Каучук та гума, Детальна інформація

КАУЧУК І ГУМА

Каучук - речовина, що одержується з каучуконосних рослин, що ростуть у тропіках і утримуючих молочну рідину (латекс) у коренях, стовбурі, гілках, чи листах плодах або під корою. Гума - продукт вулканізації композицій на основі каучуку. Латекс не є соком рослини, і його роль у життєдіяльності рослини до кінця не з'ясована. Латекс містить частки, що виділяються шляхом коагуляції у виді суцільної пружної маси, називаної сирим, чи неопрацьованим, каучуком.

ДЖЕРЕЛА НАТУРАЛЬНОГО КАУЧУКУ

ВЛАСТИВОСТІ КАУЧУКУ

Сирий каучук, призначений для наступного промислового застосування, є щільним аморфним еластичним матеріалом з питомою масою 0,91-0,92 г/см3 і показником переломлення 1,5191. Його склад неоднаковий для різних латексів і методів готування на плантації. Результати типового аналізу представлені в таблиці.

Состав (%) двух типов сырого каучука

Компонент Копчений лист Світлий креп

Волога 0,6 0,4

Ацетонорозчинний матеріал 2,9 2,9

Білки 2,8 2,8

Зола 0,4 0,3

Водорозчинний матеріал 1,0 1,0

Складні эфири,що не розчиняються в ацетоні 1,0 1,0

Вуглеводень каучука 91,3 91,6

  100 100

Вуглеводень каучуку - це поліізопрен, вуглеводнева полімерна хімічна сполука, що має загальну формулу (C5H8)n. Як саме в дереві синтезується вуглеводень каучуку, невідомо. Невулканізований каучук стає м'яким і липким в теплу погоду і тендітним - у холодну. При нагріванні вище 180 С за відсутністі повітря каучук розкладається і виділяє ізопрен.

Каучук відноситься до класу ненасичених органічних сполук, що виявляють значну хімічну активність при взаємодії з іншими реакційноздатними речовинами. Так, він реагує з соляною(HCl) кислотою з утворенням гідрохлориду каучуку, а також із хлором по механізмах приєднання і заміщення з утворенням хлорованого каучуку. Атмосферний кисень діє на каучук повільно, роблячи його твердим і тендітним; озон робить те ж саме швидше. Сильні окислювачі, наприклад азотна кислота, перманганат калію і перекис водню, окисляють каучук. Він стійкий до дії лугів і помірковано сильних кислот. Каучук реагує також з воднем, сіркою, сульфатною кислотами, оксидами азоту і багатьма іншими реакційноздатними сполуками, утворює похідні, частина з яких має промислове застосування.

Каучук не розчиняється у воді, спирті чи ацетоні, однак набухає і розчиняється в бензолі, толуолі, бензині, сірковуглеці, скіпідарі, хлороформі й інших галогеновмісних розчинниках, утворюючи в’язку масу, що застосовується в якості клея.

Вуглеводень каучуку присутній у латексі у виді суспензії дрібних часток, розмір яких складає від 0,1 до 0,5 мкм. Самі великі частки видно через ультрамікроскоп: вони знаходяться в стані безупинного руху, що може служити ілюстрацією явища броунівського руху.

Кожна каучукова частка несе негативний заряд. Якщо через латекс пропускати струм, то такі частки будуть рухатися до позитивного електрода (аноду) і осідати на ньому. Це явище використовується в промисловості для нанесення покриттів на металеві предмети. На поверхні каучукових часток присутні абсорбовані білки, що перешкоджають зближенню латексних часток і їхнії коагуляції. Заміняючи речовину, адсорбована на поверхні частки, можна змінити знак її заряду, і тоді каучукові частки будуть осідати на катоді.

Каучук володіє двома важливими властивостями, що обумовлюють його промислове застосування. У вулканізованому стані він пружний і після розтягання приймає первісну форму; у невулканізованому стані він пластичний, тобто тече під впливом чи тепла тиску.

Одна властивість каучуків унікальна: при розтяганні вони нагріваються, а при стиску - прохолоджуються. Навпаки, при нагріванні каучук стискується, а при охолодженні - розширюється, демонструючи явище, назване ефектом Джоуля. При розтяганні на декілька сотих відсотка молекули каучуку орієнтуються до такого ступеня, що його волокна дають рентгенограму, властиву кристалу. Молекули каучуку, добутого з гевеї, мають цис–конфігурацію, а молекули балати і гутаперчі - транс-конфігурацію. Будучи поганим провідником електрики, каучук використовується і як електричний ізолятор.

ОБРОБКА КАУЧУКУ І ВИРОБНИЦТВО ГУМИ

Пластикація. Одна з найважливіших властивостей каучуку - пластичність - використовується у виробництві гумових виробів. Щоб змішати каучук з іншими інгредієнтами гумової суміші, його потрібно спочатку пом’ягшують,або пластикують, шляхом механічної чи термічної обробки. Цей процес називається пластикацією каучуку. Відкриття Т.Хенкоком у 1820 році можливостей пластикации каучуку мало величезне значення для гумової промисловості. Його пластикатор складався із шипованного ротора, що обертається в шипованому підлогою циліндрі; цей пристрій мав ручний привід. У сучасній гумовій промисловості використовуються три типи подібних машин для введення інших компонентів гумової суміші в каучук. Це - каучукотерка, змішувач Бенбери і пластикатор Гордона.

Використання грануляторів - машин, що розрізають каучук на маленькі гранули чи пластинки однакових розмірів і форм, - полегшує операції по дозуванню і керуванню процесом обробки каучуку. каучук подається в гранулятор по виходу з пластикатора. Гранули, що виходять, змішуються з вуглецевою сажею й оліями в змішувачі Бенбери, утворюючи маткову суміш, яка також гранулюється. Після обробки в змішувачі Бенбери виробляється змішування з вулканизуючими речовинами, сіркою і прискорювачами вулканізації.

Готування гумової суміші. Хімічна сполука тільки з каучуку і сірки мала б обмежене практичне застосування. Щоб поліпшити фізичні властивості каучуку і зробити його більш придатним для експлуатації в різних застосуваннях, необхідно модифікувати його властивості шляхом додавання інших речовин. Усі речовини, що змішуються з каучуком перед вулканізацією, включаючи сірку, називаються інгредієнтами гумової суміші. Вони викликають як хімічні, так і фізичні зміни в каучуку. Їхнє призначення - модифікувати твердість, міцність і ударну в'язкість і збільшити стійкість до стирання, оліям, кисню, хімічним розчинникам, теплу і розтріскуванню. Для виготовлення гум різних застосувань використовуються різні склади.

Прискорювачі й активатори. Деякі хімічно активні речовини, названі прискорювачами, при використанні разом із сіркою зменшують час вулканізації і поліпшують фізичні властивості каучуку. Прикладами неорганічних прискорювачів є свинцеве білило, свинцевий глет (монооксид свинцю), вапно і магнезія (оксид магнію). Органічні прискорювачі набагато більш активні і є важливою частиною майже будь-якої гумової суміші. Вони вводяться в суміш у відносно малій частці: звичайно буває досить від 0,5 до 1,0 частини на 100 частин каучуку. Більшість прискорювачів цілком виявляє свою ефективність у присутності активаторів, таких, як окис цинку, а для деяких потрібно органічна кислота, наприклад стеаринова. Тому сучасні рецептури гумових сумішей звичайно включають окис цинку і стеаринову кислоту.

Пом’якшувачі і пластифікатори. Пом’якщувачі і пластифікатори звичайно використовуються для скорочення часу готування гумової суміші і зниження температури процесу. Вони також сприяють дисперсії інгредієнтів суміші, викликаючи набрякання чи розчинення каучуку. Типовими пом’якшувачами є парафінова і рослинна олії, воски, олеиїновая і стеаринова кислоти, хвойна смола, кам'яновугільна смола і каніфоль.

Упрочняющие наполнители. Деякі речовини підсилюють каучук, додаючи йому міцність і опірність зносу. Вони називаються ущільнюючими наповнювачами. Вуглецева (газова) сажа в тонко здрібненій формі - найбільш розповсюджений ущільнюючий наповнювач; відносно дешевий і є одним з найефективніших речовин такого роду. Протекторна гума автомобільної шини містить приблизно 45 частин вуглецевої сажі на 100 частин каучуку.

Іншими широко використовуваними ущільнюючими наповнювачами є окис цинку, карбонат магнію, кремнезем, карбонат кальцію і деякі глини, однак усі вони менш ефективні, чим газова сажа.