Синтез каучука


Тема: Синтез каучука
Цель: Дать представление о синтетическом каучуке.
Задачи:
1. Знать состав и строение каучука, его отличия от натурального;
2. Развивать умение различать природный и синтетический каучуки;
3. Воспитывать коллективизм, взаимовыручку, внимание, аккуратность.
Оборудование: схема 25 – учебник, стр. 302, набор «Каучук»
Тип урока: изучение нового материала
Методы: словесный, частично-поисковый
Формы работы: коллективные, индивидуальные, групповые
Ход урока
Организационный момент
Приветствие, проверка готовности класса к уроку, психологический настрой.
Опрос домашнего задания
Фронтальный опрос
1. Расскажите о важнейших представителях пластмасс и их синтезе.
Изложение нового материала
Каучук – органическое вещество, то есть, соединение, где содержится углерод и водород.
Эти соединения изучает наука «органическая химия», которая возникла в первой
половине XIX века. Каучук это высокомолекулярное вещество, полимер. Выделяют
природный и синтетический каучуки. В основе этих веществ находятся диеновые
углеводороды.
Слово «каучук» происходит от двух слов языка индейцев, населявших берега Амазонки:
«кау» дерево, «учу» плакать, течь. «Каучу» – сок гевеи, первого и самого главного
каучуконоса. Европейцы к этому слову прибавили всего одну букву.
Первым синтетическим каучуком, имевшим промышленное значение, был
полибутадиеновый (дивиниловый) каучук, производившийся синтезом по методу
С. В. Лебедева (анионная полимеризация жидкого бутадиена в присутствии натрия),
однако из-за невысоких механических качеств нашёл ограниченное применение.
В разработке синтеза каучука Лебедев пошёл по пути подражания природе. Поскольку
натуральный каучук – полимер диенового углеводорода, то Лебедев воспользовался так
же диеновым углеводородом, только более простым и доступным – бутадиеном CH
2
=CH-
CH=CH
2
.
Сырьём для получения бутадиена служит этиловый спирт. Получение бутадиена основано
на реакциях дегидрирования и дегидратации спирта. Эти реакции идут одновременно при
пропускании паров спирта над смесью соответствующих катализаторов:
Бутадиен очищают от непрореагировавшего этилового спирта, многочисленных побочных
продуктов и подвергают полимеризации.
Изопреновые каучуки синтетические каучуки, получаемые полимеризацией изопрена в
присутствии катализаторов металлического лития, перекисных соединений. В отличие
от других синтетических каучуков изопреновые каучуки, подобно натуральному каучуку,
обладают высокой клейкостью и незначительно уступают ему в эластичности.
Молекулы каучука, хотя и имеют линейное строение, не вытянуты в линию, а
многократно изогнуты, как бы свёрнуты в клубки. При растягивании каучука такие
молекулы распрямляются, образец каучука от этого становится длиннее. При снятии
нагрузки, вследствие внутреннего теплового движения, звенья молекулы возвращаются в
прежнее свёрнутое состояние, размеры каучука сокращаются. Если же каучук растягивать
с достаточно большой силой, произойдёт не только выпрямление молекул, но и смещение
их относительно друг друга, образец каучука может порваться.
Особенно важным и специфическим свойством каучука является его эластичность
(упругость) – способность каучука восстанавливать свою первоначальную форму после
прекращения действия сил, вызвавших деформацию. Эта способность называется
обратимой деформацией. Каучук -–высокоэластичный продукт, обладает при действии
даже малых усилий обратимой деформацией растяжения до 1000%, а у обычных твёрдых
тел эта величина не превышает 1%. Эластичность каучука сохраняется в широких
температурных пределах, и это является характерным свойство каучука. При повышенной
температуре каучук становится мягким и липким, а на холоде твёрдым и хрупким. При
долгом хранении каучук твердеет. При температуре 80 С натуральный каучук теряет
эластичность; при 120 С превращается в смолоподобную жидкость, после застывания
которой уже невозможно получить первоначальный продукт. Этому мешает необратимый
процесс – окисление основного вещества – углеводорода, из которого состоит каучук.
Если поднять температуру до 250С, то каучук разлагается с образованием ряда
газообразных и жидких продуктов.
Каучук – хороший диэлектрик, он имеет низкую водопроницаемость и
газопроницаемость.
Каучук в воде практически не растворяется. В этиловом спирте его растворимость
небольшая, а в сероуглероде, хлороформе и бензине он сначала набухает, а затем
растворяется. Теплопроводность каучука в 100 раз меньше, чем теплопроводность стали.
Наряду с эластичностью, каучук так же пластичен, – он сохраняет форму, приобретённую
под действием внешних сил. Другими словами пластичность – это способность к
необратимым деформациям. Пластичность каучука, проявляющаяся при нагревании и
механической обработке, является одним из отличительных свойств каучука. Так как
каучуку присуще эластические и пластические свойства, то его часто называют пласто-
эластическим материалом.
Вулканизация. Синтетические каучуки используются преимущественно в виде резины,
так как она обладает значительно более высокой прочностью, эластичность и рядом
других ценных свойств. Для получения резины каучук вулканизируют. Многие учёные
работали над вулканизацией каучука.
Современная технология резинового производства осуществляется по следующим этапам:
1. изготовление полуфабрикатов: а) развеска каучуков и ингредиентов; б)
пластикация каучука; в) прорезинивание тканей, каландрирование, шприцевание;
г) раскрой прорезиненных тканей и резиновых листов, сборка изделий из
полуфабрикатов.
2. Вулканизация, после которой из сырых резиновых смесей получают готовые
резиновые изделия.
Из смеси каучука с серой, наполнителями (особенно важным наполнителем служит сажа)
и другими веществами формуют нужные изделия и подвергают их нагреванию. При этих
условиях атомы серы вступают в химическое взаимодействие с линейными молекулами
каучука по месту некоторых двойных связей и собою как бы «сшивают» их друг с другом.
В результате образуется гигантская молекула, имеющая три измерения в пространстве –
как бы длину, ширину и толщину. Полимер приобрёл пространственную структуру.
Такой каучук (резина) будет, конечно, прочнее не вулканизированного. Меняется и
растворимость полимера: каучук, хотя и медленно, растворяется в бензине, резина лишь
набухает в нём. Если к каучуку добавить больше серы, чем нужно для образования
резины, то при вулканизации линейные молекулы окажутся «сшитыми» в очень многих
местах и материал утратит эластичность, станет твёрдым – получится эбонит. До
появления современных пластмасс эбонит считался одним из лучших изоляторов.
Ускорители вулканизации – улучшают свойства вулканизаторов, сокращают время
вулканизации и расход основного сырья, препятствует перевулканизации. В качестве
ускорителей используется неорганические соединения (оксид магния MgO, оксид свинца
PbO и другие) и органические: дитиокарбаматы (производные дитиокарбаминовой
кислоты), тиурамы (производные диметиламина), ксантогенаты (соли ксантогеновой
кислоты) и другие.
Активаторы ускорителей вулканизации облегчают реакции взаимодействия всех
компонентов резиновой смеси. В основном в качестве активаторов применяют оксид
цинка.
Антиокислители (стабилизаторы, противостарители) вводят в резиновую смесь для
предупреждения «старения» каучука.
Наполнители – повышают физико-механические свойства резин: прочность,
износостойкость, сопротивление истиранию. Они так же способствуют увеличению
объёма исходного сырья, а следовательно, сокращают расход каучука и снижают
стоимость резины. К наполнителям относятся различные типы саж (технический углерод),
минеральные вещества (мел CaCO
3
, BaSO
4
, гипс CaO*2H
2
O, тальк 3MgO*4SiO
2
*2H
2
O,
оксид кремния SiO
2
).
Пластификаторы (мягчители) – вещества, которые улучшают технологические свойства
резины, облегчают её обработку (понижают вязкость системы), обеспечивают
возможность увеличения содержания наполнителей. Введение пластификаторов
повышают динамическую выносливость резины, сопротивление «стиранию». В качестве
пластификаторов используются продукты переработки нефти (мазут, гудрон, парафины),
вещества растительного происхождения (канифоль), жирные кислоты (стеариновая,
олеиновая) и другие.
Прочность и нерастворимость резины в органических растворителях связаны с её
строением. Свойства резины определяются и типом исходного сырья. Например, резина
из натурального каучука характеризуется хорошей эластичностью, маслостойкостью,
износостойкостью, в то же время мало устойчива к агрессивным средам; резина из
каучука СКД имеет даже более высокую износостойкость, чем из НК.
Бутадиенстирольный каучук СКС способствует повышению износостойкости.
Изопреновый каучук СКИ определяет эластичность и прочность резины на растяжение, а
хлоропреновый – стойкость её к действию кислорода.
Упр. 1-7 (устно), стр. 302
Упр. 9, 10, стр. 302
Д/з. §15.6, стр. 299-302