Твердый или мягкий? Остается гибким

Твердый или мягкий? Остается гибким

Синтетический каучук имеет уникальную молекулярную структуру – он идеально подходит для разработки клейкой ленты. Краткая характеристика синтетического каучука и ответ на вопрос: Что такое синтетический каучук?

Секрет успеха синтетического каучука заключается в структуре его молекулярных цепочек: два твердых конца по внешней стороне (стирол), гибкая, мягкая, высокоэластичная средняя часть (бутадиен). Итак, синтетический каучук имеет следующую структуру: Стирол – бутадиен – стирол = СБС. Эта структура напоминает чем-то скакалку с очень длинными ручками. Особое значение имеет то, что: Вы можете приспосабливать эту скакалку под свои требования, благодаря чему вы можете легко решать любые задачи.

«Скакалка» на каждый случай

Химическая структура адгезивов на основе синтетического каучука представляет собой два твердых конца и гибкую среднюю часть. Химики сказали бы: стирол – бутадиен – стирол или сокращено «SBS»

Посредством соотношения твердых концов к средней части определяется сила и прочность синтетического каучука – и, в конечном итоге, подвижность или мягкость адгезива клейкой ленты. Стирольная часть определяет целостность (внутреннюю прочность) адгезива; высокоэластичная средняя часть определяет адгезионную способность. Сам по себе синтетический каучук не обладает какими-либо адгезионными свойствами. Для создания склеивающего при надавливании адгезива необходимо добавить смолы, усиливающие клейкость. В отличие от полимеров из натурального каучука, полимер из синтетического каучука обладает малой длиной и низким молекулярным весом.

Гибкая средняя часть молекулярной цепочки, также называемая эластомером, более стабильна к старению, чем у натурального каучука. Синтетический каучук используется с 1960-х годов. Мы часто встречаем его под синонимами SBC (стирольный блок-сополимер), SBS (стирол-бутилен-стирол), SIS (стирол-изопрен-стирол), SEBS (стирол-этилен-бутилен-стирол) или термоклей (последний также изготавливается на основе натурального каучука и акриалата).

Свойства синтетического каучука

Ленте для сращивания необходима высокая схватываемость. Следовательно, их часто производят с адгезивами на синтетической основе. Или же используются адгезивы с особенной высокой клейкостью.

Особые свойства адгезивов на основе синтетического каучука включают в себя высокую схватываемость. Это означает, что клейкая лента с синтетическим каучуком хорошо приклеивается ко многим поверхностям – даже тем, которые имеют низкую поверхностную энергию. Более того, она обладает превосходным сопротивлением сдвигу: Она не соскальзывает с поверхности при поперечной нагрузке.

Преимущества и недостатки

Адгезивы с синтетическим каучуком отличаются относительно низкой адгезией и когезией при температурах свыше примерно 40°C. Их устойчивость к старению ниже, чем у остальных составляющих адгезива, но лучше, чем у натурального каучука. Они менее устойчивы к воздействию УФ-лучей, что, однако, может быть компенсировано добавлением стабилизаторов.

Химическая структура представляет собой каучуковую матрицу (серого цвета), которая обеспечивает адгезию и эластичность. И полистироловые области (синего цвета), которые обеспечивают когезию и сопротивление разрыву.

Тем не менее, преимущества явно перевешивают недостатки. Начнем с того, что высокая схватываемость, т. е. липкость, никак не ухудшает натуральный продукт. Более того, отличная прочность на отслаивание – одно из самых важных свойств синтетического каучука: клейкая лента хорошо приклеивается к трудным и нормальным, полярным и неполярным поверхностям.

Молекулярная «скакалка» может постоянно адаптироваться к потребностям, благодаря чему подходит для многочисленных областей применения: от жестких и твердых до мягких и гибких поверхностей. Хорошо известная клейкая лента tesa Powerstrips ® , например, также содержит синтетический каучук. Возможно также использование синтетического каучука с покрывающими прозрачными пленками в отличие от натурального каучука. Более того, производство синтетического каучука предусматривает быстрые технологические процессы, что уменьшает производственные расходы (например, в случае запечатывания упаковок).

Сравнение натурального и синтетического каучука

ООО «ДомРезин»
тел.: +7 (812) 953-52-84
E-mail: domrezin@inbox.ru
г. Санкт-Петербург

Каучуки

Каучук — является основным материалом, используемым в про­изводстве резиновых изделии. Каучуки – особая группа высокомолекулярных соединений, получили широкое применение бла­годаря способности подвергаться значительным обратным деформациям под действием небольших нагрузок, высокой газо- и водо-непроницаемости и хорошим диэлектрическим свойствам. Способ­ность к большим обратимым высокоэластичетким деформациям, которая проявляется в широком интервале температур, дала возможность отнести каучуки и резины на их основе к особой группе высокомолекулярных соединений — эластомерам.

Отличительными особенностями всех каучуков независимо от их происхождения являются:

— большая длина молекул полимера (макромолекул) и соответственно большая молекулярная масса,

— гибкость молекулярных цепей и связанная с ней высокоэластичность,

— способность вулканизоваться и об­разовывать при этом пространственную сетчатую структуру.

Каучуки, представляющие собой аморфные полимеры, в зави­симости от температуры могут находиться в трех физических со­стояниях:

При нагревании стеклообразный аморфный каучук последователь­но переходит в высокоэластическое состояние, а затем в вязкотекучее. Этот переход совершается постепенно, в некотором интер­вале температур и обусловлен изменением подвижности молеку­лярных звеньев и молекулярных цепей.

Стеклообразное состояние характеризуется наличием колеба­тельного движения атомов около положения равновесия.

Высокоэластическое состояние характеризуется наличием колебательного движении отдельных молекулярных звеньев (крутильные колеба­ния). Для вязкотекучего состояния характерны подвижность це­пей макромолекул как единого целого. Физическое состояние каучуков при комнатной температуре характеризуется высокой вязкостью и в тоже время большой подвижностью отдельных звеньев составляющих полимерные цепи. Высокоэластическое состояние является наиболее характерным для каучуков. В этом состоянии они обладают одним из наиболее важных физических свойств — эластичностью, т. е. способностью обратимо деформироваться в значительных пределах под действием сравнительно небольших усилий. Так, максимальное значение обратимой деформации рас­тяжения каучука находится в пределах 500—1000%, в то время как для типичных твердых тел упругое (обратимое) удлинение редко превышает 1 %.

Подвижность молекулярных звеньев в полимерах в высокоэластнчиском состоянии обусловлена возможностью взаимного пово­рота ординарных С—С соединений без изменения валентного угла и расстояния между атомами углерода. Тепловое движе­ние молекул, обусловленное вращением молекулярных звеньев около ординарных С—С связей_, приводит к изгибу и свертыва­нию молекулярных цепей каучука.

При охлаждении среднее значение энергии теплового движения и подвижность молекулярных звеньев уменьшаются, и при переходе в стеклообразное состояние колебательное движение молекулярных звеньев прекращается. Так каучук становится твердым и хрупким, способным только к малым упругим деформациям. Средняя температура интервала, в котором каучук переходит из стеклообразного состояния в высокоэластические или, наоборот, в стеклообразное, называется температурой стеклования. С повышением температуры подвижность молекулярных звеньев увеличивается, поэтому в области высокоэластического состояния повышение температуры приводит к увеличению деформации при действии заданной на­грузки. Дальнейшее повышение температуры приводит к необра­тимым пластическим деформациям, обусловленным понижением межмолекулярного взаимодействия и взаимным перемещением мо­лекул в направлении действующих сил. Каучук при этом переходит а вязкотекучее состояние, а средняя температура перехода в это состояние называется температурой текучести.

Итак, стеклование связано с потерей подвижности малых элементов структуры — молекулярных звеньев, а текучесть — с по­движностью молекулярных цепей. Стеклование не является фазовым переходом, так как ниже и выше температуры стеклования полимер остается в аморфном состоянии. Стеклованию могут под­вергаться и частично кристаллизующиеся каучуки (натуральный каучук, изопреновый, синтетический каучук, бутадиеновый), если их быстро охлаждать до температуры, значительно более низкой чем температура кристаллизации.

Показательно уменьшение удельного объема каучука при охлаждении, происходящее вследствие уменьшения амплитуды теплового колебания звеньев молекулярных цепей. По изломам на кривой, характеризующей зависимость удельного объема от температуры, можно судить о температурах кристаллизации и стеклования.

Для каучука характер кривой, показывающей зависимость удельного объема от температуры, существенно зависит от того, с какой скоростью производится охлаждение. При быстром охлаждении натурального каучука получается типичная кривая, харак­терная для аморфных веществ, указывающая на отсутствие кри­сталлизации в этих условиях. При очень, медленном охлаждении вид кривой существенно изменяется; при темперагуре плюс 8— 13°С наблюдается кристаллизация каучука. Так как кристаллиза­ция каучука происходит частично, то на кривой при медленном охлаждении получается излом при температуре минус 70—72°С, свидетельствующий о стекловании оставшейся аморфной части каучука. Таким образом, для кристаллизующихся каучуков температура стекловании находится ниже темпера­туры кристаллизации. Высокоэластическое и вязкотекучее состаяние у частично кристаллизующихся каучуков наблюдаются при температурах выше температуры их кристаллизации.

Каучуки отличаются от других полимеров температурой стеклования и текучести. У каучуков температура стеклования, значи­тельно ниже комнатной температуры; для натурального каучука она составляет около —72 °С, в то время как температура текуче­сти натурального каучука около 180—200°С. Таким образом, высокоэластическими свойствами каучуки обладают в значитель­ном интервале температур.

Итак, высокоэластическое состояние есть одно из состояний аморфных полимеров, возникающее при определенной степени по­движности молекулярных звеньев, и зависит только от температуры и структуры молекулярных звеньев и hx относительного расположения молекулярной цепи.

Вулканизация каучуков приводящая к образованию редко рас­пложенных поперечных химических связей, мало влияет подвижность молекулярных звеньев и на температуру стеклования, но приводит к потере способности каучука переходить в вязкотекучее состояние. Наоборот, часто расположенные разветвления и поперечные связи, усиленное межмолекулярное взаимодействие в следствии наличия полярных групп приводят к понижению плотности молекулярных звеньев и к повышению температуры стеклования. Поэтому натуральный каучук имеет более низкую температуру стеклования по сравнению с натрил-бутадиеновым каучуком, характеризующимся разветвленной структурой. Бутадиеннитрнльный каучук, содержащий относительно большое чис­ло нитрильных групп, обладает более высокой температурой стеклования и соответственно более низкой морозо­стойкостью по сравнению с каучуком CKИ-6, имеющим меньшую концентрацию полярных нитрильных групп.

Сравнение натурального и синтетического каучука

Алкадиены (диены). Каучуки

Ключевые слова конспекта: Алкадиены (диены, диеновые углеводороды). Сопряжённые диены. Реакция Лебедева. Каучуки: натуральный, синтетические (бутадиеновый, изопреновый). Вулканизация каучука. Резина. Эбонит.

Понятие о сопряжённых алкадиенах

В молекуле органического вещества может содержаться не только одна, но две и более двойные углерод-углеродные связи. Если вы правильно истолковали международное название класса алкадиены, то суффикс -ди- вы перевели как «два», а суффикс -ен- означает двойную связь С=С.

В соответствии с третьим положением теории химического строения даже незначительные изменения в структуре вещества могут существенно изменить его химические свойства, а следовательно, сделать незаменимым для производства жизненно необходимых материалов. Не будь углеводородов этого класса, нам пришлось бы обходиться без резины и каучука, а точнее без всего бесчисленного ассортимента изделий, изготовленных из этих материалов.

Большое значение в производстве каучуков имеют диеновые углеводороды особого строения: в их молекулах две двойные связи разделены одной одинарной. Такие диены называют сопряжёнными диенами.

Простейший сопряжённый диен — бутадиен-1,3 имеет формулу СН₂=СН—СН=СН₂. Как видите, в международных названиях алкадиенов указывают номера обоих атомов углерода, от которых начинаются двойные связи в молекуле.

Ещё один важнейший диеновый углеводород — 2-метилбутадиен-1,3 (его чаще называют изопрен) имеет формулу

Способы получения алкадиенов

Для получения диеновых углеводородов в промышленности используют реакцию дегидрирования, т. е. отщепления водорода. В качестве исходного вещества берут предельный углеводород с тем же строением углеродной цепи, что и у получаемого продукта. Понятно, что для образования двух двойных связей С=С алкан должен отдать четыре атома, т. е. две молекулы водорода. Например, для синтеза изопрена в качестве исходного вещества необходимо взять 2-метилбутан:

или

Рассмотренная реакция наглядно показывает, что в составе алкадиенов на четыре атома водорода меньше, чем в молекулах соответствующих предельных углеводородов, и на два атома водорода меньше, чем в молекулах соответствующих алкенов.

(с) Цитата из справочного издания «ХИМИЯ. Справочник в таблицах / М.: Издательство АЙРИС-пресс»

Алкадиены. Химические свойства

Будучи непредельными углеводородами, алкадиены, подобно алкенам, склонны к реакциям присоединения. Они так же, как алкены, обесцвечивают бромную воду и раствор перманганата калия.

Особенность реакций присоединения диеновых углеводородов состоит в том, что две сопряжённые связи проявляют себя как единое целое. Присоединение галогена происходит не по одной двойной связи, а за счёт крайних атомов углерода сопряжённой системы двойных связей:

или

Продукт реакции 1,4-дибромбутен-2 также содержит двойную связь и, следовательно, тоже способен присоединять молекулу брома:

Аналогичным образом диеновые углеводороды присоединяют водород (реакция гидрирования):

Каучук и продукты его вулканизации

Сопряжённые диеновые углеводороды способны к реакциям полимеризации, в результате которых получают синтетические каучуки.

Каучуки можно рассматривать как продукты полимеризации сопряжённых диенов или их производных. Каучуки относят к эластомерам. Такое название эти полимеры получили потому, что обладают эластичностью (от греч. elastikos — растяжимый), т. е. способностью обратимо изменять форму под действием внешних сил. Другие ценные свойства каучуков — водо- и газонепроницаемость — также широко используют в промышленном производстве.

Природными источниками каучука служат растения, богатые млечным соком: гевея, фикусы, молочаи, одуванчики. В промышленных масштабах натуральный (природный) каучук получают из сока тропического дерева гевеи. Такой каучук можно рассматривать как продукт полимеризации изопрена, или 2-метилбутадиена-1,3.

Чувствительность натурального каучука к перепадам температур и потерю при этом эластичности устраняет его вулканизация. Этот процесс заключается в «сшивании» полимерных цепей атомами серы при нагревании за счёт разрыва некоторой части двойных связей в этих цепях. Так получают резину. Если же «сшить» полимерные цепи каучука атомами серы за счёт разрыва подавляющего большинства двойных связей, то образуется эбонит, который уже не обладает эластичностью. Из него раньше изготавливали детали электрической арматуры, так как он хороший диэлектрик.

Каучуконосы нашей страны (одуванчики кок-сагыз и тау-сагыз) содержат очень мало млечного сока, а потому не могут использоваться в качестве источника натурального каучука. Проблему получения синтетического каучука решил коллектив учёных под руководством академика С. В. Лебедева в 1931 г. Этот каучук назвали бутадиеновым каучуком, поскольку в качестве мономера для его получения был выбран бутадиен-1,3. В процессе полимеризации двойные связи алкадиена разрываются, за счёт освободившихся валентностей крайних углеродных атомов растёт полимерная цепь. Одновременно с этим между центральными атомами углерода образуется двойная связь:

Коллективом под руководством С. В. Лебедева был разработан также уникальный способ получения исходного диенового углеводорода — бутадиена-1,3 — на основе этилового спирта:

или

Эту реакцию называют реакцией Лебедева.

Синтетический бутадиеновый каучук обладает такими ценными качествами, как газо- и водонепроницаемость, однако уступает натуральному в эластичности.

В 60-х гг. прошлого столетия был получен эластичный синтетический каучук на основе изопрена — синтетический изопреновый каучук:

По эластичности и износоустойчивости изопреновый каучук сходен с природным и так же, как бутадиеновый, используется для производства шин.

Общая формула С_nH_2n-2 отражает состав не только алкадиенов, но и ацетиленовых углеводородов. Речь о них пойдёт в следующем конспекте.

Таблица «Диеновые углеводороды. Полимеры»

Конспект урока по химии «Диеновые углеводороды. Алкадиены. Каучуки». В учебных целях использованы цитаты из пособия «Химия. 10 класс : учеб, для общеобразоват. организаций : базовый уровень / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — М. : Просвещение». Выберите дальнейшее действие:

Натуральный и синтетический каучуки. Резина. Предмет : Химия Класс : 10 Учитель : Дергоусова Г. И. МОУ СОШ 2 с. Александровское. — презентация

Презентация на тему: » Натуральный и синтетический каучуки. Резина. Предмет : Химия Класс : 10 Учитель : Дергоусова Г. И. МОУ СОШ 2 с. Александровское.» — Транскрипт:

1 Натуральный и синтетический каучуки. Резина. Предмет : Химия Класс : 10 Учитель : Дергоусова Г. И. МОУ СОШ 2 с. Александровское

2 Цель урока : продолжить знакомство с диеновыми углеводородами на примере натурального и синтетического каучуков ; дать понятие о стереорегулярности и её влиянии на свойства каучуков ; познакомить с реакцией вулканизации. познакомить с применением каучуков в народном хозяйстве ;

3 План урока : История открытия каучука. Натуральные каучуки : — состав — строение — свойства 3. Синтетические каучуки : — получение — классификация — применение 4. Вулканизация. 5. Проверка знаний.

4 История открытия каучука Родина каучука – Центральная и Южная Америка. Во влажных жарких тропиках, по берегам реки Амазонки, растёт необычное дерево, которое называется бразильская гевея.

5 История открытия каучука Если на коре дерева сделать надрез, то из ранки вытекает сок молочно — белого цвета, называемый латексом. На воздухе сок постепенно темнеет и затвердевает, превращаясь в резиноподобную смолу.

6 Английский химик Чарльз Макинтош В 1823 году придумал непромокаемую ткань, состоящую из двух слоёв материи, соединённых раствором каучука в специальном растворителе. Изобретатель наладил производство из новой ткани плащей, которые получили название « макинтош ».

7 Открытие резины Однажды Гудьир уронил пластинку каучука на горячую кухонную плиту. Так в 1839 г. была открыта вулканизация каучука.

8 НАТУРАЛЬНЫЕ КАУЧУКИ Натуральный каучук – непредельный стереорегулярный полимер состава ( С 5 Н 8 ) n со средней молекулярной массой Элементарное звено (- СН 2 — С = СН — СН 2 -) n СН 3 Природный каучук –это цис-полиизопрен.

9 Химическое строение природного каучука — Н 2 С СН 2 — / С = С / СН 3 Н 1,4-цис — полиизопрен

10 Химическое строение гуттаперчи Транс-полиизопрен также встречается в природе, и называют его гуттаперчей. — Н 2 С Н / С = С 1,4-транс -полиизопрен / Н 3 С СН 2 – Каучук в сравнении с гуттаперчей обладает гораздо более высокой эластичностью, поэтому находит более широкое применение.

11 Свойства натурального каучука Эластичность Непроницаемость для воды и газов Хорошая растворимость во многих органических растворителях Набухаемость в маслах

12 Синтетические каучуки Основателем первого в мире крупномасштабного производства синтетического каучука по праву считается русский ученый С.В.Лебедев.

13 Синтетические каучуки Этапы получения: — Н 2 О, — Н 2 2 С 2 Н 5 ОН СН 2 = СН – СН = СН 2 этиловый бутадиен – 1,3 спирт (- СН 2 – СН = СН – СН 2 -) n бутадиеновый каучук (по методу Лебедева)

14 Классификация каучуков по областям применения Каучуки общего назначения Каучуки специального назначения 1. Высокая эластичность и износостойкость при обычных температурах, устойчивость к многократным деформациям. 2. Практичность. Примеры: бутадиеновый и изопреновый. 1. Стойкость к действию растворителей, масел, кислорода, озона, высоких температур, морозостойкость. Примеры: хлорпреновый, бутадиен-стирольный.

16 Вулканизация Натуральные и синтетические каучуки используют преимущественно в виде резины. Для получения резины каучук вулканизируют. Его нагревают с серой, макромолекулы каучука «сшиваются» друг с другом серными мостиками по месту разрыва двойной связи.

17 Продукт частичной вулканизации каучука называют резиной СН 3. – СН 2 – С СН – СН 2 – СН 2 – С = СН – СН S S CH 3 S. – СН 2 – С СН – СН 2 – СН 2 – С = СН – СН S СН 3 СН 3

18 Проверка знаний 1. Природный каучук – линейный полимер: А) бутадиена Б) 2 – метилбутадиена В) этилена Г) ацетилена 2. Способ получения искусственного каучука разработал: А) Д.И. Менделеев Б) С.В. Лебедев В) М.В. Ломоносов Г) Н.Н. Зинин 3. Сырьё для получения бутадиена-1,3 по методу Лебедева: А) бутен -1 Б) бутен -2 В) этиловый спирт Г) этилен 4. Общая формула диеновых углеводородов: А) С n H 2n-2 Б) С n H 2n В) С n H 2n+2 Г) С n H 2n-6 5. Вулканизация – процесс нагревания каучука с: А) серой Б) песком В) углеродом Г) серной кислотой