Как получить резину из каучука

Вулканизация каучука

Каучук, добываемый в природе, не всегда подходит для изготовления деталей. Это вызвано тем, что его природная эластичность очень низка, и очень зависит от внешней температуры. При температурах близких к 0, каучук становится твердым или при дальнейшем понижении он становится хрупким. При температуре порядка + 30 градусов каучук начинает размягчаться и при дальнейшем нагреве переходит в состояние расплава. При обратном охлаждении своих изначальных свойств он не восстанавливает.

Кроме того природный каучук может быть с легкостью растворен органическими соединениями.

Для закрепления ряда достоинств каучука и устранения его недостатков применяют такой технический прием как вулканизация каучука.

Вулканизация

Вулканизация, так называют один из технологических процессов, применяемых на производстве резины. Во время этого процесса сырой каучук, натурального или искусственного происхождения, становится резиной.

У каучука, прошедшего через вулканизацию, заметно улучшается прочность, химическая стойкость, эластичность, повышается устойчивость к воздействию высоких и низких температур и ряд других технических свойств. Суть этого процесса заключается в следующем – под воздействием высокой температуре и определенного давления происходит связывание линейных макромолекул в единую целое. Эта система носит название вулканизационной сетки.

По окончании процесса вулканизации между макромолекулами создаются поперечные связи. Их количество и структура определяется способом проведения этой операции. Во время этого процесса определенные свойства каучука изменяются не линейно, а с прохождением через определенные точки максимума и минимума. Точка, в которой проявляются оптимальные свойства резины, называется оптимумом вулканизации.

Для обеспечения необходимых эксплуатационных и технических свойств резины в каучук добавляют различные вещества и материалы – сажу, мел, размягчители и пр.

На практике применяют несколько методов вулканизации, но их объединяет одно – обработка сырья вулканизационной серой. В некоторых учебниках и нормативных документах говорится о том, что в качестве вулканизирующих агентов могут быть использованы сернистые соединения, но на самом деле они могут считаться таковыми, только потому, что они содержат в себе серу. Иначе, они могут оказывать влияние вулканизацию ровно, так же как и остальные вещества, которые не содержат соединений серы.

Некоторое время назад, проводились исследования в отношении проведения обработки каучука органическими соединениями и некоторыми веществами, например:

  • фосфор;
  • селен;
  • тринитробензол и ряд других.

Но проведенные исследования показали, что никакого практической ценности эти вещества в части вулканизации не имеют.

Процесс вулканизации

Процесс вулканизации каучука можно разделить на холодный и горячий. Первый, может быть разделен на два типа. Первый подразумевает использование полухлористой серы. Механизм вулканизации с применением этого вещества выглядит таким образом. Заготовку, выполненную из натурального каучука, размещают в парах этого вещества (S2Cl2) или в ее растворе, выполненный на основе какого-либо растворителя. Растворитель должен отвечать двум требованиям:

  1. Он не должен вступать в реакцию с полухлористой серой.
  2. Он должен растворять каучук.

Как правило, в качестве растворителя можно использовать сероуглерод, бензин и ряд других. Наличие полухлористой серы в жидкости не дает каучуку растворяться. Суть этого процесса заключается в насыщении каучука этим химикатом.

Чарльз Гудьир изобрел процесс вулканизации каучука

Длительность процесса вулканизации с участием S2Cl2 в результате определяет технические характеристики готового изделия, в том числе эластичность и прочность.

Время вулканизации в 2% — м растворе может составлять несколько секунд или минут. Если процесс будет затянут по времени, то может произойти так называемая перевулканизация, то есть заготовки теряют пластичность и становятся очень хрупкими. Опыт говорит о том, что при толщине изделия порядка одного миллиметра операцию вулканизации можно проводить несколько секунд.

Эта технология вулканизации является оптимальным решением для обработки деталей с тонкой стенкой – трубки, перчатки и пр. Но, в этом случае необходимо строго соблюдать режимы обработки иначе, верхний слой деталей может быть вулканизирован больше, чем внутренние слои.

По окончании операции вулканизации, полученные детали необходимо промыть или водой, или щелочным раствором.

Существует и второй способ холодной вулканизации. Каучуковые заготовки с тонкой стенкой, помещают в атмосферу, насыщенную SO2. Через определенное время, заготовки перемещают в камеру, где закачан H2S (сероводород). Время выдержки заготовок в таких камерах составляет 15 – 25 минут. Этого времени достаточно для завершения вулканизации. Эту технологию с успехом применяют для обработки клееных швов, что придает им высокую прочность.

Специальные каучуки обрабатывают с применением синтетических смол, вулканизация с их использованием не отличается от той, что описана выше.

Горячая вулканизация

Технология такой вулканизации выглядит следующим образом. К отформованной из сырого каучука добавляют определенное количество серы и специальных добавок. Как правило, объем серы должен лежать в диапазоне 5 – 10% конечная цифра определяется исходя из предназначения и твердости будущей детали. Кроме серы, добавляют так называемый роговой каучук (эбонит), содержащий 20 – 50% серы. На следующем этапе происходит формование заготовок из полученного материала и их нагрев, т.е. вулканизация.

Нагрев проводят различными методами. Заготовки помещают в металлические формы или закатывают в ткань. Полученные конструкции укладывают в печь разогретую до 130 – 140 градусов Цельсия. В целях повышения эффективности вулканизации в печи может быть создано избыточное давление.

После вулканизации каучука

Сформированные заготовки могут быть уложены в автоклав, в котором находиться перегретый водяной пар. Либо их помещают в нагреваемый пресс. По сути, этот метод наиболее распространен на практике.

Свойства каучука прошедшего вулканизацию зависят от множества условий. Именно поэтому вулканизацию относят к самым сложным операциям, применяемым в производстве резины. Кроме того, немаловажную роль играет и качество сырья и метод его предварительной обработки. Нельзя забывать и об объеме добавляемой серы, температуры, продолжительность и метод вулканизации. В конце концов, на свойства готового продукта оказывает и наличие примесей разного происхождения. Действительно наличие многих примесей позволяет выполнить правильную вулканизацию.

В последние годы в резиновой промышленности стали использовать ускорители. Эти вещества добавленные в каучуковую смесь ускоряют протекающие процессы, снижают энергозатраты, другими словами эти добавки оптимизируют обработку заготовки.

При реализации горячей вулканизации на воздухе необходимо присутствие свинцовой окиси, кроме того может потребоваться присутствие свинцовых солей в купе с органическими кислотами или с соединениями которые содержат кислотные гидроокислы.

В качестве ускорителей применяют такие вещества как:

  • тиурамидсульфид;
  • ксантогенаты;
  • меркаптобензотиазол.

Вулканизация, проводимая под воздействием водяного пара может существенно сократиться если использовать такие химические вещества, как щелочи: Са(ОН)2, MgO, NaOH, КОН, или соли Na2CО3, Na2CS3. Кроме того, ускорению процессов поспособствуют соли калия.

Существуют и органические ускорители, это амина, и целая группа соединений, которые не входят в какую-либо группу. Например, это производные от таких веществ как амины, аммиак и ряд других.

На производстве чаще всего применяют дифенилгуанидин, гексаметилентетрамин и многие другие. Не редки случаи, когда для усиления активности ускорителей используют окись цинка.

Кроме добавок и ускорителей не последнюю роль играет и окружающая среда. К примеру, наличие атмосферного воздуха создает неблагоприятные условия для проведения вулканизации при стандартном давлении. Кроме воздуха, отрицательное воздействие оказывают угольный ангидрид и азот. Между тем, аммиак или сероводород оказывают положительной воздействие на процесс вулканизации.

Процедура вулканизации придает каучуку новые свойства и модифицирует существующие. В частности, улучшается его эластичность и пр. контролировать процесс вулканизации можно контролировать, постоянно замеряя изменяемые свойства. Как правило, для этого используют определение усилия на разрыв и растяжение на разрыв. Но эти метод контроля не отличаются точностью и его не применяют.

Резина как продукт вулканизации каучука

Техническая резина – это композиционный материал, содержащий в своем составе до 20 компонентов, обеспечивающих различные свойства этого материала. Резину получают путем вулканизации каучука. Как отмечалось выше, в процессе вулканизации происходит образование макромолекул, обеспечивающие эксплуатационные свойства резины, так обеспечивается высокая прочность резины.

Главное отличие резины от множества других материалов тем, что она обладает способностью к эластичным деформациям, которые могут происходить при разных температурах, начиная от комнатной и заканчивая куда более низкими. Резина значительно превышает каучук по ряду характеристик, например, ее отличает эластичность и прочность, стойкость к температурным перепадам, воздействию агрессивных сред и многое другое.

Цемент для вулканизации

Цемент для вулканизации используют для операции самовулканизации, она может начинаться с 18 градусов и для горячей вулканизации до 150 градусов. Этот цемент не включает в свой состав углеводороды. Существует также цемент типа ОТР, используемый для нанесения на шероховатые поверхности внутри шин, а также на Тип Топ RAD- и PN-пластыри серии OTR с увеличенным временем высыхания. Применение такого цемента позволяет достичь длительных сроков эксплуатации восстановленных шин, применяемых на специальной строительной технике с большим пробегом.

Технология горячей вулканизации шин своими руками

Для выполнения горячей вулканизации покрышки или камеры понадобится пресс. Реакция сварки каучука и детали происходит за определенный период времени. Это время зависит от размера ремонтируемого участка. Опыт показывает, что для устранения повреждения глубиной в 1 мм, при соблюдении заданной температуры, потребуется 4 минуты. То есть для ремонта дефекта глубиной в 3 мм, придется затратить 12 минут чистого времени. Подготовительное время в расчет не принимаем. А между тем выведение вулканизационного устройства в режим, в заисимости от модели может занять порядка 1 часа.

Температура, необходимая для проведения горячей вулканизации лежит в пределах от 140 до 150 градусов Цельсия. Для достижения такой температуры нет необходимости в использовании промышленного оборудования. Для самостоятельного ремонта шин вполне допустимо применение домашних электробытовых приборов, к примеру, утюга.

Устранение дефектов автомобильной покрышки или камеры при помощи устройства для вулканизации – это довольно трудоемкая операция. У него существует множество тонкостей и деталей, и поэтому рассмотрим основные этапы ремонта.

  1. Для обеспечения доступа к месту повреждения необходимо покрышку снять с колеса.
  2. Зачистить рядом с местом повреждения резину. Ее поверхность должна стать шероховатой.
  3. С применением сжатого воздуха обдуть обработанное место. Корд, появившийся наружу необходимо удалить, его можно откусить кусачками. Резина должна быть обработана специальным составом для обезжиривания. Обработка должна быть проведена с двух сторон, снаружи и изнутри.
  4. С внутренней стороны, на место повреждения должна быть уложена заранее подготовленная в размер заплатка. Укладку начинают со стороны борта покрышки в сторону центра.
  5. С наружной стороны на место повреждения необходимо положить куски сырой резины, нарезанные на кусочки по 10 – 15 мм, предварительно их необходимо прогреть на плите.
  6. Уложенный каучук надо прижать и разровнять по поверхности шины. При этом надо следить за тем, что бы слой сырой резины был выше рабочей поверхности камеры на 3 – 5 мм.
  7. Через несколько минут, с использование УШМ (угловая шлифмашина), необходимо снять слой наложенной сырой резины. В том случае, если оголенная поверхность рыхлая, то есть в ней присутствует воздух, всю нанесенную резину требуется убрать и операцию нанесения каучука повторить. Если в ремонтном слое нет воздуха, то есть, поверхность ровная и не содержит пор, ремонтируемую деталь, можно отправлять под разогретый до указанной выше температуры.
  8. Для точного расположения шины на прессе имеет смысл пометить центр дефектного места мелом. Для предотвращения прилипания нагретых пластин к резине, между ними надо проложить плотную бумагу.
Читайте также  Как определить вольфрам в домашних условиях

Вулканизатор своими руками

Любое устройство для горячей вулканизации должно содержать два компонента:

  • нагревательный элемент;
  • пресс.

Для самостоятельного изготовления вулканизатора могут потребоваться:

  • утюг;
  • электрическая плитка;
  • поршень от ДВС.

Вулканизатор, который изготовлен своими руками, необходимо оснастить его регулятором, который сможет его выключить по достижении рабочей температуры (140-150 градусов Цельсия). Для эффективного прижима можно использовать обыкновенную струбцину.

Природный каучук — получение, производство, применение, история

Природный каучук (натуральный каучук) — эластичное вещество, полученное из экссудаций (выхода жидкости) некоторых тропических растений (каучуковое дерево). Из-за своей эластичности, упругости и ударной вязкости природный каучук является основным компонентом шин, используемых в автомобильной технике, авиации и велосипедах. Более половины всей производимой резины идет на автомобильные шины; остальное идет на резинотехнические изделия, такие как уплотнения, прокладки, ремни и шланги и прочее, а также на потребительские товары, такие как обувь, одежда, мебель и игрушки.

Природный каучук — производство

Каучуковое дерево

С коммерческой точки зрения природный каучук (натуральный каучук) получают почти исключительно из гевеи бразильской — дерева, произрастающего в Южной Америке, где в дикой природе оно вырастает до 34 метров. Такое же дерево, культивируемое на плантациях, растет только до 24 метров, потому что углерод, необходимый для роста, также является важным компонентом каучука. Так как только углекислый газ в атмосфере может поставлять углерод растению, этот элемент должен быть распределен между двумя потребностями, когда дерево находится в стадии активного производства. Кроме того, листва, расположенная большей частью только на вершине дерева (чтобы облегчить подсочку), потребляет меньше углекислого газа, чем у дикого дерева. Другие деревья, кустарники и травянистые растения тоже производят каучук, но, поскольку ни одно из них не сравнится по эффективности с Hevea brasiliensis, отраслевые ботаники сосредоточили свои усилия исключительно на этом виде.

При выращивании гевеи соблюдаются естественный ландшафт земли, чтобы деревья были защищены от ветра. Покровные культуры, посаженные рядом с каучуковыми деревьями, удерживают дождевую воду на наклонной поверхности и помогают удобрять почву, фиксируя атмосферный азот. Также используются стандартные методы садоводства, такие как выращивание выносливых корневищ в питомнике и прививка на них, ручное опыление и вегетативное размножение (клонирование) для получения генетически однородного продукта.

Гевея растет только в четко определенных областях тропиков и субтропиков, где не бывает морозов. Обильные ежегодные осадки около 2500 мм имеют большое значение, при этом акцент делается на влажную весну. Как следствие этих требований, площади для выращивания этого дерева ограничены. Юго-Восточная Азия имеет хорошие условия для выращивания каучукового дерева; так же как и части Южной Азии и Западной Африки. Выращивание гевеи в Бразилии, ее естественной среде обитания, было практически уничтожено в результате упадка в начале 20-го века.

Подсочка и коагуляция

Когда кора дерева гевеи частично прорезается, из надреза вытекает молочная жидкость, которая высыхая, образует эластичную пленку. Биологическая функция этого латекса все еще неясна: он может помогать заживлению надрезов, защищая внутреннюю кору, или он может выполнять другие биохимические функции. Латекс состоит из водной суспензии мелких частиц диаметром около 0,5 микрона из цис-полиизопрена, линейного каучукового полимера с высокой молекулярной массой. Содержание каучука в суспензии составляет около 30 процентов.

Каучуковые деревья подсачивают примерно раз в два дня, получая чашку латекса, содержащую приблизительно 50 граммов твердого каучука каждый раз. Стандартный метод подсочки состоит в том, чтобы подрезать дерево ножом на половину окружности ствола, наклонив срез слева направо под углом 30 °, начиная с самой высокой точки, удобной для самотека. Каждый последующий разрез производится сразу под предшествующим. Деревья часто отдыхают в течение некоторого периода после многократной подсочки. Производство начинается, когда дереву 5 или 6 лет; при осторожном обращении срок полезного использования дерева может продлиться более 20 лет. При выращивании деревьев с плотностью 375 на гектар можно производить примерно 2500 кг каучука на гектар в год.

После сбора выпускаемого латекса каучук извлекается из эмульсии путем коагуляции с муравьиной кислотой, создавая крошки, которые напоминают молочный творог. Крошки промывают, сушат между валками и прессуют в блоки размером 67 на 33 на 18 см и весом 33,3 кг. Затем блоки заворачивают в полиэтиленовую пленку и упаковывают в ящики для отправки.

Другая продукция представляет собой копченый лист, где коагулят прессуют в тонкие листы, которые промывают, а затем сушат над дымящимся огнем. Дым содержит природные фунгициды, которые защищают природный каучук от образования плесени и придают характерный янтарный цвет. Высушенные листы упаковываются в тюки весом 110 кг для отправки.

Около 10 процентов всего натурального каучука поставляется в виде латекса с концентрацией каучука около 60 процентов, который используется для изготовления изделий путем окунания, таких как хирургические перчатки, профилактические средства и игрушки.

Природный каучук — развитие промышленности

Если позволить латексу испаряться естественным образом, образующаяся резиновая пленка может быть высушена и спрессована в пригодные для использования изделия, такие как бутылки, обувь и шарики. Южноамериканские индейцы создавали такие изделия в ранние времена: например, резиновые шарики использовались в ритуальной игре ацтеков (называемой оллама) задолго до того, как Христофор Колумб исследовал Южную Америку и Карибские острова. Говорят, что во время своего второго путешествия в Новый Свет в 1493–96 годах Колумб видел, как туземцы на современном Гаити играют в игру с шарами, сделанными из резины. В 1615 году испанец рассказал, как индейцы, собрав молоко из надрезов, сделанных на разных деревьях, растерли его на плащах, а также получили сырую обувь и бутылки, покрыв глиняные заготовки и позволив им высохнуть.

Первые серьезные отчеты о производстве каучука и примитивной системе производства коренных американцев были сделаны в 18 веке Шарлем-Мари де ла Кондамином, членом французской географической экспедиции, отправленной в Южную Америку в 1735 году. Ла Кондамин описал «каучук» (французское написание родного термина «плачущая древесина») как сгущенный сок дерева гевеи, и в 1736 году он отправил образцы каучука в Европу. Первоначально новый материал был просто научным любопытством. Несколько лет спустя британский ученый Джозеф Пристли отметил его полезность для стирания следов карандаша с бумаги, и поэтому был изобретен популярный термин «ластик». Постепенно развиваются другие области применения, в частности, для гидроизоляции обуви и одежды.

Большой прогресс в создании настоящей резиновой промышленности произошел в начале 19-го века благодаря отдельным экспериментам шотландского химика Чарльза Макинтоша и английского изобретателя Томаса Хэнкока. Вклад Макинтоша состоял в повторном открытии в 1823 году каменноугольной нафты как дешевого и эффективного растворителя. Он поместил раствор каучука и нафты между двумя тканями и при этом избегал липких поверхностей, которые характерны для более ранних однотекстурных предметов одежды, обработанных каучуком. Вскоре после этого началось производство этих водонепроницаемых плащей с двойной текстурой, которые теперь называются «макинтошами».

Работа Хэнкока, который стал коллегой и партнером Макинтоша, имеет еще большее значение. Сначала он попытался растворить каучук в скипидаре, но его покрытые вручную ткани были неудовлетворительными по текстуре поверхности и запаху. Затем он обратился к производству эластичной нити. Полоски каучука были вырезаны из импортированных кусков и нанесены в сыром виде на одежду и обувь. В 1820 году Хэнкок изобрел мастикатор, чтобы найти применение своим отходам. Созданная из полого деревянного цилиндра с зубьями, в которых вращался зубчатый валик с ручным приводом, эта крошечная машина, первоначально вмещавшая две унции резины, превзошла самые большие надежды Хэнкока. Вместо того, чтобы разрывать резину на куски, она производила достаточное трение, чтобы сварить куски резины в единую массу, которую можно было бы использовать при дальнейшем изготовлении.

Усилия Макинтоша и Хэнкока решили первоначальную проблему обращения с сырьем, но оставалось одно главное препятствие для полной эксплуатации природного каучука: он смягчался от жары и затвердевал от холода (что особенно раздражало в Северной Америке, где климат был более экстремальным, чем в Британии). Природный каучук также был липким, пахучим и скоропортящимся. Эти фундаментальные недостатки были устранены изобретением вулканизации в 1839 году Чарльзом Гудьером. Разработав смесь каучука, белого свинца и серы и термически обработав (процесс вулканизации) ее, Гудьер создал продукт – вначале называемый несгораемой резиной, потом вулканизированной резиной – который имел впечатляющую долговечность.

Вулканизация сделала возможной современную резиновую промышленность, позволив использовать это вещество в машинах и шинах для велосипедов, а затем и для автомобилей. Хотя последующие открытия усовершенствовали оригинальные методы Гудьера, процесс вулканизации остается в основном таким же, каким он был в его дни.

С появлением велосипеда и, несколько позже, автомобиля и изобретения твердой, а затем пневматической резиновой шины спрос на резину быстро рос. К 1900 году более 40 000 тонн природного каучука использовалось каждый год, примерно половина из Бразилии и половина из Центральной Африки, где каучук был получен главным образом из лоз ландольфии. Однако, как важный промышленный материал, природный каучук требовался в больших количествах, который можно было легко получить из диких и широко рассредоточенных деревьев в бразильских джунглях или из африканских лоз, которые производили всего около одного килограмма на гектар и были уничтожены для получения каучука. Чтобы выращивать каучуковые деревья в других местах, в 1876 году семена дерева гевеи бразильской из верхнего бассейна Ориноко были доставлены из Бразилии в Англию по инициативе Британского индийского офиса. Саженцы были выращены в садах Кью и отправлены на Цейлон (Шри-Ланка) и в Сингапур. Эти деревья были источником промышленности каучуковых плантаций в Азии, которая в настоящее время производит более 90 процентов мировых поставок натурального каучука. Промышленность развивалась в основном благодаря работе Генри Н. Ридли, директора Сингапурского ботанического сада с 1888 по 1912 годы. Ридли представил методы садоводства и подсочки, которые используются до сих пор. Общий объем мирового производства природного каучука достиг 3 млн. метрических тонн в год в начале 1970-х годов, превысил 4 млн. метрических тонн в год в начале 1980-х годов и достиг 10 млн. метрических тонн в год в 2008 году. Основные страны-производители каучука — Таиланд, Индонезия и Малайзия, за которыми следуют азиатские производители Китай, Индия, Филиппины, Вьетнам и Шри-Ланка, а также западноафриканские государства Нигерия, Кот-д’Ивуар, Камерун и Либерия.

Читайте также  Как выбрать качественную стиральную машину автомат

Первое десятилетие 20-го века ознаменовалось созданием автомобиля в Европе и Северной Америке, и автомобильная промышленность оставалась полностью зависимой от натурального каучука для шин и других компонентов до Второй мировой войны. После вступления Японии в войну в 1941 году азиатские источники природного каучука, за исключением Шри-Ланки, были отрезаны от союзников. В ответ Соединенные Штаты и Советский Союз попытались выращивать альтернативные источники натурального каучука, такие как кустарник гуайюля и русский одуванчик. Эти попытки оказались безуспешными, но гораздо лучшие результаты были получены с синтетическим каучуком. В частности, Соединенные Штаты в одночасье развили производство синтетического каучука, достигнув объема производства 800 000 тонн в год. В конце войны, когда снова появился природный каучук, производство синтетического каучука в США резко упало, но к началу 1950-х годов появилась более совершенная и более однородная синтетика. Экспорт этих материалов стимулировал развитие промышленности синтетического каучука в Европе. В начале 1960-х годов производство натурального каучука было превзойдено производством синтетических эластомеров.

Чем отличается каучук от резины

Резина и каучук широко применяются в различных промышленных сферах, сельском хозяйстве, медицине и других областях. Оба материала относятся к полимерам и обладают схожими свойствами. Однако с химической точки зрения разница между резиной и каучуком весьма значительная.

Резина относится к полимерам с высоким уровнем эластичности. По составу данный материал представляет собой хаотично скрученные углеродные цепочки, скрепленные атомами серы. Широкое распространение резина получила благодаря способности растягиваться и принимать исходную форму в короткий срок. Обратная деформация происходит в широком диапазоне температур, а потому резина считается универсальным материалом. Кроме того, данные полимер отличается относительной мягкостью, прочностью, износоустойчивостью, водонепроницаемостью и аморфностью. Резина легко деформируется даже при слабом нажатии, но сохраняет упругость.

Каучук является исходным сырьем при производстве резины. К нему добавляется вулканизирующее вещество, после чего смесь нагревается до нужной температуры. Натуральный каучук получают из сока коры тропических деревьев – латекса. Этот материал отличается экологичностью и высокой стоимостью. Дешевый аналог – синтетический каучук изготавливают из стирола, неопрена, бутадиена, изобутилена, хлоропрена, нитрила акриловой кислоты. Именно он применяется при производстве резины. В составе резины может быть от 20% до 60% каучука. Остальное – это вулканизующие вещества, ускорители (оксиды магния и свинца, полисульфиды), пластификаторы, красители, душистые вещества, модификаторы, антипирены и т.д. В зависимости от типа каучука, резина может иметь специфические свойства. Например, обладать термо-, бензо- или маслостойкостью, не вступать в реакцию с конкретными химическими веществами, защищать от ионизирующих и световых излучений.

Натуральный каучук быстро стареет, особенно при взаимодействии с кислородом и различными реагентами. Синтетический каучук более устойчив к разрушению, однако легко распадается при нагревании и ломается при замерзании. Несмотря на свою универсальность, резина тоже разрушается со временем. Срок эксплуатации того или иного изделия варьируется от нескольких часов до нескольких лет. Даже при правильном хранении, спустя какое-то время резина становится непригодной.

Выводы:

  1. Натуральный каучук – природный высокомолекулярный полимер, добываемый из коры определенных деревьев.
  2. Синтетический каучук – искусственный аналог натурального каучука.
  3. Резина – универсальный полимер, получаемый путем вулканизации синтетического каучука.
  4. Резина применяется в широком диапазоне температур, каучук разрушается при нагревании и охлаждении.
  5. Резина легко деформируется и быстро возвращается в прежнюю форму.
  6. В зависимости от примесей, резина может обладать различными свойствами.
  7. Каучук быстро стареет и приходит в негодность.

22. Технология получения каучука и резины

22.1 Свойства и получение

Резиной называется продукт специальной обработки (вулканизации) смеси каучука и серы с различными добавками. Резина способна к очень большим деформациям (относительное удлинение достигает 1000%), которые почти полностью обратимы. Модуль упругости лежит в пределах 1-10 МПа. Особенностью резины является ее малая сжимаемость. Другой особенностью резины является релаксационный характер деформации. При нормативной температуре время релаксации может составлять с и более.

При работе резиновых изделий в условиях многократных механических напряжений часть энергии, воспринимаемой изделием, теряется на внутреннее трение, которое преобразуется в тепло. При эксплуатации толстостенных изделий (например, шин) нарастание температуры изделия приводит к снижению его работоспособности.

Основой всякой резины служит каучук натуральный (НК) или синтетический (СК), который и определяет основные свойства резинового материала. Для улучшения физико-механических свойств каучуков вводятся различные добавки.

1. Вулканизирующие вещества (агенты) участвуют в образовании пространственно-сетчатой структуры вулканизатора: в качестве таких веществ применяют серу и селен. Ускорителями процесса вулканизации являются полисульфиды, оксиды свинца, магния и другие. Они влияют как на режим вулканизации, так и на физико-механические свойства вулканизаторов.

2. Противостарители (антиоксиданты) замедляют процесс старения резины, который ведет к ухудшению ее эксплуатационных свойств. Существуют противостарители химического и физического действия. Действие первых заключается в том, что они разрушают образующиеся перекиси каучука. Физические противостарители (воск, парафин) образуют поверхностные защитные пленки.

3. Мягчители (пластификаторы) облегчают переработку резиновой смеси, увеличивают эластические свойства каучука, повышают морозостойкость резины. В качестве мягчителей вводят парафин, вазелин, стеариновую кислоту, битумы, дибутилфталат, растительные масла. Количество мягчителей составляет 8-30% массы каучука.

4. Наполнители по воздействию на каучук подразделяются на активные (усиливающие) и неактивные (инертные). Активные наполнители (углеродистая сажа и белая сажа – кремнекислота, оксид цинка и др.) повышают механические свойства резин: прочность, твердость, сопротивление старению. Неактивные наполнители ( мел, тальк, барит) вводятся для удешевления смеси. Часто в состав резиновой смеси вводят регенерат – продукт переработки старых резиновых изделий и отходов резинового производства.

5. Красители минеральные или органические вводят для окраски резин. Некоторые красящие вещества (белые, желтые, зеленые) поглощают коротковолновую часть солнечного спектра и этим защищают резину от светового старения.

В зависимости от количества вводимой серы получается различная частота сетки полимера. При введении 1-5% S образуется редкая сетка и резина получается высокоэластичной, мягкой. С увеличением процентного содержания серы сетчатая структура становится все более частой, резина более твердой, и при максимально возможном (примерно 30%) насыщении каучука серой образуется твердый материал, называемый эбонитом.

При вулканизации изменяется молекулярная структура полимера (образуется пространственная сетка), что влечет за собой изменение его физико-механических свойств: резко возрастает прочность при растяжении и эластичность каучука, а пластичность почти полностью исчезает (например, натуральный каучук имеетМПа, после вулканизацииМПа; увеличиваются твердость, сопротивление износу. Многие каучуки растворимы в растворителях, резины только набухают в них и более стойки к химикатам. Резины имеют более высокую теплостойкость (НК размягчается при температуре 90 о С, резина работает при температуре свыше 100 о С).

На изменение свойств резины влияет взаимодействие каучука с кислородом, поэтому при вулканизации одновременно происходят два процесса: структурирование под воздействием вулканизующего агента и деструкция под влиянием окисления и температуры. Преобладание того или иного процесса сказывается на свойствах вулканизата. Это особенно характерно для резин из НК. Для синтетических каучуков (СК) процесс вулканизации дополняется полимеризацией: под воздействием кислорода и температуры образуются межмолекулярные углеродистые связи, упрочняющие термостабильную структуру, что дает повышение прочности.

Термическая устойчивость вулканизата зависит от характера образующихся в процессе вулканизации связей. Наиболее прочные, а следовательно термоустойчивые связи – С-С-С, наименьшая прочность у полисульфидной связи – C-S-C.

Как получить резину из каучука

Получение каучука и резины из сока фикуса

  • Авторы
  • Руководители
  • Файлы работы
  • Наградные документы

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Для нашей работы мы выбрали тему – «Получение каучука и резины из сока фикуса».

Цель работы :

Доказать, что из комнатного каучуконосного фикуса можно получить каучук в школьных лабораторных условиях, исследовать свойства натурального каучука, получить резину и исследовать ее свойства.

Актуальность:

Изучение полезных свойств растений поможет людям больше узнать природу, окружающую их.

Объект исследования:

Комнатное растение фикус.

Предмет исследования:

Физические и химические свойства каучука .

Каучук можно получить из комнатного фикуса в школьных лабораторных условиях.

2. Каучуконосные растения (характеристика каучуконосных растений)

Каучуконосные растения, каучуконосы — растения, из которых возможно получение натурального каучука. Среди каучуконосов есть как травянистые растения, так и деревья и лианы, в обыденной речи именуемые каучуковыми деревьями.

Сегодня основным источником натурального каучука являются деревья рода Гевея, в частности Гевея бразильская (Hevea brasiliensis). Гевея бразильская культивируется ради получения каучука в тропических районах Южной Америки и Юго-Восточной Азии и дает 96% мирового производства каучука.

Травянистые латексные каучуконосные растения из семейства сложноцветных (кок – сагыз, крым –сагыз и другие) произрастающие в умеренной зоне, в том числе в южных республиках, содержащие каучук в небольшом количестве в корнях, промышленного значения не имеют.

Среди травянистых растений России есть всем знакомые одуванчик (рис.1), полынь и молочай, которые тоже содержат млечный сок. Содержит млечный сок и домашний фикус.

Рисунок 1 Кок-сагыз. Одуванчик.

Сегодня науке известны около 1000 видов фикуса, но к разведению дома приспособлены только некоторые сорта, достигающее высоты 30-40 м. В домашних условиях он ведет себя более скромно: вырастает до 1,5-2 м, радуя удивительной непритязательностью и долговечностью. Благодаря невысоким требованиям к уходу, наряду с внешней привлекательностью, фикусы украшает интерьер жилого помещения, атмосферу любого офиса, торгового центра или кафе.

Рисунок 2 Фикус каучуконосный.

Это вечнозеленое растение, с очередными ланцетовидными листьями, расположенными на небольшом расстоянии друг от друга. Даже молодые растения цветут и дают сначала зеленые, а позднее от красноватого до коричнево-фиолетового цвета соплодия, напоминающие ягоды. Фикус каучуконосный, также известный как Фикус эластичный или упругий, — относится к виду растений рода Фикусов семейства Тутовые (рис. 2). Прибыл к нам из северо-восточной Индии и Индонезии, где в природных условиях может достигать аж 30 метров в высоту. Прибавку «каучуконосный» к своему названию он получил по очевидным причинам. В млечном соку этого растения содержится вещество изопрен. Из него, в свою очередь, и получается каучук, который впоследствии используется для изготовления резины.
Это растение очень популярно в настоящее время. Интересный факт, еще в прошлом веке фикус считали дикостью, признаком дурного вкуса, поэтому данное растение не выращивали, как комнатное. Именно поэтому на протяжении долгого периода времени эту культуру забыли, и напрасно. Но в нынешнем 21 веке это элегантное и удивительно красивое растение вновь набирает популярность. Данная культура по праву считается неприхотливой, во многом поэтому фикус очень любят выращивать цветоводы по всему миру.

Читайте также  Как пользоваться электрорубанком видео

Все части растения содержат млечный сок. Млечный сок некоторых видов используется в медицине. В народных рецептах сок растения используют как лучшее средство от опухолей. Спиртовая настойка целебной жидкости поможет снять зубную боль.

Плоды некоторых представителей рода съедобны, содержат до 75 % сахаров; эти растения вошли в культуру в незапамятные времена. В дождевых лесах плоды фикусов — основная часть корма млекопитающих и птиц, листья и древесина — насекомых.

3. Свойства и получение каучука

Рисунок 3 Сбор млечного сока.

Натуральный каучук известен с давних времен. Учеными найдены окаменелые остатки каучуконосных растений, их возраст – миллионы лет. Добывают натуральный каучук из гевеи. Это высокое стройное дерево может достигать 45 метров в высоту при 2,5—2,8 м в обхвате. Родиной гевеи является бассейн Амазонки — великой водной магистрали. Отсюда вывозился первый каучук в Европу. Каучук в гевее содержится в млечном соке — латексе, распределённом в млечных каналах, которые образуют в стволе концентрические кольца. Латекс состоит из мельчайших частичек жидкости, твёрдых частиц и других примесей. Только около 33% латекса составляет каучук, 66% вода и около 1% другие вещества. Для сбора латекса с деревьев на коре делается диагональный остроугольный надрез, вершиной угла направленный вниз, затем надрез расширяют до 0,3—0,5 от окружности ствола. Из надреза выделяется латекс и стекает в небольшую чашу (рис.3). С каждого надреза получается около 30 мл латекса. После этого обычно на следующий день ниже первоначального надреза обдирается тонкая полоска коры, чтобы получить новый сок. Когда надрезы достигают поверхности земли, ствол оставляют в покое, чтобы он смог восстановить кору на дереве перед новой подсочкой. На 1 гектаре высаживается около 250 деревьев, в год с 1 гектара получают около 450 кг сухого необработанного каучука. Со специально выведенных высокоурожайных деревьев можно получить 2225 кг с гектара в год, были разработаны опытные деревья с урожайностью до 3335 кг с гектара в год.

Полученный латекс растягивают, разбавляют водой и подвергают коагуляции путём обработки кислотой, чтобы частицы каучука в латексе сцепились друг с другом. Затем производят протягивание между валками, придавая листам толщину 0,25 дюйма (0,6 см), полученные листы высушивают путём обдувания сухим тёплым воздухом или дымом, и отправляют на погрузку.

Каучук представляет собой твердое вещество, очень упругое и эластичное. При нагревании каучук теряет упругость и становится мягким и липким. При сильном охлаждении каучук также теряет упругость и становится хрупким.

Особенно важным и специфическим свойством каучука является его эластичность (упругость) — способность каучука восстанавливать свою первоначальную форму после прекращения действия сил, вызвавших деформацию. Эластичность каучука сохраняется в широких температурных пределах, и это является характерным его свойством. Но при долгом хранении каучук твердеет.

Наряду с эластичностью, каучук ещё и пластичен — он сохраняет форму, приобретённую под действием внешних сил. Пластичность каучука, проявляющаяся при нагревании и механической обработке, является одним из отличительных свойств каучука. Так как каучуку присущи эластические и пластические свойства, то его часто называют пласто-эластическим материалом.

Рисунок 4 Формула натурального каучука.

Природный (сырой) каучук — белый или бесцветный углеводород (рис.4). Он не набухает и не растворяется в воде, спирте, ацетоне и ряде других жидкостей. Набухая и затем растворяясь в жирных и ароматических углеводородах (бензине, бензоле, эфире и других) и их производных, каучук образует коллоидные растворы, широко используемые в технике.

Натуральный каучук однороден по своей молекулярной структуре, отличается высокими физическими свойствами, а также технологическими, то есть, способностью обрабатываться на оборудовании заводов резиновой промышленности.

Вулканизация каучука, технический прием обработки каучука для придания ему более совершенной и постоянной эластичности и нерастворимости. Способов вулканизации несколько, но все они основаны главным образом на действии серы в той или другой форме. Так как вулканизация переводит каучук в нерастворимое состояние и улучшает его эластичность, то контроль над вулканизацией ведется лучше всего при помощи измерения этих свойств. В практике обычно применяют определение разрывного усилия и растяжения при разрыве, иначе говоря, прочности изделия, однако этот метод слишком груб и в случаях тонкого контроля над изменениями каучука при вулканизации не применим.

4.Получение резины и ее свойства

Рези́на (от лат. resina «смола»)— эластичный материал, получаемый вулканизацией натурального каучука — смешиванием с вулканизирующим веществом (обычно серой) с последующим нагреванием (рис.5).

Рисунок 5 Формула резины.

В 1839 году американский изобретатель Чарльз Гудьир нашёл способ температурной стабилизации эластичности каучука — смешиванием сырого каучука с серой и последующим нагревом. Этот метод получил название вулканизация. Продукт, получаемый в результате вулканизации, был назван резиной. После открытия Гудьира резина стала широко использоваться в машиностроении в качестве различных уплотнителей и рукавов и в зарождающейся электротехнике, индустрия которой остро нуждалась в хорошем изоляционном эластичном материале для изготовления кабелей.

Резину получают главным образом вулканизацией композиций (резиновых смесей), основу которых составляют каучуки. Химическое соединение только из каучука и серы имеет ограниченное практическое применение. Чтобы улучшить физические свойства каучука и сделать его более пригодным для эксплуатации в различных применениях, необходимо модифицировать его свойства путем добавления других веществ.

5. Практическое значение каучука и резины в жизни человека

Каучук в чистом виде сейчас редко используется из-за его поведения при низких и высоких температурах. А вот вулканизированный натуральный каучук чаще всего служит сырьем для производства резины и всевозможных изделий из нее. В первую очередь, именно шинная промышленность нуждается в каучуке природного происхождения. Из него производят летние и зимние шины, а также шины для велосипедов, автомобилей, тракторов, специальной техники.

Резина используется в производстве автомобильных, мотоциклетных и велосипедных шин, резино-технических изделий, — это транспортёрные ленты, приводные ремни, напорные и напорно-всасывающие рукава, дюритовые изделия, технические пластины, резиновые кольца различных уплотнителей, виброизоляторов и вибродемпферов, а также резиновых напольных покрытий и резиновой обуви например, сапог, галош.

6. Практическая часть

Получение млечного сока из листьев фикуса

Рисунок 7 Получение млечного сока из листьев фикуса.

Нужно срезать пару листьев с фикуса и поместить их в пробирку, положив в нее смоченную нашатырным спиртом ватку (рис.6). Оставить пробирку на некоторое время, до образования сока. (рис.7) Вата, смоченная спиртом, не даст соку загустеть.

Рисунок 6 Образование сока.

Получение хлопьев каучука

После того как образовалось достаточное количество сока, вливаем в него по каплям уксус и встряхиваем до образования осадка в виде хлопьев (рис.8). Пропускаем раствор через бумагу для фильтрации(рис.9).

Рисунок 8 Фильтрация образовавшихся хлопьев.

Рисунок 9 Добавление уксуса в млечный сок.

Получение каучука

Сливаем лишнюю воду и собираем хлопья каучука в одну полоску. Каучук готов, с ним можно проделать опыты (рис.10).

Рисунок 10 Хлопья и полученная из них полоска каучука.

Опыт с растяжимостью каучука

Каучук раскатаем в тонкую полоску длиной в 3см, через какое-то время полоска должна сократиться до 1см. (рис.11).

Рисунок 11 Опыты с растяжимостью каучука.

2. Опыт с растворимостью каучука в разных жидкостях

Нальем в разные сосуды бензин, керосин и воду. Опустим туда по небольшому кусочку каучука. Спустя сутки проверим сосуды. В сосуде с водой с каучуком ничего не произошло, в сосудах с бензином и керосином каучук растворился. Отсюда можно сделать вывод, что каучук растворяется в горючих веществах (рис.12).

Рисунок 12 Опыты с водой, бензином и керосином.

Получение резины:

Смешаем оставшейся каучук с небольшим количеством порошка серы и подогреем это на предметном стекле. Смесь начнет пузыриться, появится запах резины, помешивая смесь, мы получаем резину. С ней мы проделываем те же опыты, что и с каучуком (рис.13).

Рисунок 13 Получение резины.

Опыты с резиной:

1.Опустим резину в сосуд с водой, бензином и керосином. Оставим на сутки. Спустя время с резиной во всех трех сосудах ничего не произошло. Резина не растворилась в бензине и керосине (рис.14).

Рисунок 14 Опыты с резиной.

1.Каучук можно получить из млечного сока домашнего Каучуконосного фикуса.

2. Из проделанных опытов следует, что резина нерастворима в горючих веществах, в отличии от каучука, то есть она более износостойкая, поэтому ее используют для покрытия машинных шин, чтобы при попадание на нее бензина, с резиной ничего не случилось. Резина более эластична, чем каучук, из-за этого она находит большее применение в промышленности. Но такой способ получения резины не выгоден в использование, так как для этого бы требовалось много затрат.

8.Список использованной литературы :

— Верзилин. Н.М. Путешествие с домашними растениями. / Ленинград, Государственное Издательство Детской Литературы Министерства Просвещения РСФСР, 1954г.

— Д.Г. Хессайон Всё о комнатных растениях. / Москва, издательство «Кладезь-Букс»-1999г.

— Э. Гроссе, X. Вайсмантель Химия для любознательных. Основы химии и занимательные опыты. /Издательство: Белый город, 2016 г.

— В.Н. Алексинский Занимательные опыты по химии: Пособие для учителей. /Издательство: Просвещение, 1995 г.

— В.Н. Верховский. Техника и методика химического эксперимента в школе. ч.1, 2/ Издательство Просвещение, Москва 1959 г.

— Г. Ш. Механические испытания резины и каучука / Г.Ш. Израелит. — М.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1991.

— Крючков А. П. Общая технология синтетических каучуков / А.П. Крючков. — М.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 2003.

— Эрмана Б. Каучук и резина. Наука и технология / Под редакцией

Дж. Марка, Б. Эрмана, Ф. Эйрича. — М.: Интеллект, 2011