KauÄiukas
Straipsnis iš Vikipedijos, laisvosios enciklopedijos.
KauÄiukas – elastingas stambiamolekulis junginys. Veikiamas iÅ¡orinių jÄ—gų, jis įgauna suteikiamÄ… formÄ…, nustojus veikti Å¡ioms jÄ—goms – grįžta į pradinÄ™ bÅ«klÄ™. KauÄiukas elastingas, nes jo makromolekulÄ—s yra spiralÄ—s formos. Tempiamos molekulÄ—s iÅ¡sitiesia, o atleistos – susisuka.
Turinys[slÄ—pti] |
[taisyti] Vulkanizacija
KauÄiukai žinomi labai seniai, taÄiau ilgai nemokÄ—ta pasinaudoti kauÄiuko elastingumu – kauÄiukiniai dirbiniai greitai netekdavo savo formos ir dalies vertingų savybių. IÅ¡mokus kauÄiukÄ… vulkanizuoti, buvo pradÄ—ta gumos gamyba.
Guma turi kauÄiuko elastingumÄ… ir tamprumÄ…, be to, yra mechaniÅ¡kai stipri, atspari Å¡ilumai ir Å¡alÄiui, todÄ—l jos dirbiniai plaÄiai vartojami pramonÄ—je ir buityje.
Kokia yra vulkanizacijos proceso esmÄ—? SpiralÄ—s formos kauÄiuko makromolekulÄ—s, veikiamos iÅ¡orinių jÄ—gų, gali susispausti ir iÅ¡sitempti. TaÄiau tarp atskirų polimero grandžių veikia labai silpnos molekulinÄ—s jÄ—gos, todÄ—l kauÄiuko makromolekulÄ—s labai lengvai, ypaÄ jeigu yra Å¡ildoma, persistumia viena kitos atžvilgiu. Vulkanizuojama tam, kad makromolekulÄ—s tvirtai susijungtų ir netektų paslankumo.
Vulkanizuojama ir siera. Ji „tilteliais“ sujungia kauÄiuko makromolekulių grandis. Pavyzdžiui, vulkanizuojant linijinÄ—s struktÅ«ros kauÄiuke susidaro tinklinÄ—s struktÅ«ros makromolekulÄ— su sieros „tilteliais“.
Vulkanizuotas kauÄiukas su užpildais vadinamas guma. Guma mechaniÅ¡kai stipri, atspari Å¡ildymui, jos neveikia tirpikliai ir kiti reagentai. IÅ¡ gumos gaminamos automobilių ir lÄ—ktuvų padangos, pavarų diržai, transporterių juostos, žarnos, maÅ¡inų detalÄ—s, elektroizoliacinÄ—s medžiagos, gumos pagrindu pagaminti audiniai, avalynÄ—, sanitarijos bei higienos reikmenys ir kiti dirbiniai.
[taisyti] Guma
Guma skirstoma į:
- bendrosios paskirties, eksploatuojamą nuo -50 iki +150°C temperatūroje (padangos, avalynė, diržai, amortizatoriai ir kt.);
- termiškai atsparią, vartojamą ilgalaikiam darbui, kai temperatūra aukštesnė kaip 150 °C (lėktuvų, mašinų, elektros variklių ir kitos detalės);
- atspariÄ… Å¡alÄiui;
- atsparią chemiškai ozonui, deguoniui, rūgštims, šarmams, įvairių druskų tirpalams ir kitoms medžiagoms;
- atsparią tepalams (benzinui, žibalui, naftai);
- akytÄ…, vartojamÄ… Å¡ilumai izoliuoti;
- atsparią radiacijai (iš jos gaminamos rentgeno ir kitų aparatų
detalÄ—s);
- dielektrinÄ™ (ja izoliuojami kabeliai).
[taisyti] KauÄiukas
KauÄiukai skirstomi į natÅ«raliuosius ir sintetinius:
NatÅ«ralusis kauÄiukas (NK) – augalinis gamtinis polimeras. Jį galima gauti iÅ¡ daugelio augalų, bet pramoninÄ™ reikÅ¡mÄ™ turi tik jo gamyba iÅ¡ braziliÅ¡kosios hevÄ—jos. Å iuo metu natÅ«ralusis kauÄiukas gaunamas iÅ¡ hevÄ—jų, auginamų PietryÄių Azijos salų plantacijose. NatÅ«ralusis kauÄiukas iÅ¡gaunamas, hevÄ—jos žievÄ—je padarius rieves ir surinkus jose tekanÄias pieno sultis – lateksÄ…, kuriame bÅ«na 20–35% kauÄiuko, t. y. gamtinio stambiamolekulinio izopreno polimero. Taigi natÅ«raliojo kauÄiuko CH3 makromolekulÄ— esti sudaryta iÅ¡ tokių elementarių grandžių:
[–CH2–CHCH3–CH–CH2– ]
Norint iÅ¡skirti kauÄiukÄ…, į lateksÄ…, pridedama koaguliatorų – acto arba skruzdžių rÅ«gÅ¡ties. SusikoaguliavÄ™s kauÄiukas nufiltruojamas, praplaunamas ir valcuojamas rifliuotais valcais. Guma iÅ¡ natÅ«ralaus kauÄiuko yra labai stipri ir elastinga plaÄiame temperatÅ«rų intervale.
Auganti kauÄiukų paklausa bei esanti daugelio valstybių priklausomybÄ—s nuo natÅ«ralųjį kauÄiukÄ… gaminanÄių Å¡alių, skatino ieÅ¡koti bÅ«dų gaminti sintetinį kauÄiukÄ… (SK). IlgÄ… laikÄ… mokslininkų pastangos susintetinti kauÄiukÄ… buvo nesÄ—kmingos. Sintetinių kauÄiukų tÄ—vynÄ— – Tarybų SÄ…junga. 1928 m. akademikas S. Lebedevas, polimerindamas butadienÄ… (divinilÄ…), gavo butadieninį kauÄiukÄ…. 1932 m. pagal S. Lebedevo pasiÅ«lytÄ… technologijÄ… pradÄ—jo veikti sintetinio kauÄiuko gamykla.
Butadieninis kauÄiukas (CKB) gaunamas polimerinant butadienÄ…. Butadienas CH2=CH–CH = CH2, pradÄ—jus gaminti kauÄiukus, buvo gaunamas iÅ¡ etilo alkoholio, o Å¡is – iÅ¡ grÅ«dų, bulvių ir kitų maistinių medžiagų. Dabar etilo alkoholis sintetinamas iÅ¡ metileno. ButadienÄ… galima gauti dehidrinant butanÄ…, kuris, kaip ir etilenas, yra gaunamas naftos perdirbimo metu ir iÅ¡ gamtinių dujų.
Butadieninis kauÄiukas gaunamas periodinio veikimo autoklave. Dujinis arba skystas butadienas supilamas į autoklavÄ… pro jo dangÄio atvamzdį 2. Polimerinama blokiniu bÅ«du (masÄ—je); temperatÅ«ra 30–40 °C, slÄ—gis 0,88–0,98 MPa, katalizatorius – natrio strypai. Polimerizacijai paspartinti, proceso pradžioje pro autoklavo gaubtÄ… 1 leidžiami vandens garai. Procesas egzoterminis, todÄ—l vÄ—liau autoklavui auÅ¡inti f gaubtÄ… t leidžiamas Å¡altas vanduo. Pasibaigus polimerizacijos reakcijai, slÄ—gis autoklave sumažinamas, paÅ¡alinamas nesureagavÄ™s butadienas ir kiti dujiniai produktai. KauÄiuko blokas iÅ¡ autoklavo iÅ¡kraunamas azoto aplinkoje.
Butadieninio kauÄiuko guma ne taip stipri ir elastinga, kaip guma iÅ¡ natÅ«raliojo kauÄiuko, be to, ji greiÄiau susidÄ—vi. IÅ¡ butadieninio kauÄiuko gaminamos automobilių padangos, avalynÄ—, gumos pagrindu pagaminti audiniai ir kiti dirbiniai.
Butadieno-stirolo kauÄiukas, gaunamas polimerinant butadienÄ… su stirolu. Å io kauÄiuko makromolekulÄ—s sudarytos iÅ¡ tokių elementarių grandžių:
[–CH2–CH =CH–CH2–CH2–CH–]
Polimerinama 5–50 °C temperatÅ«ros emulsijoje. Butadienas sumaiÅ¡omas su stirolu, emulgatoriumi (kanifolijos muilu ir kt.) bei vandeniu tada viskas suplakama. Emulsija kartu su iniciatoriaus tirpalu (izopropilbenzolo hidroperoksidu) prateka per polimerizatorių baterijÄ…, sudarytÄ… iÅ¡ dvylikos reaktorių. Polimerizatorius – 12–20 m³ talpos maiÅ¡ytuvas, iÅ¡ vidaus padengtas specialia medžiaga. Kol emulsija prateka visus reaktorius, supolimerinama apie 60% monomerų. Gaunamas lateksas. IÅ¡ jo atskiriami nesureagavÄ™ monomerai ir kitos priemaiÅ¡os. KauÄiukas koaguliuojamas į lateksÄ… pridedamais NaCl, CaCL2 tirpalais, sieros H2SO4 arba acto CH3COOH rÅ«gÅ¡timis, paskui praplaunamas, iÅ¡džiovinamas. Suformuota iÅ¡ jo juosta suvyniojama į ritinį. Kad nesuliptų, juosta apibarstoma talku. IÅ¡ butadieno – stirolo kauÄiuko gaminamos padangos, transporterio juostos. Kai kurių rÅ«Å¡ių butadieno – stirolo kauÄiukas yra atsparus Å¡alÄiui, kaip ir natÅ«ralusis, todÄ—l iÅ¡ jo gaminami Å¡alÄiui atsparÅ«s guminiai gaminiai.
Butadieno-nitrilo kauÄiukas (CKH, Buna-N) – butadieno ir akrilo rÅ«gÅ¡ties nitrilo (CH2=CHCN) kopolimeras.
[CH2CH=CHCH2CHC=N-] n
Kopolimerinamas vandeninÄ—je emulsijoje. Å ie kauÄiukai atsparÅ«s tepalams ir benzinui. IÅ¡ jų gaminama benzinui ir tepalams atsparios žarnos, tarpikliai ir kiti aviacijai, naftos ir kitoms pramonÄ—s Å¡akoms reikalingi gaminiai.
Izopreninis kauÄiukas (CKH)
[–CH2–CHCH3–CH–CH2– ] n
Gaunamas polimerinant izoprenÄ… 30–40 °C temperatÅ«roje. Katalizatorius – litis arba kompleksiniai metalų organiniai junginiai. Sintetinio izopreninio kauÄiuko struktÅ«ra panaÅ¡i į natÅ«raliojo kauÄiuko, panaÅ¡ios ir daugelis jų savybių.
Chloropreninis kauÄiukas – chloropreno polimeras.
[– CH2–C–CH–CH2– ] n | Cl
Chloroprenas gaunamas iÅ¡ vinilacetileno. Potimerinamas emulsijoje 40 °C temperatÅ«roje. Emulgatorius – kanifolijos muilas ir kt. Chloropreninis kauÄiukas nedega, atsparus cheminiams reagentams, tepalams, Å¡viesai ir Å¡ilumai. Pagrindinis jo trÅ«kumas – neatsparus Å¡alÄiui.
Chloropreninio kauÄiuko negalima vulkanizuoti siera, todÄ—l, norint gauti tinklinÄ—s struktÅ«ros makromolekules, pridedama cinko, gyvsidabrio ir kitų metalų oksidų. Chloropreninis kauÄiukas, kaip antikorozinÄ— danga, vartojamas kabelių gamybai, iÅ¡ jo gaminami klijai.
Silicio organinių junginių kauÄiukų (siloksaninių) makromolekulÄ—s sudarytos iÅ¡ grandžių, bÅ«dingų silicio organinių junginių polimerams.
Silicio organinių junginių kauÄiukai labai atsparÅ«s termiÅ¡kai ir labai elastingi. Jų savybÄ—s nesikeiÄia nuo –60 iki +300 °C temperatÅ«ros. AtsparÅ«s vandeniui, geri elektroizoliatoriai, netirpsta tepaluose, benzine ir kituose tirpikliuose.
IÅ¡ silicio organinių junginių kauÄiukų gaminami tarpikliai, membranos, vožtuvai, elektroizoliacinÄ—s ir kitos detalÄ—s, kurias veikia aukÅ¡ta ir žema temperatÅ«ra.
Silikoninis kauÄiukas, arba tiesiog silikonas, iÅ¡rastas Å¡eÅ¡tajame deÅ¡imtmetyje, cheminiu požiÅ«riu yra labai inertiÅ¡kas, atsparus aplinkos poveikiui: deguoniui, ozonui, vandeniui ir Å¡viesai, įvairiems plovikliams. Jis gali bÅ«ti naudojamas esant ir aukÅ¡toms, ir žemoms temperatÅ«roms. Tai labai ekologiÅ¡ka medžiaga, neveltui ji naudojama krÅ«ties liaukos protezų gamybai. Å iandien silikonas yra naudojamas ne tik medicinoje, bet ir versle ar buityje. Beje, prie silikoninių ar silikonu dengtų pavirÅ¡ių kepiniai neprisvyla.
Fluoro kauÄiukai gaminami iÅ¡ fluorintų etileno darinių. Labiausiai paplitÄ™ kauÄiukai, gauti kopolimerinant trifluorchloretile n CF2-CFC1 ir vinilideniluoridÄ… CF2-CH2. Fluoro kauÄiukai labai atsparus termiÅ¡kai ir chemiÅ¡kai, stiprus. Å ie kauÄiukai labai brangÅ«s, todÄ—l jų gaminama nedaug. Sintetiniuose lateksuose kauÄiuko bÅ«na 20–33%. Jais impregnuojamas padangų kordinis audinys, oda, popierius ir kiti techniniai dirbiniai.
[taisyti] Teflonas
1939 m. teflonÄ… iÅ¡rado kompanija “DuPontâ€. Å i medžiaga pasižymi labai panaÅ¡iomis savybÄ—mis kaip ir silikonas: atsparus aplinkos poveikiui (korozijai), aukÅ¡toms ir žemoms temperatÅ«roms, inertiÅ¡kas, ekologiÅ¡kas. AtlaikÄ™s tyrÄ—jų ir vartotojų iÅ¡bandymus teflonas jau nuo Å¡eÅ¡iasdeÅ¡imtųjų plaÄiai naudojamas masinÄ—je gamyboje įvairių prietaisų, įrengimų, virtuvÄ—s indų ir įrankių pavirÅ¡iams dengti. Viena iÅ¡ teflono populiarumo priežasÄių – prie tefloninio pavirÅ¡iaus praktiÅ¡kai niekas nelimpa.
Ir profesionalūs konditeriai, ir mėgėjai šiandien sunkiai įsivaizduoja gerą virtuvės įrangą be indų, kurių paviršius padengtas silikonu ar teflonu. Naujausia pažangi kepimo technologija – silikoninės kepimo formos, silikonu dengtos kepimo skardos ir formelės, tefloniniai kilimėliai kepimui – nuo šiol prieinama ir Lietuvos konditeriams.
[taisyti] Gumos dirbinių gamyba
Guminių dirbinių gamybos procesÄ… sudaro trys pagrindinÄ—s stadijos: žalio gumos ir miÅ¡inio paruoÅ¡imas, gaminių formavimas ir jų vulkanizavimas. Ä® gumos miÅ¡inį, be kauÄiuko – pagrindinÄ—s sudÄ—tinÄ—s dalies, įeina organinÄ—s ir neorganinÄ—s medžiagos, vadinamos indridientais. Ingrediento rÅ«Å¡is ir kiekis priklauso nuo kauÄiuko kokybÄ—s ir nuo tų savybių, kurių norima, kad turÄ—tų gumos gaminys.
Dažniausiai žaliÄ… gumos miÅ¡inį sudaro tokios medžiagos: kauÄiukas, vulkanizatorius (siera ir kt.), vulkanizacijos greitikliai (difenilguanidinas ir kt.), plastifikatoriai (riebiosios rÅ«gÅ¡tys, vazelinas, pušų derva, parafinas ir kt.), medžiagos, lÄ—tinanÄios senÄ—jimÄ… (fenolis, fenil-p-naftilaminas ir kt.), užpildai (suodžiai, silicio dioksidas SiO2, cinko baltalai ZnO, kaolinas ir kt.), dažai. Guminių dirbinių kokybÄ— priklauso nuo to, ar tolygiai žalios gumos miÅ¡inyje pasiskirstÄ™ visi ingredientai. Kad bÅ«tų plastiÅ¡kesnÄ— guma ir lengviau kauÄiukas maiÅ¡ytųsi su ingredientais, miÅ¡inys Å¡ildomas.
RuoÅ¡iant gumos miÅ¡inį, reikia laikytis nustatyto technologinio režimo (temperatÅ«ros, mechaninio poveikio stiprumo ir trukmÄ—s ir t. t.), nes labai svarbu, kad nepasikeistų kauÄiuko makromolekulÄ—s ir nesuskiltų ingredientai.
Dažniausiai maiÅ¡oma uždaruose, labai naÅ¡iuose maiÅ¡ytuvuose. MaiÅ¡ytuvÄ… sudaro kamera, kurioje prieÅ¡prieÅ¡iais skirtingu greiÄiu sukasi du ovalÅ«s arba tribriauniai su Å¡ukomis rotoriai (velenai, bÅ«gnai). Kamera ir rotorius vÄ—sinami, nes, plastifikuojant kauÄiukÄ…, skiriasi Å¡iluma.
Gumos miÅ¡inį galima maiÅ¡yti ir valcuose, kurių velenai 1 x 3 sukasi skirtingu greiÄiu. Kad kauÄiukas nepradÄ—tų, vulkanizuotis prieÅ¡ laikÄ…, sieros į miÅ¡inį pridedama baigiant maiÅ¡yti. ParuoÅ¡tas gumos miÅ¡inys valcais suformuojamas į vienodo storio begalinio ilgio juostÄ…. Si juosta vÄ—liau supjaustoma į lakÅ¡tus ir iÅ¡ jų karpomi arba Å¡tampuojami guminių dirbinių ruoÅ¡iniai. Tolesnis guminių ruoÅ¡inių perdirbimas priklauso nuo gaminamų detalių formos, paskirties ir eksploatavimo sÄ…lygų.
Guminės žarnelės, vamzdeliai formuojami švirkštinėmis mašinomis: gumos mišinys praspaudžiamas pro reikiamo dydžio ir formos angas.
Vulkanizacija – paskutinÄ— guminių dirbinių gamybos stadija. KauÄiukÄ… galima vulkanizuoti kambario (Å¡altasis vulkanizavimas) ir aukÅ¡tesnÄ—je nei kambario temperatÅ«roje (karÅ¡tasis vulkanizavimas). Å altai vulkanizuojama 2–3% koncentracijos sieros monochlorido tirpalu. Procesas trunka 1–3 minutes. Sis vulkanizacijos bÅ«das taikomas tik plonasieniams guminiams dirbiniams formuoti. Pagrindiniai Å¡io metodo trÅ«kumai – tirpiklio gamybiniai nuostoliai ir kenksmingas darbo sÄ…lygos. Dažniau taikomas karÅ¡tasis vulkanizavimas siera 125–160 °C temperatÅ«roje. KarÅ¡tai vulkanizuojama presuose arba autoklavuose karÅ¡tu oru arba soÄiaisiais vandens garais.
[taisyti] KauÄiuko ir gumos pramonÄ—s vystymas
Daugiausia kauÄiukų ir gumos reikia aviacijai ir autotransportui. Be jos neiÅ¡siverÄiama ir kitose pramonÄ—s Å¡akose, žemÄ—s Å«kyje, buityje. DidÄ—ja ne tik reikalingo kauÄiuko bei gumos kiekis, bet ir jų gaminių asortimentas.
Guminiai gaminiai naudojami įvairiomis sąlygomis. Pagrindiniai gumos pramonės uždaviniai yra naujų žaliavų monomerams gaminti suradimas ir sintezės metodų tobulinimas.