SEMINARSKI RAD IZ HEMIJE
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
KaučukKaučukKaučuk (indian. kao = stablo i ochu = suza) je elastičan, prirodno ili umjetno proizveden elastični polimer iz kojeg se proizvodi guma. Prirodna guma je organska tvar, koja potječe iz tropskih biljki, a većinom od stabla kaučukovac (Hevea brasiliensis). Iz stabla se nakon urezivanja cijedi bijela mliječna tekučina latex. Uzgaja se na velikim plantažama u tropskim područjima. Sirovi kaučuk može biti svijetlo žute, tamno mrke do crne boje. Elastičan je i rastegljiv, ali u odredjenom temperaturnom intervalu. Preko 50 stepeni C gubi elastičnost, a na 0 stepeni C postaje krt. Lako se rastvara u benzolu, benzinu… 1.1 Prirodni kaučukPrirodni kaučuk je lančani polimer izoprena (2-metil-1,3-butadiena).
Sumarna formula kaučuka je (C5H8)n sa srednjom molekularnom masom oko
2 000 000. Cis-1,4-poli(izopren) dobiva se iz drveta vrste Hevea brasiliensis (kaučkovac) koje raste u Srednjoj I Južnoj Americi, a trans-1,4-poli(izopren) iz vrste Plaquium gutta I Mimusops balata, koji se uzgajaju na plantažama Jave I Malaje. Zarezivanjem kore drveća počinje teći lateks koji se skuplja u posude, slika 2. Slika 2 . Sakupljanje lateksa kaučuka Hevea daje lateks koji sadrži oko 35 % poli(izoprena) i
5% krutih tvari kao što su proteini, lipidi I anorganske soli, a ostatak
je voda. Poli(izopren) se sastoji od 98% cis-1,4 jedinica, I 1% trans-1,4
jedinica, 1% trans-3,4 jedinica structure glava-rep. Koncentrisanje lateksa provodi se zagrijavanjem u prisustvu lužine i dodatkom zaštitnih koloida. Na taj način smanjuje se udio vode I povećava sadržaj krute tvari na oko 75%. Međutim, znatne količine kaučuka koaguliraju se dodtkom 1% octane ili 0,5 % mravlje kiseline. Prirodni kaučuk sadrži masne kiseline, koje djeluju kao stabilizatori, i proteine koji ubrzavaju vulkanizaciju. Nasuprot tome, sintetskom kaučuku treba dodati stabilizatore i amine. Slika 3.Izopentilpirofosfat
Neke fizikalne konstante prirodnog kaučuka prikazane su u tablici 1.
1.3 Derivati prirodnog kaučukaZagrijavanjem prirodnog kaučuka iznad 250°C u prisustvu proton donora
(fenol) 2. Procesi prerade kaucuka2.1 MastikacijaSirovi prirodni kaucuk zbog odredenog sadržaja gela nepotpuno je topljiv u otapalima i ima molekulnu masu nekoliko puta veću nego sintetski kaučuk. Zbog toga je neprikladan za preradu te je neophodno prethodno cijepanje makromolekulnih lanaca ili mastikacija materijala. Mastikacija je proces mehaničke i termooksidacijske razgradnje lanaca poli(izoprena) u lance manje molekulske mase. Tijekom procesa nastaju makroradikali čija se međusobna reakcija sprjecava dodavanjem agensa za prijenos rasta lanca, koji se nazivaju peptizeri. Na taj način dobije se materijal niže viskoznosti, podesniji za preradu, koji lakše prihvaca razlicite dodatke (punila, antioksidanse). Ovaj proces prvi je proveo T. Hancock 1820. godine u stroju s nazubljenim valjcima i nekoliko godina čuvao tu tajnu. Danas se proces provodi u zatvorenom Banbury mikseru s rotirajućim noževima ili na otvorenim dvovaljcima gdje se materijal istovremeno miješa i gnječi. 2.2 VulkanizacijaBez obzira na mastikaciju prirodni kaučuk je termoplastican materijal
tj. pri višim temperaturama mekan i ljepljiv, a pri nižim temperaturama
tvrd i krt materijal. Od 1831. na dalje Amerikanac C. Goodyear tražio
je način na koji bi poboljšao uporabna svojstva kaučuka. Sasvim slucajno
1839. godine otkrio je da smjesa kaucuka i sumpora nakon zagrijavanja
više nije ljepljiva, ali ni krta pri nižim temperaturama. Prema Vulkanu,
rimskom bogu vatre i kovača proces je nazvao vulkanizacijom. Taj svoj
pronalazak patentirao je 1844. godine (US patent 3644).
Kaučuk tada poprima elastomerna svojstva, a vlačna čvrstoća je i do deset puta veća u odnosu na nevulkanizirani kaučuk. Da bi se vulkanizacija ubrzala dodaju se različiti ubrzivači, poput merkaptobenzotiazola, tiokarbamata, cinkovog oksida u kombinaciji s masnim kiselinama ili aminima (anilin) čime se vrijeme vulkanizacije s nekoliko sati smanjuje na otprilike 15 minuta. Dakle, procesom vulkanizacije smanjuje se gibljivost polimernih lanaca i onemogućava tečenje pri višim temperaturama. Isto tako, materijal prestaje biti krt pri niskim temperaturama jer su molekule cvrsto vezane i nije ih lako razdvojiti. Time se postižu potrebna uporabna svojstva gume.Stupanj umreživanja tijekom vulkanizacije prikazuje se krivuljom vulkanizacije, kojapredstavlja promjenu nekog svojstva materijala, proporcionalnog stupnju umreživanja, svremenom vulkanizacije. Tipicna krivulja vulkanizacije prikazana je na slici 5. Područje A naziva se vrijeme indukcije ili predumreženja (eng. scorch time), područje B je periodočvršcivanja (eng. curing), a u području C dolazi do prejakog ocvrščivanja ili preumreživanja (eng. overcuring). Slika 5 - Tipična krivulja vulkanizacije prirodnog kaučuka Ovisnost deformacije (istezanja) o naprezanju kod nevulkaniziranog i vulkaniziranog kaučuka prikazana je na slici 6. Nevulkanizirani kaučuk istegne se i do 6 puta u odnosu na početne dimenzije djelovanjem relativno malog opterećenja i nakon prestanka djelovanja sile ne vraća se u prvobitno stanje, što znaci da deformacija nije elasticna. Kod vulkaniziranog kaučuka za isti iznos istezanja treba primijeniti i do 5 puta veću silu, a prestankom djelovanja sile materijal poprima prvobitne dimenzije. Slika 6 - Odnos naprezanje-istezanje vulkaniziranog i Prirodnim kaučukom danas se pokriva nešto više od 40% ukupnih svjetskih
potreba, a ostatak se nadoknaduje sintetskim kaucukom. Godine 2000. ukupno
je potrošeno 15 milijuna tona kaučuka. Prema najnovijim procjenama Medunarodnog
instituta proizvodača umjetnog kaučuka (International Institute of Synthetic
Rubber Producers) porast godišnje potrošnje sintetskog kaučuka bit ce
2,5%. To odgovara i svjetskom porastu u gospodarstvu. 2.3 Sintetski kaučukSintetski kaučuk u užem smislu, tj sintetski poli(izopren) prvi put dobiven je polimerizacijom izoprena uz katalizator alkil-litij u otopini ugljikovodika. Dobiveni proizvod sadržavao je 92…94% cis-1,4- struktura. Danas se poli(izopren) s oko 96% cis-1,4- struktura proizvodi uz Ziegler-Natta katalizator prireden iz smjese titanovog klorida, trialkil-aluminija i trialkil-aluminij-eterata, u otopini pentana ili heksana, slika 7. Monomer mora biti vrlo velike čistoće, ne smije sadržavati ciklopentadien koji djeluje kao kataliticki otrov. Sintetski kaučuk vrlo je sličan prirodnom, osim što sadrži 1-2% manje cis-1,4- struktura i ima manju molekulsku masu (brojcani prosjek molekulskih masa prirodnog kaucuka je oko 5 milijuna). Slika 7 - Dobivanje sintetskog kaucuka polimerizacijom izoprena Osim poli(izoprena) postoje i drugi sintetski elastomeri koji služe za proizvodnju gume itrivijalno se nazivaju kaucucima, kao npr: metilni kaučuk, k loroprenski kaučuk, butadienakrilonitrilni kaučuk, stiren-butadienski kaučuk… 2.4. Oblikovanje kaucuka i proizvodnja gumeUz sustav za umreživanje postoji niz dodataka koji se prije umreživanja
miješaju s kaučukom da bi se postigla željena svojstva gumenih tvorevina.
Postupak smješavanja (kompaundiranje) kaučuka i dodataka u kaucukovu smjesu
kompleksan je proces i podešava se prema namjeni gumene tvorevine. Uz
osnovni sastojak kaučuk, kaučukove smjese sadrže brojne dodatke: punila,
pigmente, omekšavala, dodatke za poboljšanje preradljivosti, dodatke za
sprjecavanje starenja, umrežavala, ubrzavala, aktivatore, usporavala ako
se želi spriječiti predumreženje kaučukove smjese i dr. Svaka kaučukova
smjesa sadrži prosjecno od 10 do 20razlicitih dodataka. 3. Upotreba gume i regeneracija kaučukaNajveći dio kaučuka upotrebljava se za izradu automobilskih guma, tako da automobilske gume predstavljaju i najveci udio u gumenom otpadu. Veliki dio tog gumenog otpada se oporabi (materijalno, energijski i kemijski), a razlozi su sljedeci: Slika 8. - Usitnjene auto-gume u formi praha, granulata, niti Usitnjena guma upotrebljava se za izradu razlicitih proizvoda kao što su: podloge za sportsketerene i zaštitne podne obloge, obloge u stajama, obloge za izolaciju krovova, zvucne barijere u graditeljstvu, razlicite oznake u cestovnom prometu, potplate za cipele, pune gume za kolica i kante za smece, automobilski dijelovi, razni prešani proizvodi, porozna bitumenska veziva, dodatak asfaltima, itd. Na slici 32. prikazan je dio pogona za granuliranje automobilskih guma.
Regenerirani kaučuk je termoplastični materijal koji se dobiva iz otpadne
gume te ponovo vulkanizira i preraduje. U procesu regeneracije kaucuka
guma se najprije usitnjava, a zatim se odvaja metal, tekstil i granule
gume. Granule se melju i prosijavaju te podvrgavaju djelovanju pare i
različitim kemikalijama u svrhu uklanjanja sumpora (devulkanizacija).
Medutim, devulkanizacija rezultira snižavanjem molekulske mase kaučuka,
što se odražava na svojstva regeneriranog kaučuka. U tom smislu procesi
devulkanizacije se kontinuirano usavršavaju te vecina velikih svjetskih
proizvodača automobilskih guma ima svoj način devulkanizacije. Regeneracija kaucuka iz gume ima niz prednosti: Otpadne gume mogu se, osim prethodno navedenih postupaka, podvrgnuti
procesu pirolize (kemijska upotreba). Pirolizom nastaje: preuzmi seminarski rad u wordu » » »
|