаемый конденсацией бензола и этилена в присутствии А1С13;
— нитрил акриловой кислоты, получаемый каталитическим дегидрированием этиленциангидрина.
Натрийбутадиеновый каучук (СКБ). Этот каучук является пластичным продуктом с плотностью 890 — 920 кг/м 3 , диэлектрической проницаемостью 2,8, температурой стеклования от — 48 до — 73 °С. Химические свойства натрийбутадиенового каучука аналогичны свойствам натурального. Он реагирует с бромом.
В отличие от натурального каучука при окислении кислородом натрийбутадиеновый каучук становится твердым и жестким; под действием света изменяет линейную структуру на сетчатую, в связи с этим он превращается в нерастворимый полимер. По отношению к растворителям ведет себя так же, как и натуральный каучук, но не набухает в метаноле, этаноле, ацетоне и анилине. Растворим в бензоле и углеводородах жирного ряда и их галогенпроизводных. Растворы каучука носят характер коллоидных.
Каучук горюч, горит ярким коптящим пламенем. Теплота сгорания 45360 кДж/кг, температура горения 1550-1560°С, температура воспламенения 220°С, температура самовоспламенения 352 °С, склонен при определенных условиях к химическому самовозгоранию.
СКБ являются каучуками общего назначения и применяются в резиновой, кабельной, обувной и других отраслях промышленности. Из них изготавливают мягкие и эбонитовые изделия, резиновую обувь, наружные оболочки различных кабелей и т. д. Резины из СКВ при содержании сажи до 60% имеют предел прочности 13-16 МПа, относительное удлинение до 600%, хорошо сопротивляются тепловому старению и многократным де-
формациям.
Хлоропреновые каучуки. Хлоропреновыми каучуками называются полимеры хлоропрена с другими мономерами, получаемыми полимеризацией. Хлоропрен обладает высокой полимеризационной активностью. Скорость его полимеризации в сотни раз превышает скорость полимеризации изопрена. В результате полимеризации образуются полимеры, лучшим из которых по своим техническим свойствам является пластичный и растворимый -полимер.
Наирит со временем твердеет даже при обычных температурах, но при механических и тепловых нагрузках его эластичные свойства восстанавливаются. Плотность его 1230 кг/м 3 , диэлектрическая проницаемость 6,87. Наирит хорошо обрабатывается на обычном оборудовании резиновых заводов и не требует специальной пластификации. Сырые смеси обладают хорошей клейкостью. Каучуки типа наирит в основном горючи.
Резины на основе наирита — свето- и озоностойки, хорошо сопротивляются истиранию, некоторые из них не горючи и имеют повышенную маслостойкость (не набухают в маслах).
Наирит предназначен для широкого применения в резиновой и кабельной промышленности. Из наирита изготавливают ремни, транспортные ленты, рукава, формовые изделия, наружные оболочки кабелей, специальные озоно- и маслостойкие изделия. В кабельной промышленности в производстве защитных оболочек для морских кабелей 1 т наирита заменяет 6 т свинца.
Производство каучука из … «Резиновых» одуванчиков
Технология латекса — натуральный каучук из одуванчиков
Одуванчик кок-сагыз, обычно упоминается как Казахской одуванчик, Резиновый корень, а на Западе про него говорят — Российский одуванчик. Этот сорт одуванчика, родом из Казахстана — отличается способностью производить высококачественный каучук. Кок-сагыз, смысл слова, означает резину или резинку.
В 1932 году Советский Союз, в стремлении найти внутренний источник каучука, выращивал плантации одуванчика кок-сагыз. Он культивировался в больших масштабах в Советском Союзе до 1950, а также в США, Великобритании, Германии, Швеции, Испании — во время Второй мировой войны в качестве аварийного источника резины, когда поставки резины от Гевея Brasiliensis из Юго-Восточной Азии оказались под угрозой.
В течение этого периода, самые высокие выходы были получены в США — 110 кг резины на гектар, в СССР был достигнут выход 200 кг резины на гектар. С окончанием Второй мировой войны и возвращением на рынок доступной гевеи Brasiliensis, большинство программ по кок-сагыз были свёрнуты.
Почему стало возрождаться внимание к одуванчику кок-сагыз?
Рост цен на нефть ограничивает экономическую жизнеспособность синтетических каучуков, и натуральный каучук, часто не может быть прагматически заменён синтетическим эквивалентом.
Быстро распространяющийся грибок, бушующий сегодня в мире, уничтожает каучуковые деревья. Производство резины в Южной Америке приходит в упадок. Пятнистость листьев (SALB), от которой страдают южноамериканские гевеи, может распространиться на гевеи Юго-Восточной Азии — ведь они генетически очень похожи друг на друга.
Аллергические реакции от резины из каучука гевеи, используемой в медицинских устройствах — ещё один недостаток гевеи Brasiliensis.
Кроме того, земли, используемые для производства каучука, в настоящее время преобразованы в пальмовые плантации получения биотоплива — возросли затраты на рабочую силу, снизилась рентабельности гевеи на бразильских плантациях: по каждому дереву необходимо вручную постучать, чтобы собрать свой латекс.
Повышение спроса на Одуванчик кок-сагыз
Сорта одуванчика кок-сагыз легче культивировать. Одуванчик производит резину больше и лучше — это часть большого исследовательского проекта многих учреждений разных стран.
Благодаря исследователям института молекулярной биологии и прикладной экологии Fraunhofer Германии, есть теперь альтернатива: одуванчики. Учёным уже давно известно, что сок сорняка содержит латекс. Его трудно собрать, потому что экстракт одуванчика полимеризуется — становится смолистым — когда попадает на воздух.
Команда Фраунгофера преодолела эту липкую проблему путем отключения ключевого фермента. Новая, улучшенная формула одуванчика производит на 500% больше полезного латекса, чем старый сорняк.
Одуванчик кок-сагыз . «Резиновые» одуванчики
Побочные продукты одуванчика кок-сагыз:
Инулин — сахар, который можно использовать в непродовольственных приложениях, превращать в биоэтанол через брожение.
Остаточная растительная биомасса может быть использована для производства биогаза.
Одуванчик кок-сагыз — многолетнее растение с жёлтым цветком, имеет все характеристики лекарственного одуванчика Taraxacum. Отличается Кок-сагыз от общего одуванчика лекарственного мелкими, серовато-зелеными листьями и структурой прицветника. Это диплоидные виды одуванчика, которые воспроизводятся половым путём, и производят хорошую пыльцу.
Ещё есть один вид, из которого можно производить резину, Т. brevicorniculatum: триплоидный апомикт — имеет рогатые прицветники. Короля неоднократно ошибочно принимают за кок-сагыз.