Как получить бутадиеновый каучук составьте уравнение полимеризации его производства

Химической промышленностью в наше время производится несколько видов каучуков. Одним из самых востребованных при этом является бутадиеновый. Каучук этой разновидности имеет множество достоинств. Но конечно, есть у него и некоторые недостатки.

Видео:10 класс § 32 "Полимеризация. Каучук. Резина"Скачать

Немного истории

Натуральный каучук в Европу, как известно, был привезен из Америки Христофором Колумбом. Обнаружил это интересное вещество великий мореплаватель на острове Гаити. Местные индейцы делали из него плотные мячи для игр.

В первое время каучук в Европе, к сожалению, никого особо не заинтересовал. Однако позднее это вещество стало применяться довольно-таки широко. К примеру, во Франции из него делали подтяжки для штанов. В Англии с использованием каучука шили водонепроницаемые пальто.

В 1839 г. американский исследователь Чарльз Гурдер впервые сделал из этого материала резину. Хотя до этого изобретатель и пытался найти новые методы использования каучука, получилось у него это совершенно случайно. Однажды Гурдер чисто механически положил пластинку исследуемого материала на печку поверх уже находившегося там куска серы. Так впервые и получился материал с интересными свойствами, в последующем названный резиной.

Видео:Каучуки: бутадиеновый, изопреновый, хлоропреновый. ЕГЭ по химииСкачать

Необходимость синтезирования каучука

Добывают каучук в Америке из дерева гевеи. В Европе и России эта тропическая культура, к сожалению, не растет. Природных источников получения резины в Северном полушарии попросту нет. Именно поэтому в конце XIX — начале XX века в России и Европе встала острая потребность синтеза искусственного каучука для получения резины, которая к тому времени уже была широко распространена и использовалась повсеместно.

Видео:Как написать уравнения реакции полимеризации?Скачать

Виды искусственного каучука

Со временем было создано множество технологий получения этого нужного материала. Видов каучука на настоящий момент существует несколько. К примеру, химической промышленностью выпускаются такие его типы, как винилпиридиновый, фторсодержащий, вспененный, кремнийорганический. Но наиболее востребованным является все же бутадиеновый. Каучук именно этой разновидности и был когда-то впервые получен искусственно (в 1932 году группой инженеров под руководством А. Лебедева).

Видео:Реакция полимеризации. 1 часть. 11 класс.Скачать

Как делают

Гевей в нашей стране нет. Однако для получения синтетического каучука также используются природные материалы. В основном это зерно и картофель. Сбраживая эти с/х продукты, получают этиловый спирт. Последний служит исходным сырьем при производстве такого вещества, как бутадиен-1.3. Для получения каучука этот компонент подвергают полимеризации.

Видео:78. Что такое реакции полимеризацииСкачать

Исходное вещество

Представляет собой 1.3-бутадиен бесцветный газ, формула которого выглядит следующим образом: СН2=СН—СН=СН2. По-другому его называют дивинил. По сути, бутадиен-1.3 — это ненасыщенный углеводород, представитель группы диеновых. Характерной особенностью этого газа, помимо всего прочего, является очень неприятный запах.

Полимеризация бутадиена для получения собственно каучука производится на стереоскопических катализаторах. Сама реакция протекает с присоединением молекул друг с другом в 1,4 или 1,2 положении.

Видео:Реакция на результаты ЕГЭ 2022 по русскому языкуСкачать

Физические характеристики

Для синтеза конечного продукта применяют обычно содержащий более 99% основного вещества бутадиен. Бутадиеновый каучук же отличается такими техническими характеристиками:

вязкость по Муни — 30-35;

температура вулканизации — 140-160 С;

плотность — 900-920 кг/м;

основной агент вулканизации — сера;

наполнители при вулканизации — технический углерод;

пластификаторы — минеральные масла.

Видео:Степень полимеризации. Решение задач. Ч.1.Скачать

Разновидности

Подразделяется бутадиеновый каучук на два основных типа:

Первую разновидность материала выпускают в виде брикетов. Получают стереорегуляторные каучуки:

с помощью катализаторов Циглера-Натта (никелевого, кобальтового и титанового типов);

В молекулах таких каучуков имеется не менее 85% мономерных групп. Нестереорегуляторные материалы делают в присутствии щелочных металлов. Чаще всего это металлический натрий. Именно такой материал (СКВ) и был получен когда-то впервые А. Лебедевым.

Видео:Химия 10 класс (Урок№16 - Натуральный каучук. Синтетические каучуки.)Скачать

Бутадиеновый каучук: формула

Получать этот материал можно, таким образом, с использованием разных катализаторов. Формула бутадиенового каучука выглядит в любом случае следующим образом:

nCH 2 = СН – СН = CH 2 ® (– СН 2 – СН = СН – СН 2 – ) n, где n может принимать значения в несколько тысяч.

Видео:Натуральный каучук. Синтетические каучукиСкачать

Способ получения нестереорегуляторного каучука СКВ

Изготавливают такой материал, как уже упоминалось, путем полимеризации бутадиена в присутствии металлического натрия. Длится эта процедура несколько часов при давлении в 0.9 МПа и температуре 50-60 С.

Улучшают свойства полученного каучука путем дополнительной обработки в вакуумсмесителе для удаления летучих веществ. Далее к материалу добавляют стеариновую кислоту и противостаритель. На заключительном этапе каучук обрабатывают на рафинировочных пальцах. Это позволяет придать материалу большую однородность и очистить его от разного рода жестких ненужных включений.

В зависимости от того, какой будет выбран зазор на рафинированных пальцах, можно получить брикетированный или вальцованный каучук. Упаковывают полученный материал в прорезиненные мешки. Иногда последние также пропитывают нитролаком.

Видео:Степень полимеризации. Решение задач. Часть 2.Скачать

Как маркируется СКВ

Итак, как получить бутадиеновый каучук нестереорегуляторный, мы выяснили. Теперь давайте посмотрим, как маркируется эта разновидность материала. Пластичность получаемого методом полимеризации нестереорегуляторного каучука СКВ может варьироваться в пределах 0.1-0.66. Исходя из этого, и маркируется материал. К примеру, каучук 40 будет иметь пластичность 0.36-0.4. Также маркировка материала содержит такие сведения, как:

использованный способ полимеризации;

Буквы в маркировке материала обозначают:

с — стрежневая полимеризация;

к — брикетированный материал;

Из каучука СКВ, маркированного буквой «д», получают резины с повышенными диэлектрическими свойствами. Материал, на этикетке которого присутствует «э», предназначен для изготовления баллонных и эбонитовых изделий. Буква «щ» в маркировке каучука означает то, что его можно использовать для изготовления резины, соприкасающейся с пищевыми продуктами.

Видео:Полимеризация и поликонденсация | Химия ЕГЭ с Юлией ВишневскойСкачать

Синтез стереорегуляторного материала

Изначально разновидность СКВ использовалась очень широко. Однако с изобретением технологии изготовления стереорегуляторного каучука, применение ее значительно сократилось. Дело в том, что стереорегулятрный бутадиеновый каучук отличается большей эластичностью и имеет лучшие технические характеристики.

Совершенствование процессов изготовления материала привело к получению новых его форм с улучшенными свойствами. Стереорегуляторный бутадиеновый каучук — полимер, изготавливать который можно с использованием комплексных катализаторов (СКД) или литиевых (СКДЛ).

Делают такие материалы по непрерывной схеме и с минимальными затратами ручного труда. При производстве наиболее распространенной разновидности СКД полимеризация производится в специальной батарее в присутствии комплексного катализатора при температуре 25-30 С и давлении 1 МПа. Общее время изготовления каучука этой разновидности составляет 4-8 часов.

На одном из этапов материал дополнительно обрабатывается в вакуумоиспарителе. Здесь к полимеризату добавляется антиоксидант. Далее материал проходит процедуру водной дегазации. Остатки растворителя от каучука отделяют путем обработки паром.

Поставляются на рынок стереорегуляторные бутадиеновые каучуки обычно в брикетах по 30 кг, завернутых в полиэтиленовую пленку.

Видео:Видео №3. Как составить изомерыСкачать

Сферы использования

Таким образом, имеет очень даже хорошие бутадиеновый каучук свойства. И применение его поэтому оправдано при изготовлении самой разной эластичной продукции. Каучуки нестереорегуляторные бутадиеновые чаще всего используются при производстве:

резин пищевых, морозостойких, кислотощелочестойких;

эбонитовых и асбестовых изделий.

Стереорегуляторные материалы этого типа используют при изготовлении:

шин для автомобилей;

подошв обуви и перчаток;

транспортерных лент для элеваторов, предприятий легкой и тяжелой промышленности;

изоляторов для электрических проводов и кабелей;

резиновых изделий с высокой динамичной износостойкостью;

К безусловным преимуществам этого каучука относят его нетоксичность и отсутствие неприятного запаха. Поэтому очень часто такой материал применяют также для изготовления изделий, используемых в медицине и пищевой промышленности.

Видео:ЭТОТ метод поможет на уроках ХИМИИ / Химия 9 классСкачать

Как получают резину

Чаще всего для производства этого материала используются стереорегуляторные каучуки. Для получения резины в них добавляют обычно, как уже упоминалось, технический углерод. Изготавливается резина методом вулканизации. Бутадиеновый каучук, формула которого была представлена выше, в сравнении с некоторыми другими разновидностями, имеет ряд недостатков:

низкую когезионную прочность;

плохую адгезию к металлу.

Резиновые смеси на их основе дают сильную усадку. Поэтому в процессе производства такой материал часто смешивают с изопреновыми, стирольными и другими видами каучуков.

Видео:Все темы из задания №25 | Химия ЕГЭ 2023 | УмскулСкачать

Список тематических статей

Бутадиеновые каучуки

Видео:Как решать 1 задание из ЕГЭ по химии "Электронная конфигурация атома"Скачать

Понятие и химическая природа

Также к бутадиеновым каучукам (БК) относят высокомолекулярные соединения, имеющие следующие наименования, торговые марки и аббревиатуры: акрилодивиниловые каучуки, полибутадиены, СКД, СКДЛ и прочие обозначения полимера 1,3-бутадиена. По химической природе такие каучуки являются именно полимерами, мономером которых служит бутадиен.

Самые распространенные и наиболее используемые бутадиеновые каучуки стерео-регулярного строения макромолекул, они синтезируются в растворе по каталитическому механизму с участием катализаторов Циглера-Натта, также возможно применение литий-органических катализаторов.

Знаменитый каучук СКВ, который был впервые в мире получен в 1932 году советским химиком Лебедевым производился из этилового спирта по технологии основанном на использовании металлического натрия в качестве катализатора. В современной промышленности производство по этому методу уступило место более современным и эффективным технологиям.

Средняя молекулярная масса современных бутадиеновых каучуков колеблется от 40 до 250 тысяч атомных единиц.

Видео:4.3. Алкадиены (диены): Химические свойства. ЕГЭ по химииСкачать

Получение

Бутадиеновый каучук получают путем реакции полимеризации бутадиен в растворе органического соединения, например толуола, олефинов и т.д. Бутадиен полимеризуются по непрерывной технологии в цепи следующих друг за другом связанных между собой реакторов в течение нескольких часов. Примерно 90% мономера превращается в итоге в полимер.

Рис.1. Схема синтеза

После того, как реакция синтеза обрывается, проводят дезактивации катализатора, внесение в систему антиоксидантов и промывку полученного полимерного раствора. После этого готовый каучук выделяют из реакционной смеси, отделяют от воды, сушат, нарезают в брикеты и пакуют.

Отметим, что в еще растворенный каучук можно внести масла и дисперсию техуглерода. Это бывает нужно для улучшения тех или иных технологических свойств продукта.

Видео:11 класс. Химия. Синтез каучука. 15.05.2020.Скачать

Свойства каучука и получаемых из него резин

Бутадиеновые каучуки растворяются в ароматических и алифатических углеводородах, их хлорпроизводных, циклогексане. Плотность БК обычно равна от 900 до 920 кг/куб. м.

Химические свойства бутадиеновых каучуков по большей части обусловлены наличием двойных связей в цепи. Они реагируют с галогенами: бромом, хлором, кроме того, с веществами, имеющими достаточно свободных галогенных атомов.

Также бутадиеновые каучуки могут быть подвергнуты гидрированию водородом, растворенным в углеводородах, при условии нахождения в среде комплексных катализаторов. Каучуки могут присоединять тиолы, реагировать по механизмам эпоксидирования, циклизации и др.

Вулканизируются бутадиеновые, как и многие другие, каучуки в основном при помощи элементарной серы, кроме нее возможно использование тетраметилтиурамдисульфида, органических перекисей и некоторых термореактивных смол. Наполняют получившуюся резину техническим углеродом, высокодисперсным оксидом кремния, мелом или каолином. Пластифицируют резины минеральными маслами в композиции с углеводородами различных типов.

Главным преимуществом вулканизатов или резин из бутадиеновых и некоторых других типов каучуков обладают именно стереорегулярные каучуки – это отличные эластические и износостойкие свойства.

Наилучшие комплексы полезных свойств получаются в случае применения композиций бутадиеновых и прочих каучуков с последующей вулканизацией смесей. Так можно добиться повышенных прочностных характеристик, сопротивления раздиру, отличных эластических характеристик и износостойкости.

Вулканизаты таких каучуков обладают хорошей газопроницаемостью. Морозостойкость таких вулканизатов зависит от их способности кристаллизоваться при понижении температуры. Существуют специальные способы улучшения показателя морозостойкости.

Видео:Химия, 11-й класс, БутадиенСкачать

Применение

Вулканизаты бутадиеновых каучуков являются резинами общего назначения, из которых налажено массовое производство шин, резино-технических изделий, обувных компонентов, изоляции проводов и кабелей и т.п. Интересно использование БК при выпуске ударопрочного полистирола для дальнейшей переработки в пластмассовые изделия.

Некоторые марки бутадиенового каучука подходят для производства антифрикционных деталей, напольных покрытий, товаров для дома и т.д.

Видео:Получение искуственного шелка - интересная полимерная реакция!Скачать

Как получить бутадиеновый каучук составьте уравнение полимеризации его производства

ООО «ДомРезин»
тел.: +7 (812) 953-52-84
E-mail: domrezin@inbox.ru
г. Санкт-Петербург

Видео:№25 В ЕГЭ по химии. Производство. Полимеры. Пластмассы, волокна, каучуки. Применение веществ.Скачать

БУТАДИЕНОВЫЕ КАУЧУКИ

Бутадиеновые каучуки получают полимеризацией бутадиена в присутствии различных катализаторов. В зависимости от типа применяемых катализаторов и способа полимеризации получаются каучуки с разной микроструктурой и техническими свойствами.

Все бутадиеновые каучуки подразделяются на:

К стереорегулярным относятся каучуки, в молекулах которых не меньше 85% мономерных групп. К ним относятся бутадиеновые каучуки, получае­мые с помощью комплексных катализаторов Циглера-Натта ко­бальтового, никелевого и титанового типов, а также каучук, полу­чаемой с помощью литий-органического катализатора.

К бутадиеновым и эмульсионным каучуком нестереорегулярного строения относятся каучуки, получаемые в присутствии щелочных металлов.

Нестереорегулярные бутадиеновые каучуки

Нестсреорегулярный и натрий-бутадиеновый каучук (СКВ), по­лучаемый по способу С. В. Лебедева, является первым синтетиче­ским каучуком, производство которого было организовано в круп­ных масштабах в нашей стране. Долгое время он был основным каучуком общего назначения и вместе с натуральным применялся при изготовлении разнообразных резиновых изделий.

СКВ получают полимеризацией бутадиена в массе в присутст­вии металлического натрия. Полимеризация длится несколько де­сятков часов при температуре 50-60 о С и максимальном давлении в полимери­заторе 0,9 МПа.

Цвет СКВ— желтый с зеленоватым или коричневатым оттен­ком; по степени полимеризации и пластичности каучук неодноро­ден, легко окисляется, содержит примеси летучих веществ, а также металлического натрия и его соединений.

Для улучшения технических свойств каучука его обрабатывают в вакуумсмесителе с целью удаления летучих веществ. Затем к нему добавляют противостаритель и стеариновую кислоту. Далее каучук обрабатывают на рафинировочных пальцах для очистки от жестких включений и придания ему большей однород­ности.

На рафинировочных вальцах каучук обрабатывается в зазоре между вращающимися валками и выходит из зазора в виде тон­кого листа.

Для удаления из общей массы каучука мелких жестких частиц каучука с высокой степенью полимеризации, называемых хрящами, валки рафинировочных вальцов имеют слегка бочкообразную фор­му т. е. имеют бомбировку. При обработке каучука жесткие вклю­чения оттесняются к краю валков, отделяются от основной массы каучука и в виде кромки снимаются с краев валка с помощью специальных кромочных ножен. Так получается рафинированный каучук.

При обработке каучука на рафинировочных вальцах с зазором между валками больше 0,1 мм получают брекированный каучук, а при еще большем зазоре -вальцованный каучук.

СКВ упаковывают в мешки, пропитанные нитролаком, или в прорезиненные мешки.

В зависимости от способа полимеризации выпускают СКВ двух типов: стержневой и бесстержневой, пластичность получаемых каучуков находится в пределах от 0,1 до 0,66.

Марки каучука обозначают числом, соответствующим пластич­ности. Например, пластичность каучука марки 40 составляет 0,36—0.40.

Для обозначении способа полимеризации, метода обработки, содержания мягчителей и назначения каучука к числовому обо­значению марки каучука прибавляется буквы.

Буквы, стоящие за числовым обозначением марки каучука, оз­начают:

с — стержневои полимеризации,

б — бесстержневой полимеризации,

д — предназначенный для резин с повышенными ди­электрическими свойствами,

э — предназначенный для эбонитовых и баллонных изделий,

щ — для резиновых изделий, соприкасаю­щихся с пищевыми продуктами.

Каталитической полимеризацией бутадиена в присутствии ка­лия получают каучук СКВ, отличающийся повышенной морозо­стойкостью.

Полимеризацией бутадиена бесстержневым способом в присут­ствии лития в качестве катализатора получают каучук СКБМ. Этот каучук обладает еще более высокой морозостойкостью, чем СКВ.

Применение. В связи с производством стереорегулярных бута­диеновых каучуков СКБ потерял свое техническое значение, при­менение его значительно сократилось по сравнению с другими каучуками. Причина этого состоит в том, что стереорегулярные бутадиенииые каучуки имеют более ценные технические свойства, они в большей степени отвечают современным требованиям резинового производства, получаются по непрерывной схеме при меньших за­тратах ручного труда.

В настоящее время СКБ, СКВ, СКБМ применяются как

специального назначения и используются при изготовлении некоторых пищевых, морозостойких, кислотощелочестоиких ре­зин, а также эбонитовых и асбестовых изделий. В дальнейшем предполагается заменить их в производите этих изделий на бу­тадиеновые каучуки типа СКБС (линейной структуры) и СКБСР (разветвленной структуры), ко­торые получаются более совершенной растворной полимеризацией. Их вулканизаты отличаются высокой стойкостью к термоокислительной деструкцией к тепловому старению и по комплексу физикомеханических свойств близки к резинам из СКБ.

Стереорегулярные бутадиеновые каучуки

Стереорегулярные бутадиеновые каучуки получают полимери­зацией бутадиена в растворителях в присутствии комплексного ка­тализатора.

Непрерывная полимеризация производится в батарее полимери­заторов при температурах 25—30°С и давлении до 1,0 МПа в течение 4 — 8 ч. После удаления основной массы непрореагировавшего мономера и части растворителя в вакуумиспарителе к полимеризату добавляется антиоксидант (противостаритель), затем полимеризат подвергают водной дегаза­ции. Обработкой паром отделяют растворитель от каучука, при этом удаляется большая часть оставшихся продуктов распада ка­тализатора, растворившихся в воде.

Стереорегулярные бутадиеновые каучуки выпускают в виде брикетов массой около 30 кг, завернутых в полиэтиленовую пленку и упакованных в четырехсложные бумажные мешки.

Свойства

Относительно высокая гибкость макромолекули подвижность макромалекулярных цепей СКД является причиной более низ­кой температуры стеклования по сравнению с температурой стек­ловании натурального канчуки. Температура стеклования промыш­ленного СКД находится в пределах от -105 до — 110°С с повы­шением содержания 1,4-звеньев она понижается.

Бутадиеновые каучуки при содержании более 80% цис-звеньев способны кристаллизоваться при охлаждении. Максимальная ско­рость кристаллизации СКД наблюдается при температурах от -55 до -60 о С. При уменьшении содержания цис-1,4-звеньев, молеку­лярной массы каучука и в результате вулканизации скорость и сте­пень кристаллизации каучуки понижаются.

Каучуки СКД разных марок отличаются вязкостью, вальцуемостью и физико-механическими свойствами вулканизатов (наполненных техническим углеродом).

Резины на основе СКД обладают рядом ценных свойств:

— повышенной износостойкостью и исключитель­но высокой морозостойкостью. Недостатком СКД является его малая когезионная прочность (прочность в невулканизированном со­стоянии) и хладотекучесть, т.е. повышенная текучесть при нормальной температуре и сравнительно малых нагрузках, что за­трудняет получение и хранение каучука и резиновых смесей на его основе. Кроме того, резиновые смеси на оспине СКД обладают пло­хими технологическими свойствами из-за узкого ММР, низкой ад­гезии к металлу и высокой эластической восстанавливаемости, осо­бенно при повышенных температурах.

На свойства СКД, как и свойства других каучуков, большое влияние оказывают параметры молекулярной структуры:

С увеличением молекулярной массы каучука жесткость и вязкость повышаются, а пластичность и вальцуемость ухудшаются. Одновременно повышаются условное напряжение резин (при удлинении 300%), прочность при растяжении, эла­стичность по отскоку и снижаются относительное и остаточное уд­линение, истираемость, теплообразование и сопротивление разра­станию пореза.

Молекулярная масса, разветвленность полимерных цепей промышленного СКД колеблются в узких пределах, в то же время ММР в зависимости от степени регулирования может ме­няться весьма существенно. С увеличением полидисперсности кау­чука заметно снижаются напряжение при 300%-ном удлинении, прочность при растяжении, твердость и эластичность по отскоку наполненных резин, что объясняется уменьшением густоты вулканизационной сетки, а относительное удлинение, теплообразование при многократном сжатии и истираемость возрастают.

В то же время с увеличением полидисперсности каучука улуч­шаются технологические свойства саженаполненных смесей, умень­шается продолжительность их изготовления, температура смеше­ния и вязкость резиновых смесей. Когезионная прочность каучука мало зависит от ММР и в основном определяется молеку­лярной массой.

Бутадиеновые каучуки хорошо растворяются в ароматических и хлорсодержащих углеводородах, бензине и циклогексане, хуже растворяются в ароматических углеводородах. Резины на их основе имеют низкую стойкость к действию масел, растворителей и топлив.

Эти каучуки и резины на их основе благодаря подвижности звеньев обладают несколько большей газопроницаемостью по сравнению с натуральном и бутадиен-стирольными каучуками.

По стойкости к тепловому старению резины на основе СКД уступают резинам на основе бутадиенстирольного каучука, но превосходят резины на основе натурального каучука, они отли­чаются также хорошей эластичностью, усталостной выносливостью и малым теплообразованием при многократных деформациях. Но износостойкости резины на основе СКД превосходит резины на основе других каучуков общего назначения благодаря большему взаимодействию каучука с активными наполнителями и понижен­ному коэффициенту трения.

СКД практически не пластицируются. Эффективность пластика­ции при обработке на промышленном оборудовании незначительна. При более высоких температурах эффект пластикации значительно возрастает, одновременно наблю­дается структурирование каучука.

Применение

СКД обычно применяют в сочетании с другими изопреновым синтетическим каучуком, натуральным, а также бутадиен- стирольными каучуками, которые улучшают тех­нологические свойства резиновых смесей, предназначенных для изготовления шин, транспортерных лепт, изоляции электрических ка­белей, морозостойких изделий, изделий с высокой динамической выносливостью и износостойкость и др.

Бутадиеновый каучук марки СКД-ЛР получают полимериза­цией в растворе в присутствии литиевого катализатора, в него вво­дят нетемнеющий противостаритель. Он обладает хорошей морозо­стойкостью, нетоксичен, не имеет неприятного запаха и поэтому ис­пользуется для изделий, применяемых в пищевой промышленности, медицине, санитарии.