Как получают синтетический изопреновый каучук

Как получают синтетический изопреновый каучук

У натурального каучука много аналогов, и одним из самых многотоннажных считается изопреновый каучук. Промышленность выпускает самые разнообразные типы этой продукции, отличающиеся и свойствами, и видом катализаторов, которые были применены — литиевые, комплексные и тому подобные.

Натуральный каучук — это изопреновый каучук. Поэтому перед учёными стояла задача получить синтетический изопреновый каучук. Синтез такого каучука был осуществлён. Но свойств натурального каучука в полной мере достичь не удавалось. Причину этого установили, когда изучили пространственное строение натурального каучука. Оказалось, что он имеет стереорегулярное строение, группы -СН3 в макромолекулах каучука расположены не беспорядочно, а по одну и ту же сторону двойной связи в каждом звене, то есть находятся в цис-положении.

  • рабочий диапазон температур: от −55 °C до +80 °C; низкая температура стеклования (около −70ºС);
  • кристаллизация при растяжении или при охлаждении: полупериод кристаллизации нерастянутого каучука СКИ-3 — более 20 ч. Способность СКИ кристаллизоваться при растяжении и гибкость его макромолекул обусловливают высокие эластичность и прочность ненаполненных и наполненных резин на его основе, а также хорошие динамические свойства. Наименьшее относительное удлинение, при котором наблюдается образование кристаллической фазы при 20 °C, составляет для резин на его основе 300—400 %;
  • отличная эластичность по отскоку;
  • очень хорошая прочность на раздир и истирание, прочность на разрыв;
  • хорошая электроизоляционная стойкость;
  • растворимость = 16,8 (МДж/м³); хорошая водостойкость, очень низкая стойкость к маслам, бензинам и углеродным растворителям. Каучуки выпускают с заданной вязкостью. При переработке необходимо строго соблюдать температурные режимы смешения, разогрева и формования.

Получение синтетического каучука

Учеными постоянно совершенствуется синтез искусственных полимеров, чтобы добиться качества большего, чем у природных элементов. Таким примером служат вещества сополимеры:

  • стирол;
  • бутадиен;
  • акрилонитрил.

По такой схеме получал Лебедев синтетический каучук

Когда возникает полимеризация, бутадиен чередуется в цепочке с другим мономером, усиливая свойства. Российские химики создают классические синтетические материалы по свойствам, не уступающим натуральным веществам. Получение резины происходит посредством вулканизации каучука и его наполнителя – сажи. Это вид технологического процесса, который позволяет взаимодействовать основному мономеру с реагентом, происходит образование единой пространственной сетки под воздействием молекулярного соединения.

Каучук после вулканизации становится продуктом с большим уровнем:

  • прочности;
  • эластичности;
  • пластичности.

Технология изготовления превращает хрупкое и непрочное вещество в резину, устойчивую к внешним факторам или эбонит с усиленной твердостью.

Диеновые углеводороды (алкадиены). Каучуки

Диеновые УВ (алкадиены) – это УВ, в молекулах которых между атомами углерода имеются две двойные связи. Общая формула: СnH2n-2, где n≥3.

Химические свойства

  1. Реакции присоединения, например, присоединение галогенов:

Бромная вода обесцвечивается.

  1. Реакции полимеризации:

Способы получения

  1. Получение бутадиена-1,3:

1) Дегидрирование и дегидратация этанола (реакция Лебедева):

2) Дегидрирование н-бутана или бутена-1:

  1. Получение изопрена

Каучуки

Каучуки – природные или синтетические продукты полимеризации некоторых диеновых углеводородов с сопряженными связями. Важнейшими свойствами каучуков являются: эластичность и непроницаемость для воды и газов.

Получение каучуков

  1. Получение бутадиенового каучука (метод Лебедева):
  2. Получение изопренового каучука:

Вулканизация каучуков

При взаимодействии каучуков с серой происходит образование дисульфидных связей между макромолекулами каучука по месту разрыва двойных связей («сшивание» линейных макромолекул):

Чем больше серы, тем больше образуется дисульфидных связей. В результате этого процесса, который называется вулканизацией каучука, образуются мягкие или твердые резины.

Скачать:

Скачать бесплатно реферат на тему: «Бутадиеновый каучук» БУТАДИЕНОВЫЙ-каучук.docx (63 Загрузки)

Скачать рефераты по другим темам можно здесь

Натуральный каучук — это изопреновый каучук. Поэтому перед учёными стояла задача получить синтетический изопреновый каучук. Синтез такого каучука был осуществлён. Но свойств натурального каучука в полной мере достичь не удавалось. Причину этого установили, когда изучили пространственное строение натурального каучука. Оказалось, что он имеет стереорегулярное строение, группы -СН3 в макромолекулах каучука расположены не беспорядочно, а по одну и ту же сторону двойной связи в каждом звене, то есть находятся в цис-положении.

  • рабочий диапазон температур: от −55 °C до +80 °C; низкая температура стеклования (около −70ºС);
  • кристаллизация при растяжении или при охлаждении: полупериод кристаллизации нерастянутого каучука СКИ-3 — более 20 ч. Способность СКИ кристаллизоваться при растяжении и гибкость его макромолекул обусловливают высокую эластичность и прочность ненаполненных и наполненных резин на его основе, а также хорошие динамические свойства. Наименьшее относительное удлинение, при котором наблюдается образование кристаллической фазы при 20 °C, составляет для резин на его основе 300—400 %;
  • отличная эластичность по отскоку;
  • очень хорошая прочность на раздир и истирание, прочность на разрыв;
  • хорошая электроизоляционная стойкость;
  • растворимость = 16,8 (МДж/м³); хорошая водостойкость.
  • Каучуки выпускают с заданной вязкостью. При переработке необходимо строго соблюдать температурные режимы смешения, разогрева и формования.

Реакции поликонденсации

Реакции поликонденсации — это реакции образования полимеров из мономеров, в ходе которых, помимо полимера, побочно образуется также низкомолекулярное вещество (чаще всего вода).

В реакции поликонденсации вступают соединения, в состав молекул которых входят какие-либо функциональные группы. При этом реакции поликонденсации по тому, один используется мономер или больше, аналогично реакциям полимеризации делятся на реакции гомополиконденсации и сополиконденсации.

К реакциям гомополиконденсации относятся:

* образование (в природе) молекул полисахарида (крахмала, целлюлозы) из молекул глюкозы:

* реакция образования капрона из ε-аминокапроновой кислоты:

К реакциям сополиконденсации относятся:

* реакция образования фенолформальдегидной смолы:

* реакция образования лавсана (полиэфирного волокна):

Недостатки [ | код ]

Плохая стойкость к высокой температуре, озону и солнечному свету.

Очень низкая стойкость к маслам, бензинам и углеродным растворителям.

Основным недостатком СКИ, связанным с особенностями молекулярной структуры и ММР, является пониженная когезионная прочность резиновых смесей на их основе (пониженная скоростью кристаллизации синтетического полиизопрена, отсутствие в макромолекулах функциональных полярных групп). При сборке неформовых, клееных и других изделий возникают затруднения, связанные с повышенной липкостью смесей и полуфабрикатов, недостаточной каркасностью, текучестью при транспортировке и хранении.

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 5 с углубленным изучением химии и биологии города Старая Русса Новгородской области Учебная исследовательская работа по химии Тема: Получение каучука и исследование его свойств Выполнила: Романова Надежда, ученица 10Ю класса Руководитель: Григорьева Наталья Геннадьевна, учитель химии

Цель работы: исследовать свойства натурального каучука Задачи: — изучить вопрос о составе, строении и свойствах каучука, используя теоретические материалы; — экспериментально выяснить, имеет ли натуральный каучук и полученный из него мономер непредельное строение; — исследовать физические и химические свойства продукта; — обобщить полученные сведения в учебной исследовательской работе. Гипотеза исследования: если получить продукт из млечного сока комнатного фикуса, то данный продукт будет обладать всеми свойствами натурального каучука. Объект: натуральный каучук. Предмет: получение каучука из растительного сырья и исследование его свойств. Методы: эксперимент, наблюдение, сравнение, анализ результатов.

Каучук — натуральный или синтетический полимерный материал , который характеризуется водонепроницаемостью, электроизоляционными свойствами и отличной эластичностью. Натуральный каучук получают из растительного сырья.

Читайте также  Масло в бензин

Состав, строение, свойства натурального каучука В химическом отношении чистый натуральный каучук представляет собой высокомолекулярное соединение, имеющее состав (С 5 Н 8 ) n . Основной группировкой молекулы является изопреновая группа. Более тысячи таких групп определяют важнейшие физические и химические свойства, в частности эластичность. Ценным свойством натурального каучука является водо – и газонепроницаемость, кроме того, он является хорошим изолятором.

Важнейшие виды синтетических каучуков Название Исходный мономер Формула каучука Свойства, применение Бутадиеновый CH 2 =CH-CH=CH 2 бутадиен -1,3 Водо- и газонепроницаемость. По эластичности уступает природному каучуку. В производстве кабелей, обуви, принадлежностей быта Дивиниловый CH 2 =CH-CH=CH 2 бутадиен -1,3 ( — CH2=CH-CH=CH2- )n регулярное строение По износоустойчивости и эластичности превосходит природный каучук. В производстве шин. Изопреновый CH 2 = C — CH = CH 2 │ CH 3 2-метилбутадиен-1,3 По эластичности и износоустойчивости сходен с природным каучуком. В производстве шин

Важнейшие виды синтетических каучуков Название Исходный мономер Формула каучука Свойства, применение Хлоропреновый CH 2 = C — CH = CH 2 │ Cl 2-хлорбутадиен-1,3 Устойчив к воздействиям высоких температур, бензинов и масел. В производстве кабелей, трубопроводов для перекачки бензина, нефти. Бутадиен-стирольный CH 2 =CH-CH=CH 2 бутадиен -1,3 и C 6 H 5 — CH = CH 2 стирол Характерна газонепроницаемость, но недостаточная жароустойчивость. В производстве лент для транспортёров, автокамер

П рактическая часть Эксперимент №1. Получение каучука из листьев фикуса ЦЕЛЬ: собрать млечный сок из фикуса, выделить из него каучук в виде хлопьев, доказать ненасыщенность и эластичность выделенного материала. Эксперимент №2. Непредельный характер каучука ЦЕЛЬ: доказать с помощью качественных реакций ненасыщенный характер полимерной цепи каучука. Эксперимент №3. Разложение каучука ЦЕЛЬ: доказать непредельный характер продукта разложения каучука—изопрена.

Эксперимент №4. Отношение каучука к растворителям ЦЕЛЬ: сравнить растворимость каучука в различных органических растворителях. Эксперимент №5. Эластичность каучука и его отношение к нагреванию. ЦЕЛЬ: испытать механические свойства каучука и его отношение к нагреванию и охлаждению. Эксперимент №6 . Получение резины и изучение ее механических свойств ЦЕЛЬ: испытать механические свойства резины и ее отношение к нагреванию и охлаждению.

Фото исследований 1. Фикус

2. Получение млечного сока

3. Подтверждение непредельного характера

4. Разложение каучука

Испытание механических свойств

Испытание механических свойств Условия Длина полоски Каучук Резина При комнатной температуре до воздействия 1 см 1см при растяжении 1,8 см 1,5 см после воздействия 1 см 1 см При нагревании до +80◦С до воздействия 1 см 1 см при растяжении 6 см 1,6 см после воздействия 5,4 см 1 см При охлаждении до –10◦С до воздействия 1 см 1 см при растяжении – 1,5 см после воздействия – 1 см

Заключение Изучив материал о полимерных изделиях, я выяснила, что значение натурального каучука очень велико. Каучук используется в производстве автомобильных, авиационных изделий, также в производстве изделий широкого потребления (обувь, спортивные товары, игрушки). При исследовании свойств натурального каучука я пришла к выводу, что он имеет кратные связи в полимерной цепи. Так же я ознакомилась с растениями каучуконосами и способом получения из них натурального каучука. Продолжила развивать теоретические и практические умения. Таким образом, полученный мною каучук обладает всеми свойствами, характерными для натуральных каучуков, значит, я подтвердила гипотезу своего исследования. Проведенная работа поможет мне в дальнейшем изучении органической химии и особенностей полимерных материалов.

Биология

Современные учёные обнаружили, что пары изопрена выделяют в атмосферу почти все растения. Мировой объём фитогенного изопрена приблизительно оценивают в (180-450) . 10 12 граммов углерода в год. Этот процесс ускоряется, если температура воздуха приближается к тридцати градусам по Цельсию, а также если высока интенсивность солнечного излучения в то время как фотосинтез уже насыщен полностью. Биосинтез изопрена ингибирован фосмидомицином и соединениями целого ряда статинов. Зачем растения делают это — до конца не выяснено. Возможно, изопрен даёт им дополнительную устойчивость к перегреванию. Помимо этого, он является уловителем радикалов, значит, может защищать растения от активных форм кислорода и от воздействия озона.

Также учёные предполагают, что синтез изопрена заставляет постоянно затрачивать молекулы НАДФН и АТФ, которые растение нарабатывает во время фотосинтеза. Значит, выделение изопрена предохраняет от фотоокислительного разрушения и перевосстановления, если освещение чрезмерно. Недостаток у этого механизма защиты может быть один: углерод, который с таким трудом добывается в процессе фотосинтеза, тратится на выделение изопрена. На растениях учёные не остановились и выяснили, что человеческий организм тоже умеет вырабатывать диеновые углеводороды, и изопрен среди них встречается наиболее часто.