1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Хімія
  3. Хімічна будова натурального і синтетичного каучуку і гуми

Хімічна будова натурального і синтетичного каучуку і гуми

Учитель нагадує хлопцям, що всі полімери (що це таке?) За своїми властивостями можна умовно розділити на еластомери, пластмаси і волокна. З пластмасами учні вже познайомилися на прикладі поліетилену і його аналогів. Еластомерамі називаються матеріали, здатні змінювати свою форму при додатку сили, і відновлювати її після зняття навантаження. Типовими еластомерамі є каучуки та гума.

Склад природного каучуку став відомий вже в другій половині XIX ст. Слідом за Уільямсоном французький хімік Постав Бушарда в 1875 р виділив изопрен з продуктів термічного розкладання природного каучуку, а також здійснив зворотну полімеризацію: отримав каучукоподобное речовина нагріванням ізопрену (1875) і дією на нього соляної кислоти (1879).

Якщо в лабораторії є шматочок натурального каучуку, учитель демонструє його розкладання з утворенням ізопрену. Для цього в пробірку з газовідвідною трубкою поміщають кілька шматочків полімеру, газовідвідну трубку опускають в порожню пробірку, охлаждаемую водою (рис. 14).

При нагріванні каучуку відбувається його деполимеризация, що виділяється изопрен конденсується в охлаждаемой пробірці (t изопрена 34 ° С). Для експерименту достатньо кількох крапель конденсату. Його розчиняють у 1-2 мл органічного розчинника (краще тетрахлорметана), додають 1 мл бромної води. При енергійному струшуванні водний прошарок знебарвлюється, вказуючи на неграничний характер продуктів деполімеризації каучуку.

Не тільки изопрен, але й сам каучук містить подвійні зв’язку, є ненасичених з’єднанням. Це також можна довести реакцією з бромной водою. В’язкий розчин каучуку в органічному розчиннику (наприклад, бензолі), приготований до уроку, знебарвлює бромну воду.

Далеко не кожен вчитель знайде для уроку натуральний каучук. Експеримент можна проробити зі звичайним гумовим клеєм або клеєм «Момент». До їх складу входить натуральний каучук. На дно пробірки поміщають краплю клею, додають 1-2 мл органічного розчинника (можна води) і 1 мл бромної води або краплю настойки йоду. Суміш енергійно струшують і спостерігають за зникненням забарвлення.

До початку XX в. було розроблено вже досить багато способів отримання дієнових вуглеводнів і полімеризації їх в полімери, які стали називати синтетичним каучуком.

Перший завод з виробництва синтетичного каучуку був побудований в м Ліверкузен (Німеччина) в 1916 р Полімеризації під дією металевого натрію піддавався 2,3-діметілбутадіен-1,3. Учитель просить самостійно написати реакцію полімеризації (за аналогією з полімеризацією бутадієну-1,3 або ізопрену), потім відтворює правильний варіант на дошці.

Отриманий продукт отримав назву метілкаучук. Чому? Учні висловлюють свої міркування. Елементарне ланка цього полімеру відрізняється від ланки натурального каучуку на одну метальних групу.

Перший синтетичний каучук за своїми споживчими якостями значно поступався каучуку натуральному. Вироби з нього як і раніше боялися високих і низьких температур, а автомобільні покришки стирається в десятки разів швидше, крім цього він був набагато дорожче. Тому через два роки роботи завод в Ліверкузені був закритий.

Першим синтетичним каучуком, які пройшли випробування «практикою», став бутадієновий каучук (ВКВ), отриманий в Радянському Союзі за методом С. В. Лебедєва. З перших кілограмів продукції, отриманої на дослідному заводі в 1931 р, була виготовлена шина. Її поставили на автомобіль, на якому їздив Сергій Васильович, і вона вірою і правдою прослужила 16 тис. Км пробігу.

Проте синтетичному каучуку ніяк не вдавалося досягти якості, натурального полімеру. Причину цього вдалося розгадати тільки в 40-х рр. XX ст. Справа виявилася в тому, що в синтетичному каучуку, елементарні ланки з цис-траноконфігураціей розташовані хаотично. Крім того, полімеризація протікає не тільки як 1,4-, але і як 1,2-приєднання, в результаті чого утворюється полімер з розгалуженою структурою.

Виявилося, що природний полімер має цис-розташування заступників при подвійному зв’язку в більш ніж 97% елементарних ланок. Це стереорегулярний полімер:

Вперше отримати бутадієновий каучук стереорегулярность будови вдалося в 1957 р групі радянських вчених під керівництвом академіка Бориса Олександровича Долгоплоска та члена-кореспондента Академії наук Олексія Андрійовича Короткова. За зносостійкості і еластичності цей полімер перевершував натуральний і отримав назву дивініловий каучуку.

У ті ж роки домогтися стереорегулярность процесу полімеризації дієнових вуглеводнів вдалося з використанням каталізаторів Циглера-Натта. За своїми властивостями поліізопрен (СКІ) став аналогічний природному продукту.

Загальним недоліком вуглеводневих каучуків є їх низька термічна стійкість, набухання і руйнування в нафтопродуктах (бензин, масла). Цих недоліків позбавлений хлоропреновий каучук, одержуваний полімеризацією 2-хлорбутадіена-1,3 (хлоропрену). Учитель пропонує хлопцям самостійно написати рівняння полімеризації цієї речовини, а також пригадати спосіб його одержання з ацетилену.

Хлоропреновий каучук використовується для виготовлення бензо- і маслостойкой гуми, трубопроводів для перекачування нафтопродуктів.

Деякі синтетичні каучуки являють собою сополімери. Як приклад наведемо Синтетичний каучук, одержуваний сополимеризацией бутадієну-1,3 з віпілбензолом, званим стиролом:

Завдяки унікальній газонепроникності Синтетичний каучук використовують для виготовлення автомобільних камер, а також транспортерних стрічок.

Синтетичні каучуки є одним з основних продуктів хімічної промисловості. З них виготовляють близько 50 тис. Різних виробів, світове виробництво каучуків наближається до 10 млн. Т / рік.

Яким же чином Ч. Гуцьіру вдалося перетворити каучук в гуму? Яка хімічна сутність процесу вулканізації?

При нагріванні каучуку з сіркою окремі полімерні ланцюги зшиваються між собою за рахунок утворення дисульфідних містків.

Продукт часткової вулканізації каучуку і називається гумою. Такий полімер має розгалужену просторову структуру і менш еластичний, ніж каучук, але має значно більшу міцність. При збільшенні кількості сірки продукт вулканізації набуває сітчасту структуру і повністю втрачає еластичність. Він називається ебонітом. Ебоніт є гарним діелектриком, з нього виготовляють деталі електричної арматури.

ПОДІЛИТИСЯ: