Kaučiukas

PAPLITIMAS GAMTOJE

Kai kurių augalų pieniškose sultyse būna natūralaus kaučiuko. Daugiausia jo gaunama iš Brazilijoje augančio medžio – hevėjos.

MOLEKULIŲ SANDARA

Tiriant gamtinio kaučiuko molekulių sandarą, nedideli jo gabaliukai įdedami į mėgituvėlį ir užkemšami kamštuku su dujų išleidžiamuoju vamzdeliu. Vamzdelio galas įleidžiamas į kitą mėgintuvėlį. Mėgintuvėlyje kaitinamas kaučiukas skyla. Skysti produktai suteka į antrą mėgintuvėlį. Į skilimo produktus įpylus bromo vandens, šis praranda spalvą. Vadinasi, gamtinio kaučiuko produktuose yra nesočiųjų junginių. Eksperimentiškai įrodyta, kad tai izoprenas, arba 2-metil-1,3-butadienas. Taigi gamtinio kaučiuko makromolekulės susideda iš izopremo molekulių grandžių.

Gamtinio kaučiuko maakromolekulėje grupės-CH2- yra išsidesčiusios toje pačioje dvigubo ryšio pusėje (cisforma) , o monomerinės izopreno garandys reguliariai pasikartoja. Tokia polimerų molekuklių erdvinė sandara vadinama stereoreguliaria.Paaiškėjo, kad būtent ji suteikia natūraliam kaučiukui elastingumą- savybę išsitamti ir susitraukti veikianta išoriniai jėgai, po to atgauti pradinę forma. Dėl savo sandaros natūralus kaučiukas atsparus susidevėjimui. Šios savybės būtinos geros kokybės automobilių beilėktuvų padangoms.

FIZIKINĖS SAVYBĖS

Dėl savo elastingumo gamtinis kaučiukas labai atsparus trinčiai. Tai pat jis vertinamas dėl to, kad nepraleidžia vandens ir dujų, yra geresnis elsktros izoliatorius.

Vandenyje kaaučiukas praktiškai netirpsta. Etilo alkoholyje jo tirpumas nedidelis, o anglies disulfide, chloroforme ir benzine jis iš pradžių išbrinksta, po to ištirpsta.

Aukštesnėje temperatūroje kaučiukas pasidaro minkštas ir lipnus, o šaltyje- kietas ir trapus. Ilgai laikomas jis kietėja.

Prancūzijoje apie 1820 m. pradėjo gamintipetnešos be

ei keliaraiščiai iš audinio su įaustomis kaučiuko gijomis. Anglijoje Makintošaspasiūlė dėti ploną kaučiuko slauoksnįtarp dviejų audinio sluoksnių ir iš šios medžiagos siūti vandans nepraleidžiančius apsiaustus. Bet apsiaustai žiemą nuo šalčio sukietėdavo, o vasarą nuo karščio išteždavo.

CHEMINĖ SAVYBĖS

Gamtinio kaučiukominėtiems trūkumams pašalinti taikomos jo cheminės savybės.

Kaučiuko molekulėse yra dvigubieji ryšiai, todėl jam būdingos prisijungimo reakcijos. Pavyzdžiui, kaučiuką kaitinant su siera (vulkanizuojant) iki 130-140 0C temperatūros, sieros atomai prisijungia prie kai kurių dvigubųjų ryšių ir „susiuva“ molekules vieną su kita.

Prieš vulkanizaciją į kaučiuką pridedama įvairių užpildų, pavyzdžių, dažų. Vulkanizuojant gaunama guma, kuriyra daug stipresnė už nevulkanizuotą kaučiuką. Pridėjus daugiau sieros nagu reikia gumai susidaryti, gaunamas ebonitas kieta neėlastinga medžiaga. Pastaruoju metu statyboje plačiai naudojamas guminis linoleumas- relinas, gaminamas daugiausia iš gumos. Relinas naudojamas plytelių pavidalo- kaaip guminis parketas.
TAI ĮDOMU !

1928 m. Pirmą kartą pagamintas sintetinis kaučiukasgautas polimerinant 1,3 butadieną, panaudojus polimerizacijos proceso katalizatoriumi natrį. Puikios silikoninės kaučiuko savybės leidžia plačiai naudoti įvairiose pramonės srityse.

Nevulkanizuota guma – tai produktas, gaunamas kaučiuko, suodžių, kreidos, alyvos, kaolino, cinko ir kitų chemikalų maišymo valcais (spec. įrengimai) pasekoje. Viso egzistuoja apie 200 nevulkanizuotos gumos rušių.

BR – butadieninis kaučiukas (suteikia gumai atsparumo kalciui irtrinčiai)
CR – chloropreninis kaučiukas (suteikia gumai atsparumo atmosferai ir tepalams)
EPDM – etilenpropileninis kaučiukas (suteikia gumai atsparumo šarmams, rūgštims ir atmosferai)
IR – izopreninis kaučiukas (suteikia gumai elastingumo, am

mortizacinių savybių, atsparumo +70° temperaturai)
NR – natūralus kaučiukas (suteikia gumai elastingumo, amortizacinių savybių, atsparumo +70° temperaturai)
NBR – nitrilinis butadieninis kaučiukas (suteikia gumai atsparumo tepalams)
SBR – stirolinis kaučiukas (naudojamas bandros paskirties gumos gamybai, suteikia atsparumo trinchiai, + 100° temperaturai)

Kaučiukas

Kaučiuko (kuris yra pagrindinė gumos sudedamoji dalis) reikšmė liaudies ūkyje labai didelė. Labai didelių ir vis didėjančiu kaučiuko kiekių reikia automobilių, aviacinei ir traktorių pramonei. Didelis jo kiekis sunaudojamas pavariniams diržams ir transporterių juostoms, guminėms žarnoms, elektroizoliaciniams dirbiniams, gumuotiems audiniams, plataus vartojimo reikmenims avalynė, sporto prekės, žaislai), sanitarijos bei higienos ir daugeliui kitu dirbinių gaminti. Guminių techninių dirbinių asortimentas turi daugiau kaip 40 tūkst. pavadinimų. Pakanka pateikti duomenis apie kasmetinę pasaulinę natūralaus ir sintetinio kaučiuko gamybą – daugiau kaip 3 mln. t, norint suprasti kaučiuko reikšmę žmogaus gyvenime. Apie kaučiuką sužinota Europoje dar XV amž. pabaigoje; jis buvo gaunamas iš tropinio augalo-brazilinio kaučiukmedžio-sulčių, panašių į pieną. Pramoninis kaučiuko pritaikymas prasidėjo tik XIX amž., kai vulkanizacijos (kaučiuko kaitinimas su siera) pagalba buvo išmokta gaminti gumą. Gumos pramonė pradėjo sparčiai vystytis, ryšium su intensyviu automobilių pramonės augimu. Daugeliui šalių pasidarė problema žaliava (gamtinis kaučiukas), kurios jos neturėjo ir kurios dėl vienų ar kitų priežasčių nebuvo galima nusipirkti. Tarybų Sąjungoje gumos pramonė po Didžiosios Spalio socialistinės revoliucijos pergalės negalėjo vystytis, nes nebuvo žaliavos. Kapitalistinės šalys su

uorganizavo blokada ir neleido parduoti kaučiuko jaunai Tarybų respublikai. Aprūpinti šalį savu kaučiuku buvo gyvybiškai svarbu. Buvo atrasti ir kultivuojami kaučiukiniai augalai-koksagyzas ir tausagyzas, bet iš jų gautasis kaučiukas buvo labai brangus. Tada tarybiniams mokslininkams buvo duotas uždavinys-surasti sintetinio kaučiuko gavimo pramoninį būda. Šį uždavinį išsprendė tarybinių mokslininkų grupė, vadovaujama S. Lebedevo. Ir jau 1932 m., 5-6 metais anksčiau negu kapitalistinėse šalyse, Tarybų Sąjungoje buvo paleisti pajėgūs fabrikai, gaminantys sintetinį kaučiuką.
Kaučiukas naudojamas gumai gaminti. Tam sudaromas vadinamasis gumos mišinys, į kurį, be kaučiuko, įeina ir daugiau ingredientų, kurių kiekvienas turi tam tikra paskirtį. Pirmasis jų yra vulkanizuojantis agentas (dažniausiai siera). Dėl vulkanizacijos kaučiukas tampa tvirta, elastinga, tampria mase-guma.
Vulkanizacijos metu sieros atomai prisijungia prie linijinių kaučiuko molekulių, ,,susiūdami” jas į trimačius tinklelius.
Kaučiukai, vulkanizuoti sumaišius tik su vulkanizuojančiais agentais, neturi įvairiems tikslams būtino kietumo, atsparumo tempimui, trynimui ir įplyšimui. Šias savybes kaučiukui galima suteikti, pridėjus į gumos masę vadinamuoju užpildu. Paprastai jie būna dviejų tipų: inertiniai (molis, kreida ir kt.), kurie beveik neveikia fizinių gumos savybių, bet palengvina gumos mišinio perdirbimą, ir stiprinantieji (paprastai suodžiai), kurie pagerina vulkanizuojamo kaučiuko aukščiau minėtąsias savybes. Norint apsisaugoti nuo kaučiuko ,,senėjimo”, t. y. elastingumo ir kitu vertingų savybių netekimo, į gumos mišinį dedami įvairūs stabilizatoriai antioksidatoriai (pavyzdžiui, fenil-В-naftilaminas). Norint pagreitinti vulkanizacijos procesą, į gumos mi
išinį pridedama nedidelis kiekis organinių junginių, kurie-vadinami pagreitintojais (merkaptobenzotiazolis, difenilguanidinas ir kt.). Pasirodė, kad, norint kuo geriau išnaudoti vulkanizacijos pagreitintojus, turi dalyvauti ir kai kurios kitos medžiagos (paprastai metalų oksidai), vadinamos aktyvatoriais. Savo ruožtu aktyvatorių veikimas yra efektyviausias, esant kaučiuke tirpstančiu muilų (riebiųjų rūgščių druskų),kurie gali susidaryti vulkanizacijos proceso metu. Kaučiukas maišomas su ingredientais specialiuose aparatuose-gumos maišytuvuose, kuriuose kaučiukas pertrinamas drauge su ingredientais. Vulkanizuojantis agentas dedamas į gumos mišinį paskutiniu gumos mišinio sudarymo momentu, norint išvengti priešlaikinės vulkanizacijos.
Paruoštas gumos mišinys, sudarytas iš kaučiuko, vulkanizuojančiojo agento, vulkanizacijos pagreitintojo, aktyvatoriaus, užpildu, stabilizatoriaus ir t. t., nukreipiamas baigiamajam gumos gamybos procesui – vulkanizacijai. Vulkanizuojama arba po to, kai iš gumos mišinio suformuojami atitinkami gaminiai (vamzdžiai, žarnos, lapai ir kt.), arba gaminių formavimo metu. Vulkanizacija vyksta kaitinant.
Pridėjus į gumos mišinį daug sieros (iki 32%),. susidaro kietas plastikas (ebonitas), naudojamas kaip izoliatorius elektrotechnikoje.
Norint pagerinti kai kurių guminių dirbinių, pavyzdžiui, padangų, transporterių juostų, pavarinių diržų, eksploatacines savybes, į tokių dirbinių konstrukciją dedamas kordas beataudinis audinys iš suktų verpalų, kuris yra audininis dirbinių pagrindas (jų karkasas).

Sintetiniai Kaučiukai
Sintetinių kaučiukų cheminė sudėtis ir struktūra, vadinasi, ir fizinės bei cheminės savybės gali būti labai įvairios ir smarkiai skirtis nuo natūraliojo kaučiuko savybių. Tuo ir pasireiškia didelis sintetinių kaučiukų pranašumas, nes, keičiant kaučiukų sudėtį ir struktūra, jiems galima suteikti tokias savybes, kurių neturi natūralusis kaučiukas. Pavyzdžiui, pastaruoju metu gaminami benzinui ir alyvoms, šalčiui atsparūs, nepraleidžiantieji dujų ir kiti sintetiniai kaučiukai.
Norint išsiaiškinti sintetinių kaučiukų gamybos ekonominį efektyvumą, galima pateikti tokius skaičius: 1000 t natūraliojo kaučiuko gauti reikia apdoroti apie 3 mln. kaučiukiniu medžiu ir tam per metus sunaudoti 5,5 tūkst. žmonių triūsa. Tokį pat kiekį sintetinio kaučiuko gali gauti per metus 15 žmonių..
Priklausomai nuo panaudojimo, sintetiniai kaučiukai paprastai skirstomi į bendros paskirties (naudojamus padangoms ir gumai gaminti) ir specialios paskirties (atsparius benzinui ir alyvoms, šalčiui ir t. t.).
Labiausiai paplitusi kaučiukų klasifikacija pagal pavadinimus monomerų, naudojamų kaučiukui gauti. Sutinkamai su šia klasifikacija, peržvelgsime kai kurias sintetinių kaučiukų rūšis.
Natrio butadieninis kaučiukas-vienas pirmųjų sintetiniu būdu gautų kaučiukų. Pramoninė jo gamyba pradėta TSRS 1932 m., remiantis S. Lebedevo darbais. Šis mokslininkas paruošė butadieno-1,3 (divinilo) ir jo polimerizacijos į kaučiuką gavimo būda. Polimerizacijos procese gali susidaryti dvi struktūros:

a

.CH₂-CH=СH-CH₂-CH₂-CH=CH-CH₂-...
b

.-CH₂-CH-CH₂-CH-CH₂-CH-.

CH CH CH

CH₂ CH₂ CH₂

Butadieniniame kaučiuke yra apie 10-15% a struktūros grandžių ir 85-90% b struktūros grandžių.
Šis kaučiukas priklauso bendros paskirties kaučiukams; pastaruoju metu jis netenka savo reikšmės, nes jos savybės yra prastesnės palyginti už kitų kaučiuko rušių savybes.
Palyginti neseniai pavyko gauti stereoreguliarius butadieno polimerus(izooktaninius ir sindioktatinius pavyzdžiui cis-1,4-polibutadieną:

H₂ H₂

C C CH₂ CH₂-.

.-CH₂ CH₂ C C

H H

Tokio tipo kaučiukai nuo natrio butadieninio žymiai geresniu atsparesniu šalčiui, elastingumu, dideliu atsparumu šiluminiam senėjimui, susidevėjimui, naudojami daugiausia padangų gamyboje.
Įjungus į butadieninio kaučiuko molekulinės grandinės kai kurias grandis karboksilo grupes, gaunamas karboksilinis vadinamasis karboksilatinis kaučiukas, pavyzdžiui, butadieno ir akrilo rūgšties kopolimeras:

.-[-CH-CH=CH-CH-]₁₀₀- CH-CH₂-.

COOH

Karboksilatiniuose kaučiukuose viena hidroksilo grupė tenka 300-400 pagrindinės grandinės anglies atomų.
Karboksilo grupės molekulinėje kaučiuko grandinėje padidina jo adeziją metalams, odai, tekstilei, padidina jo atsparumą benzinui ir alyvai. Karboksilatinis kaučiukas kaip lateksas naudojamas tekstilinėms medžiagoms, odai impregnuoti, audiniams gumuoti ir kt.
Butadienstiroliniai kaučiukai.Šie kaučiukai, gaunami butadieno ir stirolo emulsine kopolimerizacija:
n CH₂=CH-CH=CH₂+ n CH₂=CH→

C₆H₅
→.-CH₂-CH=CH-CH₂-CH₂-CH-CH₂-CH=CH=CH₂-,

C₆H₅

priskiriami bendro tipo kaučiukams.Priklausomai nuo butadieno ir stirolo santykio, polimerizacijos metu susidaro įvairių fizinių ir cheminių savybių produktai.Pavyzdžiui, polimerizuojant 10 dalių ir 90 stirolo, susidaro kietas polimeras. Naudojamas lengviems mikroaktyviems padams gaminti. Polimerizacija atliekama 50C temperatūroje.
Polimerizuojant žemoje temperatūroje 5C , gaminami termostabilūs kaučiukai, pasižymį didesniu atsparumu trynimui.

Izopreninis kaučiukas.

CH₂=C-CH=CH₂

CH₃

2 metil1,3 butadienas

Gaunamas izopreno polimerizavimu-CH₂-C=CH-CH-n

CH₃

panaudojant specialius stereospecifinės polimerizacijos katalizatorius. Priklausomai nuo panaudoto katalizatoriaus, gaunami poliizoprenai: cis-1,4analogiškai natūraliajam kaučiukui, trans-1,4 analogiškai gutaperčiai ir kitos stereoreguliarios formos.
Tarybų sąjungoje išleidžiamas izopreninis kaučiukas SKI-savybėms praktiškai identiškas natūraliam kaučiukui ir daugiausia vartojamas padangoms gaminti, kabelių vamzdžių gamyboje.
Atsparus aukštai temperatūrai, tepalų poveikiui.
Butadieniniai ir izopreniniai stereoreguliarūs kaučiukai priklauso bendros paskirties kaučiukams, ir jų gamybos apimtis bus plečiama greitais tempais.
Butilkaučiukai. Tai izobutileno su nedideliu kiekiu izopreno kopolimerizacijos produktai:
Butilkaučiukai šiek tiek pranašesni už natūraliuosius ir butadieninius kaučiukus. Jie pasižymi geru dujų nepralaidumu, atsparumu šilumai, oksidatoriams, geromis dielektrinėmis savybėmis. Tačiau dėl eilės jų trūkumų (nesuderinami su kitais kaučiukais, maža adhezija metalams ir kt.) plačiau pradedami naudoti modifikuoti butilkaučiukai – chlorbiitilkaučiukas ir brombutilkaučiukas. Jie naudojami bekamerėms padangoms, transporterių juostoms gaminti ir kt.
Chloropreninis kaučiukas. Vienas pigiausių kaučiukų; gaunamas chloropreno emulsine polimerizacija:

nH₂C=C-CH=CH₂→.-CH₂-C=CH-CH₂-CH₂-C=CH-CH₂-.

Cl Cl Cl

Cloropreninis kaučiukas, gautas žemos temperatūros polimerizacija, vadinamas nairitu, o gautas kopolimerizuojant chloropreną su stirolu (apie 3%) -nairitu S. Šie kaučiukai pasižymi
didėjusiu atsparumu benzinui ir alyvoms, yra patvarūs oro deguonies ir ozono oksidacijai, atsparūs šilumai. Pagamintos iš nairito gumos išlaiko ilgį kaitinimą iki 140—ISO^C temperatūros. Dėl pigumo ir gerų savybių vis plačiau pritaikomi diržų, transporterių juostų, klijų gamyboje ir kt.
Fluoro kaučiukai. Gali būti gaunami įvairių fluorą turinčiu monomerų, pavyzdžiui, heksafluorpropileno, CF2==CF—CF3 ir vinilideno fluorido, CF2=CHz, kopolimerizacija. Fluoro kaučiukai pasižymi puikiomis mechaninėmis savybėmis, dideliu atsparumu šilumai ir tirpiklių bei cheminių reagentų poveikiui, dėl to jie naudojami aviacinėje technikoje, taip pat automobilių ir chemijos pramonėje. Platų fluoro kaučiukų naudojimą kol kas riboja jo bran-gumas.

NAUDOTA LITERATŪRA:
„Mokinio Žinynas“,

„Organinė chemija“ G.Rudzytis, F.Feldmanas

Leave a Comment