Каучук табиғаты, шығу тарихы , құрылысы

Кіріспе

 

Бүгінгі таңда халық шаруашылығы мен өнеркәсіптің барлық салаларында қолданыс тапқан каучук және оның өдірістерінің өндіріс дамыту ең  өзекті мәселелердің бірі болып саналады.

Синтетикалық каучукты алуда мұнай газдары құрамындағы көмірсутектер мен мұнайды өндеудің өнімдерін қолданылады. Қазақстанда каучук алудың тәсілдері жетілдіруді қажет етеді.

Синтетикалық каучук өндірісінде алғы шарт ретінде оның физикалық қасиеттері қасиеттері: суға, қышқылға, органикалық еріткіштерге төзімділгі және жоғары температураға шыдамдылығы ескеріледі.

Каучуктен соңғы кезде алынатын резина өнімдері көп қолданыс тапқан. Автомобиль шиналары, камералары, тұрмыста қолданылатын резина заттары өндірісінде жасалатын химиялық анализде, олардың көмегімен сапалық қасиеттерін анықтап отырады.

Каучук өндірісінде екі проблема қарастырылады , олар:

Белгілі қасиеті бар, арзан каучук алу технологиясын жасау;

Каучук алу барысында жасалған химиялық зерттеулерді жетілдіріп, экспресті, арзан, дәл анықтау тәсілдерін жасау.

Курстық жұмыстың өзектілігі: Қазіргі кезде резиналық бұйымдардың маңызы зор болғандықтан, осы курстық жобаның тақырыбы каучуктен резина алу болып табылады.

Курстық жұмыстың мақсаты:  Каучукты резиналық бұйымдарға өндеуді зерттеу.

Курстық жұмыстың міндеттері:

1. Каучук туралы жалпы мәліметті меңгеру
2. Каучукті резиналық бұйымдарға өндеу әдістемесін меңгеру
3. Әдістеме бойынша тәжірибе жұмыстарын орындау.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Әдеби шолу

 

1.1 Каучук   табиғаты, шығу тарихы , құрылысы.

 

Каучук – жоғары молекулалық қосылыс болып табылады. Табиғат пайда болғанына қанша болса, каучук та сонша уақыт бар деуге болады. Ертедегі каучукті ағаштардың табылуына байланысты ең ежелгі каучук осыдан шамамен 3 миллион жыл бұрын пайда болды деген болжам бар. Ең алған рет Оңтүстік Америкада аяқ киімді және басқа да үй тұрмысындағы бұйымдарды малындыру үшін каучукті өсімдіктердің сүттіген шырыны түрінде каучукті пайдалану жөніндегі мәліметтер XVI ғасырға жатады.

Табиғи каучуктің өнеркәсіптік қолданылуы Европада тек XIX ғасырдың алғашқы жартысында басталды. Алдымен каучуктердің органикалық еріткіштердігі ерітінділерін қолдана отырып резиналанған маталар дайындалды. Дегенмен беріктігі мен ұзақ мерзімділігі жағынан мұндай бұйымдар іс жүзінде тиімсіз болды. Тек 1839 жылы шикі каучукті күкірт қоса қыздыру арқылы негізгі кемшіліктерін жою тәсілі – вулкандау процесі ашылған соң, барлық елдерде өнеркәсіптік бұйымдар шығару үшін каучукті қолдану бірден өсе түсті.

Ресейде резина өнеркәсібі вулкандау процесі ашылғанға дейін пайда болды. 1832-1860 жылдар аралығында бірнеше фабрика ғана жұмыс істеді, ал 80 жылдарда бірқатар ірі резина зауыттары салына бастады: «Проводник»,

«Треугольник», «каучук», «Богатырь» және т. Б.Бұл зауыттарда шикізат ретінде импорттық табиғи каучуктер қолданылды.

Октябрь революциясынан кейін біздің елімізде резина өнеркәсібі үшін өз шикізат базамызды жасау мәселесі тұрды. Осыған байланысты 1926 жылы синтетикалық каучукті алудың ең жақсы тәсілін жасауға бәйге жарияланды. Бәйгеге ұсынылған ұсыныстардың тек біреуі ғана сыйлыққа ие болды. Бұл С.В.Лебедевтің ұсынысы еді – катализатор қолдана отырып бір сатымен спирттен бутадиенді алудің таңғажайвп тәсілі. Бутадиен металдық натриймен полимерленіп каучукке айналды (натрий бутадиенді каучук СКБ). Совет Одағында Лебедев С.В әдісімен өнеркәсіптік көлемде синтетикалық каучук алу 1932 жылдан басталды.

1811 жылы Венада, ал 1823 жылы  Глазгода ең алғаш резинадан  жасалған заттар шығаратын фабрика  іске қосылды. Инженер К.Макинтош  каучукты ерітіп онымен плащтар  мен сумкаларды малды, бірақ ол  суықта морт сынғыш, ал ыстықта  жапысқақ болды.

Ең алғаш табиғи каучукпен еуропалықтар шамамен 500 жыл бұрын танысқан, ал АҚШ-та 1830-жылдары үндістер жасаған аяқ киімдер қолданысқа ие болды. 1839-жылы Американдық  ойшы Чарльз Гудьир каучкты күкүртпен қыздырғанда оның қасиетін өзгертуге болатынын анықтады. Ол каучуктан жасалған затқа күкірт жағып пештің үстіне қойды. Біраз уақыт өткеннен соң ол теріге ұқсас материал резинаны алды. Бұл процес вулканизация деп аталды. Резинаның ашылуы көптеген заттардың пайда болуына алып келді.1919 жылы резинадан жасалған зат 40000 астам болуы оның үлкен қолданысқа ие болғанын көрсетеді.

Каучук тупи гуарани тілінен: «кау» – ағаш, «учу» – жылау деген екі сөзден құралған. «Каучук» гевея ағашының шырыны, ең басты және алғашқы каучукты өсімдіктердің бірі.Еуропалықтар бұған бір әріп қосып «каучук» деп атап кеткен. Қазақстан жерінде-де құрамында каучук бар бақ-бақ, жусан секілді өсімдіктер кездестіре аламыз.

Өнеркәсіпте каучук алуда оның тек каучук жинауы ғана емес, одан бұл өнімді алуы да үлкен рөл атқарады.Оның маңыздыларының бірі Бразилиялық гевея ағашы, дүнежүзілік өндірісте 90-96%  өнім береді.

Кейбір өсімдіктердің құрамында дымқыл каучук болады, бірақ онымен бірге тазартуды қажет ететін шайыр және т.б. қоспалардан тұрады. Мұндай каучук құрамында гуттаперча болады.

Каучукті өсімдіктер экватордан 10°-тан алыс емес жерлерде өседі. Сондықтан экватор бойынша 1300км. жететін бұл сызық каучукті пояс деп аталады. Бұл жерден каучук барлық дүние бөліктеріне тасымалданады.

Ең алғаш рет француз химигі Г.Бушард 1879 ж. Каучукты синтетикалық жолмен зертханада алуды тапты.1916 ж. Германияда өндірістік көлемде 2000 тонна каучук өндірілді.Совет химигі С.В. Лебедев 1932ж каучукты синтетикалық жолмен алуды өндірісте көрсетті [1].

Құрылысы және түрлері

Натурал (табиғи) каучук НК жоғары молекулалы шексіз көмірсутек молекулаларынан тұрады және олардың көбісі екі қос байланыспен байланысқан.Мұның жалпы формуласы (С5Н8)n (n – саны 1000 – 3000 дейін жетеді) изопрен полимері болып табылады.

Табиғи каучук көбіне тропикалық аймақтарда өсетін каучукті ағаштардың шырынында болады.Ал гуттапрча бұл да изопрен полимері бірақ құрылысы өзгеше болып келеді. 

 

 

Каучуктің ұзын молекуласын қазіргі микроскоп арқылы қарауға болар еді, бірақ бұл мүмкін емес болды өйткені байланыс өте жұқа, ал оның диаметрі бір молекуланың диаметіріне сәйкес. Егер качук молекуласын шегіне дейін созсақ ол зигзаг тәрізді болады, бұл оның көміртек қаңқасымен байланысып тұрғанын байқауға болады.

   

 

 

 

 

1. Акрилат каучуктері бұл:

 

 

Синтетикалық каучуктер, акрилат каучуктерімен қанықпаған каучуктер сополимеризациясының нәтижесінде алынады.Көп қажет ететіні бұл бутилакрилат каучугімен сополимері.

Акрилат каучукгі 300-400% ұзарады, газ өтпейтін және бензин өтпейтін қасиеті бар. Акрилат каучуктері спиртте, көмірсутектерде тұрақсыз. Күн сәулесіне және озонға тұрақты. Қараңғыда көп уақыт сақтау әсерін тигізбейді. Жоғары температураға тұрақты, суыққа төзімсіз.

Акрилат каучуктері автомобиль кешенінде әр-түрлі прокладкаларда, трубкаларда, сақина нығыздағышы ретінде және т.б. қолданылады [2,3].

 

2. Бутадиен нитрильді каучук бұл:

 

 

Дивинил-нитрильді каучук, синтетикалық каучук, бутадиен мен акрилонитрилдің сополимеризациясы нәтижесі.

 

Кесте 1-  Бутадиен нитрильдік каучуктердің қасиеттері

 

Көрсеткіштер	СКН-18    (17—20)	СКН-26    (27—30)	СКН-40    (36—40)
Созылуға беріктілігі Мн/м." (кгс/см.")	25 (250)	28 (280)	30(300)
Сынғыштық температурасы, °С	—62	—54	—35
Тозуға төтеп беру, см3  (квт сағ)	330	250	200
бензин – бензолда қоспада ісіп-кебуд  (3:1), %	70	38	20

 

 

 

 

 

 

 

3.Бутадиенді каучук бұл:

 

 

 

 

1,4 конфигурациясы үшін 2 изомер түрі тән — цис-транс  

 

дивинилді каучук, бутадиен сополимеризация нәтижесі.

 

Кесте 2 – бутадиен каучуктерінің қасиеттері

 

Бутадиенді каучук көрсеткіштері	СКД*	СКВ
Созылуға беріктілігі, Мн/м2 (кгс/см2)	22 (220)	16 (160)
Соғуға майысқақтылығы, %	58	34
Суыққа төзімділік коэфф. —45°С	0,75	0,11
Тозуға төтеп беру, см3/(квт×сағ)	140	350

 

 

 

3. Бутадиен стиролді каучук бұл:

 

 

дивинил стиролды каучук, синтетикалық каучук, бутадиен мен стиролдың сополимеризация нәтижесі.

 

5. Бутилкаучук бұл:

 

 

синтетикалық каучук, изобутилен мен аз мөлшерде (1-5%) изопрен сополимеризация нәтижесі.

Синтетикалық каучуктердің маңызды түрлері.

Жоғарыда қарастырылған бутадиенді каучук 2 түрлі: стереорегулярлық және стереорегулярлық емес.Стереолегулярлы бутадиенді каучук шина өндірісінде қолданылады, ал стереолегулярлы емес бутадиенді каучук ол қышқылдық немесе сілтілік резина немесе эбонит алуда қолданылады.

Бутадиен стиролды кучук өзінің жоғарғы тозуға төтеп беру қасиетінің нәтижесінде автомобиль шинасын өндіруде, аяқ киім жасауда қолданылады.

Бутадиен нитрильді каучук өзінің бензо және майға тұрақтылығының арқасында сальник өндірісінде қолданылады.

Кремнеорганикалық каучуктер немесе силоксанды каучуктер заттарға қаптағыш ретінде қолданылады, мысалы: кабельдердің, сымдардың қан құю трубкалрының, протездердің, және т.б. қаптағышы ретінде қолданылады. Сұйық кремнеорганикалық каучуктер – герметиктер. Полиуретанды каучук резинаның беріктілігін сақтайды.

Герметиктер – майысқақ қасиеті бар электр тогын өткізбейтін заттар.    Құрамында фторы бар каучуктер температураға тұрақты, сондықтан ол 200°C температурада  нығыздағыш ретінде қолданылады.

Хлоропренді каучук - (2-хлор-1,3-бутадиен) хлоропрен полимері – қасиетінен табиғи каучукке ұқсас болып келеді. Хлоропренді каучукті резинада атмосфераға және бензо тұрақтылық қасиетін арттыру үшін қолданылады.

Синтетикалық каучук тағы бір түрі ол бейорганикалық полифосфонитрилхлорид. Полифосфонитрилхлорид, полидихлорфосфазен. Аморфты, кристалды, температураға тұрақты зат. Төменгі температурада өте майысқақ каучук алуда қолданылады [2,3].

 

 

 

 

 

1.2 Каучук қасиеттері

 

Каучук — қатты зат. Молекулалық массасы 150000—300000 шамасында. Табиғи каучуктың макромолекулалары тізбекті құрылымды, оратылып түйіншектеліп жатады.

Каучуктың аса маңызды қасиеті — оның майысқақтығы. Яғни, сыртқы күштің әсерінен каучук өзінің пішінін өзгертіп - созылып ұзарады немесе сығылып қысқарады. Сыртқы күштің әсері тоқтағаннан кейін бастапқы қалпына қайта келеді. Каучук суды, газды өткізбейді және электроқшаулағыш. Каучуктың суда ерімейтіндігін өздерің білесіңдер. Ол этил спиртінде аздап ериді, ал бензин мен хлороформ сияқты еріткіштерде әуелі ісініп, сосын ериді.

Темппература жоғарылағанда — каучук жұмсарып жабысқақ, ал температура төмендегенде — қатайып морт сынғыш болады. Ұзақ сақтағанда, каучук қатайып кетеді.

Каучуктың жоғарыда айтылған қолайсыз қасиеттерін жою үшін оны резеңкеге айналдырады. Резеңкенің иілгіш, созылғыш қасиеттері каучуктыкінен де жоғары. Оның үстіне, резеңке каучуктан гөрі берігірек және температураның ауытқуына төзімдірек болады.

Каучукты вулканизациялап (вулкандап), яғни күкірт қосып қыздырып, резеңкеге айналдырады. Ол үшін каучукке күкірт пен толықтырғыштар (күйе мен бор сияқты) қосып, 130—140°С шамасында қыздырады. Күкірт атомдары каучуктың қос байланыстарының кейбіреулері бойынша қосылып, оның сызықтық молекулаларын бір-біріне "жөрмеп" байланыстырып, полимер кеңістіктік құрылымға ие болады. Кеңістіктік полимердің қасиеттері сызықтық полимерден өзгеше. Резеңке каучукпен салыстырғанда берік болады. Каучук бензинде біртіндеп ериді, ал резеңке бензинде ерімей, тек ісінеді.

Каучукты вулканизациялағанда, оның массасының 2-3%-індей күкірт қосады. Егер күкірт резеңкеге қажетті мөлшерден көбірек қосылса, онда созылмайтын қатты зат — эбонит алынады.

Резеңкеден шиналар, шлангтер, конвейер ленталары және тұрмыста қолданылатын көптеген заттар алынады.

Табиғи каучук – аморфты, кристалды түрге айнала алатын зат.

Табиғи өңделмеген каучук – ақ немесе түссіз зат.

Суда, спиртте, ацетонда ерімейді. Ал ароматты көмірсутектерде (бензин, бензол, эфир) еріп техникада кеңінен қолданылатын коллоидты қосылыстар түзеді.

Табиғи каучуктың молекулалық құрылысы біртекті, қасиеттері қолайлы және өндіріс зауыттарында өңдеуге болатын зат.