Применение дивинилового каучука кратко

Обновлено: 07.07.2024

Исторически 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 ввиду невысоких механических качеств широкого практического применения не нашел.
Характерным примером регулярного строения является дивиниловый каучук

Дивиниловый каучук и есть бутадиеновый каучук!
БУТАДИЕНОВЫЕ КАУЧУКИ (дивиниловые каучуки, полибутадиены, СКД, СКДЛ, америпол, буден, буна СВ, диен, интен, карифлекс BR, коперфлекс, нипол BR, солпрен, эуропрен-цис и др.) , полимеры 1,3-бутадиена. наиб. значение имеют стереорегулярные Б. к. , синтезируемые в р-ре в присут. катализаторов Циглера - Натты (комплексов соединений переходных металлов, гл. обр. Со, Ni, Ti, с алюминий-орг. соединениями) или литийорг. катализаторов (см. табл. 1). В относительно небольших масштабах вырабатывают Б. к. , получаемые в р-ре в присут. алфиновых
катализаторов, напр. комплексов аллилнатрия, изопропилата натрия и Nad, а также каучуки, синтезируемые в эмульсии или массе. К последним относится натрий-бутадиеновый каучук СКВ - первый в мире пром. СК, произ-во к-рого по способу С. В. Лебедева было организовано в СССР в 1932 (мономер - бутадиен, синтезированный из этанола, катализатор-металлич. Na). В современной резиновой пром-сти этот каучук утрачивает свое значение (гл. обр. из-за несовершенства технологии его произ-ва) и заменяется каучуком СКДСР, получаемым полимеризацией мономера в р-ре в присут. литийорг. катализатора и донора электронов. Особая группа Б. к. - жидкие олигомеры (см. Жидкие каучуки) . Структура макромолекул. Свойства каучуков. Звенья бутадиена в макромолекуле Б. к. могут иметь конфигурацию 1,4-цис (ф-ла I), 1,4-транс (II) и 1,2 (III).
Ряд физ. св-в каучуков зависит от структуры их макромолекул (см. табл. 2).
Б. к. с преимущественным содержанием звеньев 1,4-цис кристаллизуются при охлаждении; т-ра макс. скорости кристаллизации от - 55 до - 60 оС, т-ра плавления кристаллич. фазы 4оС. Б. к. взаимод. с бромом (р-ция идет с количеств. выходом и не сопровождается циклизацией полимера) , хлором, а также с соед. , содержащими подвижные атомы галогена, напр. N-галогенсукцинимидами. В р-циях гидрогалогенирования Б. к. сравнительно малоактивны.
Гидрируются водородом в углеводородных р-рителях (напр. , циклогексане) в присут.
комплексных соед. типа катализаторов Циглера - Натты или n-толуолсульфонилгидразидом в
диметиловом эфире диэтиленгликоля (диглиме) . Под действием УФ-излучения в присут. орг.
бромидов или меркаптанов цис- или транс-полибутадиены изомеризуются до равновесного
соотношения цис- и транс-структур (20 :80). В присут. свободнорадикальных инициаторов Б. к.
присоединяют тиолы, при действии надкислот или гидропероксидов эпоксидируются. Реагируют
с малеиновым ангидридом, хлоралем, нитрозосоединениями, карбенами. Циклизация, к-рая идет
при нагр. до 140°С в присут. конц. H2SO4, сопровождается образованием преим. трициклич.
структур.
Табл. 2 - ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БУТАДИЕНОВЫХ КАУЧУКОВ
Содержание звеньев, %
Т. стекл. ,
°С
Плотность
энергии
когезии,
кДж/моль
1,4-цис
1, 4-транс
1,2
87-95
2-8
2-5
- 105
4,31
30-50
45-55
10-15
-95
4,61
10-20
60-75
15-25
-85
4,98
10-15
15-25
65-70
-50
6,62
Б. к. окисляются медленнее, чем НК и синтетич. изопреновые каучуки, но быстрее, чем
бутадиен-стирольные. Процесс сопровождается структурированием каучука. Стабилизируют Б.
к. обычными окрашивающими или неокрашивающими антиоксидантами, напр.
N-фенил-2-нафтиламином, N,N'-дифенил-1,4-фенилендиамином,
2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенолом (0,3-1,5 мас. ч. ; здесь и далее - в расчете на 100 мас. ч.
каучука) .
Получение каучуков. Для синтеза Б. к. в растворе применяют бутадиен, содержащий99% (по
массе) основного в-ва и0,001% влаги. Р-рители - толуол, циклогексан, гексан, гептан, бензин.
Мономер полимеризуют непрерывным способом в батарее последовательно соединенных
реакторов, снабженных мешалкой и рубашкой, в к-рой циркулирует хладагент. При 25-30°С
продолжительность процесса составляет 4-8 ч, конверсия бутадиена - 80-95% в зависимости от
типа катализатора (повышение т-ры до 35-40°С, особенно в случае применения титановой
каталитич. системы, приводит к заметному увеличению выхода олигом

Бурное развитие мировой автомобильной промышленности, авиации, военной техники привело к тому, что каучука добываемого в природе и предназначенного для производства резины, стало катастрофически не хватать. Плантации, разбросанные по всему миру стали не в состоянии обеспечить потребности промышленности. И тогда, во многом благодаря российским ученым на рынок вышел синтетический каучук.

История синтетического каучука

Введение

На самом деле, к промышленному производству синтетического сырья ученые и производственники шли порядка ста лет. Каучук был синтезирован во второй половине XIX века. Но технология производства, необходимое оборудование разработали только в ХХ веке. Все необходимое для производства синтетического каучука было представлено С.В. Лебедевым, российским ученым.

С тех пор, ученые – химики, производственники приложили немало сил для совершенствования этого сырья, разработки новых марок этого сырья и пр.

Виды синтетических каучуков

За время с момента организации промышленного производства синтетического каучука прошло почти сто лет. И специалисты в области органической химии за это время разработали и внедрили в производство большое количество видов этого сырья. Ниже приведен небольшой список.

Виды синтетического каучука

Каучук бутадиеновый – основная область его применения это производство шин и камер. Параметры этой продукции выполненной из бутадиенового сырья существенно выше чем изделий этого класса но изготовленных из природного (натурального) качества. Кроме автомобильной промышленности бутадиеновый каучук применяют для производства химически стойкой резины и эбонита.

Бутилкаучук обладает уникальной способностью по удержанию воздуха. Именно это обеспечило его преимущества перед другими материалами при изготовлении покрышек, камер, диафрагм и пр. На основании многократных испытаний, проводимых на заводах по производству покрышек и можно утверждать, что камеры, изготовленные из этого сорта синтетического каучука, удерживают давление воздуха в 8 – 10 раз больше, чем аналогичные изделия, выполненные из природного каучука. Бутилкаучук отличается от природного еще и тем, что стойко воспринимает воздействие озона, не реагирует на действие к маслам разного типа (животному, растительному), но вместе с тем, этот материал необходимо оградить от контактов с минеральными маслами.

Если сравнивать параметры прочности, то натуральный продукт выигрывает с существенным отрывом. Между тем, этот материал обладает низкой скоростью вулканизации, плохая адгезия к металлическим поверхностям. Быстрое нагревание при знакопеременных деформациях и в довершение, низкая эластичность при нормальной температуре и влажности.

Полихлоропреновый каучук или хлоропреновый, как иногда его называют, поставляется потребителю в виде светло-желтой массы. К основным свойствам этого материала можно отнести:

стойкость к воздействию огня;
адгезия к тканям, металлу и многим другим материалам;
невосприимчивость к действию озона, атмосферных явлений, в частности, к низким температурам.

Хлоропреновый каучук под воздействием растяжения кристаллизуется. Это его свойство, позволяет резинам, произведенным на его основе показывать высокие прочностные характеристики.

Предприятие химического производства каучука

Предприятия химической промышленности выпускают множество типов синтетических каучуков, причем некоторые из них превосходят натуральные. Широкое применение получили так называемые сополимерные соединения, получение при совместной реакции бутадиена и с ненасыщенными соединениями, например, такими как стирольный каучук СКС.

Ведя речь о сырье искусственного происхождения нельзя забывать и таком веществе как латекс синтетический. Это, по сути, раствор искусственного каучука и других полимерных веществ, например, полистирола.

Латексы синтетические применяют для изготовления клеев, водоэмульсионных красок. Их применяют и в строительстве при создании полимербетона.

Формула строения

Каждый вид синтетического каучука имеет свою химическую формулу

Молекулы изопрена CH2=C(CH3)-CH=CH2 2-метилбутадиен-1,3;

бутадиеновый CH2=CH-CH=CH2 бутадиен-1,3;

дивиниловый CH2=CH-CH=CH2 бутадиен-1,3

Хлоропреновый CH2=C(Cl)-CH=CH2 2-хлорбутадиен-1,3

Бутадиен-стирольный состоит из молекул CH2=CH-CH=CH2 бутадиен-1,3 и C6H5- CH=CH2 стирол

Свойства и применение

Свойства синтетического каучука во многом превышают основные параметры натурального продукта. Так, его плотность меньше плотности воды и поэтому он спокойно плавает.

Химические свойства синтетического каучука позволяют ему не растворяться в воде, именно это позволяет его использовать для изготовления покрытий не проницаемых для воды. Это свойство позволяет их использовать для шитья одежды, спортивного инвентаря и пр. Такие вещества как бензин, бензол растворяют каучуки. Это свойство позволяет их применять для производства клеевых составов. Каучук – это диэлектрик, которые широко применяют для создания изоляторов силового и слаботочного оборудования. Каучуки обладают гибкостью, прочностью, и повышенной стойкость к истиранию. Кроме этого каучуки сохраняют свои свойства при циклических деформациях.

Применение синтетического каучука

Синтетические каучуки подразделяют на общие и специальные. К общим относят:

изопреновые;
бутадиен-стирольные и пр.

Их основные свойства – морозостойкость, высокая износостойкость. Кроме этого они обладают высокой масло бензо- и озоностойкостью.

Бутадиеновые каучуки(ПБ), иногда их называют дивиниловыми, относят к материалам общего назначения. Их применяют для изготовления проекторных и обкладочных резин для шин (каркаса, боковины и пр.). Этот материал применяют для производства материалов, применяемых в кабельной промышленности, инструмента для абразивной обработки металла и других материалов, антифрикционных изделий.

Сырье на основании этилен — пропилена используют для создания ударопрочных полимеров, шин для велосипедов, тканей с водоотталкивающими свойствами, конвейерных лент для работы в термически сложных условиях.

Фторокремнийорганические каучуки (фторсиликоны или фторкаучки). Особенностью этих материалов – это сочетание стойкости к действию температуры, как низкой, так и высокой и различным агрессивным средам. Кроме того, сырье этого класса отличается стойкостью к истиранию, воздействию открытого пламени. Он не пропускает газы. Его диэлектрические свойства позволяют его применять для создания изоляции, как для силовых кабелей, так и слаботочной аппаратуры. Это сырье применяют для производства материалов, применяемых для гумирования емкостей, предназначенных для транспортировки агрессивных веществ.

Еще одно важное свойство этих материалов – стойкость к радиации.

Отличия искусственного материала от природного заключаются в том, что при получении синтетического сырья применяют множество сополимеров и химических элементов, которые добавляют новые характеристики этому материалу.

Устойчивый спрос на синтетический каучук привел к появлению целой отрасли, которая задействована на производстве этого сырья. На рынке этого сырья отмечается постоянный рост спроса на эту продукцию. Лидером по потреблению синтетического сырья можно считать самую динамично, развивающуюся экономику мира – китайскую. Динамика рынка показывает, что после кризисных явлений 2008 – 2009 года, и падения спроса на эту продукцию в пределах 4%, на сегодня прирост сбыта составляет до 7%, от прошлогоднего уровня.

Среди стран, которые лидируют по производству синтетического сырья надо назвать КНР, РФ, США и ряд других.

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.

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.

В настоящее время большая часть производимых каучуков является бутадиен-стирольными или бутадиен-стирол-акрилонитрильными сополимерами.

Каучуки с гетероатомами в качестве заместителей или имеющими их в своём составе часто характеризуются высокой стойкостью к действию растворителей, топлив и масел, устойчивостью к действию солнечного света, но обладают худшими механическими свойствами.

Наиболее массовым в производстве и применении каучуками с гетерозаместителями являются хлоропреновые каучуки (неопрен) - полимеры 2-хлорбутадиена.

В ограниченном масштабе производятся и используются тиоколы - полисульфидные каучуки, получаемые поликонденсацией дигалогеналканов (1,2-дихлорэтана, 1,2-дихлорпропана) и полисульфидов щелочных металлов.

Основные типы синтетических каучуков:

Изопреновый;
Бутадиеновый каучук;
Бутадиен-метилстирольный каучук;
Бутилкаучук (изобутилен-изопреновый сополимер);
Этилен-пропиленовый (этилен-пропиленовый сополимер);
Бутадиен-нитрильный (бутадиен-акрилонитрильный сополимер);
Хлоропреновый (поли-2-хлорбутадиен);
Силоксановый каучук;
Фторкаучук;
Тиоколы.

Наиболее массовое промышленное применение каучуков - производство резин для автомобильных, авиационных и велосипедных шин.

Из каучуков изготавливаются специальные резины огромного разнообразия уплотнений для целей тепло- звуко- воздухо- гидроизоляции разъёмных элементов зданий, в санитарной и вентиляционной технике, в гидравлической, пневматической и вакуумной технике.

Каучуки применяют для электроизоляции, производства медицинских приборов и средств контрацепции.

В ракетной технике синтетические каучуки используются в качестве полимерной основы при изготовлении твёрдого ракетного топлива

Каучук – природный или синтетический эластичный материал, из которого путём нагревания с серой (вулканизации) получают резину. Каучуки широко используются в повседневной жизни.

Строение и получение

Каучук – диеновый полимер. Структурная и молекулярная формула каучука зависят от вида материала. Природный каучук получают из густого млечного сока – латекса – гевеи, кастиллоа, маниота, сапиума и других растений. Такой каучук является полимером изопрена (2-метилбутадиен-1,3) и имеет формулу (C₅H₈)_n, где n=1000-3000.

Рис. 1. Гевея.

Искусственный каучук был получен в 1932 году методом Лебедева. Сначала получают дивинил (бутадиен-1,3) с формулой (C₄H₆)_n из этилового спирта:

С помощью полимеризации дивинила получают бутадиеновый каучук:

Рис. 2. Молекулы каучука.

Современная промышленность получает синтетические каучуки из разных алкадиенов. В зависимости от используемого сырья выделяют изопреновый, бутадиеновый, этилен-пропиленовый, хлоропреновый и другие виды каучука.

Свойства

Каучук обладает полезными для применения свойствами: эластичностью (упругостью) и водонепроницаемостью. Каучуки хорошо гнутся, растягиваются и задерживают влагу на поверхности.

Каучуки сохраняются в аморфном состоянии долгое время. Однако агрегатное состояние может меняться в зависимости от температуры:

0-10°C – хрупкий, непрозрачный;
20°C – мягкий, упругий, полупрозрачный;
50°C – пластичный, липкий;
80°C – непластичный;
120°C – смолистый, жидкий;
200-250°C – газообразный (выделяется смесь газов).

При долгом хранении на холоде материал необратимо теряет свойства: твердеет, становится неэластичным и ломким.

Каучуки обладают диэлектрическими свойствами и низкую проницаемость воды и газов. Материал не растворяется в воде, слабых кислотах, щелочах. Растворяется после разбухания в бензине, бензоле, сероуглероде и хлороформе.

Молекулы каучука имеют линейное строение, но при этом не вытянуты в прямую линию, а изогнуты, образуя свёрнутые клубки. При растяжении материала молекулы распрямляются, чем объясняется эластичность каучука.

Применение

Основное применение каучуков – производство резины для шин. Также материал используется для изготовления:

тепло-, электро-, звуко-, гидроизоляционных материалов;
твёрдого ракетного топлива;
уплотнителей;
клея;
лаков;
эластичных лент;
напольных покрытий;
шлангов;
перчаток;
обуви;
игрушек;
мебели;
ластиков.

Что мы узнали?

Из урока химии 10 класса узнали о строении, свойствах и применении каучуков. Каучук – природный или синтетический материал, обладающий эластичностью. Натуральные каучуки получают из латекса – вязкого сока некоторых тропических деревьев. Промышленным путём производится из алкадиенов, в частности из изопрена. Впервые синтетический каучук был получен в 1932 году. В зависимости от температуры меняются физические свойства. Чем ниже температура, тем хрупче материал. Из каучуков изготавливают резину.

В составе млечного сока некоторых растений содержится латекс. Именно на основе этой белой жидкости и создается каучук. Данный материал обладает эластичностью, он не проницаем для воды и не проводит электрический ток. Сегодня производится не только натуральный каучук, но и его разнообразные синтетические аналоги. Все они сырье для изготовления изоляционных материалов, обуви и одежды, шин.

Каучук: история открытия

Если бы мы могли спросить, что такое каучук, у индейцев, то они бы ответили, что это слезы деревьев. Именно так дословно переводится данный термин с древнего языка тупи-гуарани. До открытия Америки европейцы о таком чудесном материале ничего не слышали. В Новом Свете они впервые увидели мячи, обувь и прочие изделия из эластичного и прочного материала.

Всё дело в том, что уникальное каучуковое дерево — источник каучука — произрастает только на экваторе, в небольшом поясе в 1500 км шириной. В так называемой гевее бразильской содержится много латекса, и она легко отдает его человеку.

В наших широтах похожим млечным соком обладают одуванчики, молочай и полынь. Однако ни его количество, ни качество не позволяют производить из него каучуки. Вот почему только древним народам американского континента этот материал оказался отлично знаком, а история открытия каучука связана с эпохой географических открытий.

Вскоре предприимчивые европейцы научились выращивать гевею в промышленных масштабах и распространили уникальное сырье по всему миру. Более того, в 1839 году на основе каучука была синтезирована резина. Ученый Чарльз Гудьир попробовал нагревать его с серой и получил еще более прочный и удобный материал. Процесс назвали вулканизацией, а резиновые изделия быстро покорили планету.

Каучук: свойства

Какими качествами наделен природный каучук? Этот полимер абсолютно уникален и меняет свои свойства в зависимости от температуры окружающей среды. Он может быть и высокоэластичным, и текучим, и даже стеклообразным.

В диапазоне от 20 до 30 °С для материала характерны:

белая окраска или отсутствие цвета;
аморфная рыхлая структура;
способность растворяться только в бензине, бензоле, эфире;
нерастворимость в воде и спиртах.

Среди важных свойств каучука следует отметить:

упругость и эластичность. Каучуковое изделие можно растянуть на 1000%, и даже после этого оно быстро возвращается в исходное состояние. Данное качество теряется только при очень длительном хранении;
мягкость при комнатной температуре и проявление пластичности при нагревании. Если подобрать правильные условия работы с материалом, то форму, полученную при его тепловой обработке, удастся сохранить;
непроницаемость для электричества, тепла, газов и воды. Это свойство делает применение каучука очень удобным во всех сферах. Изготовленные из него изделия обладают длительным сроком хранения и мало подвержены воздействиям окружающей среды.

Вот почему ни один из известных ранее материалов не смог сравниться с каучуком и тем более конкурировать с ним.

Каучук: виды и применение

Два основных вида данного материала — это природный и синтетический каучук. Последний в свою очередь сегодня представлен широким разнообразием подвидов. Всё дело в том, что не так-то просто выращивать специальные деревья и добывать их млечный сок. На это также требуется много времени. Поэтому с момента знакомства с каучуком ученые начали искать способы производства его искусственных заменителей.

Первой молекулой, на основе которой ученым удалось создать синтетический аналог каучука, стал 1,3-бутадиен. Полученный дивиниловый каучук по свойствам оказался очень похож на натуральный. Резина, полученная после его вулканизации, также была прочной, пластичной и эластичной. Из нее начали изготавливать обувь, шины, ленты для конвейеров и медицинские изделия.

По аналогичному принципу ученые разработали также бутадиен-стирольный, бутадиен-нитрильный, винилпиридиновый и изопреновый каучук. Свойства каждого нового полимера несколько отличались и позволяли расширить области их применения.

Далее ассортимент каучуков расширился за счет введения в структуру молекул новых фрагментов, а именно появился:

кремнийорганический каучук. Из него изготавливают трубки для переливания крови, искусственные сердечные клапаны, а также кабель и провода;
полиуретановый каучук. Необходим для получения износостойкой резины;
фторсодержащий каучук. В отличие от природного аналога не разрушается даже при температуре выше 200 °C;
хлоропреновый каучук. Устойчив к действию окислителей и большинства растворителей.

Также сегодня известны неорганический, вспененный каучук и многие другие виды.

Что касается применения, то синтетические каучуки, наряду с натуральными, широко используются в производстве резины. Последняя важна в изготовлении обуви и одежды, искусственной кожи, медицинских изделий, военных деталей, шин для автомобилей, изоляционных материалов и многого другого. К примеру, сегодня модным украшением стал каучуковый браслет.

Природа приготовила для человека много загадок. Их понимание всегда выводило цивилизацию на новый уровень. Так произошло и с каучуком. Ученым удалось не только исследовать уникальный материал, но и создать его искусственные аналоги, а вместе с тем — индустрию резиновых изделий.

Узнавайте обо всем первыми

Подпишитесь и узнавайте о свежих новостях Казахстана, фото, видео и других эксклюзивах.

Читайте также: