История открытия каучука.
Родина каучука – Центральная и Южная Америка. Во влажных жарких тропиках, по берегам реки Амазонки, растёт необычное дерево, которое называется бразильская гевея. 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. Латекс содержит около 30 % натурального полимера, крохотные частички которого находятся во взвешенном состоянии в воде, образуя эмульсию. Сок дерева гевеи туземцы назвали каучук (это слово берёт начало от двух индейских слов: Cao – дерево и Chu – течь, плакать), что можно перевести как «слёзы дерева». Уже в XV в. индейцы придумали, как можно использовать каучук в хозяйстве. Они пропитывали млечным соком лодки, корзины, одежду, чтобы те не пропускали воду. Из каучука стали изготавливать факелы, которые долго и равномерно сгорали, распространяя приятный запах. Если каучуком обмазать глиняную бутылку, а затем, после затвердевания полимера, разбить и вынуть через горловое отверстие глиняные черепки, то получится лёгкая и небьющаяся ёмкость для различных жидкостей. Аналогичным образом туземцы научились изготавливать даже каучуковую обувь.
История каучука началась со времён Великих Географических открытий. Когда Колумб вернулся в Испанию, он привёз с собой из Нового Света множество диковин. Одной из них был эластичный мяч из «древесной смолы», который отличался удивительной прыгучестью.
Химики стали искать способ, как улучшить свойства натурального каучука.
Первый шаг сделал немецкий химик. Людерсдорф. Он обнаружил, что каучук, обработанный раствором серы в скипидаре, становится более устойчивым. Это открытие было сделано в 1832 г. Почти в то же время американец Хейворд установил, что свойства каучука улучшаются, если в него добавить серу; такой материал, например, не делается липким на солнце. Этим заинтересовался Чарльз Гудьир, торговавший различными товарами, в том числе и пластинками каучука. Чтобы пластинки не слипались, он пересыпал их серой. Гудьир пытался выяснить, как влияют добавки серы на свойства каучука. Оказалось, что тот действительно терял липкость, но только в верхнем слое, внутри же масса оставалась прежней. Счастливый случай помог предприимчивому человеку. Однажды Гудьир уронил пластинку каучука на горячую кухонную плиту Обжигая руки, он схватил пластинку и стал мять её, чтобы убедиться, не испортилась ли она. Каково же было его удивление, когда он обнаружил, что пластинка не только не липла, но стала упругой и эластичной.
Так в 1839 г. была открыта вулканизация каучука – процесс, который широко и в настоящее время применяется в промышленности. Независимо от Гудьира англичанин Т. Гэнкок в1843 г. открыл аналогичный способ, который именно он и назвал вулканизацией (по имени Вулкана – древнеримского бога подземного огня), а новый продукт – резиной (от лат. resina – смола).
2. Натуральные каучуки
Натуральный каучук – непредельный стереорегулярный полимер состава (С5Н8)n со средней молекулярной массой 15000-500000.
Элементарное звено представляет собой изопреновую группировку:
Как понять стереорегулярный полимер? Это такой полимер, в котором все элементарные звенья находятся в цис- или в транс- конфигурациях.
Лабораторный опыт. На дно пробирки помещают каплю клея, добавляют 1-2 мл органического растворителя (или воды) и 1 мл бромной воды или каплю настойки иода. Смесь энергично встряхивают и наблюдают за исчезновением окраски.
Свойства натурального каучука.
Непроницаемость для воды и газов
Хорошая растворимость во многих органических растворителях
Набухаемость в маслах.
3. Синтетические каучуки
Первым синтетическим каучуком, прошедшим испытание «практикой», стал бутадиеновый каучук (СКБ), полученный в СССР по методу С. В. Лебедева
Из первых килограммов продукции, полученной на опытном заводе в 1931 г.,
была изготовлении шина. Её поставили на автомобиль, на котором ездил
Сергей Васильевич, и она верой и правдой прослужила 16 тыс. км пробега.
Этапы получения синтетического каучука:
Позже был получен синтетический цис-полиизопрен, который по свойствам идентичен натуральному каучуку.
Наиболее широко в качестве мономеров для производства каучуков используются бутадиен, изопрен, стирол, хлоропрен, изобутен и др.
Таблица 1
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. |
Применение: изготовление мягких водопроводных шлангов, изготовление автомобильных камер и шин, транспортёрных лент, дорожных покрытий, специальной одежды и др. Синтетические каучуки являются одним из основных продуктов химической промышленности. Из них изготовляют около 50 тыс. различных изделий, а мировое производство каучуков приближается
к 10 млн. т в год.
Вулканизация
Натуральные и синтетические каучуки используют преимущественно в виде резины. Для получения резины каучук вулканизируют. Какова же химическая сущность процесса вулканизации? При нагревании каучука с серой отдельные полимерные цепи «сшиваются» между собой за счёт образования дисульфидных мостиков по месту разрыва двойной связи:
Продукт частичной вулканизации каучука называют резиной (не более 5% серы ).
Как мы с вами видим, такой полимер имеет разветвлённую пространственную структуру и менее эластичен, чем каучук, но обладает большей прочностью. При увеличении количества серы продукт вулканизации приобретает сетчатую структуру и полностью теряет эластичность. Он называется эбонитом. Эбонит является хорошим диэлектриком, из него изготавливают детали электрической арматуры.
Домашнее задание. Написать формулу реакции вулканизации каучука при получении резины. Применение каучука и резины.
Форма отчёта. Выполненные работы присылайте по электронному адресу:
Svirkov2751@mail.ru
Просмотрите учебные фильмы об истории каучука, переработке и применении.