Тема 2.2 Вулканизация каучука

Цель, форма работы: углубление знаний о строении каучука, его практическом значении, химических реакций, лежащих в основе получения каучука и процесса вулканизации. Дать ответы на поставленные вопросы в развернутом виде.

Вопросы, рекомендуемые для рассмотрения: строение диеновых углеводородов. Полимеризация диеновых углеводородов. Каучук, свойства, строение, вулканизация, применение.

Список рекомендуемой литературы:

1. Габриелян О.С. Химия: учеб. для студ. проф. учеб. заведений / О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов. – М., 2005.

2. Габриелян О.С. Химия. 10 класс. Базовый уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений. – М., 2005.

3. Габриелян О.С. Химия. 11 класс. Базовый уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений. – М., 2006.

4. Глинка Н.Л. Общая химия.-Л.:Химия,1988.

5. Потапов В.М.Химия.-М.: Высшая школа, 1985.

6. http://ru.wikipedia.org/wiki/

7. http://neochemistry.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=123&Itemid=44

8. http://www.alhimikov.net/organikbook/titul.html

9. http://www.himhelp.ru/section25/

Теоретические основы:

Из названия класса алкадиены видно, что молекула должна содержать две двойные связи. Следовательно, общая формула гомологического ряда диеновых углеводородов CnH2n-2.По взаимному раположению двойных связей и химическим свойствам диены делятся на три группы:

1. Диены с соседним расположением двойных связей называют диенами кумулированными связями. Эти соединения малоустойчивы и легко перегруппировыватся в алкины, например, пропадиен:

2. Диены, у которых двойные связи разделены более чем одной простой связью, называются диенами с изолированными связями. Их реакции ничем не отличаются от реакций с той лишь разницей, что в реакции может вступить одна или две связи, например гексадиен - 1, 5

3.Диены с 1,3-располрожением двойных связей (двойные связи разделены одной простой) несколько отличаются по свойствам от алкенов и важны с практической точки зрения. Это послужило причиной обособления их в отдельную группу. такие диены называют диенами с сопряжёнными связями. Обычно, когда речь идёт просто о диенах, подразумевается 1,3-диены, например, гексадиен -1,3

Для алкадиенов характерны реакции полимеризации:

n(CH2=CH-CH=CH2)→( -CH2-CH=CH-CH2-)n

Алкадиены используются в основном для синтеза синтетических каучуков.

Сейчас производится широкий ассортимент синтетических каучуков, различных по составу и потребительским свойствам. Обычно каучуки классифицируют и называют по названию мономеров, использованных для их получения (изопреновые, бутадиеновые каучуки), или по характерной группе атомов, входящих в их состав (полисульфидные, кремнийорганические и т.д.).

Основным методом получения синтетических каучуков является полимеризация диенов и алкенов. Наиболее широко в качестве мономеров для производства каучуков используются бутадиен, изопрен, стирол, хлоропрен, изобутен, этилен, акрилонитрил и др. Каучуки общего назначения обладают комплексом свойств, позволяющим применять их для производства широкого круга изделий, для которых необходимо основное свойство резин – высокая эластичность при обычных температурах (шины, транспортёрные ленты, обувь и др.). Каучуки специального назначения должны обладать свойствами, обеспечивающими работоспособность изделий в специфических, часто экстремальных условиях: стойкостью к действию растворителей, масел, кислорода, озона, тепло-и морозостойкостью (т. е. способностью сохранять высокую эластичность в широком диапазоне температур) и др. специфическими свойствами. Существуют особые группы синтетических каучуков, такие, как водные дисперсии каучуков – латексы; жидкие каучуки – отверждающиеся олигомеры; наполненные каучуки – смеси каучука с наполнителями или пластификаторами.

Примеры некоторых синтетических каучуков. Среди каучуков общего назначения по-прежнему широко распространены бутадиеновые СКД. (стереорегулярный 1,4-цис-полибутадиен):

и изопреновые (1,4-цис-полиизопрен) каучуки:

Они обладают высокой прочностью, эластичностью, износостойкостью и невысокой стоимостью, что обуславливает их широкое применение в производстве разнообразных резиновых изделий. Для модификации потребительских свойств каучуков широко используют сополимеризацию – диен полимеризуют с добавлением какого-либо алкена. Такой полимер состоит из элементарных звеньев двух различных типов. Таким сополимером является еще один распространенный СК – бутадиенстирольный каучук (СКС):

который применяется не только при производстве резиновых изделий, но также является основой строительного латекса и латексно-эмульсионных красок.

Бутилкаучук (БК) – сополимер 2-метилпропена с небольшим количеством изопрена

Он относится уже к каучукам специального назначения, т.к. обладает высокой стойкостью к различным воздействиям, поэтому его используют для электроизоляции, антикоррозионных и теплостойких покрытий.

Полихлоропреновые каучуки (наирит, неопрен) –

один из наиболее давно известных видов синтетических каучуков – разработаны компанией «Дюпон» в 1930-х. Обладают высокой масло-, бензо-, озоностойкостью. С высокой масло-, бензо- и теплостойкостью связано также и применение бутадиенакрилонитрильного (СКН) каучука. Высокая прочность при растяжении и стойкость к различным воздействиям полиуретанов обуславливает их разнообразное применение – от искусственной кожи для производства обуви до изготовления износостойких покрытий, клеев и герметиков.

Вулканизация — технологический процесс взаимодействия каучуков с вулканизующим агентом, при котором происходит сшивание молекул каучука в единую пространственную сетку. При этом повышаются прочностные характеристики каучука, его твёрдость и эластичность, снижаются пластические свойства, степень набухания и растворимость в органических растворителях. Вулканизующими агентами могут являться: сера, пероксиды, оксиды металлов, соединения аминного типа и др. Для повышения скорости вулканизации используют различные ускорители. Вулканизированные каучуки называют резинами. Вулканизации подвергается обычно смесь каучука с различными компонентами, обеспечивающими необходимые эксплуатационные свойства резин: наполнителями (технический углерод, мел, каолин, полидисперсная кремнекислота и т.д.), пластификаторами (нефтяные и талловые масла, дибутилфталат и т.д.), противостарителями (бисфенолы, диамины и т.д.), ускорителями вулканизации (ксантогенатами, тиазолами, сульфенамидами и т.д.), активаторами вулканизации (оксидом цинка, оксидом магния и т.д.), замедлителями подвулканизации (фталевый ангидрид, N-нитрозодифениламин и т.д.).

В улканизация полиизопрена (СН2=С(СН3)-СН=СН2, 2-метилбутадиен-1,3 -натурального каучука)серой

Порядок проверки, защиты самостоятельной работы: проверка рабочей тетради.

Контрольные вопросы:

1. Напишите реакцию полимеризации 2,3-диметилбутадиена-1,3 в общем виде. Напишите формулу изопрена. Назовите вещества, которые получают при присоединении к молекуле изопрена: а) одной молекулы брома; б) двух молекул брома.

2. Опишите важные физические свойства каучука.

3. Что называется вулканизацией каучука и для каких целей используется этот процесс?

4. Напишите различия между резиной и каучуком по химическому строению и физическим свойствам.