Vlastnosti kaučuku

1. Vlastnosti kaučuku Střední odborná škola Otrokovice Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. Emil Vašíček Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

2. Charakteristika DUM 1

3. Náplň výuky: Vlastnosti kaučuku Složení kaučuku Fyzikální vlastnosti Chemické vlastnosti polymerace halogenace oxidace vulkanizace

4. Přírodní kaučuk(NR– Natural Rubber) není nikdy čistý kaučukový uhlovodík, ale obsahuje bílkoviny, mastné kyseliny, pryskyřice… Příklad složení uzeného kaučuku: Složení kaučuku 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-. Obr. 1: složení kaučuku

5. Jsou dány strukturou (délka, větvení a propletení makromolekul). Ta způsobuje tuhost, pevnost a pružnost. Přírodní kaučuk je cisforma; ve formě transje neelastická gutaperča. Fyzikální vlastnosti Obr. 2: přírodní kaučuk Obr. 3: gutaperča

6. 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 Fyzikální vlastnosti síra pružnost tuhost tažnost Obr. 4: vlastnosti kaučuku Při velké tahové deformaci nastává krystalizace a polymer tuhne.

7. 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. Fyzikální vlastnosti Směr válcování Pevnost Tažnost Pevnost Tažnost Obr. 5: anizotropie vlastností

8. Přírodní kaučuk je po chemické stránce složen z monomeru izopren (2-methyl-buta-1,3-dien) Chemické vlastnosti Z chemických reakcí pro nás jsou důležité polymerace halogenizace oxidace vulkanizace Obr. 6: izoprén – kalotový model Obr. 7: izoprén – kuličkový model

9. 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. Polymerace

10. 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 CH3Cl 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. Halogenizace

11. Stárnutípryže 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 Oxidace

12. 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. Vulkanizace Obr. 7: kaučuk a pryž

13. Kontrolní otázky: Porovnej fyzikální vlastnosti kaučuku a pryže. Jaké je složení přírodního kaučuku? Jak se mění vlastnosti kaučuku při vulkanizaci?

14. 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

15. Seznam použité literatury: [1] Vašíček Emil, ing., Chemické suroviny, učební texty, vydání druhé, Střední odborná škola Otrokovice, 2009

16. Děkuji za pozornost