Vlastnosti kaučuku

Střední odborná škola Otrokovice

www.zlinskedumy.cz

Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. Emil VašíčekDostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR.

Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Charakteristika DUM 1

Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice

Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /2

Autor Ing. Emil Vašíček

Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-Gu-CHS/2-PV-5/15

Název DUM Vlastnosti kaučuku

Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání

Kód oboru RVP 28-52-H/01

Obor vzdělávání Gumař-plastikář

Vyučovací předmět Chemické suroviny

Druh učebního materiálu Výukový materiál

Cílová skupina Žák, 16 – 17 let

Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce s doplňujícím výkladem vyučujícího, Náplň: složení kaučuku, vlastnosti fyzikální a chemické, vulkanizace

Vybavení, pomůcky Dataprojektor

Klíčová slova Vlastnosti kaučuku fyzikální a chemické, složení kaučuku, anizotropie, vulkanizace

Datum 13. 11. 2012

Vlastnosti kaučuku

Náplň výuky:

Složení kaučukuFyzikální vlastnostiChemické vlastnosti

polymeracehalogenaceoxidacevulkanizace

Složení kaučuku

Přírodní kaučuk (NR – Natural Rubber) není nikdy čistý kaučukový uhlovodík, ale obsahuje bílkoviny, mastné kyseliny, pryskyřice…Příklad složení uzeného kaučuku:

Obr. 1: složení kaučuku

Komponenta %

Kaučukový uhlovodík 93,3

Acetonový extrakt 2,9

Bílkoviny 2,8

Voda 0,6

Nespalitelná zbytek 0,4

Acetonový extrakt je podíl extrahovatelný acetonem – mastné kyseliny, estery, tuky a pryskyřice. Kyseliny jsou aktivátory vulkanizace a některé působí jako přirozené antioxidanty.Bílkoviny – dusíkaté látky složené z různých aminokyselin. Aminokyseliny aktivují vulkanizaci a ovlivňují absorpci vody a tím elektrické vlastnosti pryže.Nespalitelný podíl (popel co zbude po vyžíhání kaučuku) obsahuje fosforečnan draselný a dále kationty Ca2+, Mg2+, Na+ a anionty (S03)2- a Cl-.

Fyzikální vlastnosti

Jsou dány strukturou (délka, větvení a propletení makromolekul). Ta způsobuje tuhost, pevnost a pružnost. Přírodní kaučuk je cis forma; ve formě trans je neelastická gutaperča.

Obr. 2: přírodní kaučuk

Obr. 3: gutaperča

Fyzikální vlastnosti

NR je elastomer schopný značných deformací. Tato schopnosti však ubývá se stupněm vulkanizace – čím více vulkanizačního činidla (síry), tím více sirných můstků a materiál přestává být pružný a stává se tuhý

Obr. 4: vlastnosti kaučuku

síra

tuho

st

tažn

ost

pruž

nost

Při velké tahové deformaci nastává krystalizace a polymer tuhne.

Fyzikální vlastnosti

Při zpracování válcováním nebo vytlačováním se makromolekuly orientují ve směru zpracování a proto v tomto směru má materiál velkou pevnost a malou tažnost. V kolmém směru pak má větší tažnost a menší pevnost. Tento jev se označuje jako válcovací účinek – tato anizotropie vlastností je nežádoucí v hotovém výrobku. Proto se např. při míchání a ohřívání směs prořezává, překládá a kříží.

Obr. 5: anizotropie vlastností

Pevnost

Tažn

ost

Pevn

ost

Tažnost

Směr válcování

Chemické vlastnosti

Přírodní kaučuk je po chemické stránce složen z monomeru izopren (2-methyl-buta-1,3-dien)

Obr. 6: izoprén – kalotový model

Z chemických reakcí pro nás jsou důležité

polymerace

halogenizace

oxidace

vulkanizace

Obr. 7: izoprén – kuličkový model

Polymerace

Izopren (2-methyl-buta-1,3-dien) patří mezi terpeny – má v molekule dvě dvojné vazby. V přírodě z něho samovolnou polymerací vzniká polyizopren, přírodní kaučuk (NR):

CH2= C – CH = CH2 → -CH2– C = CH – CH2– CH2– C = CH – CH2- I I I CH3 CH3 CH3

NR je nenasycený polymer (každý mer obsahuje jednu dvojnou vazbu) a to je příčinou jeho reakcí.Molekulová hmotnost se pohybuje v rozsahu 100 000 – 1 000 000.

Halogenizace

Praktický význam má reakce s chlórem. Do roztoku kaučuku v benzínu se vhání plynný chlór při teplotě 100 °C. V první fázi je chlorem nahrazen H:

... – CH2 – C = CH – CH2 – ... + Cl2 → ... – CH2 – C = CH – CH -... + HCl l l l CH3 CH3 Cl

Ve druhé fázi se chlór váže na dvojné vazby:

Cl Cl l l

...- CH2 – C = CH – CH –... + Cl2 → ... – CH2 – C – CH – CH –... l l l l CH3 Cl CH3 Cl

Na kaučuk se může vázat 62 – 65 hmotnostních % chlóru. Po oddestilování rozpouštědla zůstává práškový bílý nebo nažloutlý chlorkaučuk.

Oxidace Stárnutí pryže je způsobeno oxidací – kyslík se váže na dvojné vazby

O – O I I-CH2 – C = CH – C H2- + O2→ - CH2 – C – CH – CH2- I I CH3 CH3

Peroxidická skupina se působením kyslíku časem štěpí a přeruší řetězec

O – O I I - CH2 – C – CH – CH2- + O2 → -CH2 – C = O + O = CH – CH2- I I CH3 CH3

Vulkanizace

Nejdůležitější chemická reakce kaučuku – vulkanizace: působením vulkanizačního činidla a energie dochází ke změnám struktury, makromolekuly jsou vzájemně propojeny příčnými vazbami – sirné můstky.

Vulkanizovat lze různými látkami, výsadní postavení si však udržuje síra.

Obr. 7: kaučuk a pryž

Vlastnost Kaučuk Pryž

Deformace plastická elastická

Stav tvárný pružný

Struktura lineární síťovaná

Pevnost nízká vysoká

Rozpustnost rozpustný nerozpustná

Strukturní pevnost nízká vysoká

Kontrolní otázky:

1. Porovnej fyzikální vlastnosti kaučuku a pryže.

2. Jaké je složení přírodního kaučuku?

3. Jak se mění vlastnosti kaučuku při vulkanizaci?

Seznam obrázků:

Obr. 1: vlastní

Obr. 2: vlastní

Obr. 3: vlastní

Obr. 4: vlastní

Obr. 5: vlastní

Obr. 6: Sbrools, [vid. 13. 11. 2012], dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Isoprene-3d.png

Obr. 7: Jag123, [vid. 13. 11. 2012], dostupné z: http://it.wikipedia.org/wiki/File:Isoprene-BS.jpg

Obr. 8: vlastní

Seznam použité literatury:

[1] Vašíček Emil, ing., Chemické suroviny, učební texty, vydání druhé, Střední odborná škola Otrokovice, 2009

Děkuji za pozornost