Kaučuks

Kaučuks

Dabiskā kaučuka fiziskās un ķīmiskās īpašības.

Dabiskais kaučuks ir amorfa viela, kas spēj kristalizēties cietā vielā.

Jēlkaučuks ir balts vai bezkrāsains ogļūdeņradis. Tas nepiebriest un nešķīst ūdenī, spirtā, acetonā un citos šķidrumos. Piebriestot un pēc tam izšķīstot eļļainajos un aromātiskajos ogļūdeņražos (benzīnā, benzolā, ēterī u.c.) un to izstrādājumos, kaučuks veido koloidālus šķīdumus, kurus plaši izmanto tehnikā.

Dabiskais kaučuks pēc savas molekulārās struktūras ir viendabīgs, tam piemīt augstas fizikālās un tehniskās īpašības, kas ļauj kaučuku apstrādāt gumijas ražošanas rūpnīcās.

Sevišķi svarīga un sp

p
pecifiska ir tāda kaučuka īpašība kā elastība (atsperība) – kaučuka spēja pieņemt sākotnējo formu, pēc tam kad uz to ir iedarbojies kāds spēks, kas deformē kaučuku. Kaučuks ir ļoti elastīga viela, kas spēj izturēt līdz pat 1000% lielu izstiepšanu vai deformāciju, kas cietiem priekšmetiem nepārsniedz 1%. Kaučuka elastība saglabājas plašās temperatūras robežās, kas arī ir tā raksturīgā īpašība. Taču ilgi uzglabājot kaučuku tas kļūst ciets.

Pie šķidra gaisa temperatūras – 195°C tas ir ciets un caurspīdīgs, pie temperatūras no 0° – 10 °C – trausls un necaurspīdīgs, pie 20 °C –
mīksts, elastīgs un puscaurspīdīgs. Saslidot kaučuku virs 50 °C – tas kļūst plastisks un lipīgs, pie temperatūras 80 °C – dabiskais kaučuks zaudē savu elastību, pie 120 °C – tas pārvēršas sveķveidīgā šķidrumā, no kura pēc tam nav iespējams iegūt sākotnējo produktu. Ja kaučuku sakarsē no 20
0
00—250 °C tad kaučuks sadalās gāzveida vielās un šķidrumos.

Kaučuks ir labs dielektriķis, tam ir zema ūdens – gāzu caurlaidība. Kaučuks nešķīst ūdenī, sarmainās un vājās skābēs, tā šķīdība etilspirtā ir samērā neliela, bet hloroformā un benzīnā tas sākumā piebriest un pēc tam izšķīst. Viegli oksidējas ar ķīmiskajiem oksidētājiem, lēnāk oksidējas ar gaisa skābekli. Kaučuka siltumvadīšanas spējas ir 100 reizes mazākas nekā tēraudam. Atdzesējot vai izstiepjot dabisko kaučuku ir novērojama tā pāreja no amorfa uz kristālisku stāvokli. Šis process nenotiek vienā mirklī, bet gan pakāpeniski. Izstiepjot kaučuku, tas sakarst uz kristalizācijas siltuma rēķina. Kaučuka kristāli ir ļoti mazi, tiem nav stingri noteiktu robežu, vai ģeometriskas formas. Pie temperatūras ap -70°C kaučuks zaudē savu elastību un pārvēršas stiklveidīgā masā. Visi kaučuki, tāpat kā daudzi po
o
olimēri, var atrasties trīs agregātstāvoļos: stiklveida, ļoti elastīgs, viskozs. Tipisikākais kaučuka agregātstāvoklis ir ļoti elastīgs. Kaučuks viegli veido ķīmiskās reakcijas ar veselu rindu vielu: ar skābekli (O2), ūdeņradi (H2), halogēniem (C12, Br2), ar sēru (S), un citiem. Īpaši labi reakcijas norit kaučuka šķīdumos, kuros kaučuks atrodas salīdzinoši lielu, koloīdu molekulu veidā. Gandrīz visas ķīmiskās reakcijas ietekmē arī kaučuka fizikālās īpašības: šķīdību, izturību, elastību u.c. Skābeklis, un īpaši ozons oksidē kaučuku jau istabas temperatūrā. Skābekļa molekulas savienojoties ar lielajām kaučuka molekulām, sa
a
adala tās sīkāk, un kaučuks kļūst trausls, zaudē savas vērtīgās īpašības. Oksidēšanās process ir kaučuka pārvērtību pamatā, kaučuka pārejā no cieta uz plastisku agregātstāvokli.

Dabiskā kaučuka sastāvs.

Dabiskais kaučuks sastāv no lielmolekulāra ogļūdeņraža, kura molekulas satur lielu daudzumu divkāršu saišu, tā sastāvs var tikt izteikts ar formulu (C5H8) (kur n lielums ir no 1000- 3000), tas ir izoprēna polimērs.

Dabiskais kaučuks ir piensulas kaučukveidīgo augu sastāvdaļa, galvenokārt tropisko augu (piemēram- brazīliešu koks- heveja). Cits dabisks produkts ir gutaperča, kas arī ir izoprēna polimērs, bet ar citu molekulu konfigurāciju.

Garo kaučuka molekulu varētu izpētīt ar mūsdienu mikroskopa palīdzību, bet tas neizdodas, jo tā ķēdīte ir pārāk smalka: tās diametrs atbilst vienas molekulas diametram. Ja makromolekulu izstiept līdz tādai robežai, tad tai būs zigzaga izskats, kas skaidrojams ar ķīmiska rakstura sakarību starp oglekļa atomiem, kas veido molekulas skeletu.

Kaučuka molekulu posmu spēja griezties ir ierobežota, tie spēj griezties tikai ap vienkāršo saiti. Siltuma posmu svārstība liek molekulai izliekties, tāpēc tās gali miera stāvoklī ir satuvināti. Kad kaučuka molekulas ir izstieptas, to gali pašķiras, un molekula orientējas uz izstiepto virzienu. Ja novērst piepūli, kas veicināja kaučuka izstiepšanu, tad tā molekulu beigas atkal satuvinās un paraugs pieņem sākotnējo formu un izmērus.

Kaučuka molekulu var iztēloties kā apaļu, nenoslēgtu atsperi, kuru var spēcīgi izstiept, sadalot tās galus. Atbrīvotā atspere atkal pieņem sākotnējo stāvokli. Daži pētnieki kaučuka molekulu iztēlojas saspringstošas spirāles veidā. Kvalitatīva analīze rāda, ka kaučuks sastāv no diviem elementiem- oglekļa un ūdeņraža, tas ir, pieder pie ogļūdeņražu klases.

Sākotnēji pieņemtā kaučuka formula bija C5H8, bet tā bija pārāk vienkārša tādai vielai kā kaučuks. Molmasas noteikšana rāda, ka tā sasniedz simt tūkstošus (150 000- 500 000). Tātad kaučuks ir dabisks polimērs.

Dabiskā kaučuka molekula sastāv no dažiem tūkstošiem izejošo ķīmisko grupu (posmu), kas ir savienotas viena ar otru un atrodas nepārtrauktā kustībā. Tāda molekula ir līdzīga samudžinātam čemuram, kurā tā diegu komponentes dažviet izveido pareizi orientētus apgabalus.

Kaučuka pamatprodukts ir ogļūdeņradis, kura molekulārā struktūra ir vienāda ar protozoja kaučuka formulu. Var uzskatīt, ka kaučuka mekromolekulas ir veidojušās no izoprēna molekulas. Eksistē līdzīgi polimēri, kuriem elastība nav tāda kā kaučukam.

Kaučuka molekulas, kaut arī ir lineāras, nevis izstieptas līnijā, bet vairākkārtīgi izliektas, it kā satītas kamoliņos. Izstiepjot kaučuku, tādas molekulas iztaisnojas, un kaučuka paraugs no tā kļūst garāks. Noņemot slodzi, siltuma kustības dēļ molekulas posmi atgriežas agrākajā stāvoklī, kaučuka izmēri saīsinās. Taču stiepjot kaučuku ar pietiekami lielu spēku, tad notiks ne tikai molekulu iztaisnošana, bet arī nobīde- kaučuka paraugs var pārtrūkt.

Dabiskais kaučuks.

Dabiskais kaučuks pastāv tik pat ilgi cik pastāv pati daba. Atrastās pārakmeņojušās kaučuka koka paliekas ir ap 3 miljonu gadu vecas. Eiropiešu pirmā saskaršanās ar dabisko kaučuku bija apmēram pirms 5 gadsimtiem, bet ASV dažādas lietas no kaučuka kļuva populāras 1830tajos gados, gumijas pudeles un apavi, ko saražoja Dienvidamerikas indiāņi, tirgoja lielos daudzumos. 1839. gadā amerikāņu izgudrotājs Čārlzs Gudjers atklāja, ka kaučuka sildīšana kopā ar sēru novērš tā nepilnības. Viņš novietoja uz krāsns gabaliņu auduma, kurš bija noklāts ar kaučuku, un kuram virsū bija uzbērta sēra kārta. Pēc kāda laika viņš ieraudzīja materiālu, kas bija līdzīgs ādai- gumiju. Šis process tika nosaukts par vulkanizāciju. Gumijas atklāšana deva ļoti lielas iespējas: ap 1919 gadu tirgū tika izlaisti vairāk nekā 40 000 gumijas izstrādājumu.

.

Sintētiskais kaučuks.

Krievijā nebija zināmi dabiskie resursi, no kuriem varētu iegūt kaučuku, bet no citām valstīm tas netika ievests. 1927. gada 30. decembrī 2 kg sintētiskā kaučuka tika iegūts polimerizācijas ceļā- 1, 3- butadiēna iedarbībā ar nātriju. Ar 1932. gadu tika uzsākta 1, 3- butadiēna ražošana, bet no 1, 3- butadiēna tika ražots kaučuks. Izejvielu sintēzei tika izmantots etilspirts. Butadiēnu attīra no nenoreaģējušā etilspirta un liela skaita blakusproduktu, un pakļauj polimerizācijai. Lai monomēra molekulas savienotos viena ar otru, tās nepieciešams iekairināt, tas ir, novest tās līdz tādam stāvoklim, kad tās kļūst spējīgas, divkāršu saišu pārraušanas rezultātā, pie savstarpējas pievienošanas. Tas nosaka enerģijas vai katalizatora izmaksu.

Sintētiskā kaučuka svarīgākie veidi.

Butadiēna kaučuks mēdz būt divu veidu: stereoregulārs,nestereoregulārs. Stereoregulāro butadiēna kaučuku izmanto galvenokārt riepu ražošanā (kuri pārspēj riepas, kas ir ražotas no dabīgā kaučuka).

Butadieēnstirola kaučuks atšķiras ar paaugstināto nodilumizturību, to pielieto riepu, konveijeru lenšu, gumijas apavu ražošanā.

Vārds „kaučuks” ir cēlies no diviem vārdiem: „kau” – koks, „uču” – tecēt, raudāt. „Kauču” – hevejas koka sula. Eiropieši šim vārdam pievienoja klāt tikai vienu burtu. Starp zālaugiem, kuri arī satur piensulu, ir tādi pazīstami augi kā: pienenes, vērmeles, dievkrēsliņi.

Ļoti liela nozīme ir lateksa kokiem, kuri ne tikai uzkrāj kaučuku lielos daudzumos, bet arī viegli spēj to atdot. Viens no svarīgākajiem šāda veida kokiem ir brazīlijas heveja (Hevea brasiliensis), kurš dod 90- 96% no kopējās dabiskā kaučuka ražošanas.

Jēlkaučuks no citu augu avotiem, parasti ir piesārņots ar dažādiem piemaisījumiem. Tāds jēlkaučuks satur gutaperču (dažu Dienvidaustrumāzijas augu sacietējusī piensula, kas līdzīga kaučukam). Kaučukaugi vislabāk aug ne tālāk par 10° no ekvatora uz ziemeļiem un dienvidiem. Tāpēc šī josla, kuras platums ir 1300 kilometru, uz abām pusēm no ekvatora, ir pazīstama kā „kaučuka josta”. Šajā vietā kaučuks tiek iegūts, un eksportēts uz visām pasaules valstīm.

Kaučuku veidi.

Kaučuki – dabiski vai sintētiski materiāli, kam raksturīga elastība, ūdensnecaurlaidība, tam piemīt arī elektrību izolējošas īpašības, no tiem īpašas apstrādes ceļā tiek iegūta gumija. Dabisko kaučuku iegūst no pienbalta šķidruma, kura nosaukums ir latekss- piensulu saturoši augi.

Dabiskā kaučuka pamatsastāvdaļa ir ogļūdeņradis (91- 96%). Dabiskais kaučuks ir sastopams ļoti daudzos augos. Atkarībā no tā, kādos audos kaučuks tiek uzkrāts, kaučuku saturošie augi dalās:

– irdenie – kaučuks saknēs un stublājos;

– lateksa – kaučuks piensulā;

Sintētiski kaučuki ir sintētiski polimēri, kas ir spējīgi pārstrādāties gumijā vulkanizācijas ceļā. Sintētiskais kaučuks ir polimērs, kaučukveidīgs materiāls. To iegūst ar polimerizāciju vai butadiēna, stirola, izoprēna, neoprena, hlorprena, izobutilena, nitrila akrilskābes. Līdzīgi dabiskiem kaučukiem, arī sintētiskajiem ir garas, makromolekulāras ķēdes. Sintētiskā kaučuka polimērajām ķēdēm vairumā gadījumu ir divkārša saite, pateicoties kurai vulkanizācijas ceļā izveidojas telpisks siets, gumija, kas tiek iegūta, iegūst sev raksturīgās fiziski – mehāniskās īpašības.

Pēc sintētiskā kaučuka pielietojumu veidiem tos iedala kopīgas un speciālas nozīmes kaučukos. Pie kopīgās izmantošanas kaučukiem iedala tādus, kuriem ir augstas tehniskās īpašības (izturība, elastība utt.), un kurus izmanto plaša pielietojuma preču ražošanai. Pie speciālas nozīmes kaučukiem iedala ar vienu vai dažām īpašībām, kas nodrošina speciālu prasību izpildi. Kopīgās izmantošanas kaučuki – izoprēni, butadiēns. Speciāla pielietojuma kaučuki – butilkaučuks, etilpropilēns u.c.

Izmantotās literatūras saraksts.

www.e-plastic.ru

Dace Namsone- Organiskā ķīmija vidusskolai

Leave a comment