Cauciucul natural
Cauciucul natural se extrage din sucul laptos al unor arbori tropicali de genul Hevea brasiliensis, Ficus elastica, ori din sucul unor plante care cresc in zona temperata, cum sunt: tau-sacazul, coc-sacazul, si cram-sacazul, in care latexul este depus in radacini.
Din punct de vedere chimic, cauciucul natural este o hidrocarbura macromoleculara, cu formula bruta (C H )n, unde n variaza intre 1000 si 5000. Moleculele cauciucului sunt formate din catene lungi ce au ca si component structural de baza izoprenul:
CH CH
| |
-CH -C=CH-CH -CH -C=CH-CH -
Izoprenul, produs in celulele arborelui de cauciuc in urma unor procese biochimice asemanatoare celor prin care se formeaza rasina in conifere, are formula bruta: C5H8 sau 2-metil-butadiena:
CH =C-CH=CH
|
CH
Cauciucul natural obtinut din latex este ambalat in baloturi si expediat fabricilor pentru prelucrare.
Proprietati. Cauciucul brut are o culoare slab galbuie, este insolubil in apa, alcool, acetona, dar solubil in benzen, benzina, sulfura de carbon etc. Cea mai importanta proprietate a cauciucului este elasticitatea, care este optima intre 0 si 300.
Cauciucul brut prezinta o serie de inconveniente: elasticitatea sa variaza cu temperatura, si anume peste 300 el se inmoaie (curge), iar sub 00 devine casant. Sub actiunea oxigenului cauciucul 'imbatraneste', adica devine sfaramicios si inutilizabil.
Prin vulcanizare, la dublele legaturi ale catenei se aditioneaza sulf, ceea ce duce la o cuplare intre molecule, prin punti de sulf. Vulcanizarea transforma cauciucul dintr-un material plastic intr-un material elastic modificandu-si comportarea la actiunea dizolvantilor:
CH3 CH3
| | | |
-CH2-C-CH-CH2-CH2-C-CH-CH2-
| |
S S
| |
-CH2-C-CH-CH2-CH2-C-CH-CH2-
| | | |
CH3 CH3
Practic, vulcanizarea se face tratand cauciucul cu sulf sau cu protoclorura de sulf, S2Cl2 in proportie de 0,3-3% in greutate fata de cauciuc si in conditii speciale de temperatura si de presiune.
Un procedeu modern il constituie vulcanizarea radioactiva, care consta in expunerea cauciucului influentei radiatiilor emise de izotopul radioactiv al cobaltului, obtinandu-se un cauciuc vulcanizat de calitate superioara. Prin vulcanizare, cauciucul isi imbunatateste proprietatile: i se mareste elasticitatea pe care si-o mentine intre limite mult mai mari de temperatura, devine mai rezistent la agenti mecanici, la frecare, la agenti chimici si la apa, nu lasa gazele sa treaca prin el si dobandeste calitati de bun izolator electric.
Prin incalzire, sub presiune redusa, cauciucul se descompune cu formare de izopren.
Datorita dublelor legaturi existente in lantul macromoleculelor, cauciucul are proprietatea de a da reactii de aditie, caracteristice hidrocarburilor nesaturate.
Cauciucul aditioneaza brom si acid bromhidric; de asemenea, prin hidrogenare catalitica rezulta hidrocauciucul [C5H10]n, care nu mai contine duble legaturi si prezinta caracter saturat.
Intrebuintari. Cantitati importante de cauciuc se consuma pentru fabricarea anvelopelor, in industria constructoare de masini. Se fabrica tuburi, garnituri, curele de transmisie, articole sanitare, parti din aparate si din instalatii necesare industriei chimice, cleiuri de lipit, incaltaminte de cauciuc, izolatoare electrice, obiecte de uz casnic etc.
Cauciucul sintetic
Cauciucul sintetic este un compus macromolecular cu proprietati asemanatoare celor ale cauciucului natural, care se obtine prin polimerizarea izoprenului sau prin polimerizarea butadienei ori prin copolimerizarea lor cu stiren sau cu nitril-acrilic etc. Vulcanizarea cauciucului sintetic se face analog cu a cauciucului natural. Fabricarea cauciucului sintetic comporta doua operatii:
Prepararea monomerului; ca monomeri se pot folosi: izoprenul, butadiena, stirenul metil-stirenul, acrilonitrilul, cloroprenul etc.;
Polimerizarea sau copolimerizarea monomerilor enumerati.
Ca procedee de polimerizare se utilizeaza astazi:
Polimerizarea termica in prezenta de sodiu metalic;
Polimerizarea in bloc (masa) si in emulsie.
Vom descrie cateva din cele mai importante tipuri de cauciucuri sintetice.
Cauciucul polibutadienic (Buna). In anul 1923, S.V. Lebedev a fabricat in U.R.S.S. acest tip de cauciuc sintetic prin polimerizarea, sub actiunea sodiului metalic, a butadienei, obtinute pe atunci din alcool etilic. Astazi, butadiena se polimerizeaza in emulsie, folosind ca initiatori hidroperoxidul de izopropil-benzen.
In procesul de polimerizare, moleculele de butadiena se pot lega in pozitiile 1, 4 rezultand polimeri liniari nesaturati conform schemei:
1 2 3 4 1
nCH2=CH-CH=CH2-CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH=CH-CH2-
Butadiena Polibutadiena
(polimer liniar nesaturat)
In realitate, procesul de polimerizare nu poate fi condus in intregime in acest sens, astfel ca o parte din moleculele de butadiena se leaga in pozitiile 1, 2 rezultand polimeri cu catene laterale nesaturate, conform schemei:
1 2 3 4 1 2 1 2
nCH2=CH-CH=CH2-CH2-CH-CH2-CH-.
1, 3 - Butadiena | |
3CH 3CH
|| ||
4CH2 4CH2
Polibutadiena
(polimer cu catene laterale nesaturate)
Cauciucul butadienic se cunoaste sub denumirea de cauciuc Buna (butadien-natrium), nume ce deriva de la procedeul lui Lebedev (polimerizarea butadienei cu sodiu metalic).
Cauciucul butadienic se foloseste in amestec cu altele, la fabricarea anvelopelor, a tesaturilor cauciucate etc.
Cauciucul poliizoprenic. Se obtine prin polimerizarea izoprenului in emulsie, sub actiunea unor catalizatori organo-metalici, rezultand un produs macromolecular identic cauciucului natural:
CH CH CH
| | |
nCH =C-CH=CH -CH -C=CH-CH -CH -C=CH-CH -
Izopren Cauciuc poliizoprenic
In viitor dezvoltarea industriei cauciucului va tinde catre fabricarea acestui produs.
Cauciucul butadiena-stiren (butadien-stirenic). Catenele laterale nesaturate de la cauciucul polibutadienic pot deveni la randul lor punctul de plecare al unor noi ploimerizari, tot cu molecule de butadiena, ceea ce ar duce la obtinerea unui polimer cu catena ramificata. Acest neajuns a putut fi in parte evitat prin copolimerizarea butadienei cu circa 20% stiren (CH2=CH-C6H5 sau vinil-benzen). Copolimerul rezultat, butadiena-stiren, este constituit din macromolecule de forma:
-CH -CH=CH-CH -CH-CH -CH -CH=CH-CH
|
C H n
Prin acest procedeu s-a fabricat, dupa anul 1936, cauciucul sintetic cunoscut sub numele de Buna S, cauciuc S-K (sovietic-Kauciuc), G.R.S. (fabricatie S.U.A.) etc.
Productia mondiala de cauciuc butadiena-stiren este de 2000000 tone/an. In tara noastra, la combinatul de cauciuc sintetic din orasul Gheorghe Gheorghiu-Dej, se fabrica cauciuc butadien-metil-stirenic, prin coplimerizarea
CH
|
butadienei cu metil-stirenul (CH2=C-C6H5) raportul copolimerilor fiind de 70% butadiena si 30% metil-stiren. Copolimerul rezultat (butadiena-metil-stiren) avand macromoleculele de forma:
CH
|
-CH -CH=CH-CH -CH -C-CH -CH=CH-CH -
|
C H n
Datorita proprietatilor superioare pe care le prezinta, acest sortiment de cauciuc se foloseste in special la fabricarea anvelopelor.
Cauciucul butadien-acrilonitrilic. Acest cauciuc sintetic se obtine prin copolimerizarea in emulsie a butadienei CH =CH-CH=CH cu acrilonitril CH =CH-CN: si poarta denumirea de SKN, Buna N sau Perbunan. Se foloseste la confectionarea garniturilor si a furtunurilor pentru transportul produselor petroliere, deoarece este insolubil in alcani.
Realizarea cauciucurilor sintetice a creat posibilitatea nelimitata de a se mari capacitatile de producere si a dus la obtinerea unor sortimente de caucicuri superioare celor naturale, cu utilizari speciale in anumite domenii.
In tara noastra, fabricarea cauciucului sintetic in cantitati necesare industriei in plina dezvoltare constituie o preocupare importanta a statului nostru.
La noi in tara, cauciuc sintetic se fabrica la Combinatul Petrochimic din orasul Gheorghe Gheorghiu-Dej. Productia acestui mare combinat, 50000 tone/an, asigura nevoile consumului intern de cauciuc.
Prelucrarea cauciucului (incorporarea in cauciuc a unor materiale ca, acceleratori de vulcanizare, negru de fum etc., inainte de vulcanizare) se face la uzinele prelucratoare, cum sunt: combinatul de la Jilava, 'Cauciucul Quadrat' din Bucuresti, uzinele 'Victoria' Floresti-Prahova si Uzina de Anvelope 'Danubiana', Popesti-Leordeni-Bucuresti.
