Каучук

РЕФЕРАТ на тему:

" Каучук" .

Вступ На початку ХХ ст. для швидкого розвитку таких галузей промисловості, як автомобільна, літакобудівна та інших, виникла настійна потреба значно збільшити виробництво каучуку, надати йому різноманітних властивостей — морозоі теплостійкості, механічної міцності і т.д. Природний каучук далеко не у всіх випадках задовольняв ті вимоги, які ставила техніка. Тому перед ученими-хіміками постало питання про виробництво синтетичного каучука. Важлива роль в розробленні проблеми синтезу каучуку належить російським ученим О.М.Бутлєрову, О.Є.Фаворському, І.Л.Колдакову, С.В.Лєбєдєву, В. В. Бизову, М.Д.Зелінському та іншим, які вперше показали, що не тільки ізопрек, але й цілий ряд інших речовин мають здатність утворювати каучукоподібні речовини. Перші грами синтетичного каучуку добув у 1909 році С.В.Лєбєдєв в результаті полімерилізації бутадієну. Роботи С.В.Лєбєдєва мали винятково важливе значення, бо вони відкрили принципово новий шлях для промислового виробництва каучуку. Перші заводи синтетичного каучуку були пущені в СРСР в 1932 році. в капіталістичних країнах промислове виробництво синтетичного каучуку почалося значно пізніше (в Німеччині - в 1938, а в США тільки в 1942;1943 рр.). Отже, батьківщиною синтетичного каучуку є Радянський Союз. А 12 квітня 1960 року були одержані перші рулони синтетичного каучуку в Башкирстані, саме ця дата ввійшла в історію, як день його народження.

Класифікація синтетичних каучуків

Хімічна промисловість випускає на даний час 2 типи каучуків: загального (універсального) і спеціального призначення. Перший тип синтетичних каучуків використовують у виробництві автомобільних та авіаційних шин і багатьох гумових виробів. Каучуки спеціального призначення ідуть на виготовлення гумових виробів, що мають певні, специфічні властивості (морозо і теплостійкість, стійкість проти дії органічних розчинників…) залежно від умов їх застосування. Щодо технології виготовлення синтетичні каучуки поділяють на ті, що утворюються в розчинах, в емульсії, в маслі, під впливом високотемпературної і низькотемпературної полімеризації, наповнені і ненаповнені каучуки та ін. проте, найчастіше каучуки класифікують залежно від вихідних продуктів (на основі яких добувають).

Добування та застосування бутадієнових каучуків.

Типовим представником бутадієнових каучуків є натрійбутадієновий каучук (СКБ). Як вихідний продукт для синтезу бутадієнових каучуків використовують бутадієнт — 1,3 або дивініл (СН2 = СН — СН = СН2). Це газ з температурою кипіння 4,50С. Бутадієн можна добути з етилового спирту і продуктів переробки нафти — з так званої - бутан-бутиленової фракції.

Найважливіші промислові види каучуків.

У промисловості бутадієн добувають з етилового сприту за методом С.В. Лєбедєва.

2СН3 — СН2ОН -> СН2 = СН — СН = СН2 +Н2 = 2Н2О У цьому процесі одночасно відбуваються дегідратація і дегідрогенізація етилового сприту. Реакція відбувається під час пропускання пари, етилового сприту над спеціальними каталізаторами. Найдешевшим і найперспективнішим є добування бутадієну з газів крекінгу наортибутану і бутилену. Основоположником добування бутадієну з нафти є Б. В. Бизов. Бутадієн добувають з бутану і бутилену методом каталітичного дегідрування. При дегідруванні бутану процес проходить за дві стадії: спочатку утворюються бутилени, а при дальшому дегідруванні бутиленів — бутадієн.

$${\text{CH}}_2=\text{CH}-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_3$$.

$${\text{C}}_3-{\text{C}}_2-{\text{C}}_2-{\text{C}}_2-{\text{C}}_3$$.

$${\text{CH}}_3-\text{CH}=\text{CH}-{\text{CH}}_3$$.

$${\text{CH}}_2=\text{CH}-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_3$$.

$${\text{C}}_2=\text{C}-\text{C}={\text{C}}_2$$.

$${\text{CH}}_3-\text{CH}=\text{CH}-{\text{CH}}_3$$.

На першій стадії реакція проходить при температурі 550−6000С в присутності каталізатора — окису хрому, нанесеного на окис амолінію. Як активатор застосовують КОН. На другій стадії дегідрування бутиленів у бутадієн проходить при температурі 600−6500С в присутності каталізаторів Fe2O3 i G2O3 і активатора — К2О.

Водень, що виділяється під час дегідрування бутану, є цінним продуктом для синтезу аміаку. Бутадієн можна добувати також з ацетилену. Є два способи добування, бутадієну з ацетилену:

1. 1)перетворення сустилену в оцтовий альдегід (за редакцією Кучерова), який далі піддають конденсації (за реакцією Бородіна) з утворенням альдомо. Альдоль потім піддають гідруванню до утворення будандіолу, з якого в результаті відщеплення води утворюється бутадієн:

$$О$$.

$$\text{2CH}\text{СН}\stackrel{}{+{\text{2Н}}_2О}{\text{2CH}}_3-С$$.

$$Н$$.

$$O$$ $$O$$.

$${\text{CH}}_3-C\begin{array}{cc}& \end{array}+{\text{CH}}_3-C\begin{array}{cc}& \end{array}->{\text{CH}}_3-\text{CHOH}-{\text{CH}}_2-C$$.

$$Н$$ $$Н$$.

$$O$$.

$${\text{CH}}_3-\text{CHOH}-{\text{CH}}_2-C\begin{array}{cc}& \end{array}\stackrel{}{+H_2}{\text{CH}}_3-\text{CHOH}-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_2\text{OH}$$.

$$Н$$.

$${\text{CH}}_3-\text{CHOH}-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_2\text{OH}->{\text{CH}}_2=\text{CH}-\text{CH}-{\text{CH}}_2$$.

1. 2)в результаті взаємодії ацителен з муралленим альдегідом (за методом Репе) з утворенням бутин — 2 — діолу — 1,4, який при гідруванні перетворюється в бутандіол — 1,4. При дегідратації бутандіолу утворюється тетрагідрофуран, який в процесі дальшої дегідратації перетворюється в бутадієн:

2. 3).

$$С-{\text{СН}}_2\text{ОН}$$.

$$\text{CH}\text{CH}+{\text{2CH}}_{2}O->$$.

$$С-{\text{СН}}_2\text{ОН}$$.

$$С-{\text{СН}}_2\text{ОН}$$ $${\text{СН}}_2-{\text{СН}}_2\text{ОН}$$.

$$\stackrel{}{+{\text{2Н}}_2}$$.

$$С-{\text{СН}}_2\text{ОН}$$ $${\text{СН}}_2-{\text{СН}}_2\text{ОН}$$.

$${\text{СН}}_2-{\text{СН}}_2\text{ОН}$$ $${\text{СН}}_2-{\text{СН}}_2$$.

$$->$$ $$О$$.

$${\text{СН}}_2-{\text{СН}}_2\text{ОН}$$ $${\text{СН}}_2-{\text{СН}}_2$$.

Полібутадієн добувають за методом С.В. Лєбедєва на основі полімеризації бутадієну, яку проводять в присутності металічного натрію, як каталізатор, при температурі 40−600С і тиску 6−8 ат. Таким способом добувають натрійбутадієновий каучук. залежно від способу полімеризації натрійбутадієновий каучук поділяють на:

а) стержневий, який добувають полімеризацію бутадієну в рідкій фазі;

б) безстержневий, який добувають полімеризацію бутадієну в газовій фазі.

Важливого значення в промисловості набуває тепер добування полібутадієну методом емульсійної радикальної полімеризації бутадієну. Радикальну полімеризацію проводять в присутності перекислих ініціаторів або діазосполук. Натрійбутадієновий каучук є каучуком загального призначення і в значній мірі використовується у виробництві пневматичних і масивних шин, різних гумово-технічних м’яких та совнітових виробів. Крім каучуків загального призначення, є каучуки спеціального типу — СКБМСКБВ. Каучук СКБМ порівняно з СКБ має значно більшу еластичність, підвищену морозостійкість. Його використовують для виробництва шин, транспортних стрічок, кабеля та інших виробів, призначених для роботи при низьких температурах. Дефектами бутадієнових каучуків, зокрема СКБ є відносно низькі: пластичність, міцність, морозостійкість і мала клейкість. Щоб усунути ці дефекти і створити полімери з новими цінними властивостями, добувають і застосовують співполімери бутадієну.

Добування та застосування бутадієн-стирольних каучуків (СКС).

Бутадієн-стирольні каучуки добувають в результаті спільної полімеризації бутадієну з стиролом або $$$$ -метилстиролом:

$$\text{.}\text{.}\text{.}-{\text{CH}}_2-\text{CH}=\text{CH}-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_2-\text{CH}$$.

$${\text{nCH}}_2=\text{CH}-\text{CH}={\text{CH}}_2+{\text{nCH}}_2=\text{CH}$$ $${С}_6{Н}_5$$.

$$\text{.}\text{.}\text{.}-{\text{CH}}_2-\text{CH}-{\text{CH}}_2-\text{CH —}\text{.}\text{.}\text{.}$$.

$$\text{CH}$$ $${С}_6{Н}_5$$.

$${\text{CH}}_2$$.

реакцію співполімеризації ведуть в емульсії «гарячим» або «холодним» способом, тобто при температурі відповідно 500С і 50С. Як емульгатори використовують натрієві солі бутилнафталінсульфокислот (НЕКАЛІ) і натрієві солі вищих жирних кислот (мила).

Для виділення каучуку, з емульсії (латексу) додають такі коагулетори, як хлориди натрію, кальцію, оцтову кислоту. Каучуки, добуті від полімеризації при температурі +50С, мають значно кращі фізико-механічні властивості (термостійкі, стійкіші проти стирання), бо вони мають однорідну структуру ланцюга макромолекул. На даний час в промислових масштабах значну кількість як бутадієн-стирольних каучуків, так і бутадієн-мителстирольних (СКМС). Є такі марки каучуків, як СКС — 10, СКС — 30, СКМС — 30, СКС — 50 та інші. Цифрам в позначенні марок каучуків показують вміст стиролу або $$$$ -метилстиролу в 100 вагових частинок полімеру. Для поліпшення фізикомеханічних властивостей бутадієн-стирольних каучуків використовують синтез потрійних співполімерів бутадієну і стиролу з невеликою кількістю (0,5−1,5%) метакрилової кислоти. Гума, виготовлена на основі таких каучуків краще зв’язується з текстильним волокном, стійка проти розстіскування при багаторазових деформаціях і теплостійкіша. Бутадієн-стирольні каучуки є каучуками загального призначення, які в багатьох галузях техніки можуть замінити натуральний каучук. на основі бутадієн-стирольних каучуків виготовляють покришки і камери для автомашин, літаків, транспортерні стрічки, різні технічні вироби, ебоніт та ін. Каучуки і СКМС-10 головним чином використовують для виготовлення морозостійких гумових виробів. Каучуки СКС-50 і СКМС-50 широко використовують для різних еболітових виробів і виробництва мікропористої гуми.

Технології виготовлення та застосування синтетичних ізопренових каучуків.

Синтетичний ізопреновий каучук (СКІ) синтезований у 1950 р. А. Л. Коротковим в результаті каталітичної полімеризації ізопрену.

Вихідний продукт для синтезу каучуку-ізопрен, який можна добути із ізопентану, ізомілену, ацетону, ацетилену, ізобутилену і мурашиного альдегіду, а також піролізам терпенових вуглеводів.

Добування ізопрену з ізопеитану з ізоаміленів можна зобразити такою схемою:

$${\text{СH}}_2=\text{CH}-\text{CH}-{\text{CH}}_3$$.

$${\text{СH}}_3$$.

$${\text{CH}}_3-\text{CH}-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_3$$ $$->{\text{CH}}_2=C-{\text{CH}}_2-{\text{CH}}_3->$$ $${\text{СH}}_2=C-\text{CH}-{\text{CH}}_2$$.

$${\text{CH}}_2$$ $${\text{СH}}_3$$ $${\text{СH}}_3$$.

$${\text{CH}}_3-C=\text{CH}-{\text{CH}}_3$$.

$${\text{СH}}_3$$.

Значну кількість ізопентану добувають з попутного газу каталітичною ізомеризацією н-пентану, а також при реатифікації бензину. Каталітичне дегідрування пентану проходить в умовах, близьких до умов дегідрування к-бутану.

Перспективним є процес дегідрування ізопентану за одну стадію і ізопентан-ізопрен.

Ізопреновий каучук належить до типу каучуків загального призначення. Синтетичний ізопреновий каучук використовують в основному для заміни натурального каучуку, зокрема у виробництві багатошарових шин для вантажних автомашин. Він відзначається високими електроізоляційними властивостями, тому його можна застосувати і в електротехніці.

Висновок Як нам відомо, недавні успіхи управління в розпродажі вуглеводних ресурсів були покликані в наступний раз обнадіяти населення республіки перспективами наступаючого нафтового процвітання. Та ціна на сиру нафту, що ми прекрасно знаємо, не є високими, а проблеми транспортування залишаються і інвестори не поспішають збагачувати республіканський бюджет. Та експорт нафти і енергоносіїв — не єдиний спосіб країни. Глибока переробка нафти могла б значно розширити експортний потенціал республіки. Одним із продуктів такої переробки являється синтетичний каучук. в даний час цей ринок контролює вузький круг компаній, таких як Bayer AG, Nippon Zeon i Shell Chemical.

В загальному, каучук використовується досить давно. Спочатку, це був натуральний каучук, який добувається із певних видів дерев. Пізніше із розвитком технічних технологій, почалося виробництво синтетичного каучука, який в даний час, як ми побачили по вище сказаному переважає по великій кількості параметрів натуральний. Область використання цього матеріалу досить широка. Це автомобільна і авіаційна промисловість, де із нього виробляють ризину для покришок, камер та шланги. Крім цього каучук, застосовуються в нафтодобувній і взагалі буровій техніці для виготовлення рукавів, трубопроводів в кабельній промисловості та машинобудуванні - для різних з'єднувачів і покриття і навіть в аерокосмічній та атомній галузях використовуються каучуки, володіючи високою стійкістю до дії високих температур і радіації.

Для надання каучуку особливих якостей використовується процес гідрування і різні добавки — каталізатори. При цьому ціна його різко зростає: якщо звичайний каучук коштує близько 2 тис. доларів за тону, то модернізований — від 24 тис. доларів до 35 тисяч доларів. Об'єми його виробництва невеликі, що дозволяє виробникам стримувати високі ціни. Крім цього їх монопільний стан на ринку підтримується патентами на виробничі процеси і рецептуру.

Література.

[1] Г. А. Блох, Е. Н. Геверовська, Е. К. Лотакова, В. Н. Рейх, Н. А. Щаслива «Хімія і хімічна технологія» № 4, К., 1973; 627−628 с.

[2] Бойко «Хімія полімерів» — К., 58−69 с.

[3] Д.П.Ємельянов, Н.Л.Сергієва, А.А.Капустіна, «Виробництво шин і РТІ і АІІ», 1967. № 3 с. 244.

[4] М.М.Фамічева, М.П.Грінблат, Е. А. Суворова, Т. Г. Романих, Л.І.Дубовик, А.Є.Калаус «Властивості акрилатних каучуків і умови їх одержання». Ленінград, 1970. С.-52.

[5] «Енциклопедія з хімії» Т.-2, с.-387.