Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Данный урок разработан для учащихся 10 класса. Для подготовки к уроку учащиеся самостоятельно обработали и систематизировали большой теоретический материал из истории химии, подготовили домашний эксперимент, собрали краеведческий материал по предприятиям химической промышленности, выпускающей синтетический каучук, подготовили и оформили презентации. Форма проведения урока способствовала самостоятельности и творческой активности учащихся, воспитанию интереса к химии, чувства гордости за свою страну и российских учёных.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Еременко Елена Борисовна, учитель химии МБОУЛ «ВУВК им. А. П. Киселева»

Урок – исторический экскурс по теме:

«Натуральный и синтетический каучук»

Цель урока : ознакомление учащихся со строением, свойствами и применением каучука, создание условий для развития умений самостоятельно приобретать знания, используя различные источники информации, формирование опыта творческой деятельности, воспитание интереса к истории химии, чувства патриотизма, гордости за российских учёных, развитие умений учащихся проводить эксперименты исследовательского характера, анализировать результаты, формировать выводы и обобщения.

Ход урока:

Для работы в классе, учащиеся разбиваются на группы, каждая из которых получает конкретное задание по теме урока.

Эта история началась со времён Великих географических открытий. Когда Колумб вернулся в Испанию, он привёз из Нового Света множество диковин. Одной из них был эластичный мяч из «древесной смолы», который отличался удивительной прыгучестью. Индейцы делали такие мячи из белого сока растения гевея, растущего на берегах Амазонки. Этот сок темнел и затвердевал на воздухе. Мячи считались священными и использовались в религиозных обрядах. У племён майя и ацтеков существовала религиозная игра – командная игра с их использованием, напоминающая баскетбол. Победившей команде оказывались высшие почести – её членам отрезали головы и приносили в жертву божеству. Впоследствии испанцы полюбили играть вывезенными из Южной Америки мячами. Модифицированная ими индейская игра послужила прообразом современного футбола. Сок гевеи индейцы называли «каучу» - слёзы млечного дерева («кау» - дерево, «учу» - течь, плакать). От этого слова образовалось современное название материала – каучук. Кроме эластичных мячей, индейцы делали из каучука непроницаемые ткани, обувь, сосуды для воды, ярко раскрашенные шарики – детские игрушки.

Домашний эксперимент для группы №1:

«Получение каучука из листьев фикуса»

Оборудование : пробирки, скальпель, предметное стекло, спиртовка, спички, тигельные щипцы, стеклянная палочка, 5% раствор аммиака, разбавленный раствор перманганата калия, 5% уксусная кислота, этанол, кристаллы сульфата кальция, дистиллированная вода, бромная вода, бензин, толуол, листья фикуса.

Ход эксперимента :

Комнатное растение – фикус, его сок содержит до 17,5% полиизопрена.

Опыт №1. Соберите листья фикуса. Сделайте надрез на листе фикуса и соберите млечный сок ваткой, смоченной раствором аммиака, в пробирку. В пробирку добавьте также раствор уксусной кислоты и хорошо встряхните. Наблюдайте выделение хлопьев, которые и представляют собой натуральный каучук. На предметное стекло нанесите млечный сок из листьев фикуса и прогрейте. Образуется плёнка натурального каучука.

Опыт №2 . Сок из листьев фикуса соберите в пробирку, добавьте немного дистиллированной воды и 0,5 г кристаллического сульфата кальция (или сульфата аммония). После размешивания смеси и добавления к ней этанола на поверхности раствора образуются хлопья каучука. Для сбора каучука используйте стеклянную палочку, с помощью которой перенесите хлопья в пробирку с небольшими количествами разных растворителей: бензин, толуол. Что наблюдаете?

Опыт №3 . Один из растворов каучука разделите на две части и поочерёдно добавьте к одной из них бромную воду или раствор перманганата калия. Обесцвечивание окрашенных растворов указывает на наличие кратных связей в молекулах выделенного образца из сока фикуса. Другую часть раствора каучука осторожно выпарьте на часовом стекле. После удаления растворителя на стекле останется плёнка каучука, которую для демонстрации эластичности можно слегка растягивать. Сравните с плёнкой, полученной в опыте №1.

Обобщите свои наблюдения о свойствах выделенного из сока фикуса вещества. К какому классу соединений его можно отнести? По результатам эксперимента подготовьте презентацию (приложение №1).

В Европе забыли про южноамериканскую диковинку до XVIII века, когда члены французской экспедиции в Южной Америке обнаружили дерево, выделяющее удивительную, затвердевающую на воздухе смолу, которой дали название «резина» (по латыни – смола). В 1738 году французский исследователь Ш. Кондамин представил в Парижской Академии наук образцы каучука, изделия из него и описание способов добычи в странах Южной Америки. С тех пор начались поиски возможных способов применения этого вещества. А после 1823 года, когда шотландец Ч. Макинтош придумал прокладывать тонкий слой резины между двумя кусками ткани, начался настоящий «резиновый бум». Непромокаемые плащи из этой ткани, которые стали называть в честь их создателя «макинтошами», получили широкое распространение. Примерно в то же время в Америке стало модным в дождливую погоду поверх башмаков носить неуклюжую индейскую резиновую обувь – галоши.

Эксперимент для группы №2:

«Отношение каучука и резины к растворителям»

Оборудование : пробирки с пробками, образцы каучука и резины, бензин, керосин, толуол.

Ход эксперимента : В пробирки налейте по 3-4 мл бензина, керосина, толуола. Поместите в пробирки кусочки резины, каучука. Закройте пробирки и пронаблюдайте за ними до конца урока. Сравните поведение в органических растворителях каучука и резины. Почему резина не растворяется в тех же условиях, что и каучук? (Результаты исследований: каучук растворяется в органических растворителях, образуя вязкую жидкость (резиновый клей), а кусочки резины слегка набухли, но не изменили своей формы).

Огромную, хотя и недолгую популярность в Европе и Северной Америке резиновые изделия получили после того, как англичанин Чаффи изобрёл прорезиненную ткань. Он растворял сырую резину в скипидаре, добавлял сажу и с помощью специально сконструированной машины наносил тонкий слой смеси на ткань. Из такого материала делали не только одежду, обувь и головные уборы, но и крыши домов и фургонов. Однако у изделий из прорезиненной ткани был большой недостаток. Дело в том, что эластичность каучука проявляется лишь в небольшом интервале температур, поэтому в холодную погоду резиновые изделия твердели и могли растрескаться, а летом размягчались, превращаясь в липкую, издающую зловоние массу. Энтузиазм по поводу нового материала быстро иссяк. А когда однажды в Северной Америке выдалось жаркое лето, наступил кризис резиновой промышленности – вся продукция превратилась в мерзко пахнущий кисель. Фирмы по производству резины разорились.

Эксперимент для группы №3:

«Отношение каучука и резины к нагреванию»

Оборудование: водяная баня (Т=100 0 С), тигельные щипцы или пинцет, тонкие полоски каучука и резины.

Ход эксперимента : В кипящую воду поместите на 5 минут тонкую полоску натурального каучука и такого же размера полоску резины. Вынув тигельными щипцами полоску каучука, быстро растяните её. То же проделайте с полоской резины. Каучук сильно растягивается в результате размягчения, теряя при этом эластичность, а у резины не наблюдается изменения. Каучук термопластичен, резина нет. Резина характеризуется большей термической стойкостью по сравнению с каучуком. Чем можно объяснить различное отношение каучука и резины к нагреванию?

И все бы забыли про макинтоши и галоши, если бы не американец Чарльз Нельсон Гудьир, который искренне верил, что из каучука можно создать хороший материал. Он посвятил этой идее несколько лет и потратил все свои сбережения. Современники смеялись над ним: «Если вы увидите человека в резиновом пальто, резиновых ботинках, резиновом цилиндре и с резиновым кошельком, а в кошельке ни единого цента, то можете не сомневаться – это Гудьир». Однако Ч. Гудьир упорно смешивал каучук со всем подряд: с солью, перцем, песком, маслом и даже с супом и, в конце концов, добился успеха. В 1839 году он обнаружил, что если добавить в каучук немного серы и погреть, то прочность, твёрдость, эластичность, тепло- и морозоустойчивость его улучшаться. В настоящее время именно новый материал, изобретённый Ч. Гудьиром, принято называть резиной, а открытый им процесс – вулканизацией каучука. С этого времени начинается бурный рост производства каучука.

Эксперимент для группы №4:

«Получение резины»

Оборудование: пробирки, пробиркодержатель, нагревательные приборы, каучук, порошок серы, стеклянная палочка, стакан с водой.

Ход эксперимента : Поместить в пробирку небольшой кусочек каучука, добавить немного порошкообразной серы, полученную смесь нагреть до расплавления серы, перемешать стеклянной палочкой, затем остудить. Полученный материал окажется более твёрдым и прочным, чем исходное сырьё. В ходе реакции произошла вулканизация каучука и получилась резина. Проверить полученный образец резины на эластичность, действие высокой и низкой температур. Сделать вывод, о физических свойствах резины. (Резина обладает лучшими механическими свойствами, чем каучук, и большей стойкостью к изменению температур).

Неудивительно, что Бразилия как зеницу ока берегла источник своего богатства. Вывоз семян гевеи был запрещён под страхом смертной казни. Однако в 1876 году британский шпион Генри Уикхем в трюмах английского судна «Амазонас» тайно вывез 70000 семян гевеи. В британских колониях Юго-Восточной Азии были заложены первые плантации каучуконосов. На мировом рынке появился натуральный английский каучук, более дешёвый, чем бразильский.

А мир завоёвывали разнообразные изделия из резины. Удивительно, но изобретение резиновых шин вместо металлических поначалу не было встречено с энтузиазмом, хотя экипажи с металлическими шинами были не слишком комфортными – за страшный шум и тряску в Англии их называли «истребителями воробьёв». Новые тихие экипажи на цельнолитых массивных резиновых шинах в Америке были запрещены. Они считались опасными, так как не предупреждали прохожих о приближении экипажа. В России также тихие конные экипажи на резиновом ходу вызывали недовольство – они обдавали грязью не успевших поторопиться пешеходов.

Эксперимент для группы №5:

«Непредельный характер каучука»

Оборудование: пробирки, натуральный каучук, очищенный от непредельных углеводородов бензин, раствор перманганата калия, бромная или йодная вода. (Примечание: не менее чем за сутки растворите кусочки каучука в одном из органических растворителей - бензине).

Ход эксперимента : В пробирку с раствором перманганата калия и бромной (йодной) водой добавьте по нескольку капель приготовленного заранее раствора каучука и встряхните. Наблюдайте изменение окраски. Почему раствор каучука изменяет окраску растворов бромной воды или перманганата калия?

С изобретением конвейерного метода сборки автомобилей потребность в резине стала настолько велика, что настоятельно возникла проблема ограниченности производства природного сырья. Надо было искать другие источники каучука. В конце XIX - первой половине XX веков во многих странах проводились обширные исследования строения каучука, его физических и химических свойств, явления эластичности, процесса вулканизации. Г. Штаудингер доказал, что каучук является высокомолекулярным соединением, то есть состоит из обычных, хотя и гигантских молекул, атомы в которых связаны ковалентными связями. На основании своих исследований каучука и резины учёный выдвинул теорию цепного строения макромолекул, предположил существование разветвлённых макромолекул и трёхмерной полимерной сетки.

В натуральном каучуке содержится 91-95% углеводорода полиизопрена (С 5 Н 8 )n. Молекула натурального каучука может содержать 20-40 тысяч элементарных звеньев, его молекулярная масса составляет 1400000 – 2600000, он нерастворим в воде, зато хорошо растворяется в большинстве органических растворителей.

Задание для группы №6.

Задача.

Найдите молекулярную формулу вещества, при сжигании 2 г которого образовалось 2,12 г воды и 6,48 г углекислого газа. Относительная плотность паров этого вещества по водороду равна 34. Составьте структурную формулу данного вещества и все его возможные изомеры.

Полиизопрен натурального каучука является стереорегулярным полимером: почти все (98-100%) звенья изопрена в макромолекуле присоединены друг к другу в цис-1,4-положении. Природный геометрический изомер каучука – гуттаперча, представляет собой транс-1,4-полиизопрен. Различия в пространственном расположении заместителей у каучука и гуттаперчи приводят к тому, что и форма макромолекул этих веществ тоже различна. Молекулы каучука закручены в клубки. Если ленту из каучука растянуть, деформировать, то молекулярные клубки будут выпрямлять в направлении, в котором приложена деформация, и лента будет удлиняться. Однако молекулам каучука энергетически выгоднее находиться в первоначальном состоянии, поэтому, если натяжение прекратить, молекулы опять свернуться в клубки, и размеры ленты станут прежними. Молекулы гуттаперчи не закручены в клубки так, как у каучука. Они вытянуты даже в отсутствии нагрузок. Поэтому гуттаперча обладает намного меньшей эластичностью.

Что же происходит с каучуком при вулканизации? Когда каучук нагревают с серой, макромолекулы каучука «сшиваются» друг с другом серными мостиками. Из отдельных макромолекул каучука образуется единая трёхмерная пространственная сетка. Изделие из такого материала – резины – прочнее, чем из каучука, и оно сохраняет свою эластичность в более широком интервале температур.

Эксперимент для группы №7:

«Разложение каучука»

Оборудование: пробирки, пробирка с боковым тубусом, газоотводные трубки с пробками, натуральный каучук, разбавленный раствор перманганата калия.

Ход эксперимента : кусочки натурального каучука поместите в пробирку с газоотводной трубкой. При нагревании каучука образуются непредельные соединения, среди которых встречается изопрен. Жидкие продукты реакции конденсируются в пробирке №1, а газообразные собираются в пробирке №2. Разложение сопровождается образованием веществ, имеющих резкий запах! Обесцвечивание раствора перманганата калия в пробирке №2 указывает на непредельный характер продуктов разложения каучука. Исследуйте отношение конденсата к раствору перманганата калия. Составьте уравнение реакции взаимодействия изопрена с бромом.

Рис. 1 Схема прибора

Интересно, что во многих странах в начале XX века проводились исследования местных видов растений на признак каучукообразования. В Советском Союзе систематический поиск растений-каучуконосов предпринимался в 30-х годах, общий список таких растений составил 903 вида. Наиболее эффективные каучуконосы, в частности Тянь-Шанский одуванчик кок-сагыз, выращивали на полях России, Украины, Казахстана, работали заводы по выделению каучука, который по качеству считался не уступающим каучуку из гевеи. В конце 50-х годов с увеличением производства синтетического каучука возделывание одуванчика-каучуконоса было прекращено.

Впервые каучукоподобное вещество получил в 1879 году французский химик Г. Бушарда, обработав изопрен соляной кислотой. Русский химик И. Кондаков (г. Юрьев) синтезировал эластичный полимер из диметилбутадиена в 1901 году. Первые промышленные партии синтетического каучука – диметилкаучука – были выпущены на основе разработок Кондакова в 1916 году в Германии. Было получено около 3000 т синтетического каучука, из которого изготовляли аккумуляторные коробки для подводных лодок. Однако широкого распространения диметилкаучук не получил, и его производство было прекращено.

Задание для группы №8.

Подготовить презентацию о С. В. Лебедеве (приложение №2).

Русский учёный С. В. Лебедев посвятил проблеме полимеризации диенов значительную часть своей научной деятельности. Он впервые получил синтетический бутадиеновый каучук в 1910 году. А магистерская работа Лебедева, посвящённая исследованию кинетики полимеризации дивинила (бутадиена -1,3) и его производных, в 1914 году была награждена премией Российской Академии наук. К процессу полимеризации бутадиена С. В. Лебедев вернулся в 1936 году, когда правительство СССР объявило конкурс на лучшую разработку промышленного производства синтетического каучука. Лебедевым и его сотрудниками был успешно разработан недорогой и эффективный метод. В качестве катализатора было предложено использовать металлический натрий, и полимер, полученный по данному методу, носит название натрий-бутадиеновый каучук. Настоящей находкой был одностадийный способ получения бутадиена из этилового спирта на смешанном цинкалюминиевом катализаторе. Использование этанола, из растительного сырья, в качестве исходного продукта значительно удешевляло производство в условиях аграрного в то время Советского Союза. Благодаря работам С. В. Лебедева промышленное широкомасштабное производство синтетического каучука впервые в мире начато в Советском Союзе в 1932 году. Первый в мире завод по производству дивинилового каучука был пущен в г. Ярославле, вскоре такие заводы начали работать в Воронеже, Казани и Ефремове. Значение этого события сложно переоценить: возможность оснастить отечественную технику шинами собственного производства сыграла важную роль в победе над фашистской Германией в условиях полной экономической изоляции от внешнего мира. Германия была второй страной, запустившей производство синтетического каучука, но случилось это только в 1936 году.

Задание для группы №9.

Подготовить презентацию о ОАО «Воронежсинтезкаучук» (приложение №3).

С 1932 и вплоть до 1990 года СССР по объёмам производства синтетического каучука занимал первое место в мире. И сегодня Россия сохраняет позиции экспортёра мирового значения. На внутреннем рынке остаётся примерно половина продукции. Основными потребителями синтетического каучука являются шинные заводы, а около 40% каучука идёт на производство разнообразных резинотехнических изделий (более 50000 наименований), среди которых технические и хирургические изделия из мягкой резины, подошвы для обуви, ленточные транспортёры, разнообразные трубы и шланги всех видов, электроизоляции, клеи, герметики, краски на латексной основе и многое другое. С появлением технологии производства синтетических каучуков резиновая промышленность перестала быть всецело зависимой от производства природного каучука. Однако синтетический каучук не вытеснил природный, объём производства каучука по-прежнему возрастает, а доля натурального каучука в общем объёме производства составляет 30%. Ведущими мировыми производителями натурального каучука в настоящее время являются страны Юго-Восточной Азии – Таиланд, Индонезия, Малайзия, Южный Вьетнам, Китай. Благодаря уникальным свойствам натурального каучука он незаменим при производстве крупногабаритных шин, способных выдерживать нагрузки до 75 тонн. Лучшие фирмы-производители изготавливают покрышки для шин легковых автомобилей из смеси натурального и синтетического каучука. Поэтому до сих пор главной областью применения натурального каучука остаётся шинная промышленность (70%). Кроме того, натуральный каучук находит применение для изготовления конвейерных лент высокой мощности, антикоррозионных покрытий котлов и труб, клея, тонкостенных высокопрочных мелких изделий, в медицине и так далее.

В конце урока, заслушиваем отчёты о работе каждой из групп, и формулируем выводы по уроку. В ходе урока, учащиеся выяснили, что роль натурального и синтетического каучука в нашей жизни велика. Каучук используется в производстве автомобильных, авиационных изделий, а также в производстве изделий широкого потребления (обуви, спортивных товаров, игрушек). При исследовании химических свойств натурального каучука выяснилось, что он имеет кратные связи в полимерной цепи, установлено, что каучук имеет цис-форму и представляет собой

2-метилбутадиен-1,3 (изопрен). Вулканизированный каучук называют резиной. Также учащиеся познакомились с растениями каучуконосами и способами получения из них натурального каучука и продолжили развивать свои теоретические и практические умения и навыки.

К статье прилагаются презентации (приложение №1, 2, 3).

Список литературы:

1. Журнал «Потенциал. Химия. Биология. Медицина» Москва изд. ООО «Азбука-2000» 2011, статья Е. А. Менделеева «История про каучук» стр. 9 -14
2. О. С. Габриелян, Л. П. Ватлина «Химический эксперимент в школе», Москва «Дрофа» 2005
3. А. И. Артеменко «Удивительный мир органической химии», Москва «Дрофа» 2008

Цель урока: ознакомление учащихся со строением, свойствами и применением каучука, создание условий для развития умений самостоятельно приобретать знания, используя различные источники информации, формирование опыта творческой деятельности, воспитание интереса к истории химии, чувства патриотизма, гордости за российских учёных, развитие умений учащихся проводить эксперименты исследовательского характера, анализировать результаты, формировать выводы и обобщения.

Ход урока

Для работы в классе, учащиеся разбиваются на группы, каждая из которых получает конкретное задание по теме урока.

Эта история началась со времён Великих географических открытий. Когда Колумб вернулся в Испанию, он привёз из Нового Света множество диковин. Одной из них был эластичный мяч из “древесной смолы”, который отличался удивительной прыгучестью. Индейцы делали такие мячи из белого сока растения гевея, растущего на берегах Амазонки. Этот сок темнел и затвердевал на воздухе. Мячи считались священными и использовались в религиозных обрядах. У племён майя и ацтеков существовала религиозная игра – командная игра с их использованием, напоминающая баскетбол. Победившей команде оказывались высшие почести – её членам отрезали головы и приносили в жертву божеству. Впоследствии испанцы полюбили играть вывезенными из Южной Америки мячами. Модифицированная ими индейская игра послужила прообразом современного футбола. Сок гевеи индейцы называли “каучу” – слёзы млечного дерева (“кау” – дерево, “учу” – течь, плакать). От этого слова образовалось современное название материала – каучук. Кроме эластичных мячей, индейцы делали из каучука непроницаемые ткани, обувь, сосуды для воды, ярко раскрашенные шарики – детские игрушки.

Домашний эксперимент для группы № 1:

“Получение каучука из листьев фикуса”.

Оборудование: пробирки, скальпель, предметное стекло, спиртовка, спички, тигельные щипцы, стеклянная палочка, 5% раствор аммиака, разбавленный раствор перманганата калия, 5% уксусная кислота, этанол, кристаллы сульфата кальция, дистиллированная вода, бромная вода, бензин, толуол, листья фикуса.

Ход эксперимента: Комнатное растение – фикус, его сок содержит до 17,5% полиизопрена.

Опыт №1. Соберите листья фикуса. Сделайте надрез на листе фикуса и соберите млечный сок ваткой, смоченной раствором аммиака, в пробирку. В пробирку добавьте также раствор уксусной кислоты и хорошо встряхните. Наблюдайте выделение хлопьев, которые и представляют собой натуральный каучук. На предметное стекло нанесите млечный сок из листьев фикуса и прогрейте. Образуется плёнка натурального каучука.

Опыт №2. Сок из листьев фикуса соберите в пробирку, добавьте немного дистиллированной воды и 0,5 г кристаллического сульфата кальция (или сульфата аммония). После размешивания смеси и добавления к ней этанола на поверхности раствора образуются хлопья каучука. Для сбора каучука используйте стеклянную палочку, с помощью которой перенесите хлопья в пробирку с небольшими количествами разных растворителей: бензин, толуол. Что наблюдаете?

Опыт №3. Один из растворов каучука разделите на две части и поочерёдно добавьте к одной из них бромную воду или раствор перманганата калия. Обесцвечивание окрашенных растворов указывает на наличие кратных связей в молекулах выделенного образца из сока фикуса. Другую часть раствора каучука осторожно выпарьте на часовом стекле. После удаления растворителя на стекле останется плёнка каучука, которую для демонстрации эластичности можно слегка растягивать. Сравните с плёнкой, полученной в опыте №1.

Обобщите свои наблюдения о свойствах выделенного из сока фикуса вещества. К какому классу соединений его можно отнести? По результатам эксперимента подготовьте презентацию (Приложение 1 ).

В Европе забыли про южноамериканскую диковинку до XVIII века, когда члены французской экспедиции в Южной Америке обнаружили дерево, выделяющее удивительную, затвердевающую на воздухе смолу, которой дали название “резина” (по латыни – смола). В 1738 году французский исследователь Ш. Кондамин представил в Парижской Академии наук образцы каучука, изделия из него и описание способов добычи в странах Южной Америки. С тех пор начались поиски возможных способов применения этого вещества. А после 1823 года, когда шотландец Ч. Макинтош придумал прокладывать тонкий слой резины между двумя кусками ткани, начался настоящий “резиновый бум”. Непромокаемые плащи из этой ткани, которые стали называть в честь их создателя “макинтошами”, получили широкое распространение. Примерно в то же время в Америке стало модным в дождливую погоду поверх башмаков носить неуклюжую индейскую резиновую обувь – галоши.

Эксперимент для группы № 2:

“Отношение каучука и резины к растворителям”.

Оборудование: пробирки с пробками, образцы каучука и резины, бензин, керосин, толуол.

Ход эксперимента: В пробирки налейте по 3–4 мл бензина, керосина, толуола. Поместите в пробирки кусочки резины, каучука. Закройте пробирки и пронаблюдайте за ними до конца урока. Сравните поведение в органических растворителях каучука и резины. Почему резина не растворяется в тех же условиях, что и каучук? (Результаты исследований: каучук растворяется в органических растворителях, образуя вязкую жидкость (резиновый клей), а кусочки резины слегка набухли, но не изменили своей формы).

Огромную, хотя и недолгую популярность в Европе и Северной Америке резиновые изделия получили после того, как англичанин Чаффи изобрёл прорезиненную ткань. Он растворял сырую резину в скипидаре, добавлял сажу и с помощью специально сконструированной машины наносил тонкий слой смеси на ткань. Из такого материала делали не только одежду, обувь и головные уборы, но и крыши домов и фургонов. Однако у изделий из прорезиненной ткани был большой недостаток. Дело в том, что эластичность каучука проявляется лишь в небольшом интервале температур, поэтому в холодную погоду резиновые изделия твердели и могли растрескаться, а летом размягчались, превращаясь в липкую, издающую зловоние массу. Энтузиазм по поводу нового материала быстро иссяк. А когда однажды в Северной Америке выдалось жаркое лето, наступил кризис резиновой промышленности – вся продукция превратилась в мерзко пахнущий кисель. Фирмы по производству резины разорились.

Эксперимент для группы № 3:

“Отношение каучука и резины к нагреванию”.

Оборудование: водяная баня (Т=100 0 С), тигельные щипцы или пинцет, тонкие полоски каучука и резины.

Ход эксперимента: В кипящую воду поместите на 5 минут тонкую полоску натурального каучука и такого же размера полоску резины. Вынув тигельными щипцами полоску каучука, быстро растяните её. То же проделайте с полоской резины. Каучук сильно растягивается в результате размягчения, теряя при этом эластичность, а у резины не наблюдается изменения. Каучук термопластичен, резина нет. Резина характеризуется большей термической стойкостью по сравнению с каучуком. Чем можно объяснить различное отношение каучука и резины к нагреванию?

И все бы забыли про макинтоши и галоши, если бы не американец Чарльз Нельсон Гудьир, который искренне верил, что из каучука можно создать хороший материал. Он посвятил этой идее несколько лет и потратил все свои сбережения. Современники смеялись над ним: “Если вы увидите человека в резиновом пальто, резиновых ботинках, резиновом цилиндре и с резиновым кошельком, а в кошельке ни единого цента, то можете не сомневаться – это Гудьир”. Однако Ч. Гудьир упорно смешивал каучук со всем подряд: с солью, перцем, песком, маслом и даже с супом и, в конце концов, добился успеха. В 1839 году он обнаружил, что если добавить в каучук немного серы и погреть, то прочность, твёрдость, эластичность, тепло– и морозоустойчивость его улучшаться. В настоящее время именно новый материал, изобретённый Ч. Гудьиром, принято называть резиной, а открытый им процесс – вулканизацией каучука. С этого времени начинается бурный рост производства каучука.

Эксперимент для группы № 4:

“Получение резины”.

Оборудование: пробирки, пробиркодержатель, нагревательные приборы, каучук, порошок серы, стеклянная палочка, стакан с водой.

Ход эксперимента: Поместить в пробирку небольшой кусочек каучука, добавить немного порошкообразной серы, полученную смесь нагреть до расплавления серы, перемешать стеклянной палочкой, затем остудить. Полученный материал окажется более твёрдым и прочным, чем исходное сырьё. В ходе реакции произошла вулканизация каучука и получилась резина. Проверить полученный образец резины на эластичность, действие высокой и низкой температур. Сделать вывод, о физических свойствах резины. (Резина обладает лучшими механическими свойствами, чем каучук, и большей стойкостью к изменению температур).

Неудивительно, что Бразилия как зеницу ока берегла источник своего богатства. Вывоз семян гевеи был запрещён под страхом смертной казни. Однако в 1876 году британский шпион Генри Уикхем в трюмах английского судна “Амазонас” тайно вывез 70000 семян гевеи. В британских колониях Юго-Восточной Азии были заложены первые плантации каучуконосов. На мировом рынке появился натуральный английский каучук, более дешёвый, чем бразильский.

А мир завоёвывали разнообразные изделия из резины. Удивительно, но изобретение резиновых шин вместо металлических поначалу не было встречено с энтузиазмом, хотя экипажи с металлическими шинами были не слишком комфортными – за страшный шум и тряску в Англии их называли “истребителями воробьёв”. Новые тихие экипажи на цельнолитых массивных резиновых шинах в Америке были запрещены. Они считались опасными, так как не предупреждали прохожих о приближении экипажа. В России также тихие конные экипажи на резиновом ходу вызывали недовольство – они обдавали грязью не успевших поторопиться пешеходов.

Эксперимент для группы № 5:

“Непредельный характер каучука”.

Оборудование: пробирки, натуральный каучук, очищенный от непредельных углеводородов бензин, раствор перманганата калия, бромная или йодная вода. (Примечание: не менее чем за сутки растворите кусочки каучука в одном из органических растворителей – бензине).

Ход эксперимента: В пробирку с раствором перманганата калия и бромной (йодной) водой добавьте по нескольку капель приготовленного заранее раствора каучука и встряхните. Наблюдайте изменение окраски. Почему раствор каучука изменяет окраску растворов бромной воды или перманганата калия?

С изобретением конвейерного метода сборки автомобилей потребность в резине стала настолько велика, что настоятельно возникла проблема ограниченности производства природного сырья. Надо было искать другие источники каучука. В конце XIX – первой половине XX веков во многих странах проводились обширные исследования строения каучука, его физических и химических свойств, явления эластичности, процесса вулканизации. Г. Штаудингер доказал, что каучук является высокомолекулярным соединением, то есть состоит из обычных, хотя и гигантских молекул, атомы в которых связаны ковалентными связями. На основании своих исследований каучука и резины учёный выдвинул теорию цепного строения макромолекул, предположил существование разветвлённых макромолекул и трёхмерной полимерной сетки.

В натуральном каучуке содержится 91–95% углеводорода полиизопрена (С 5 Н 8)n. Молекула натурального каучука может содержать 20–40 тысяч элементарных звеньев, его молекулярная масса составляет 1400000–2600000, он нерастворим в воде, зато хорошо растворяется в большинстве органических растворителей.

Задание для группы № 6.

Найдите молекулярную формулу вещества, при сжигании 2 г которого образовалось 2,12 г воды и 6,48 г углекислого газа. Относительная плотность паров этого вещества по водороду равна 34. Составьте структурную формулу данного вещества и все его возможные изомеры.

Полиизопрен натурального каучука является стереорегулярным полимером: почти все (98-100%) звенья изопрена в макромолекуле присоединены друг к другу в цис-1,4-положении. Природный геометрический изомер каучука – гуттаперча, представляет собой транс-1,4-полиизопрен. Различия в пространственном расположении заместителей у каучука и гуттаперчи приводят к тому, что и форма макромолекул этих веществ тоже различна. Молекулы каучука закручены в клубки. Если ленту из каучука растянуть, деформировать, то молекулярные клубки будут выпрямлять в направлении, в котором приложена деформация, и лента будет удлиняться. Однако молекулам каучука энергетически выгоднее находиться в первоначальном состоянии, поэтому, если натяжение прекратить, молекулы опять свернуться в клубки, и размеры ленты станут прежними. Молекулы гуттаперчи не закручены в клубки так, как у каучука. Они вытянуты даже в отсутствии нагрузок. Поэтому гуттаперча обладает намного меньшей эластичностью.

Что же происходит с каучуком при вулканизации? Когда каучук нагревают с серой, макромолекулы каучука “сшиваются” друг с другом серными мостиками. Из отдельных макромолекул каучука образуется единая трёхмерная пространственная сетка. Изделие из такого материала – резины – прочнее, чем из каучука, и оно сохраняет свою эластичность в более широком интервале температур.

Эксперимент для группы № 7:

“Разложение каучука”.

Оборудование: пробирки, пробирка с боковым тубусом, газоотводные трубки с пробками, натуральный каучук, разбавленный раствор перманганата калия.

Ход эксперимента: кусочки натурального каучука поместите в пробирку с газоотводной трубкой. При нагревании каучука образуются непредельные соединения, среди которых встречается изопрен. Жидкие продукты реакции конденсируются в пробирке № 1, а газообразные собираются в пробирке № 2. Разложение сопровождается образованием веществ, имеющих резкий запах! Обесцвечивание раствора перманганата калия в пробирке № 2 указывает на непредельный характер продуктов разложения каучука. Исследуйте отношение конденсата к раствору перманганата калия. Составьте уравнение реакции взаимодействия изопрена с бромом.

Рис. 1. Схема прибора.

Интересно, что во многих странах в начале XX века проводились исследования местных видов растений на признак каучукообразования. В Советском Союзе систематический поиск растений-каучуконосов предпринимался в 30-х годах, общий список таких растений составил 903 вида. Наиболее эффективные каучуконосы, в частности Тянь-Шанский одуванчик кок-сагыз, выращивали на полях России, Украины, Казахстана, работали заводы по выделению каучука, который по качеству считался не уступающим каучуку из гевеи. В конце 50-х годов с увеличением производства синтетического каучука возделывание одуванчика-каучуконоса было прекращено.

Впервые каучукоподобное вещество получил в 1879 году французский химик Г. Бушарда, обработав изопрен соляной кислотой. Русский химик И. Кондаков (г. Юрьев) синтезировал эластичный полимер из диметилбутадиена в 1901 году. Первые промышленные партии синтетического каучука – диметилкаучука – были выпущены на основе разработок Кондакова в 1916 году в Германии. Было получено около 3000 т синтетического каучука, из которого изготовляли аккумуляторные коробки для подводных лодок. Однако широкого распространения диметилкаучук не получил, и его производство было прекращено.

Задание для группы № 8.

Подготовить презентацию о С. В. Лебедеве. (Приложение 2.)

Русский учёный С. В. Лебедев посвятил проблеме полимеризации диенов значительную часть своей научной деятельности. Он впервые получил синтетический бутадиеновый каучук в 1910 году. А магистерская работа Лебедева, посвящённая исследованию кинетики полимеризации дивинила (бутадиена –1,3) и его производных, в 1914 году была награждена премией Российской Академии наук. К процессу полимеризации бутадиена С. В. Лебедев вернулся в 1936 году, когда правительство СССР объявило конкурс на лучшую разработку промышленного производства синтетического каучука. Лебедевым и его сотрудниками был успешно разработан недорогой и эффективный метод. В качестве катализатора было предложено использовать металлический натрий, и полимер, полученный по данному методу, носит название натрий-бутадиеновый каучук. Настоящей находкой был одностадийный способ получения бутадиена из этилового спирта на смешанном цинкалюминиевом катализаторе. Использование этанола, из растительного сырья, в качестве исходного продукта значительно удешевляло производство в условиях аграрного в то время Советского Союза. Благодаря работам С. В. Лебедева промышленное широкомасштабное производство синтетического каучука впервые в мире начато в Советском Союзе в 1932 году. Первый в мире завод по производству дивинилового каучука был пущен в г. Ярославле, вскоре такие заводы начали работать в Воронеже, Казани и Ефремове. Значение этого события сложно переоценить: возможность оснастить отечественную технику шинами собственного производства сыграла важную роль в победе над фашистской Германией в условиях полной экономической изоляции от внешнего мира. Германия была второй страной, запустившей производство синтетического каучука, но случилось это только в 1936 году.

Задание для группы № 9.

Подготовить презентацию о ОАО “Воронежсинтезкаучук”. (Приложение 3.)

С 1932 и вплоть до 1990 года СССР по объёмам производства синтетического каучука занимал первое место в мире. И сегодня Россия сохраняет позиции экспортёра мирового значения. На внутреннем рынке остаётся примерно половина продукции. Основными потребителями синтетического каучука являются шинные заводы, а около 40% каучука идёт на производство разнообразных резинотехнических изделий (более 50000 наименований), среди которых технические и хирургические изделия из мягкой резины, подошвы для обуви, ленточные транспортёры, разнообразные трубы и шланги всех видов, электроизоляции, клеи, герметики, краски на латексной основе и многое другое. С появлением технологии производства синтетических каучуков резиновая промышленность перестала быть всецело зависимой от производства природного каучука. Однако синтетический каучук не вытеснил природный, объём производства каучука по-прежнему возрастает, а доля натурального каучука в общем объёме производства составляет 30%. Ведущими мировыми производителями натурального каучука в настоящее время являются страны Юго-Восточной Азии – Таиланд, Индонезия, Малайзия, Южный Вьетнам, Китай. Благодаря уникальным свойствам натурального каучука он незаменим при производстве крупногабаритных шин, способных выдерживать нагрузки до 75 тонн. Лучшие фирмы-производители изготавливают покрышки для шин легковых автомобилей из смеси натурального и синтетического каучука. Поэтому до сих пор главной областью применения натурального каучука остаётся шинная промышленность (70%). Кроме того, натуральный каучук находит применение для изготовления конвейерных лент высокой мощности, антикоррозионных покрытий котлов и труб, клея, тонкостенных высокопрочных мелких изделий, в медицине и так далее.

В конце урока, заслушиваем отчёты о работе каждой из групп, и формулируем выводы по уроку. В ходе урока, учащиеся выяснили, что роль натурального и синтетического каучука в нашей жизни велика. Каучук используется в производстве автомобильных, авиационных изделий, а также в производстве изделий широкого потребления (обуви, спортивных товаров, игрушек). При исследовании химических свойств натурального каучука выяснилось, что он имеет кратные связи в полимерной цепи, установлено, что каучук имеет цис-форму и представляет собой

2-метилбутадиен-1,3 (изопрен). Вулканизированный каучук называют резиной. Также учащиеся познакомились с растениями каучуконосами и способами получения из них натурального каучука и продолжили развивать свои теоретические и практические умения и навыки.

К статье прилагаются презентации (приложение , , ).

Список литературы:

1. Журнал “Потенциал. Химия. Биология. Медицина” Москва изд. ООО “Азбука-2000” 2011, статья Е. А. Менделеева “История про каучук” стр. 9–14.
2. О. С. Габриелян, Л. П. Ватлина “Химический эксперимент в школе”, Москва “Дрофа” 2005.
3. А. И. Артеменко “Удивительный мир органической химии”, Москва “Дрофа” 2008.

Сырой каучук, предназначенный для последующего промышленного применения, является плотным аморфным эластическим материалом с удельной массой 0,91-0,92 г/см? и показателем преломления 1,5191. Его состав неодинаков для различных латексов и методов приготовления на плантации. Результаты типичного анализа представлены в таблице.

Углеводород каучука - это полиизопрен, углеводородное полимерное химическое соединение, имеющее общую формулу (C5H8) n. Как именно в дереве синтезируется углеводород каучука, неизвестно. Невулканизованный каучук становится мягким и липким в теплую погоду и хрупким - в холодную. При нагреве выше 180°С в отсутствие воздуха каучук разлагается и выделяет изопрен. Каучук относится к классу ненасыщенных органических соединений, которые проявляют значительную химическую активность при взаимодействии с другими реакционноспособными веществами. Так, он реагирует с хлороводородной кислотой с образованием гидрохлорида каучука, а также с хлором по механизмам присоединения и замещения с образованием хлорированного каучука. Атмосферный кислород действует на каучук медленно, делая его жестким и хрупким; озон делает то же самое быстрее. Сильные окислители, например азотная кислота, перманганат калия и перекись водорода, окисляют каучук. Он устойчив к действию щелочей и умеренно сильных кислот. Каучук реагирует также с водородом, серой, серной кислотой, сульфоновыми кислотами, окислами азота и многими другими реакционноспособными соединениями, образуя производные, часть из которых имеет промышленное применение. Каучук не растворяется в воде, спирте или ацетоне, однако набухает и растворяется в бензоле, толуоле, бензине, сероуглероде, скипидаре, хлороформе, четыреххлористом углероде и других галогенсодержащих растворителях, образуя вязкую массу, применяемую в качестве клея. Углеводород каучука присутствует в латексе в виде суспензии мельчайших частиц, размер которых составляет от 0,1 до 0,5 мкм. Самые крупные частицы видны через ультрамикроскоп; они находятся в состоянии непрерывного движения, которое может служить иллюстрацией явления, называемого броуновским движением. Каждая каучуковая частица несет отрицательный заряд. Если через латекс пропускать ток, то такие частицы будут двигаться к положительному электроду (аноду) и осаждаться на нем. Это явление используется в промышленности для нанесения покрытий на металлические предметы. На поверхности каучуковых частиц присутствуют адсорбированные белки, которые препятствуют сближению латексных частиц и их коагуляции. Заменяя вещество, адсорбированное на поверхности частицы, можно изменить знак ее заряда, и тогда каучуковые частицы будут осаждаться на катоде. Каучук обладает двумя важными свойствами, которые обусловливают его промышленное применение. В вулканизованном состоянии он упруг и после растяжения принимает первоначальную форму; в невулканизованном состоянии он пластичен, т.е. течет под воздействием тепла или давления. Одно свойство каучуков уникально: при растяжении они нагреваются, а при сжатии - охлаждаются. Наоборот, при нагревании каучук сжимается, а при охлаждении - расширяется, демонстрируя явление, называемое эффектом Джоуля. При растяжении на несколько сот процентов молекулы каучука ориентируются до такой степени, что его волокна дают рентгенограмму, свойственную кристаллу. Молекулы каучука, добытого из гевеи, имеют цис-конфигурацию, а молекулы балаты и гуттаперчи - транс-конфигурацию. Будучи плохим проводником электричества, каучук используется и как электрический изолятор.

КАУЧУК И РЕЗИНА
Каучук - вещество, получаемое из каучуконосных растений, растущих главным образом в тропиках и содержащих млечную жидкость (латекс) в корнях, стволе, ветвях, листьях или плодах либо под корой. Резина - продукт вулканизации композиций на основе каучука. Латекс не является соком растения, и его роль в жизнедеятельности растения до конца не выяснена. Латекс содержит частицы, выделяемые путем коагуляции в виде сплошной упругой массы, называемой сырым, или необработанным, каучуком.
ИСТОЧНИКИ НАТУРАЛЬНОГО КАУЧУКА
Сырой натуральный каучук бывает двух видов:
1) дикий каучук, добываемый из произрастающих в естественных условиях деревьев, кустов и лозы;
2) плантационный каучук, добываемый из возделываемых человеком деревьев и других растений. В течение 19 в. вся масса сырого каучука промышленного применения представляла собой дикий каучук, добывавшийся подсочкой гевеи бразильской в экваториальных тропических лесах Латинской Америки, из деревьев и лозы в экваториальной Африке, на Малаккском полуострове и Зондских островах.

СВОЙСТВА КАУЧУКА
Сырой каучук, предназначенный для последующего промышленного применения, является плотным аморфным эластическим материалом с удельной массой 0,91-0,92 г/см3 и показателем преломления 1,5191. Его состав неодинаков для различных латексов и методов приготовления на плантации. Результаты типичного анализа представлены в таблице.
Углеводород каучука - это полиизопрен, углеводородное полимерное химическое соединение, имеющее общую формулу (C5H8)n. Как именно в дереве синтезируется углеводород каучука, неизвестно. Невулканизованный каучук становится мягким и липким в теплую погоду и хрупким - в холодную. При нагреве выше 180° С в отсутствие воздуха каучук разлагается и выделяет изопрен. Каучук относится к классу ненасыщенных органических соединений, которые проявляют значительную химическую активность при взаимодействии с другими реакционноспособными веществами. Так, он реагирует с хлороводородной кислотой с образованием гидрохлорида каучука, а также с хлором по механизмам присоединения и замещения с образованием хлорированного каучука. Атмосферный кислород действует на каучук медленно, делая его жестким и хрупким; озон делает то же самое быстрее. Сильные окислители, например азотная кислота, перманганат калия и перекись водорода, окисляют каучук. Он устойчив к действию щелочей и умеренно сильных кислот. Каучук реагирует также с водородом, серой, серной кислотой, сульфоновыми кислотами, окислами азота и многими другими реакционноспособными соединениями, образуя производные, часть из которых имеет промышленное применение. Каучук не растворяется в воде, спирте или ацетоне, однако набухает и растворяется в бензоле, толуоле, бензине, сероуглероде, скипидаре, хлороформе, четыреххлористом углероде и других галогенсодержащих растворителях, образуя вязкую массу, применяемую в качестве клея. Углеводород каучука присутствует в латексе в виде суспензии мельчайших частиц, размер которых составляет от 0,1 до 0,5 мкм. Самые крупные частицы видны через ультрамикроскоп; они находятся в состоянии непрерывного движения, которое может служить иллюстрацией явления, называемого броуновским движением. Каждая каучуковая частица несет отрицательный заряд. Если через латекс пропускать ток, то такие частицы будут двигаться к положительному электроду (аноду) и осаждаться на нем. Это явление используется в промышленности для нанесения покрытий на металлические предметы. На поверхности каучуковых частиц присутствуют адсорбированные белки, которые препятствуют сближению латексных частиц и их коагуляции. Заменяя вещество, адсорбированное на поверхности частицы, можно изменить знак ее заряда, и тогда каучуковые частицы будут осаждаться на катоде. Каучук обладает двумя важными свойствами, которые обусловливают его промышленное применение. В вулканизованном состоянии он упруг и после растяжения принимает первоначальную форму; в невулканизованном состоянии он пластичен, т.е. течет под воздействием тепла или давления. Одно свойство каучуков уникально: при растяжении они нагреваются, а при сжатии - охлаждаются. Наоборот, при нагревании каучук сжимается, а при охлаждении - расширяется, демонстрируя явление, называемое эффектом Джоуля. При растяжении на несколько сот процентов молекулы каучука ориентируются до такой степени, что его волокна дают рентгенограмму, свойственную кристаллу. Молекулы каучука, добытого из гевеи, имеют цис-конфигурацию, а молекулы балаты и гуттаперчи - транс-конфигурацию. Будучи плохим проводником электричества, каучук используется и как электрический изолятор.
ОБРАБОТКА КАУЧУКА И ПРОИЗВОДСТВО РЕЗИНЫ
Пластикация. Одно из важнейших свойств каучука - пластичность - используется в производстве резиновых изделий. Чтобы смешать каучук с другими ингредиентами резиновой смеси, его нужно сначала умягчить, или пластицировать, путем механической или термической обработки. Этот процесс называется пластикацией каучука. Открытие Т.Хэнкоком в 1820 возможности пластикации каучука имело огромное значение для резиновой промышленности. Его пластикатор состоял из шипованного ротора, вращающегося в шипованном полом цилиндре; это устройство имело ручной привод. В современной резиновой промышленности используются три типа подобных машин до ввода других компонентов резиновой смеси в каучук. Это - каучукотерка, смеситель Бенбери и пластикатор Гордона. Использование грануляторов - машин, которые разрезают каучук на маленькие гранулы или пластинки одинаковых размеров и формы, - облегчает операции по дозировке и управлению процессом обработки каучука. каучук подается в гранулятор по выходе из пластикатора. Получающиеся гранулы смешиваются с углеродной сажей и маслами в смесителе Бенбери, образуя маточную смесь, которая также гранулируется. После обработки в смесителе Бенбери производится смешивание с вулканизующими веществами, серой и ускорителями вулканизации.
Приготовление резиновой смеси. Химическое соединение только из каучука и серы имело бы ограниченное практическое применение. Чтобы улучшить физические свойства каучука и сделать его более пригодным для эксплуатации в различных применениях, необходимо модифицировать его свойства путем добавления других веществ. Все вещества, смешиваемые с каучуком перед вулканизацией, включая серу, называются ингредиентами резиновой смеси. Они вызывают как химические, так и физические изменения в каучуке. Их назначение - модифицировать твердость, прочность и ударную вязкость и увеличить стойкость к истиранию, маслам, кислороду, химическим растворителям, теплу и растрескиванию. Для изготовления резин разных применений используются различные составы.
Ускорители и активаторы. Некоторые химически активные вещества, называемые ускорителями, при использовании вместе с серой уменьшают время вулканизации и улучшают физические свойства каучука. Примерами неорганических ускорителей являются свинцовые белила, свинцовый глет (монооксид свинца), известь и магнезия (оксид магния). Органические ускорители гораздо более активны и являются важной частью почти любой резиновой смеси. Они вводятся в смесь в относительно малой доле: обычно бывает достаточно от 0,5 до 1,0 части на 100 частей каучука. Большинство ускорителей полностью проявляет свою эффективность в присутствии активаторов, таких, как окись цинка, а для некоторых требуется органическая кислота, например стеариновая. Поэтому современные рецептуры резиновых смесей обычно включают окись цинка и стеариновую кислоту.
Мягчители и пластификаторы. Мягчители и пластификаторы обычно используются для сокращения времени приготовления резиновой смеси и понижения температуры процесса. Они также способствуют диспергированию ингредиентов смеси, вызывая набухание или растворение каучука. Типичными мягчителями являются парафиновое и растительные масла, воски, олеиновая и стеариновая кислоты, хвойная смола, каменноугольная смола и канифоль.
Упрочняющие наполнители. Некоторые вещества усиливают каучук, придавая ему прочность и сопротивляемость износу. Они называются упрочняющими наполнителями. Углеродная (газовая) сажа в тонко измельченной форме - наиболее распространенный упрочняющий наполнитель; она относительно дешева и является одним из самых эффективных веществ такого рода. Протекторная резина автомобильной шины содержит приблизительно 45 частей углеродной сажи на 100 частей каучука. Другими широко используемыми упрочняющими наполнителями являются окись цинка, карбонат магния, кремнезем, карбонат кальция и некоторые глины, однако все они менее эффективны, чем газовая сажа.
Наполнители. На заре каучуковой промышленности еще до появления автомобиля некоторые вещества добавлялись к каучуку для удешевления получаемых из него продуктов. Упрочнение еще не имело большого значения, и такие вещества просто служили для увеличения объема и массы резины. Их называют наполнителями или инертными ингредиентами резиновой смеси. Распространенными наполнителями являются бариты, мел, некоторые глины и диатомит.
Антиоксиданты. Использование антиоксидантов для сохранения нужных свойств резиновых изделий в процессе их старения и эксплуатации началось после Второй мировой войны. Как и ускорители вулканизации, антиоксиданты - сложные органические соединения, которые при концентрации 1-2 части на 100 частей каучука препятствуют росту жесткости и хрупкости резины. Воздействие воздуха, озона, тепла и света - основная причина старения резины. Некоторые антиоксиданты также защищают резину от повреждения при изгибе и нагреве.
Пигменты. Упрочняющие и инертные наполнители и другие ингредиенты резиновой смеси часто называют пигментами, хотя используются и настоящие пигменты, которые придают цвет резиновым изделиям. Оксиды цинка и титана, сульфид цинка и литопон применяются в качестве белых пигментов. Желтый крон, железоокисный пигмент, сульфид сурьмы, ультрамарин и ламповая сажа используются для придания изделиям различных цветовых оттенков.
Каландрование. После того как сырой каучук пластицирован и смешан с ингредиентами резиновой смеси, он подвергается дальнейшей обработке перед вулканизацией, чтобы придать ему форму конечного изделия. Тип обработки зависит от области применения резинового изделия. На этой стадии процесса широко используются каландрование и экструзия. Каландры представляют собой машины, предназначенные для раскатки резиновой смеси в листы или промазки ею тканей. Стандартный каландр обычно состоит из трех горизонтальных валов, расположенных один над другим, хотя для некоторых видов работ используются четырехвальные и пятивальные каландры. Полые каландровые валы имеют длину до 2,5 м и диаметр до 0,8 м. К валам подводятся пар и холодная вода, чтобы контролировать температуру, выбор и поддержание которой имеют решающее значение для получения качественного изделия с постоянной толщиной и гладкой поверхностью. Соседние валы вращаются в противоположных направлениях, причем частота вращения каждого вала и расстояние между валами точно контролируются. На каландре выполняются нанесение покрытия на ткани, промазка тканей и раскатка резиновой смеси в листы.
Экструзия. Экструдер применяется для формования труб, шлангов, протекторов шин, камер пневматических шин, уплотнительных прокладок для автомобилей и других изделий. Он состоит из стального цилиндрического корпуса, снабженного рубашкой для нагрева или охлаждения. Плотно прилегающий к корпусу шнек подает невулканизованную резиновую смесь, предварительно нагретую на вальцах, через корпус к головке, в которую вставляется сменный формующий инструмент, определяющий форму получаемого изделия. Выходящее из головки изделие обычно охлаждается струей воды. Камеры пневматических шин выходят из экструдера в виде непрерывной трубки, которая потом разрезается на части нужной длины. Многие изделия, например уплотнительные прокладки и небольшие трубки, выходят из экструдера в окончательной форме, а потом вулканизуются. Другие изделия, например протекторы шин, выходят из экструдера в виде прямых заготовок, которые впоследствии накладываются на корпус шины и привулканизовываются к нему, меняя свою первоначальную форму.
Вулканизация. Далее необходимо вулканизовать заготовку, чтобы получить готовое изделие, пригодное к эксплуатации. Вулканизация проводится несколькими способами. Многим изделиям придается окончательная форма только на стадии вулканизации, когда заключенная в металлические формы резиновая смесь подвергается воздействию температуры и давления. Автомобильные шины после сборки на барабане формуются до нужного размера и затем вулканизуются в рифленых стальных формах. Формы устанавливаются одна на другую в вертикальном вулканизационном автоклаве, и в замкнутый нагреватель запускается пар. В невулканизованную заготовку шины вставляется пневмомешок той же формы, что и камера шины. По гибким медным трубкам в него запускаются воздух, пар, горячая вода по отдельности или в сочетании друг с другом; эти служащие для передачи давления текучие среды раздвигают каркас шины, заставляя каучук втекать в фасонные углубления формы. В современной практике технологи стремятся к увеличению числа шин, вулканизуемых в отдельных вулканизаторах, называемых пресс-формами. Эти литые пресс-формы имеют полые стенки, обеспечивающие внутреннюю циркуляцию пара, горячей воды и воздуха, которые подводят тепло к заготовке. В заданное время пресс-формы автоматически открываются. Были разработаны автоматизированные вулканизационные прессы, которые вставляют в заготовку шины варочную камеру, вулканизуют шину и удаляют варочную камеру из готовой шины. Варочная камера является составной частью вулканизационного пресса. Камеры шин вулканизуются в сходных пресс-формах, имеющих гладкую поверхность. Среднее время вулканизации одной камеры составляет около 7 мин при 155° С. При меньших температурах время вулканизации возрастает. Многие изделия меньшего размера вулканизуются в металлических пресс-формах, которые размещаются между параллельными плитами гидравлического пресса. Плиты пресса внутри полые, чтобы обеспечить доступ пара для нагрева без непосредственного контакта с изделием. Изделие получает тепло только через металлическую пресс-форму. Многие изделия вулканизуются нагревом в воздухе или углекислом газе. Прорезиненная ткань, одежда, плащи и резиновая обувь вулканизуются таким способом. Процесс обычно проводится в больших горизонтальных вулканизаторах с паровой рубашкой. Резиновые смеси, вулканизуемые сухим теплом, обычно содержат меньшую добавку серы, чтобы исключить выход части серы на поверхность изделия. Для уменьшения времени вулканизации, которое, как правило, больше, чем при вулканизации открытым паром или под прессом, используются вещества-ускорители. Некоторые резиновые изделия вулканизуются погружением в горячую воду под давлением. Листовой каучук наматывается между слоями муслина на барабан и вулканизуется в горячей воде под давлением. Резиновые груши, шланги, изоляция для проводов вулканизуются в открытом паре. Вулканизаторы обычно представляют собой горизонтальные цилиндры с плотно подогнанными крышками. Пожарные шланги вулканизуются паром с внутренней стороны и таким образом играют роль собственных вулканизаторов. Каучуковый шланг втягивается вовнутрь плетеного хлопчатобумажного шланга, к ним прикрепляются соединительные фланцы и внутрь заготовки на заданное время под давлением нагнетается пар. Вулканизация без подвода тепла может проводиться с помощью хлористой серы S2Cl2 путем либо погружения в раствор, либо воздействия паров. Только тонкие листы или такие изделия, как фартуки, купальные шапочки, напальчники или хирургические перчатки, вулканизуются таким способом, поскольку реакция протекает быстро, а раствор при этом не проникает глубоко в заготовку. Дополнительная обработка аммиаком необходима для удаления кислоты, образующейся в процессе вулканизации.
ТВЕРДАЯ РЕЗИНА
Изделия из твердой резины отличаются от изделий из мягкой резины главным образом количеством серы, используемой при вулканизации. Когда количество серы в резиновой смеси превышает 5%, в результате вулканизации получается твердая резина. Резиновая смесь может содержать до 47 частей серы на 100 частей каучука; при этом получается твердый и жесткий продукт, называемый эбонитом, поскольку похож на эбеновое (черное) дерево. Изделия из твердой резины обладают хорошими диэлектрическими свойствами и используются в электротехнической промышленности в качестве изоляторов, например в распределительных щитах, вилках, розетках, телефонах и аккумуляторах. Изготовленные с применением твердой резины трубы, клапаны и арматура применяются в тех областях химической промышленности, где требуется коррозионная стойкость. Изготовление детских игрушек - еще одна статья потребления твердой резины.
СИНТЕТИЧЕСКИЙ КАУЧУК
Синтез каучука, происходящий в дереве, никогда не выполнялся в лаборатории. Синтетические каучуки являются эластичными материалами; они сходны с натуральным продуктом по химическим и физическим свойствам, но отличаются от него структурой. Синтез аналога натурального каучука (1,4-цис-полиизопрена и 1,4-цис-полибутадиена). Натуральный каучук, получаемый из гевеи бразильской, имеет структуру, состоящую на 97,8% из 1,4-цис-полиизопрена:

Синтез 1,4-цис-полиизопрена проводился несколькими различными путями с использованием регулирующих стереоструктуру катализаторов, и это позволило наладить производство различных синтетических эластомеров. Катализатор Циглера состоит из триэтилалюминия и четыреххлористого титана; он заставляет молекулы изопрена объединяться (полимеризоваться) с образованием гигантских молекул 1,4-цис-полиизопрена (полимера). Аналогично, металлический литий или алкил- и алкиленлитиевые соединения, например бутиллитий, служат катализаторами полимеризации изопрена в 1,4-цис-полиизопрен. Реакции полимеризации с этими катализаторами проводятся в растворе с использованием углеводородов нефти в качестве растворителей. Синтетический 1,4-цис-полиизопрен обладает свойствами натурального каучука и может использоваться как его заместитель в производстве резиновых изделий.
См. также ПЛАСТМАССЫ . Полибутадиен, на 90-95% состоящий из 1,4-цис-изомера, также был синтезирован посредством регулирующих стереоструктуру катализаторов Циглера, например триэтилалюминия и четырехиодистого титана. Другие регулирующие стереоструктуру катализаторы, например хлорид кобальта и алкилалюминий, также дают полибутадиен с высоким (95%) содержанием 1,4-цис-изомера. Бутиллитий тоже способен полимеризовать бутадиен, однако дает полибутадиен с меньшим (35-40%) содержанием 1,4-цис-изомера. 1,4-цис-полибутадиен обладает чрезвычайно высокой эластичностью и может использоваться как наполнитель натурального каучука. Тиокол (полисульфидный каучук). В 1920, пытаясь получить новый антифриз из этиленхлорида и полисульфида натрия, Дж.Патрик вместо этого открыл новое каучукоподобное вещество, названное им тиоколом. Тиокол высокоустойчив к бензину и ароматическим растворителям. Он имеет хорошие характеристики старения, высокое сопротивление раздиру и низкую проницаемость для газов. Не будучи настоящим синтетическим каучуком, он, тем не менее, находит применение для изготовления резин специального назначения.
Неопрен (полихлоропрен). В 1931 компания "Дюпон" объявила о создании каучукоподобного полимера, или эластомера, названного неопреном. Неопрен изготавливают из ацетилена, который, в свою очередь, получают из угля, известняка и воды. Ацетилен сначала полимеризуют до винилацетилена, из которого путем добавления хлороводородной кислоты производят хлоропрен. Далее хлоропрен полимеризуют до неопрена. Помимо маслостойкости неопрен имеет высокую тепло- и химическую стойкость и используется в производстве шлангов, труб, перчаток, а также деталей машин, например шестерен, прокладок и приводных ремней. Буна S (SBR, бутадиенстирольный каучук). Синтетический каучук типа буна S, обозначаемый как SBR, производится в больших реакторах с рубашкой, или автоклавах, в которые загружают бутадиен, стирол, мыло, воду, катализатор (персульфат калия) и регулятор роста цепи (меркаптан). Мыло и вода служат для эмульгирования бутадиена и стирола и приведения их в близкий контакт с катализатором и регулятором роста цепи. Содержимое реактора нагревается до примерно 50° С и перемешивается в течение 12-14 ч; за это время в результате процесса полимеризации в реакторе образуется каучук. Получающийся латекс содержит каучук в форме малых частиц и имеет вид молока, очень напоминающий натуральный латекс, добытый из дерева. Латекс из реакторов обрабатывается прерывателем полимеризации для остановки реакции и антиоксидантом для сохранения каучука. Затем он очищается от избытка бутадиена и стирола. Чтобы отделить (путем коагуляции) каучук от латекса, он обрабатывается раствором хлорида натрия (пищевой соли) в кислоте либо раствором сульфата алюминия, которые отделяют каучук в форме мелкой крошки. Далее крошка промывается, сушится в печи и прессуется в кипы. Из всех эластомеров SBR используется наиболее широко. Больше всего его идет на производство автомобильных шин. Этот эластомер сходен по свойствам с натуральным каучуком. Он не маслостоек и в большинстве случаев проявляет низкую химическую стойкость, но обладает высоким сопротивлением удару и истиранию.
Латексы для эмульсионных красок. Бутадиен-стирольные латексы широко используются в эмульсионных красках, в которых латекс образует смесь с пигментами обычных красок. В таком применении содержание стирола в латексе должно превышать 60%.
Низкотемпературный маслонаполненный каучук. Низкотемпературный каучук - особый тип каучука SBR. Он производится при 5° С и обеспечивает лучшую износостойкость шин, чем стандартный SBR, полученный при 50° С. Износостойкость шин еще более повышается, если низкотемпературному каучуку придать высокую ударную вязкость. Для этого в базовый латекс добавляют некоторые нефтяные масла, называемые нефтяными мягчителями. Количество добавляемого масла зависит от требуемого значения ударной вязкости: чем оно выше, тем больше вводится масла. Добавленное масло действует как мягчитель жесткого каучука. Другие свойства маслонаполненного низкотемпературного каучука такие же, как у обычного низкотемпературного.
Буна N (NBR, бутадиенакрилонитрильный каучук). Вместе с буна S в Германии был также разработан маслостойкий тип синтетического каучука под названием пербунан, или буна N. Основной компонент этого нитрильного каучука - также бутадиен, который сополимеризуется с акрилонитрилом по существу по тому же механизму, что и SBR. Сорта NBR различаются содержанием акрилонитрила, количество которого в полимере варьирует от 15 до 40% в зависимости от назначения каучука. Нитрильные каучуки маслостойки в степени, соответствующей содержанию в них акрилонитрила. NBR использовался в тех видах военного оборудования, где требовалась маслостойкость, например в шлангах, самоуплотняющихся топливных элементах и конструкциях транспортных средств.
Бутилкаучук. Бутилкаучук - еще один синтетический каучук - был открыт в 1940. Он замечателен своей низкой газопроницаемостью; камера шины из этого материала удерживает воздух в 10 раз дольше, чем камера из натурального каучука. Бутилкаучук изготавливают полимеризацией изобутилена, получаемого из нефти, с малой добавкой изопрена при температуре -100° С. Эта полимеризация не является эмульсионным процессом, а проводится в органическом растворителе, например метилхлориде. Свойства бутилкаучука могут быть сильно улучшены термообработкой маточной смеси бутилкаучука и газовой сажи при температуре от 150 до 230° С. Недавно бутилкаучук нашел новое применение как материал для протекторов шин ввиду его хороших ходовых характеристик, отсутствия шума и превосходного сцепления с дорогой. Бутилкаучук несовместим с натуральным каучуком и SBR и, значит, не может быть смешан с ними. Однако после хлорирования до хлорбутилкаучука он становится совместимым с натуральным каучуком и SBR. Хлорбутилкаучук сохраняет низкую газопроницаемость. Это свойство используется при изготовлении смешанных продуктов хлорбутилкаучука с натуральным каучуком или SBR, которые служат для производства внутреннего слоя бескамерных шин.
Этиленпропиленовый каучук. Сополимеры этилена и пропилена могут быть получены в широких диапазонах составов и молекулярных масс. Эластомеры, содержащие 60-70% этилена, вулканизуются с пероксидами и дают вулканизат с хорошими свойствами. Этиленпропиленовый каучук имеет превосходную атмосферо- и озоностойкость, высокую термо-, масло- и износостойкость, но также и высокую воздухопроницаемость. Такой каучук изготавливается из дешевых сырьевых материалов и находит многочисленные применения в промышленности. Наиболее широко применяемым типом этиленпропиленового каучука является тройной этиленпропиленовый каучук (с диеновым сомономером). Он используется в основном для изготовления оболочек проводов и кабелей, однослойной кровли и в качестве присадки для смазочных масел. Его малая плотность и превосходная озоно- и атмосферостойкость обусловливают его применение в качестве кровельного материала.
Вистанекс. Вистанекс, или полиизобутилен, - полимер изобутилена, также получаемый при низких температурах. Он подобен каучуку по свойствам, но в отличие от каучука является насыщенным углеводородом и, значит, не может быть подвергнут вулканизации. Полиизобутилен озоностоек.
Коросил. Коросил, каучукоподобный материал, - это пластифицированный поливинилхлорид, приготовленный из винилхлорида, который, в свою очередь, получают из ацетилена и хлороводородной кислоты. Коросил замечательно стоек к действию окислителей, в том числе озона, азотной и хромовой кислот, и поэтому используется для внутренней облицовки цистерн с целью защиты их от коррозии. Он непроницаем для воды, масел и газов и в силу этого находит применение как покрытие для тканей и бумаги. Каландрованный материал используется в производстве плащей, душевых занавесок и обоев. Низкое водопоглощение, высокая электрическая прочность, негорючесть и высокое сопротивление старению делают пластифицированный поливинилхлорид пригодным для изготовления изоляции проводов и кабелей.
Полиуретан. Класс эластомеров, известных как полиуретаны, находит применение в производстве пеноматериалов, клеев, покрытий и формованных изделий. Изготовление полиуретанов включает несколько стадий. Сначала получают сложный полиэфир реакцией дикарбоновой кислоты, например адипиновой, с многоатомным спиртом, в частности этиленгликолем или диэтиленгликолем. Полиэфир обрабатывают диизоцианатом, например толуилен-2,4-диизоцианатом или метилендифенилендиизоцианатом. Продукт этой реакции обрабатывают водой и подходящим катализатором, в частности n-этилморфолином, и получают упругий или гибкий пенополиуретан. Добавляя диизоцианат, получают формованные изделия, в том числе шины. Меняя соотношение гликоля и дикарбоновой кислоты в процессе производства сложного полиэфира, можно изготовить полиуретаны, которые используются как клеи или перерабатываются в твердые или гибкие пеноматериалы либо формованные изделия. Пенополиуретаны огнестойки, имеют высокую прочность на растяжение, очень высокое сопротивление раздиру и истиранию. Они проявляют исключительно высокую несущую способность и хорошее сопротивление старению. Вулканизованные полиуретановые каучуки имеют высокие прочность на растяжение, сопротивление истиранию, раздиру и старению. Был разработан процесс получения полиуретанового каучука на основе простого полиэфира. Такой каучук хорошо ведет себя при низких температурах и устойчив к старению.
Кремнийорганический каучук. Кремнийорганические каучуки не имеют себе равных по пригодности к эксплуатации в широком температурном интервале (от -73 до 315° С). Для вулканизованных кремнийорганических каучуков была достигнута прочность на растяжение около 14 МПа. Их сопротивление старению и диэлектрические характеристики также весьма высоки.
Хайпалон (хлорсульфоэтиленовый каучук). Этот эластомер хлорсульфонированного полиэтилена получают обработкой полиэтилена хлором и двуокисью серы. Вулканизованный хайпалон чрезвычайно озоно- и атмосферостоек и имеет хорошую термо- и химическую стойкость.
Фторсодержащие эластомеры. Эластомер кель-F - сополимер хлортрифторэтилена и винилиденфторида. Этот каучук имеет хорошую термо- и маслостойкость. Он стоек к действию коррозионно-активных веществ, негорюч и пригоден к эксплуатации в интервале от -26 до 200° С. Витон А и флюорел - сополимеры гексафторпропилена и винилиденфторида. Эти эластомеры отличаются превосходной стойкостью к действию тепла, кислорода, озона, атмосферных факторов и солнечного света. Они имеют удовлетворительные низкотемпературные характеристики и пригодны к эксплуатации до -21° С. Фторсодержащие эластомеры используются в тех приложениях, где требуется стойкость к действию тепла и масел.
Специализированные эластомеры. Производятся специализированные эластомеры с разнообразными физическими свойствами. Многие из них очень дороги. Наиболее важные из них - акрилатные каучуки, хлорсульфонированный полиэтилен, сополимеры простых и сложных эфиров, полимеры на основе эпихлоргидрина, фторированные полимеры и термопластичные блок-сополимеры. Они используются для изготовления уплотнений, прокладок, шлангов, оболочек проводов и кабелей и клеев.
См. также

Каучуковыми клеями называют растворы каучука или смесей каучука и синтетических смол в органических растворителях. Сырьем для клеев служит регенерированная резина, бутадиен-стирольный, бутадиен-акрилонитрильный и полихлоропреновый каучуки. Вязкие коллоидные растворы каучуков хорошо смачивают поверхности, распределяются по ним тонким слоем и быстро переходят в гелеобразное состояние, прочно удерживая соединяемые детали без длительной запрессовки.

Почти все каучуковые клеи дают эластичные клеевые соединения, отличающиеся ползучестью при статических нагрузках, т. е. постепенно деформирующиеся в направлении приложенного длительно действующего усилия. Однако эти соединения хорошо сопротивляются ударным нагрузкам, вибрации, действию воды и масел.

Одно из главных преимуществ каучуковых клеев - простота применения. Технологический процесс состоит из нанесения клея, подсушивания клеевой пленки, соединения склеиваемых деталей и сообщения минимального давления для полного контакта поверхностей. Многие каучуковые клеи, называемые контактными, вообще не требуют давления (запрессовки). Отверждаются каучуковые клеи как при нагревании, так и при нормальной температуре, причем скорость отверждения (схватывания) минимальна, например наиритовые клеи отверждаются за несколько часов.

Каучуковые клеи, как правило, делят на две группы: вулканизующиеся и невулканизующиеся . К первой группе относятся клеи, в состав которых, кроме каучуков, входят вулканизующие агенты. После вулканизации, протекающей при повышенной (до 150-155 °С) или при нормальной температуре, эти клеи образуют прочные, нерастворимые клеевые прослойки. Чтобы избежать преждевременной вулканизации клея, готовят обычно два компонента: в один вводят ускоритель, а в другой вулканизующие вещества. Смешивают компоненты непосредственно перед склеиванием.

Вторую группу представляют растворы натурального или циклизованного каучуков, образующие при испарении растворителя сравнительно непрочные, но эластичные пленки клея.

Растворителями каучуков при изготовлении клеев обычно являются алифатические, ароматические и хлорированные углеводороды. Наибольшее применение нашел бензин «галоша».

Промышленные предприятия получают каучуковые клеи в готовом для употребления виде - жидком. Однако некоторые клеи необходимо дополнительно разводить до рабочей концентрации (от 8 до 60%). До нужной концентрации клей доводят постепенным (с перемешиванием) добавлением растворителя. Клеи, получаемые в сухом виде, например «Термопрен», сначала измельчают, а затем замачивают в двойном или тройном по весу количестве растворителя. После набухания (через 12-24 ч) добавляют растворитель до требуемой концентрации. Готовые клеи необходимо хранить в герметически закрывающейся посуде, в прохладном помещении.

Прочность клеевого соединения зависит от свойств каучуков и смол-добавок, от качества подготовки склеиваемых поверхностей и вида материала, от толщины клеевой прослойки, от полноты (сплошности) контакта, от точности соблюдения технологических приемов.

Вследствие того, что в состав каучуковых клеев входят бензин, ацетон, дихлорэтан, бензол, они горючи и токсичны. Поэтому при работе с каучуковыми клеями необходимо соблюдать правила по охране труда и пожарной безопасности. Вблизи от рабочего места должен быть огнетушитель и желательно - асбестовое одеяло.

Универсального каучукового клея пока не существует. В зависимости от назначения и технологии склеивания каучуковые клеи делят на следующие группы: а) для склеивания резины с резиной; б) для склеивания резины с металлами; в) для склеивания металлов и неметаллических материалов.

а) Для склеивания резины с резиной и резино-тканевыми материалами применяют клеи, в большинстве своем представляющие растворы резиновой смеси на основе акрилонитрильного каучука в сочетании с феноло-формальдегидными смолами и другими каучуками (натуральным, полихлоропреновым). Концентрация этих клеев от 7 до 20%, вязкость по вискозиметру ВЗ-1 15-50 сек. Растворителями служат бензол или смеси бензола с ацетоном, дихлорэтаном, бензином.

б) Для склеивания резин с металлами чаще всего применяют клей № 61, К-50, ВДУ-3, «Термопрен» и др.

Для приклеивания холодным способом резиновых деталей к неокрашенному или окрашенному нитролаком металлу, используют клей № 61, т. е. раствор резиновой смеси № 61 в бензине.

Клей К-50 состоит из жидкого тиокола и эпоксидной смолы; перед употреблением к нему добавляют полиэтиленполиамин. Используют этот клей в качестве подслоя при склеивании металлов с тиоколовыми герметиками.

Клей ВДУ-3 применяют для крепления акрилонитрильных и хлоропреновых резин к металлам. Он состоит из смеси акрилонитрильных резин и феноло-формальдегидной смолы ВДУ, растворенных в бензолоацетоновой смеси или в смеси бензола, толуола, ацетона, и этилацетата.

Клей «Термопрен» состоит из смеси натурального каучука (100 вес. ч.) и п-фенолсульфокислоты (7,5 вес. ч.), подвергнутых термообработке. Его приготовляют, растворяя мелкие кусочки каучука в смеси бензина и бензола (2:1) до 9-11 %-ной концентрации. Клей применяют для приклеивания тонких металлических пластин к резинам. Перед склеиванием поверхности металла и резины обрабатывают наждачной бумагой и обезжиривают. Чтобы не образовалось окисной пленки, препятствующей склеиванию, сразу после зачистки металла наносят клей.

в) Для склеивания металлов и неметаллических материалов (резин, пластмасс, кожи, древесины, бетона, стекла и тканей) могут быть применены клеи 88-Н, 88-НП, НТ, СН-57 и СН-58, ГЭН 150/В, КС-1, Л-НТ. Наибольшее применение нашли клеи 88-Н и ГЭН 150/В.

Клей 88-Н (наиритовый) - раствор резиновой смеси и бутилфеноло-формальдегидной смолы марки 101 в смеси этилацетата и бензина «галоша» (2:1). Это жидкость серого цвета с желтоватым оттенком, содержащая 30% сухого остатка. Клей 88-Н должен иметь вязкость 250-500 спз, расход 200 г/м² - для резины, 400 г/м² - для рулонных отделочных материалов, 800 г/м² - для бетона. Клей отличается большой скоростью отверждения (схватыванием): через 4 ч после склеивания соединение имеет рабочую прочность. Клей 88-Н применяют для склеивания при нормальной температуре резин с металлами, де ревом, стеклом, бетоном, а также для приклеивания пенополистирола, слоистых пластиков и рулонных отделочных материалов к металлам. Прочность на отрыв соединения резины со сталью составляет 13-15 кг/см³. Клеевое соединение характеризуется высокой водостойкостью, вибростойкостью. Соединение не теряет прочности при температуре от -40 до +60 °С, но склонно к ползучести, старению и нестойко по отношению к нефтяным маслам и бензину. Срок хранения клея при температуре до 20 °С 3 месяца.

Более высокой стабильностью отличается клей 88-НП, рекомендуемый преимущественно для крепления резин к металлам холодным способом. Изготовленный из наирита НП, клей сохраняет рабочие свойства в течение 9 месяцев. Его свойства и технология такие же, как и клеев 88 и 88-Н.

Клей ГЭН-150/В состоит из смеси бутадиеннитрильного каучука СКН-40 и смолы ВДУ. Изготовляют его в виде вальцованных темно-коричневых листов (шкурок) толщиной 2-4 мм. Перед употреблением шкурки нарезают мелкими кусочками и заливают смесью растворителей (ацетон 50 вес. ч., бутилацетат 35 вес. ч., толуол 15 вес. ч.). После набухания клей разбавляют смесью растворителей до 20%-ной концентрации. Жизнеспособность клея в сухом виде и в растворе не ограничена. Этим клеем склеивают металлы, резины с металлами, древесину, ткани, кожу. Предел прочности клеевого соединения при отрыве достигает 80-100 кг/см². Соединения стойки к бензину, маслам, воде и могут работать при температуре от-70 до +150 °С, кратковременно при +200 °С. Клей наносят в два слоя (расход 100 г/м²), подсушивают каждый слой в течение 45-60 мин, соединяют склеиваемые поверхности под давлением 3-5 кг/см² и отверждают соединение при 143 °С в течение 45 мин. Благодаря хорошим эксплуатационным качествам клей ГЭН-150/В применяют при ремонте двигателей внутреннего сгорания, для посадки подшипников, восстановления натягов и др.

Каучуковые клеи нашли широкое применение в строительстве, особенно для крепления различных облицовочных материалов и термоакустической изоляции. Наиритовые клеи используют, например, для крепления листов резины к внутренним поверхностя цистерн и емкостей с агрессивными жидкостями. Быстросхватывающий клей НИТХИ-62, созданный на основе наирита НТ с добавкой индено-кумароновой смолы, крепит резиновые, тканевые и другие материалы к основанию из древесных плит и бетона.

Каучуковыми клеями заменяют цементные растворы при креплении керамических плиток. Эластичность резиновых клеев компенсирует изменение размеров плиток, происходящее вследствие температурных колебаний и поглощения влаги, поэтому растрескивание и отставание плиток от основания исключается.

Среди каучуковых клеев в последнее время получили распространение так называемые контактные клеи, изготовляемые преимущественно из полихлоропренового каучука, синтетической смолы и растворителя.

Полихлоропреновые контактные клеи отличаются высокой тепло- и влагостойкостью, сохраняют эластичность и адгезию в наиболее неблагоприятных атмосферных условиях. Эластичность клеевых прослоек допускает большую разность термических деформаций склеенных материалов, что особенно важно при склеивании металлов и пластмасс, коэффициенты линейного расширения которых различны. В зависимости от вязкости смеси и скорости высыхания растворителя контактные клеи наносят на поверхности кистью, накаткой, выдавливанием, распылением, поливом и другими способами. Распыление обеспечивает быстрое нанесение клея и испарение растворителей, наибольшую однородность и экономичности покрытия, наименьшее поглощение клея пористыми поверхностями и лучшее качество склейки. 1 л контактного клея покрывает при распылении 7-8 м² поверхности металла или 4-5 м² поверхности древесины.

Контактные клеи сохраняют клеящую способность примерно в течение 12 ч с момента их нанесения. Если покрытые клеем поверхности оказались несомкнутыми, клеящую способность можно восстановить даже через месяц (но не более), обрабатывая клеевой слой растворителем или нагревая его до температуры 120 °С и выше. Соединения на контактных клеях, в том числе модифицированных феноло-формальдегидными смолами, сохраняют прочность в течение многих лет в условиях сырости, температурных колебаний и других воздействий.

Интересна особенность контактных клеев: находясь в эластичном состоянии, они, на первый взгляд, не могут смачивать вторую (прикладываемую) поверхность. В связи с этим факт прочного склеивания вступает в противоречие с основным положением теории адгезии, утверждающим, что прочное склеивание достигается лишь при возможно более полном смачивании. Объяснить это противоречие можно тем, что макромолекулы высокоэластичного полимерного компонента контактных клеев обладают весьма большой подвижностью, которая приближает их свойства к свойствам жидкости, так что соприкосновение под давлением представляет в некотором смысле соединение с жидкой фазой.

Контактные клеи используют для крепления слоистых пластиков, линолеума, рулонных отделочных материалов к деревянному или металлическому основанию, а также при облицовке пластиками бетонных поверхностей, в том числе стен плавательных бассейнов и резервуаров для хранения масла, топлива. Большая скорость отверждения (схватываемость) контактных клеев повышает производительность труда в 5-8 раз как за счет высокой скорости облицовки, так и за счет простоты приспособлений. Например, при приклеивании рулонного пластика достаточно кратковременного прижима ручным резиновым валиком.

Все более широкое применение находят клеи на основе каучуковых латексов. Их используют для склеивания резин с металлами, особенно в тех случаях, когда необходимо наносить клей на большие поверхности. В состав клея, кроме латекса, входят альбумин, сера, окись цинка, водный раствор извести, меркаптобензотиазол и формалин (для повышения водостойкости клеевых прослоек).

Для склеивания на предварительно очищенную поверхность металла наносят 1-2 слоя клея общей толщиной 2-3 мм. Каждый слой просушивают при 65-70 °С в течение 0,5-1 ч, после чего металлическую деталь выдерживают 30-60 мин при 100-120 °С. После охлаждения накладывают резиновую смесь и деталь поступает на вулканизацию.

Иногда латексы могут быть использованы в составе клеев для соединения цветных металлов. Например, для склеивания меди применяют бутадиенакрилонитрильный латекс (80 вес. ч.) в смеси с крезоло-формальдегидной смолой (100 вес. ч.). В клей добавляют 15 вес. ч. муравьиной кислоты и разбавляют смесь метилэтилкетоном (800 вес. ч.). Соотношение акрилонитрила и бутадиена в латексе 25:75.

В технологическом отношении латексные клеи более удобны, чем растворы каучуков, менее огнеопасны, сравнительно дешевы.

Особую группу образуют латексцементные клеи, представляющие собой смеси латексов, цемента, наполнителя, стабилизатора и воды. Для этих клеев используют бутадиенстирольные латексы СКС-30-ШР, СКС-50-ГП, СКС-65-ГП, наирит, поливинилацетатную эмульсию, казеин, портландцемент, молотые асбест или песок.

Клеи приготовляют на месте работы, смешивая стабилизированный латекс с цементом или смесью цемента с наполнителем. На 1 вес. ч. латекса берут 1-2 вес. ч. цемента. Приготовленный состав наносят на поверхность при помощи мастерка, шпателя и т. п. Толщина клеевого шва в зависимости от вида поверхности от 1 до 5 мм. Влажность склеиваемых материалов не имеет существенного значения, но лучше наносить клей на сухие, а также очищенные от пыли и масел поверхности. Склеивание происходит при нормальной температуре, причем за сутки прочность соединения достигает 30%, а за 4-7 суток - 100%. При понижении температуры нарастание прочности замедляется, а при повышении - ускоряется. Если температура воздуха превышает 40 °С, вода из клея быстро испаряется, что приводит к снижению прочности склеивания. Эксплуатация при повышенной температуре снижает прочность клея вследствие старения каучука, но в меньшей степени, чем в чисто каучуковом клее. Ценным свойством латексцементных клеев является невоспламеняемость и отсутствие токсичности.

Соединения на латексцементных клеях отличаются эластичностью, прочностью, водонепроницаемостью. Возможность надежного сцепления этих клеев с разными материалами - керамикой, стеклом, бетоном, позволяет применять их в различных строительных работах для приклеивания облицовочных плиток, стеклоблоков, ремонта бетонных поверхностей, нанесения защитных гидроизоляционных и декоративных покрытий, уплотнения швов.