Kauczuki i gumy

Kauczuki - (naturalne, sztuczne) - tworzywa zbudowane z makrocząsteczek łańcuszkowych o dużej elastyczności, cechujące się w temperaturze otoczenia zdolnością do natychmiastowego powrotu po bardzo dużym wydłużeniu (50-200%) oraz wydłużeniem przy zerwaniu do 1200%,

-wytrzymałość na rozciąganie do 27 MPa,

-moduł sprężystości 1-10 MPa.

Kauczuk naturalny (KN, NR) - produkt roślinny otrzymywany głównie z lateksu drzew kauczukowych.

Wytwarzany jest z ponad 200 gatunków roślin ale głównie z drzew Hevea brasiliensis rosnących w klimacie tropikalnym (Malezja, Indonezja, Cejlon) oraz krzewów Kok-saghyz (Azja).

Sok z drzewa lepka ciecz zwana lateksem, jest wodną emulsją cząstek kauczuku. Zawiera 25-30 % substancji stałej, składającej się w 96 % z węglowodoru kauczukowego (poliizoprenu), 60 % wody i 10-15 % soli mineralnych, białka, cukrów.

CH₃

I

- CH₂ - CH₂ - C = CH - _n

Kauczuk otrzymuje się w wyniku koagulacji lateksu za pomocą kwasu mrówkowego lub octowego. Wytrącony polimer przemywa się wodą i poddaje suszeniu i walcowaniu.

Z lateksu wyrabiane są dwa rodzaje kauczuku:

- smoked sheet (kauczuk wędzony),

- pale crepe (jasna krepę kauczukową).

Cechy kauczuku naturalnego

• duża elastyczność i sprężystość,

• uleganie szybkiemu starzeniu,

• mała odporność na działanie rozpuszczalników i chemikaliów,

• ciało amorficzne,

• w temperaturze powyżej 75 °C staje się kleisty,

• oziębiony do temperatury -80 °C staje się krystaliczny i twardy,

• gęstość 0.93 g/cm³.

Zastosowanie kauczuku naturalnego

• kleje - roztwory nie wulkanizowanego kauczuku w węglowodorach,

• wyroby gumowe wulkanizowane siarką (opony, dętki, obuwie)

• wyroby maczane (rękawiczki, baloniki, czepki).

Właściwości kauczuku naturalnego wulkanizowanego

• nierozpuszczanie się w żadnym rozpuszczalniku,

• pęcznienie w paliwach ciekłych,

• wytrzymałość na rozciąganie 15-25 MPa,

• wydłużenie przy zerwaniu 600 %,

• zakres zastosowania od -60 do 70 °C.

Kauczuki sztuczne - są to materiały otrzymane przez polimeryzację związków organicznych, wykazujące cechy fizyczne kauczuku.

Kauczuk butadienowy - pierwszy kauczuk syntetyczny otrzymany (lata 30) w wyniku polimeryzacji anionowej butadienu w obecności metalicznego sodu z dodatkiem potasu,

(obecnie otrzymywany metodą polimeryzacji emulsyjnej)

- CH₂ - CH = CH -

Cechy kauczuku butadienowego

właściwości zbliżone do kauczuku naturalnego

• dobra odporność na ścieranie i powstawanie spękań,

• bardzo dobra elastyczność,

• niezła odporność na starzenie,

• wytrzymałość na rozciąganie 2-18 MPa.

Zastosowanie

• opony,

• taśmy przenośnikowe,

• izolacje kabli,

• kable,

• przemysł skórzano - obuwniczy.

Kauczuk butadienowo-styrenowy - otrzymuje się w wyniku emulsyjnej kopolimeryzacji butadienu ze styrenem w proporcji 7:3.

(najbardziej rozpowszechniony)

CH₂ - CH = CH -CH₂ - CH - CH₂ -

I

Cechy

• duża odporność na ścieranie, spękanie i starzenie,

• dobra odporność na działanie ozonu i podwyższonej temperatury,

• wytrzymałość na rozciąganie 5-25 MPa,

• wydłużenie przy zerwaniu 500 %.

Zastosowanie

• produkcja opon,

• obuwie gumowe,

• pasy pędne,

• wyroby ebonitowe.

Kauczuk butylowy - otrzymuje się w wyniku kopolimeryzacji izobutylenu z niewielką ilością izoprenu lub butadienu.

CH₃ CH₃

- - C - CH₂ - - - CH₂ - C = CH - CH₂ - -

n m

Cechy

• masa cząsteczkowa 35000-80000,

• dobra odporność na działanie tlenu, ozonu, kwasów, zasad,

• dobra odporność na podwyższone temperatury,

• mała przepuszczalność gazów i par.

• wytrzymałość na rozciąganie 2-18 MPa,

Zastosowanie

• dętki rowerowe, motocyklowe i samochodowe,

• płyty wykładzinowe, tkaniny gumowane, okrycia ochronne,

• amortyzatory,

• taśmy przenośnikowe,

• węże,

• kleje.

Kauczuk butadienowo-akrylonitrylowy (nitrylowy) - kopolimeryzacja butadienu z akrylonitrylem (18-40 %).

CH₂ - CH = CH - CH₂ - CH₂ - CH -

I

CN

Cechy

• wysoka odporność na działanie olejów, paliw,

• duża odporność cieplna do 110 °C,

• wrażliwy na działanie tlenu i ozonu,

• wytrzymałość na rozciąganie 20-30 MPa,

Zastosowanie

• zbiorniki paliw,

• węże do paliw, ciekłych i olejów,

• uszczelki,

• wykładziny.

Wulkanizacja kauczuku

Wulkanizacja (usieciowanie) kauczuków - polega na łączeniu poszczególnych łańcuchów polimeru w przestrzenną siatkę w wyniku wysycania wiązań podwójnych za pomocą atomów siarki.

Kauczuk + Siarka

↓

1,5-3,5 % S 20-33 % S

GUMA EBONIT

częściowe ← usieciowanie → całkowite

wysoka elastyczność produkt twardy

Guma - jest materiałem otrzymywanym w z kauczuków w wyniku usieciowania zwanego też wulkanizacją za pomocą siarki dodawanej w ilości 1,5-3,5 % lub innych substancji pochodzenia organicznego.

Gumę otrzymuje się przez przeróbkę z mieszanek zawierających oprócz kauczuku (naturalnego lub syntetycznego) jeszcze inne substancje ułatwiające procesy przetwórcze oraz nadające gumie odpowiednie właściwości:

• środki wulkanizujące- najczęściej siarka lub związki wydzielające siarkę oraz przyspieszacze np. tiazole, sulfenamidy,

• zmiękczacze - składniki ułatwiające przetwórstwo oraz obniżające twardość gumy w stanie zwulkanizowanym, np. żywica kumarenowo-indenowa, smoła węglowa, parafina, cerezyna,

• napełniacze - organiczne lub nieorganiczne ciała stałe o różnym stopniu dyspersji, wprowadzenie w celu polepszenia właściwości przetwórczych mieszanki kauczukowej oraz nadania zwulkanizowanej gumie wymaganych właściwości fizycznych np. sadza, kaolin, kred,.

• pigmenty i barwiki,

• środki ochronne - substancje zabezpieczające gumę przed niszczącym działaniem światła, ciepła, tlenu, ozonu, promieniowania, agresywnych środowisk chemicznych,

• środki porotwórcze - składniki mieszanek kauczukowych, wydzielające się podczas ogrzewania gaz, np. azot, dwutlenek węgla, lub parę wodną , a stosowane przy produkcji gumy porowatej.

Właściwości i zastosowanie gum

• wytrzymałość na rozciąganie 2-40 MPa,

• twardość 25-95 ° Shore'a,

• odporność na ścieranie - napełniacze mineralne, krzemionki, sadza,

• właściwości amortyzacyjne tlenek cynku,

• duży współczynnik tarcia,

• odporność na trwałe odkształcenia przy ściskaniu,

• odporność na działanie olejów, paliw i smarów.

Ebonit - twardy materiał otrzymywanym z kauczuku naturalnego lub niektórych gatunków kauczuków sztucznych, zawierającym 20-33 % siarki oraz niewielkie ilości zmiękczaczy (oleje roślinne , parafina) i napełniaczy (pył, ebonitowy, kreda kaolin).

Cechy ebonitu

• nietopliwy,

• nierozpuszczalny,

• gęstość 1,1-2 g/cm³,

• wytrzymałość na rozciąganie 30-70 MPa,

• wytrzymałość na ściskanie 60-90 MPa,

• wydłużenie przy zerwaniu 1-10 %,

• wytrzymałość elektryczna 15-25 kV/mm

Zastosowanie

• wykładziny antykorozyjne,

• naczynia akumulatorowe,

• części aparatury chemicznej,

• elementy elektrochemiczne.

---