Каучукты резиналық бұйымдарға өңдеу

Каучуктың қолайлы және қажетті  қасиеттерінің бірі ол майысқақтығы – каучуктың белгілі бір күш  әрекет еткен соң оның бастапқы қалпына  келуі. Каучук майысқақтық тұрақтылығы белгілі бір температурада ұзақ уақытқа сақтала алады. Ұзақ сақталған каучук уақыт өте келе қатайа бастайды.

-195°C температурада каучук қатты және мөлдір; 0°C-ден 10°C-ге дейін морт сынғыш және мөлдір емес, ал 20°C – жұмсақ және мөлдір.50°C-ге дейін қыздырғанда жұмсақ және жабысқақ; 120°C-де смолаға ұқсас сұйықтыққа айналады, ал осы суығанда бастапқы зат қалпыны келеді.Ал 200 - 250°C-де каучук газ түріне айналады. 

Таблица 5 – синтетикалық каучук өндірісінің динамикасы, мың  тонна

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6  -  жасанды  каучуктердің қолданылуы және қасиеттері

 

Каучук	Бастапқысы	Каучуктың тығыздығы, 103кг/м3	Резинаның сипаттамасы
			Созылу кезіндегі беріктік шегі, МПа	Қатынасты созылуы, %	Жылу тұрақтылығы, 0С	Негізгі қасиеттері
табиғи	изопрен	0,917-0,937	20-30	600-850	80-110	Майда бензинде ісінеді, суыққа төзімділігі 500С-ға дейін, оттекпен тотығады
Синтетикалы изопренді	изопрен	0,91	25-30	600-350	50-100	Эластикалылығы және суыққа төзімділігі  жоғпры және ысыған кездегі  беріктігі, тотығуы жоғары, бензинде майларда ісінеді
Натрий бутадиенді	бутадиен	0,91	10-15	350-450	80	Эластикалылығы төмен, тотығуы  оңай және химиялық  тұрақтытлығы төмен
Стироды бутадиен	Бутадиен стирол	0,92-0,98	20-25	550-650	80-100	Ысу кезінджегі жоғары тұрақтылығы, әластикалылығы және суыққа төзімділіг шектелген оңай тотығады
Нитрилді бутадиен	Бутадиен, акрилонитрил	0,96	27-30	550-650	100-110	Сұйық жанармайларда және майларда ісінбейді, суыққа төзімділігі  және эластикалылығы төмен, оңай тотығады
Бутилкаучук	Изобутилен, изопропен	0,92	15-22	500-600	120	Атмосфера тұрақтылығы және газ өткізгіштігі жоғары, сұйық жанармайларда  және майларда ісінеді

1.3 Алыну жолдары 

1.Лебедов жолымен алу  әдісі

Бір бразилиялық гевеия ағашынан орташа есеппен жылына 2-3 кг. каучук алуға болады. Екінші дүниежүзілік соғысқа дейін орташа есеппен бір гектар жерден жылына 300-400 кг. каучук алуға болатын еді..Бұл көрсеткіш өте төмен болды, өйткені адам қажеттілігінің өсуі жылдан-жылға арта түсті. Сондықтан синтетикалық каучук алу қажеттілігі туды. Бұл біріншіден жұмыстың уақытын үнемдеуге, екіншіден жұмыс күшін үнемдуде қолайлы болатын еді. 

Технологияның дамуна байланысты качуктың тек синтетикалық түрін  алып қана қоймай каучуктың температураға, қысымға және т.б. қоршаған орта әсеріне төтеп беретін қасиеттерге ие болатынын алу қажеттілігі туды.

Мұндай каучук алуда көптеген ғалымдар еңбектенген болатын. Синтетикалық каучуктердің алыну тәсілдері 1900 жылдан басталған болатын. 1900 жылы Бутлеров оқушысы И.Л. Кондаков ең алғаш жасанды жолмен каучук алған болатын.Осы сияқты Бутлеровтың тағы бір оқушысы химик – органик А.Е. Фаворский изопренді синтездеп, полмеризациялап алды. Синтетикалық каучук алуда Е. Кавенту, О.Г. Филиппов, Б.В. Бызов, И.И. Остромысленский сияқты ғалымдар да еңбектенген болатын. Жасанды каучуктың ойлап табу себептерінің бірі ол табиғи каучуктың кемшіліктерінің(температураға тұрақсыздығы)  болуына байланысты болды.

1910 жылы Лебедевк ең  алғаш рет синтетикалық каучук  алды.Синтетикалық каучук алу  заттарының бірі этил спирті болады.

Этилспиртінен бутадиен алынды өйткені бутадиен изопренге қарағанда қолайлы болды.

 

Содан соң полимеризация  нәтижесінде металдық натрий қатысында  синтетикалық каучук алынған болатын.

1932 жылы осы ашылудың нәтижесінде Ресейде жасанды каучук өндіретін екі үлкен зауыттың соғылуына алып келді. Лебедев тәсілі өте қолайлы болды. [8]

ЛЕБЕДЕВ

Сергей Васильевич

С.В.Лебедев – химик, органик.1874 жылы 13 маусым күні Люблинде дүниеге  келген.1908 жылы ең алғашқы еңбегін  жазды.1913 жылы магистірлік диссертацияны  қорғап риват-доцент болды.Ең алғаш  ғылыми жұмысын Петерберг университетінде  Фаворский қол астында үшінші курста бастаған.

1926 жылы ВСНХ СССР қолайлы жолмен жасанды каучук алу халықаралық конкурсын өткізді. 1928 жылы 1 қаңтарда жасанды жолмен алынған 2 кг. каучук алып келу керек еді. Бұл конкурстың жеңілпазы Ленинградтағы медико-хирургиялық академия зерттеушілері болды. Бұлардың басында Лебедев еді. 

1908-1909 жылдары Лебедев  ең алғаш каучуктәрізді дивинилді  синтездеп, оның қасиетін зерттеді.

1925 жылы жасанды каучук  алу туралы ұсыныс жасаған  болатын. 1927 жылы Лебедев және  оның зерттеушілері ең алғаш  каучук алды. Осы каучуктың құрылысын  зерттеп өндіріске қолдануға  болатынын зерттеп өндірісте  осы каучуктан резиналық заттар  алуын зерттеді және оның көп  көңіл бөлгені ол автомобильдік шиналар. 1930 жылы Ленинград зауытынан сын ретінде каучук партиясы шығарылды, ал 2 жыл өткеннен соң Ярославль зауыты іске қосылды. Бұл дүние жүзінде ең алғаш каучук өндіретін зауыт болды.

Оң жақта Лебедев алған  синтетикалық каучук (архитектура полимеров кітабы 268-бет)

 

Сол жақта мөлдір кремнеорганикалық  каучук. -100°С температураға тұрақты. [6]

 

 

Қолданылуы:

 

 

 

 

 

Таблица 7 – жалпы каучуктың құрамы мен қасиеттері

 

Каучук атауы	Құрамы	Арнайы қасиеттері
Жалпы каучуктар
Бутадиенді	1,4-цис-Полибутадиен	-
Бутадиен-стиролды	Бутадиен мен стирол сополимері	-
Изопренді	1,4-цис-Полиизопрен	-
Этилен-пропилді	Этилен мен пропилен сополимері	Тотығуға тұрақты, атмосфераға төзімді
Бутилкаучук БК	Изобутилен мен изопрен  сополимері	атмосфераға төзімді

 

 

Таблица 8 – арнайы каучуктың құрамы мен қасиеттері

 

Арнайы каучуктер
Бутадиен-нитрильді	Бутадиен мен акрилонитрил сополимері	Май және бензин әсеріне  төзімді
Полисульфидті(тиокол)	Полисульфидтер	Май және бензин әсеріне  төзімді

 

 

2.1 Каучукты резиналық бұйымдарға өңдеу

             Резина және каучук өндірісі

Қазіргі  заманғы техника  және технологияда каучук көптеген жоғарғы  молекулалық қосылыстардың арасында көптеп қолданылады.Каучук өнеркәсіпте  қолданылатын резиналы, резина –маталы, резина металды және ауыл шаруашылығында, транспортта және үй шаруашылық заттарын дайындаудың негізгі компоненттің бірі болып табылады. Каучук негізінде 40000-ға жуық резина өнімдерін алады, оларға автомобильді және авиационды шиналар, ременьдер, иілгіш шлангтар, машина және механизмдердің бөлшектері, санитарлы және гигиеналы құралдар жатады. Бұларға деген жылдық сұраныс ондаған миллион метр квадратты құрайды. Резинаның мұндай кең ауқымды қолданылуы олардың жоғары төзімділікпен қайтымды деформацияға, эластикалылыққа қабілеттілік қасиетімен түсіндіріледі.

Резиналар көптеген химиялық реагендердің әсеріне төзімді болғандықтан оларды химиялық аппараттардың футеровкасы  ретінде және тығыздау бөлшектерін  дайындау кезінде қолданылады. Олар газды, суды өткізбейді жоғары диэлектрлік  қасиеттері бар және кабель, аэростат, скафандр және т.с.с  өндірісінде  таптырмайтын материал.

Резина өндірісінің  материалдары және шикізаты

Резина алуда қолданылатын шикізаттар: шикі каучук, синтетикалық латекстер және смолалар, регенерат, вулкандаушы заттар, вулкандауды  жылдамдатқыштар, активаторлар немесе ивулкандауды төмендетушілер, бояғыштар, пластификаторлар, активті толықтырғыштар, армирлеуші және қосымша материалдар. Резинаның қасиетін анықтаудағы  негізгі шикізат каучук болып  табылады.

Каучуктер  - жоғары молекулалық қосылыстар. Олар сызықты құрылымға ие және жоғары төзімділікті деформациялық қасиеті бар.  Резина дайындау үшін табиғи және синтетикалық каучуктер қолданылады.

Табиғи каучуктер кең  ауқымджы қолданыстағы (шина, ремень, аяқ  киім және т.б) резина өнімдерін дайыньдау  үшін қолданылатын жалпы қолданыстағы каучуктерге жатады.

Синтетикалық  каучуктер макромолекуланың құрылысына тәуелді органикалық, элементорганикалық, неорганикалық болып бөлінеді. Макромолекулалары бір мономер буынан тұратындарын гомополярлы деп, ал макромолекулалары екі немесе бірнеше мономер буындарынан тұратын сополимерлер деп атаймыз.

Табиғи каучук 1932 ж дейін  резина өндірісінде қолданылатын жалғыз шикізат маериалы болды. Табиғи каучукты каучукты өсімдіктердің шырынынан (као-чу, талдың жасы), тропикалық гевея  ағашынан 99% дүние жүзілік каучукты бөліп алады. Гевея талының шырыны (латекс)  каучуктың бөлшектерін (30% дейін) құрайды, судағы өлшенділері (60%дейін), белокты заттар (2-2,7%) смолалар (1,65-3,4%) қантта (1,5-4,2%) және минералды (0,2-0,7%) заттар. Латекстің құрамына талдың жасы, жыл мезгілі климаттық жағдайлар  әсер етеді. Шырынды алған жерін  қышқылдармен, мысалы сірке қышқылымен өңдегенде гель тәрізді өнім түзілуімен шырынның коагуляциялануы жүреді. Бұл  өнімді біліктер (вальцы) арқылы өткізіп, кептіреді және жапырақ түрінде  қолданушыға жібереді.  

Табиғи каучуктердің макромолекулалары [-СН₂-С=CH-CH₂-]_n  элементарлы изопрен CH₃ буындарынан тұрады, оның тығыздығы (917-937кг/м³) және молекулалық массасы жоғары (150000-500000 мыңға дейін) болады. Мұндай ұзын иілгішті макромолекулалық қасиеті каучуктың физикалық және механикалық қасиеттерін анықтайды.Ол жоғары эластикалық, берік, жылуөткізгіштігі және гигроскопиялылығы аз және күшті изолятор болып табылады. Бөліну кезіндегі беріктілігі – 1-4МПа-ға дейін болады, ал вулкандалған күйде 30МПа-ға дейін.

Табиғи каучук термопластикалық полимер болып табылады. 200⁰С темпрературадан жоғары қыздырғанда изопрен  және басқа да төмен молекулалық қосылыстар түзе отырып бөлінеді, ал радиациялы сәулелендіру кезінде сутек бөлінеді. Табиғи каучук клей ретінде қолданылатын тұтқыр ерітінді түзе отырып бензинде, бензолда, күкіртті көміртекте ериді.

Каучуктың макромолекуласында қос байланыс болғандықтан, ол галогендермен  тиоспирттермен, тиоқышқылдармен, оттекпен, озонмен әрекеттеседі. Күкіртпен  және органикалық тотықтармен әрекеттескенде табиғи каучуктың макромолекуласының сызықты құрылымы толы күйге  өтеді                         (вулканизация процесі). Каучуктың  бұл қасиеті резина алуға негізделген.

Табиғи каучук негізінен  резина дайындау үшін қолданылады, оның көп бөлігі автомобиль шиналар алу  үшін қолданылады және тек 1% ғана аяқ  киім өндірісінде, резиналық клей алуда  қолданылады.

Синтетикалық каучуктер  қазіргі кезде резина өндірісіндебасты орын алады. Қолдану аймағына байланысты  синтетикалық каучуктер келесі түрге  бөлінеді: бутадиенді (бутадиен синтетикалық каучук БСК), Бутадиен стиролды каучук ССК), бутадиен-метилстиролды СКМС), изопренді (ИСК), жалпы қолданыстағы каучуктер, нитрилді бутадиен (НСК), хлорпропенді (наирит), бутилкаучук, тиоколды, силиконды  және т.б. Дүние жүзіндегі бірінші  синтетикалық каучук 1932ж СССР-де  алынған, біраз уақыттан кейін каучукты Германияда (1938)  және АҚШ-да (1942ж) ала  бастады.

Синтетикалық каучукты алу  процесі екі стадиядан тұрады: мономерлер синтезі және мономерлердің  полимеризациясы  немесе поликонденсациясы. Синтетикалық каучуктерді немесе латекстерді  алу үшін каучукогенді мономерлер қолданылады: бутадиен, стирол, изопрен, хлорпропен, изобутилен, және т.б.  Натрий бутадиенді каучук (БСК) академик С.В. Лебедев әдісі  бойынша метал натрий қатысында  бутадиен полимеризациясын синтетикалық жолмен алынған алғашқы каучук болып  табылады.

Бұл үшін бутадиенді  катализаторлардың  қатысында этил спиртінен алады. Қазіргі уақытта негізінен бутанды  дегидрлеу арқылы алады. Натрий бутадиенді каучук эластикалық қасиетке ие, басқа  натуралды және синтетикалық каучуктермен салыстырғанда төзімділік суыққа тұрақтылық қасиеттері төмен, сондықтан қазіргі  уақытта ол қолданылмайды.

Бутадиен стиролы каучуктерді  бутадиеннен және стиролдан, бутадиеннен  және метилстиролдан алады. Жоғарыда келтірілегн  мономерлердің  сополимеризация  поцесін эмульсиялық әдіспен  алады. Стиролдың құрамына тәуелді  бутадиен стиролды каучуктерді әр түрлі  сандық индекстермен белгілейді, мысалы СКС-10 типті каучуктың құрамында 10% стирол және 90% бутадиен болады. Каучуктегі стиролдың  немесе метилстиролдың көбеюінен  жабысу қабілеттілігі, эластикалық  қасиеті, суыққа төзімділігі нашарлайды, бірақ беріктік көрсеткіштері жақсарады.

СКСК және СКМ  вулкандалған каучуктердің  диэлектрлік қасиеттері  табиғи каучуктердің қасиеттеріне жақын, ал  молекулалық массасы 10000-100000-ға дейін жоғарылайды. Бутадиен стирол каучукты алу үлгісі 26.19 суретте  көрсетілген. Бутадиен жинағыштан 1 және стирол жинағыштан 2 араластырғышқа 3 түседі. 4-ші апаратта эмульгатордың сулы ерітіндісі дайындалады, оны полимеризаторлардың 5 батареясына жібереді. Мұнда 3-ші араластырғыштан  мономерлер қоспасы келіп түседі. Сонымен қатар инициаторлар және регуляторлар енгізіледі. Полимеризаторлардағы қоспа араласады және барлық батарея  аппараттарын 60% бастапқы шикізаттар мономерлері  реакторларда әрекеттесіп, латекс түзуге жеткілікті жылдамдықпен өтеді. Латекстің  және әрекеттесіп үлгермеген мономерлердің  қоспасын дроссель арқылы 12 мономерлердің  көп бөлігі латекстен бөлінетін  және вакуум насоспен 7 және компрессормен 8 конденсацияға берілетін 6-шы жинағышқа  жинайды. Латекс разрядталған кезде  жұмыс істейтін колоннаға 9 түседі, мұнда мономерлерді су буымен ең соңғы  рет үрлейді. Бутадиен және стирол 10 және 11- ші конденсаторлардан қайта  процеске қайтады.