Укажите чем отличаются каучуки от резины

Чем отличается каучук от резины

Содержание статьи

• Чем отличается каучук от резины
• Как получают каучук
• Как изготавливают шины

Каучук начал применяться с 1823 года в качестве пропитки для плащей, которые изобрел К. Макинтош.

Каучук

Сырье это бывает двух видов: натуральный и искусственный. Натуральный каучук получают из латекса каучуковых растений, которые растут в Латинской Америке, и к ним относятся следующие виды деревьев:
– гевея;
– фикусы каучуковые;
– разновидности ландольфии.

Искусственный каучук называют синтетическим. В его основе лежит синтез изопрена и бутиллития при помощи химического катализатора. При производстве синтетического каучука также используются производные нефти в качестве растворителя. Впервые он был получен в 1920 году, а в 1931 началось его серийное производство в промышленных масштабах. В настоящее время существуют следующие виды синтетических каучуков:
– бутадиен стирольный;
– полибутадиеновый;
– полизопреновый;
– бутилкаучук;
– этилен–пропиленовый;
– хлоропреновый;
– бутадиен – нитрильный.

Резина

Резина получается путем вулканизации каучука и добавлением различных химических элементов, которые призваны повысить прочность материала. Первая резина появилась в 1839 году путем вулканизации под воздействием на каучук серы, при котором на молекулярном уровне происходит укрепление сеточных структур.

При синтезе резины с применением синтетического каучука получается материал, который обладает повышенными качествами стойкости по отношению к агрессивным средам, таким как:
– жидкости с повышенным содержанием октана (бензин, керосин);
– продукты переработки нефти (различного рода масла).

Также у резины намного лучше характеристики по отношению к механическому воздействию на нее со стороны внешних факторов. Она имеет значительно более плотную структуру по отношению к каучуку, за счет чего она получила широкое распространение во всех отраслях народного хозяйства.

Резина в силу ее искусственного происхождения устойчива к различным атмосферным воздействиям. Кроме всего прочего она обладает диэлектрическими свойствами. Но главным отличием натурального и искусственного каучука от резины является повышенная пластичность каучуковой массы. Ее специально добавляют в резину при производстве, чтобы добавить гибкости, тягучести. Каучук в чистом виде почти не используется в виду его небольшой прочности, но зато при добавлении его в резину получается очень прочный, износостойкий материал.

Резина

Кроме сложных веществ наподобие полиэтиленов, представляющих из себя высокомолекулярные полимеры, существует класс химических веществ, который образован сопряжёнными диенами.

После процесса полимеризации диенов образуются новые химические вещества, имеющие высокомолекулярную структуру, называемые каучуками.

Каучук был уже известен в конце 15 веке в северной Америке. Именно индейцы в то время использовали его для изготовления обуви, небьющихся вещей и посуды. А получали тогда его из сока растения гевеи, который называли – «слёзы дерева».

Что касается европейцев, то о каучуке узнали впервые только в момент открытия Америки. Именно Кристофор Колумб первым узнал о его свойствах и получении. В Европе каучук долгое время не мог найти себе применение. В 1823 г в первые было предложено использование этого материала для изготовления водонепроницаемых плащей и одежды. Каучуком и органическим растворителем пропитывали ткань, таким образом, ткань приобретала водостойкие свойства. Но, конечно же, был замечен и недостаток, который заключался в том, что ткань, пропитанная каучуком, прилипала в жаркую погоду к коже, а при морозе – растрескивалась.

Отличие каучука и резины

Через 10 лет после первого применения натурального каучука и более детального изучения его химических физических свойств было предложено вводить каучук в оксиды кальция и магния. А ещё через 5 лет после изучения свойств нагретой смеси оксидов свинца и серы с каучуком научились получать резину. Сам процесс превращения каучука в резину назвали вулканизацией.

Конечно же, каучук отличается от резины. Резина – это «сшиты» полимер, который способен распрямляться и снова сворачиваться при растяжении и при действии механической нагрузки. Резина – это также «сшитые» макромолекулы, которые не способы к кристаллизации при охлаждении и не плавятся при нагревании. Тем самым резина – более универсальный материал, чем каучук, и способен сохранять свой механические и физические свойства про более широком диапазоне температур.

В начале 20 века, когда появился первый автомобиль, спрос на резину значительно возрос. В то же время возрос спрос и на натуральный каучук, так как на тот момент вся резина изготавливалась из сока тропических деревьев. Например, чтобы получить тонну резины, необходимо было обработать почти 3 тонны тропических деревьев, при этом работой было занято одновременно более 5 тысяч человек, причём такую массу резины могли получить только через год.

Поэтому, резина и натуральный каучук считались достаточно дорогим материалом.

Только в конце 20х годов русским учёным Лебедевым С.В. при химической реакции – полимеризации бутадиена-1,3 на натриевом катализаторе были получены образцы первого натрий-бутадиенового синтетического каучука.

Кстати, из курса физики 8-ого класса мы, вероятно, впервые познакомились с эбонитовой палочкой. Но что такое эбонит. Как оказывается, эбонит – это производная от процесса вулканизации каучука: если при вулканизации каучука добавить серу (около 32% от массы), то в результате получается твёрдый материал – этот материал и есть эбонит!

Одним из достаточно дешёвых способов получения бутадиена-1,3, является его получение из этилового спирта. Но только в 30-х годах было налажено промышленное производство каучука в России.

реакция получения бутадиена

В середине 30-х годов 20 века научились производить сополимеры, представляющие полимеризованный 1,3-бутадиен. Химическая реакция производилась в присутствии стирола или некоторых других химических веществ. Вскоре получаемые сополимеры начали с большими темпами вытеснять каучуки, которые ранее широко использовались для производства шин. Каучук бутадиен-стирольный получил широкое применение для производства шин легковых автомобилей, но для тяжёлого транспорта – грузовых автомобилей и самолётов, использовался натуральный каучук (или изопреновый синтетический).

В середине 20 века после получения нового катализатора Циглера — Натты был получен синтетический каучук , который по своим свойствам эластичности и прочности значительно выше, чем все ранее известные каучуки, – был получен полибутадиен и полиизопрен. Но как оказалось, к общему удивлению полученный синтетический каучук по своим свойствам и строению подобен натуральному каучуку! А к концу 20 века натуральный каучук был почти полностью вытеснен синтетическим.

Свойства каучука

Все хорошо знают, что при нагревании материалы способны расширяться. В физике даже имеются коэффициенты температурного расширения, для каждого взятого материала этот коэффициент свой. Расширению поддаются твёрдые тела, газы, жидкости. Но что, если температура увеличилась на несколько десятков градусов?! Для твёрдых тел изменений мы не почувствуем (хотя они есть!). Что касается высокомолекулярных соединений, например полимеров, их изменение сразу становится заметным, особенно если речь идёт об эластичных полимерах, способных хорошо тянуться. Заметным, да ещё к тому же с совсем обратным эффектом!

Ещё в начале 19 века английские учёные обнаружили, что растянутый жгут из нескольких полосок натурального каучука при нагревании уменьшался (сжимался), а вот при охлаждении – растягивался. Опыт был подтверждён в середине 19 века.

Вы сами с лёгкостью можете повторить этот опыт, подвесив на резиновую ленту грузик. Она растянется под его весом. Потом обдуйте её феном – увидите, как она сожмётся от температуры!

Почему так происходит?! К этому эффекту можно применить принцип Ле Шателье, который гласит, что если воздействовать на систему , находящуюся в равновесии, то это приведёт к изменению равновесия самой системы, а это изменение будет противодействовать внешним силовым факторам. То есть если на растянуть под действием груза жгуты каучука (система в равновесии) подействовать феном (внешнее воздействие), то система выйдет из равновесия (жгут будет сжиматься), причём сжатие – действие направлено в обратную сторону от силы тяжести груза!

При очень резком и сильном растяжении жгута он нагреется (нагрев может на ощупь быть и незаметным), после растяжения система будет стремиться принять равновесное состояние и постепенно охладится до окружающей температуры. Если жгуты каучука также резко сжать – охладится, далее будет нагреваться до равновесной температуры.

Что происходит при деформации каучука?

При проведённых исследованиях оказалось, что с точки зрения термодинамики, никакого изменения внутренней энергии при различных положениях (изгибах) этих каучуковых жгутов не происходит. А вот если растянуть – то внутренняя энергия увеличивается из-за возрастания скорости движения молекул внутри материала. Из курса физики и термодинамики известно, что изменение скорости движения молекул материала (тот же каучук) отражается на температуре самого материала.

дальнейшем, растянутые жгуты каучука будут постепенно охлаждаться, так как движущиеся молекулы будут отдавать свою энергию, например, рукам и другим молекулам, то есть произойдёт постепенное выравнивание энергии внутри материала между молекулами (энтропия будет близка к нулю).

И вот теперь, когда наш жгут каучука принял температуру окружающей среды, можно снять нагрузку. Что при этом происходит?! В момент снятия нагрузки молекулы каучука ещё имеют низкий уровень внутренней энергии (они же ей поделились при растяжении!). Каучук сжался – с точки зрения физики была совершена работы за счёт собственной энергии, то есть своя внутренняя энергия (тепловая) была затрачена на возврат в исходное положение. Естественно ожидать, что температура должна понизится, – что и происходит на самом деле!

Резина – как уже говорилось, высокоэластичный полимер. Её структура состоит из хаотично расположенных длинных углеродным цепочек. Крепление таких цепочек между собой осуществлено с помощью атомов серы. Углеродные цепочки в нормальном состоянии находятся в скрученном виде, но если резину растянуть, то углеродные цепочки будут раскручиваться.

Можно провести интересный опыт с резиновыми жгутами и колесом. Вместо велосипедных спиц в велосипедном колесе использовать резиновые жгуты. Такое колесо подвесить, чтобы оно могло свободно вращаться. В случае, если все жгуты одинаково растянуты, то втулка в центре колеса будет расположена строго по его оси. А теперь попробуем нагреть горячим воздухом какой-нибудь участок колеса. Мы увидим, что та часть жгутов, которая нагрелась – сожмётся и сместит втулку в свою сторону. При этом произойдёт смещение центра тяжести колеса и соответственно колесо развернётся. После его смещения действию горячего воздуха подвергнутся следующие жгуты, что в свою очередь приведёт к их нагреванию и снова – к повороту колеса. Таким образом, колесо может непрерывно вращаться!

Это опыт подтверждает факт того, что при нагревании каучук и резина будут сжиматься, а при охлаждении – растянутся!

Чем отличается каучук от резины

Каучук и резина – широко используемые в нашей жизни материалы. Чаще всего мы не задумываемся, что это за вещества, отличаются ли они друг от друга или имеют схожие свойства, мы просто приравниваем их. На самом деле, оба соединения являются полимерами со схожим составом, но с химической, механической точек зрения, имеющие существенные отличия. Для того, чтобы во всем разобраться, ознакомимся с основными определениям.

• Каучук и резина, основные определения
• Сравнение каучука и резины
• Состав определяет и свойства обоих соединений
• Основные отличия резины и каучука

Каучук и резина, основные определения

Каучук – высокомолекулярное соединение, в его основе лежат диеновые углеводороды. Существует природный и синтетический каучук.

Уже в конце 15 века в северной Америке был известен каучук. Индейцы, которых многие принимают за дикарей, использовали его для изготовления обуви и посуды, а добывали его из сока растений гевей. Выделяемую из дерева жидкость они называли «слезы дерева».

Европейцы же узнали о каучуке только после открытия Америки. И лишь спустя столетия, в1823 году его начали использовать для изготовления водонепроницаемой одежды, ткань пропитывали жидким каучуком, и она приобретала водоотталкивающие свойства.

Через несколько лет после первого опыта использования каучука, были более полно изучены его свойства и возникла идея применять, как сырье для получения резины.

Процесс перевода каучука в резину называют вулканизацией. В результате протекания данного технологического процесса происходит взаимодействие каучуков с вулканизирующим реагентом. В результате чего происходит «сшивание» молекул каучука в единую структуру, напоминающую сетку.

Резина – высокоэластичный полимер, получаемый вулканизацией натурального или синтетического каучука.

Сравнение каучука и резины

Каучук – высокомолекулярное соединение с формулой(C5H8)n.

Чтобы получить из каучукового сырья резину, к нему вводится целый ряд «добавок»:

• Агенты, чаще всего сера, селен.
• Ускорители – оксиды магния, свинца.
• Противостарители и умягчители.
• Наполнители активные и неактивные.
• Пластификаторы.
• Все эти добавки направлены на придания тех или иных свойств новому соединению.

То есть по составу, резина, является более сложным соединением, чем каучук.

Состав определяет и свойства обоих соединений

Каучук по своим химическим свойствам в воде, ацетоне не растворяется. При комнатной температуре взаимодействует с кислородом и начинает «стареть» – терять прочность и эластичность. При температуре свыше 2000С разлагается.

Так как резина, это «модифицированный» каучук, то она лишена его слабых мест. При выпуске, при помощи «добавок» ее наделяют нужными свойствами:

• Стойкостью к действию кислот.
• Устойчивостью к агрессивным внешним условия.
• Стойкость к действию сильных окислителей, в том числе и озона.
• Устойчивость против высоких температур и т.п.

Резина – это «сшитое» высокомолекулярное соединение, оно способно распрямляться под действием внешних сил и возвращаться в исходное состояние. Макромолекулы резины не способны к кристаллизации, не плавятся при повышении температуры. Таким образом, резина – это более универсальный материал, чем каучук. Но это и логично. Каучук – сырье для получения резины, он является основой, позволяющий получить материал с запланированными свойствами.

Основные отличия резины и каучука

Каучук – полимер, который можно получать двумя способами – добывать из «недр природы», синтезировать из более простых соединений.

Резина – только синтетический полимер. Резина применятся в достаточно широком диапазоне температур в то время, как каучук разрушается при нагревании и охлаждении. Резина – гибкий материал. Она легко деформируется и быстро возвращается в исходную форму.

Каучук окисляется кислородом воздуха, поэтому быстро «стареет». Резина же выпускается с заданными свойствами, она не боиться кислорода воздуха, более того есть соединения, стойкие к действию сильных окислителей.

Таким образом, резина и каучук, это своего рода «резиновая пищевая цепочка». Каучук дает природа, его добывают люди и делают резину, а из резины производят для жителей планеты обувь, шины, коврики и еще много-много полезных вещей. Попробуйте убрать из нашей жизни одни только автомобильные шины, и мир встанет в транспортном коллапсе.

Подводя итоге, нельзя сказать, что резина лучше, чем каучук, что она прочнее и эластичнее. Да, она обладает лучшими свойствами, но ими она обязана каучуку. Если бы каучук, как химическое соединение не вступило в реакцию с улучшающими его добавками не возникло бы новое соединение. То есть в заключении можно выделить два основных плюса:

Каучук – реакционоспособное соединение, получаемое из недр природы, являющееся сырьем для получения резины. Резина – высокоэластичный, устойчивый к агрессивному воздействию широко распространённый полимер.