Как получить бутадиеновый каучук составьте уравнение полимеризации его производства

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

Бутадиеновый каучук: формула, способы получения, свойства и применение

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:Как написать уравнения реакции полимеризации?Скачать

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:Степень полимеризации. Решение задач. Ч.1.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 на результаты ЕГЭ 2022 по русскому языкуСкачать

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:Реакция полимеризации. 1 часть. 11 класс.Скачать

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

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:78. Что такое реакции полимеризацииСкачать

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:Видео №3. Как составить изомерыСкачать

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:Полимеризация и поликонденсация | Химия ЕГЭ с Юлией ВишневскойСкачать

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:ЭТОТ метод поможет на уроках ХИМИИ / Химия 9 классСкачать

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:Степень полимеризации. Решение задач. Часть 2.Скачать

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

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

Список тематических статей

Бутадиеновые каучуки

Видео:11 класс. Химия. Синтез каучука. 15.05.2020.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:Как решать 1 задание из ЕГЭ по химии "Электронная конфигурация атома"Скачать

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:Химия, 11-й класс, БутадиенСкачать

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

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

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.