что такое каучук простыми словами кратко для детей
Необычные свойства натурального каучука. Синтетический каучук «От жевательной резинки до БелАЗа»
Сок вечнозеленого дерева Гевеи, семейства молочаев, растущего в жарком экваториальном климате, стал ценным сырьем для производства натурального каучука. «Слезы дерева» собранные методом «надсечки» затвердевают на воздухе, принимая нужную форму.
Природа и наука
Индейцы Майя изготавливали таким образом некое подобие мячика. Однако, каучук в чистом виде имеет несколько физических свойств, которые надолго отложили его массовое использование по миру.
От высоких температур каучук становится липким, может растекаться, издавая довольно неприятный запах. При низких температурах промерзает, дает трещины.
Но наука шла вперед, ученый химик Чарльз Нельсон Гудьира провел опыт для улучшения физических свойств каучука. Взаимодействие с химическим элементом серой привело полученный полимер к повышенной прочности, эластичности, свойствами звукоизоляции, водонепроницаемости, непроводимости электричества и тепла. Этот эксперимент открыл латексу дверь в мировые отрасли.
Натуральный каучук
«Золотое дерево» имеет статус народного достояния. Оно находится под охраной закона. Вывоз семян строго пресекается. Так было и в самом начале пути к славе. Вывоз семян с Бразилии, которая в те времена была единственным поставщиком ценного сырья, каралось смертной казнью.
Однако, были мореплаватели, рискующие своей головой, которые пробовали это сделать. Одним из них был британский шпион. Именно, ему улыбнулось счастье, и он переправил в своем трюме около семидесяти семян гевеи. Вся партия была продана в Ботанический сад Кью.
Даже при соблюдении правил выращивания, создании климатических условий взросло всего лишь две тысячи всходов. Остальные погибли. Эти саженцы были разосланы во все британские колонии для закладки плантаций каучуконосных деревьев.
Далее, все больше распространяясь по свету, сырье стало получать отрасли применения.
Природный каучук
Гевея одаривает человечество своим ценным соком. Его применение постоянно модифицировалось.
Свойства материала
Многие ученые старательно пытались найти пути решения. Например, химик Макинтош, шотландского происхождения, предложил прокладывать между тканями силиконовую прослойку.
Это было настолько необычно, настолько удобно в использовании, что начался настоящий каучуковый бум. Плащи получили название по фамилии химика. Непромокающая верхняя одежда снискала любовь многих людей. Чуть позже был придуман способ надевать неуклюжие бесформенные «галоши» на обувь.
Особым свойством, притягивающим человека к каучуку, является его эластичность. Но мы уже сказали, что при определенных условиях это свойство пропадает.
Эластичность — удивительное свойство материала, при внешней деформации возвращаться в изначальную форму.
Химическое строение, формула, состав
Полимер, насыщенный С, при огромном числе двойных связей и есть природный каучук. Химики записывают его следующим образом: (С5Н8) n. Степень полимеризации (n) колеблется в диапазоне одна тысяча-три тысячи единиц. Называется изопреном.
Химическим путем можно сказать, что каучук относят к углеводородам (благодаря составу молекулы: С, Н).
Тип углеводородных связей объясняет, что в момент растягивания молекула имеет завидную длину, причем выглядит, как зигзаг. Сравнимы с пружинками.
Категории натурального каучука
Выделяют основные категории природного каучука:
Всего на натуральный каучук приходится восемь типов, которые образуют при помощи технологий и добавок тридцать пять сортов.
Синтетический каучук
Распространившись по всему миру, каучук нашел не только поклонников, но и исследователей. Страны, находящиеся в зависимости от импортного товара, были заинтересованы в получении своего сырья.
История создания
В конце девятнадцатого века французский ученый Бушарда синтезировал нечто похожее на силикон.
На рубеже девятнадцатого-двадцатого веков российский химик И. Кондаков смог получить эластановый полимер. На его основе в Германии появились первые выпуски синтетического сырья. Они использовались на подводных лодках. Однако в массовое производство он не пошел.
Особый вклад в получение синтетического латекса внес российский ученый С. Лебедев. Почти всю свою научную жизнь он посвятил получению каучука. Его исследования были отмечены специальной премией РАН.
После объявления правительством Советского Союза о конкурсе разработки широкого производства латекса для всей страны и за рубеж, Лебедев с командой единомышленников успешно нашел решение.
Так был получен дешевый способ синтезирования. В 1932 году впервые во всем мире Советский Союз наладил получение каучука в промышленном размахе. За ней, через четыре года аналогичное производство получила Германия.
Применение синтетических каучуков
В наши дни синтетическое сырье имеет внушительный ассортимент. Разделяется по составу, свойствам, применению. Классификация идет по названию мономера, группе атомов.
Основной прием синтезирования — это полимеризация диенов, алкенов. Мономеры: стирол, этилен, изобутен и т. д.
Сфера применения очень велика: резина, обувная промышленность, различные шланги, изоляционные материалы, герметики, клеевая основа, красочный арсенал.
Вулканизация каучука
Нефтехимия вокруг
По статистике в современной жизни человечество использует в повседневной жизни около сорока тысяч изделий из каучука, его производных. Как бы мы жили без автомобилей, автобусов, велосипедов.
Трудно представить себе агротехнику без комбайнов и тракторов. Везде в них используются каучуковые покрышки.
Пищевая промышленность представляет любимое лакомство для взрослых и детей — жевательную резинку, на четверть состоящую из латекса.
Авиастроение, ракетостроение, бытовая промышленность, медицинское оборудование, электроприборы и другие отрасли народного хозяйства.
Что такое каучук?
Каучук существует столько лет, сколько и сама природа. Окаменелые остатки каучуконосных деревьев, которые были найдены, имеют возраст почти 3 миллиона лет! Каучуковые шары из сырой резины найдены среди руин цивилизаций инков и майя в Центральной и Южной Америке, которым не менее 900 лет.
Во время второго путешествия на американский континент Колумб увидел, что жители Гаити играли в мяч, сделанный из «сока дерева». Но еще до этого туземцы Юго-Восточной Азии знали о резине (каучуке), сделанной из «сока» деревьев, которой они обмазывали свои корзины и кувшины, чтобы сделать их водонепроницаемыми!
Каучук обнаружен в 400 различных деревьях, кустарниках. Но количество каучука в различных растениях неодинаково, поэтому невыгодно получать каучук из таких растений, как, например, одуванчик, молочай, полынь.
Каучук — это липкое, эластичное твердое вещество, которое получают из беловатой жидкости — «латекса», который отличается от сока деревьев. Латекс имеется в коре, корнях, стебле, ветвях, листьях и плодах растений и деревьев. Но больше всего его — под корой ветвей и ствола каучуконосов.
Латекс состоит из мельчайших частичек жидкости, твердых частиц, других примесей. Только около 33% латекса составляет каучук, остальное — вода. Частицы каучука в латексе соединяют вместе, и образуется каучуковый шар.
Каучуконосы лучше всего произрастают не далее 10 градусов от экватора на север и юг, поэтому полоса шириной 1300 км по обе стороны экватора известна как «каучуковый пояс». Дело в том, что для каучуконосов требуется очень теплый влажный климат и плодородная почва. Больше всего каучука получают от «гевеи бразильской». По его названию можно предположить, что вначале дерево было обнаружено в Бразилии. В настоящее время почти 96% мирового производства натурального каучука дают плантации этих деревьев, их выращивают во многих странах каучукового пояса.
Среди европейцев первыми, кто начал производить товары из каучука, были, по-видимому, французы, которые примерно в 1800 году стали изготовлять подтяжки и подвязки.
Каучук, свойства и характеристики, получение и применение
Каучук, свойства и характеристики, получение и применение.
Каучук – это природный или синтетический продукт полимеризации некоторых диеновых углеводородов с сопряженными связями.
Каучук – что это?
Каучук – это природный или синтетический продукт полимеризации некоторых диеновых углеводородов с сопряженными связями. Их важнейшими физическими характеристиками являются эластичность (каучуки способны восстанавливать форму), электроизоляция, водо- и газонепроницаемость. Из каучуков путем вулканизации получают резины и эбониты.
Натуральный каучук, характеристики и свойства, состав:
Сжатие натурального каучука сопровождается поглощением, растяжение – выделением тепла.
При охлаждении каучук становится хрупким, при нагревании – размягчается. И в том и в другом процессе каучук теряет свою эластичность. Взаимодействие натурального каучука с озоном, кислородом и другими окислителями ведет к повышению хрупкости и появлению трещин. Т.е. повышается хрупкость, он «старится».
Как и большая часть полимеров, в зависимости от температуры каучук может быть в одном из трех состояний: высокоэластичном, вязкотекучем и стеклообразном. При обычных температурных условиях каучук высокоэластичен.
Более прочего каучук ценится вследствие своей эластичности. Изделия из него способны быстро возвращать себе первоначальную форму. Это происходит каждый раз, как только перестают действовать деформационные силы. Упругость каучука одна из самых лучших в своем классе. Например, если изделие из него будут растягивать до 1000%, оно все равно вернется в свою исходную форму. К слову, для обычных твердых тел эта цифра равна 1%. Эти уникальные свойства каучук сохраняет и при нагревании, и при охлаждении.
Кроме того, преимущество каучука проявляется еще и в том, что он обладает высокой пластичностью. Это означает, что под воздействием внешних сил этот материал будет приобретать и сохранять приданную ему форму. Во время механической обработки или нагревания это свойство особо заметно. Таким образом, каучук считается пласто-эластическим веществом.
Однако, у натурального каучука имеется недостаток: со временем он твердеет и вследствие этого теряет свои свойства.
Где содержится? Получение натурального каучука:
1. латексные, когда вещество накапливается в млечном соке,
2. хлоренхимные – вещество накапливается в молодых зеленых побегах и листьях,
3. паренхимные – вещество накапливается в корнях и стеблях,
4. травянистые латексные растения семейства сложноцветных – это кок-сагыз, крым-сагыз и другие, где каучук в небольшом количестве накапливается в подземных органах. Эти растения не используются в промышленном производстве каучука.
Чтобы получился каучук, добытый из гевеи бразильской, млечный сок (латекс) подвергают процессу свертывания или желатинирования, добавляя в него уксусную или муравьиную кислоту, после промывают водой, прокатывают в листы и коптят.
Химическое строение натурального каучука и его состав. Формула каучука:
При химическом анализе природного каучука видно, что он состоит только из углерода и водорода. Это позволяет отнести его к углеводородам. Подтверждением этому есть первичная формула каучука. Молекулярная масса отдельных единиц может превышать полумиллион грамм на моль. Таким образом, натуральный каучук является природным полимером изопрена, а точнее цис-1,4-полиизопрена.
По причине того, что в изопрене чередуются одинарные и двойные связи, части молекулы могут вращаться только вокруг одинарных связей. И в результате подобных колебаний молекула постоянно изгибается, и даже в состоянии покоя у нее сближены концы.
Типы и виды натурального каучука:
Натуральный каучук делят на 8 типов, образующих 35 сортов.
Самым распространенным и ценным типом натурального каучука считается «смокед-шит», что означает копченый лист. Он изготавливается в виде достаточно прозрачных листов цвета янтаря с рифленой поверхностью.
Меньше распространен тип называемый «светлый креп». Для его получения к латексу перед желатинированием добавляют для отбеливания бисульфит натрия. Листы этого типа каучука имеют кремовый оттенок, они непрозрачны.
Меньше всего ценится тип, который называют «пара-каучук». Его добывают из дикорастущей гевеи кустарным способом.
Синтетический каучук, виды, его свойства, получение, производство и синтез:
В XX веке с появлением автомобильной промышленности стал расти спрос на резину, значит и на каучук. Поэтому на каучук, получаемый из сока гевеи, появился дефицит. Встал вопрос получения синтетического каучука. В 1927 году советский ученый С.В. Лебедев получил первый синтетический дивиниловый каучук с помощью реакции полимеризации 1,3-бутадиена при помощи натриевого катализатора. Теперь он стал настолько популярным, что почти вытеснил собой натуральный каучук. Синтетический каучук разделяют на более чем 30 типов, которые образуют свыше 220 марок.
В настоящее время в России выпускается синтетический каучук специального и общего назначения. Кроме того, синтетический каучук подразделяют на стереорегулярный и нестереорегулярный. Стереорегулярный, более прочный и износостойкий, чем натуральный каучук. Он применяется, например, как исходный материал для автомобильных покрышек. Нестереорегулярный – используют в производстве эбонита и резины, более стойкой к воздействию агрессивных сред.
Синтетическими каучуками общего назначения считаются:
Синтетическими каучукам специального назначения являются:
Ученые постоянно занимаются синтезом искусственных каучуков, которые по своим качествам представляют собой более совершенный материал, чем природные. Например, по своим свойствам замечательными веществами являются сополимеры стирола, бутадиена и акрилонитрила. Во время процесса полимеризации их цепочка строится чередованием бутадиена с соответствующим другим мономером. Это позволяет достигать отличных свойств, которых нет у классических каучуков.
В России сейчас изготавливают классический синтетический каучук, свойства которого схожи со свойствами натурального вещества. При вулканизации такого каучука получается резина, прочность, эластичность и пластичность которой практически не отличается от подобных, свойственных природному материалу.
Применение натурального и синтетического каучука. Вулканизация каучука:
Основным применением и натурального, и синтетического каучука является производство резины.
Если для вулканизации каучука берётся 2-3 % серы от общей массы, то продуктом вулканизации явится резина. Она менее подвержена колебанию температуры, механическому разрушению, воздействию газов и электрического тока, действию разных химических реагентов и летней жары, чем каучук. Вдобавок, у вулканизированного каучука получается высокая степень трения скольжения по сухой поверхности и небольшая по влажной.
Если к каучуку добавить более, чем 30 % серы, то в процессе вулканизации получится эбонит: твердый материал, не обладающий пластичностью.
Каучук это материал, который широко применяется в промышленности и в быту. Это происходит за счёт наличия у него важных свойств, нашедших применение в большинстве сфер человеческой деятельности. Что он собой представляет, как получают, каковы преимущества — об этом и многом другом будет рассказано в этой статье.
История открытия
Это вещество известно человечеству много сотен лет. Известно, что инки и майя делали из каучука шары для игры в мяч. Археологи находили их при проведении раскопок, причём их возраст достигал 900 лет.
Европейцы узнали об этом материале гораздо позже. Колумб в 1493 г. на Гаити увидел туземцев, которые играли мячом, сделанным из каучука.
Когда испанцы взяли их в руки, они обнаружили, что каучук липкий и тяжёлый, при этом пахнет дымом. Чтобы изготовить такие мячи местные жители собирали млечный сок из гевеи. Из него скатывали мячи и давали изделию загустеть.
Применение необычного материала этим не ограничивалось. Индейцы из него делали калоши. Хотя они не пропускали воду, но в жару начинали плавиться и прилипали к ногам. Если получалось так, что эта обувь растягивалась, то она уже никогда не сжималась так, чтобы соответствовать прежнему размеру.
Колумб привёз образцы каучука в Европу, однако там в течение долгого времени не удалось изготовить предметы подобные тем, которыми пользовались индейцы.
В течение двух веков этот материал оставался диковинкой до тех пор, пока в 1730 г. британский химик Джозеф Пристли не выяснил, что каучук может вытирать то, что написано графитовым карандашом. В 1791 г. бизнесмен из Англии Самуэль Пил получил патент на изобретённый им способ обработки одежды, позволяющий сделать её водонепроницаемой с помощью каучука. Начиная с 1820 г. во Франции научились на основе этого материала изготавливать подвязки для женщин и подтяжки для мужчин. Для этого использовались каучуковые нити, которые были сплетены с тканью.
Учёные стали искать способы сделать из каучука материал, который был бы лишён упомянутых недостатков. Американский изобретатель Чарльз Гудьир в 1839 г. решил эту проблему, добавив серу в каучук.
Оказалось, что если положить на печь ткань, покрытую каучуком, а затем нанести слой серы и подогреть, то получившийся материал будет лишён указанных недостатков.
Обогащение каучука серой стало называться вулканизацией. В результате была получена резина, которую стали активно использовать. К 1919 г. существовало около 40 тысяч различных видов резиновых изделий.
То, чем отличается каучук от резины, состоит в следующем:
у резины высокий уровень эластичности, прочности, стойкости к неблагоприятным воздействиям;
каучук ценен в первую очередь не своими эксплуатационными качествами, а тем, что он является сырьём для производства резины.
Знаете ли вы, в каком из городов производят каучук в России? Это Ярославль. Завод работает с 1932 года.
Физико-химические свойства каучука
Этот материал является эластичной массой, которую первоначально получали из гевеи. С течением времени млечный сок свёртывается и образует вязкий материал. Для того, чтобы этого не происходило, в него добавляют гидросернистый натрий или формалин.
Только что добытый сок каучука (латекс) характеризуется следующими свойствами:
Удельный вес составляет 0,9794 (при содержании каучука 35 г в 100 куб. см).
При температуре, равной 30 градусов тепла, вязкость находится в пределах от 12 до 15.
Размер каучуковых частиц равен 0,5-5 мк. В 1 куб. см сока их количество достигает 200 миллионов.
Натуральный каучук
99% такого материала получают из дерева гевеи. Для этого на коре делают надрезы в виде буквы V. В нижней части перпендикулярно поверхности устанавливается желобок, по которому постепенно стекает сок в миску, установленную ниже. Вытекание латекса (млечного сока гевеи) длится в течение полутора часов.
Содержание каучука в нём может быть различным. Это зависит от:
того, какой возраст у дерева, с которого собирают сок;
важное значение имеет состав почвы, в которой растёт гевея;
времени года, когда происходит сбор;
того, какая была в это время погода;
времени и качества сделанных надрезов;
других особенностей сбора латекса.
Для того, чтобы натуральный каучук можно было использовать, он должен пройти следующую обработку:
Сначала производится отжим. Он необходим для того, чтобы удалить из латекса излишнюю влагу.
После этого полученные полосы обматывают вокруг палки и просушивают над костром.
Полосы раскладывают в один слой и оставляют под лучами солнца.
Теперь осталось подержать над дымом.
Подготовленный таким образом каучук может служить сырьем для производства резины.
Сок добывают из тех деревьев, которым уже исполнилось 12 лет. В год может быть получено от 3 до 5,5 кг латекса.
Состав латексного раствора:
содержание каучука в различных случаях колеблется от 25% до 70%;
содержание других химических веществ, включая протеин, не превышает 1-2%.
Синтетический каучук и его основные виды
Бутадиеновый каучук применяется для изготовления автомобильных камер и шин. Эксплуатационные, а также физико-химические свойства изделий гораздо лучше по сравнению с натуральным материалом.
Одной из его особенностей является способность надёжно удерживать воздух. Она превосходит аналогичное качество природного материала примерно в 10 раз. Химия позволила создать материалы, которые по своим характеристикам существенно превосходят природный каучук.
Хлоропреновый каучук поставляется клиентам в виде светло-жёлтой массы. Отличительные качества продукта:
высокая стойкость к огню и температурному воздействию;
он отличается невосприимчивостью к озону, низким температурам и другим видам погодного воздействия;
у него имеется высокий уровень адгезии к тканям, металлам и другим материалам.
Материал под действием растяжения способен кристаллизоваться. Это качество повышает его прочностные характеристики.
Материал, изготовленный на основе этилен-пропилена используется там, где нужна ударопрочная резина.
Кремнийорганические каучуки обладают повышенной стойкостью к температурному и химическому воздействию, к истиранию. Этот материал не пропускает газы.
Дивиниловый каучук используется для создания прокладок в установках высокого давления.
Получение синтетического каучука
Когда резина стала массово применяться в промышленности, природного каучука для её производства стало остро не хватать. Эта ситуация поставила перед учёными задачу синтеза искусственного материала с такими же физическими и химическими свойствами.
Получение синтетического каучука по методу Лебедева
Установка для получения этого материала была впервые введена в действие в тридцатых годах XX века.
Синтетический каучук производят из дивинила, который добывают при помощи реакции разложения спирта. Мономером искусственного каучука является изопрен. Материал получают в результате полимеризации.
Применение каучука
В чистом виде этот материал применяется редко. В большинстве случаев его используют в качестве основы для изготовления резины.
После того, как каучук привезли в Европу, до XVIII века каучук считался просто одной из заморских диковинок. Эластичность и водоотталкивающие свойства позволяли применять материал для изготовления обуви и одежды, не пропускающих воду, тем не менее низкие эксплуатационные качества мешали его распространению.
После того, как была открыта вулканизация каучука, позволившая изготавливать резину, использование нового материала стало очень распространённым. Постепенно качество резины улучшилось и из неё стали делать большое количество различных товаров.
В качестве примеров можно привести: