Каучуктен резина алу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Жоспар

 

1. Кіріспе.....................................................................................................3

2. Негізгі бөлім...........................................................................................5

2.1. Резина өндірісінің жалпы процестері...............................................8

2.2.Резинаны өндірісте алу және жаңа технологиялары........................9

2.3. Резина бұйымдарын  дайындау..........................................................21

2.4. Резинаның қолданылуы және өңдеуде жиі қолданылатын негізгі процестер………………………………………………………………………27

3. Қорытынды............................................................................................30

4. Қолданылған әдебиеттер  тізімі............................................................31                                      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

 

Резинаны алудың негізгі  шикізаты шикі каучук болып табылады. Өз бетінен каучук ештеңеге қолданылмайды. Каучук жоғары молекулалық қосылыстарға жатады. Сыртқы күштің әсерінен оңай деформацияланып одан кейін бұрынғы қалпына тез келеді. Бүл жағдайды былай түсіндіруге болады: каучуктың макромолекуласы бүктелген күйде болады да, түскен күшті алғаннан кейін қайтадан бүктеледі. Резинаны дайындау үшін табиғи және синтетикалық каучуктерді қолданады. Табиғи каучук Бразилияда өсетін «Гевея» деп аталатын өсімдіктің сүтті шырынынан алады. Анализ арқылы каучуктың көміртек пен сутектен тұратыңдығын, яғни көмірсутегі класына жататынын көрсетеді.

Каучуктың макромалекуласы  изопреннің элементарлық звеноларынан түрады. Каучук молекулалары құрылысы сызықтық болады, бірақ олар түзу, созылмай, түйіншек тәрізді оралып, бірнеше рет иіліп жатады. Табиғи каучук бензинде, бензолда, күкіртті көміртекте және т.б. ериді. Табиғи каучук негізінен резина алуға қолданылады және де оның ең көп мөлшері автомовил шинін дайындауға жұмсалады да тек 1%-ғана аяқ киім өндірісі мен желім жасауға қолданылады. Синтетикалыц каучук (СК). Қолдануына байланысты СК жалпылай міңдет атқаратын және арнайы міндет атқаратын болып бөлінеді. Жалпылай міндет атқаратындар: бутадиен (СКБ), бутадиен-стирол каучугі (СКС); арнайы міндет атқаратын каучуктер - бутадиен-нитриль (СКН), хлопренді (найрит) , бутилкаучук, тиоколовый, сиоиконовый (СКТ) және т.б.

Синтетикалық    бутадиен-стирол    каучуктарын    (СКС) бутадиенмен  стиролды сополимерлеу арқылы алады.

(-СН₂-СН=СН-СН₂)_n -(СН₂-СН-)_n

СКС   құрамындағы    стирол    процентіне   байланысты каучуктер әртүрлі танбаланады. Мысалы: каучук СКС-30 құрамында 30% стирол, 70% бутадиен болады. Каучук кұрамындағы  стирол немесе метил-стирол көбейген сайын  каучуктың беріктілігі жақсарады, бірақ желімдегіш қабілеті, аязға төзімділігі   және   эластикалық   қасиеті   нашарлайды. Диэлектрикалық қасиеттері табиғи каучуктарға жақын, молекулалық массалары 10000 нан 100000-ға дейін артады. СКС США-да синпол, филярен, Англияда нитол, Италияда эуропрен, Жапонияда нипол, ГФР-де бунатекс деген саудалық атаумен шығады.

Синтетикалық   изопрен   каучугі   (СКИ-3)   изопреннің полимері (2метил-бутадиен-1,3) [-СН2-С(СНз)=СН-СН₂-]_n.

Изопрен каучугі СКИ-3 комплексті координациялық Циглер-Натта катализаторының  және литийорганикалық қосылыстардың  қатысында изопренді стереоспецификациялық  полимерлеу арқылы дайындайды.

Полимерлеу процесі жылу бөлумен жүреді және оны төмендегідей жалпы теңдеумен жазуға болады.

пС5Н8=(-С5Н8-)п - АН АН=75кДж/моль

Процесте еріткіш ретінде  изопентан қолданылады. Бұл еріткіш түзілген каучуктың бөлінуін және реакция температурасын реттейді.

СКИ берікгілігі мен желімдеу қабілеті жоғары, 100°С-ға дейін қыздырғанда қасиетін сақтайды. Барлық қасиеттері табиғи каучукқа жақын болғандықтан резина дайындауға табиғи каучуктың орнына жұмсалынады. СКИ-З-тен алынған резиналар майда, бензинде және басқа органикалық еріткіштерде ісінеді, ауа оттегімен тотығады, аязға төзімді жэне газды өткізбейді.

Хлорпрен каучукті (найрит) хлорпренді эмульсиялық полимеризациялау арқылы алады.

(-СН₂ С(Cl)=СН-СН₂-)_n

Май, озон, атмосфера әсеріне  тұрақты. Сондықтан хлорпрен каучугі  жоғарыда айтылған заттарға керекті резина жасауға қолданылады.

Кремний органикалық (силикон) каучуктар-тұйық силоксандарды немесе сызықтық силоксандарды поликанденсациялау арқылы алынады. Полимерлер құрамы сызықтық түрде болады, мысалы:

r        r       r

i       i       i

-Si-0-Si-O-Si-O-...

i       i       i

r'       r'       r'

 

мұндағы,  R,R'-  метил,  этил,  фенил,  винил  және басқа радикалдар.

Силикон каучуктары аязға, ыстыққа төзімді және жоғары қысымда жұмыс істейтін резиналар алуға қолданылады. Силикон каучуктарынан алынған резиналар 600-700°С ыдырайды, бірақ олар бірнеше секунд 3000°С-қа төзеді. Каучукпен европалықтар алғаш рет XV ғасырдың аяғында танысқан. 1493 жылы Христафор Колумб екінші саяхатында Оңтүстік Америкадағы Гаити аралынын тұрғындарының ойнайтын добы мен хош иісті шайнайтын сағызына назар аударады. Бұл зат каучук еді. X. Колумб саяхатында кездескен бұйымдармен бірге каучукты да Европаға ала келеді. Бірақ XVIII ғасырға дейін Европада каучуктың сырын ешкім біле алмады. Каучуктың сырын 1735 жылы француз оқымыстысы Шарль Де Ля Кандалин ашты. 1735 жылы Париж Академиясы жер меридианының доғасын өлшеу үшін Оңтүстік Америкаға географиялық экспедиция жібереді. Осы экспедицияның құрамына Кандалин де енеді. Кандалин өз жұмысын орындай жүріп каучукты да зерттеп Европаға келгеннен соң каучуктың қасиеттері туралы еңбек жазады.

Осы еңбек арқылы европалықтар каучукты алу жолы және оның қасиеттерімен  танысады. Европалықтар осы еңбек  арқылы табиғи каучукпен танысады және каучук ағашының қабығын қырыққан кезде  бөлінетін латекс деп аталатын сұйық заттан алынатындығын біледі. Каучук деген сөз Бразилияның «као-очу» (ағаштың көз жасы) деген сөзінен шыққан.

Табиғи каучук белгілі  топқа жатпайтын ботаникалық  өсімдіктердің шырынынан өндіріледі. Каучук өсімдіктері Оңтүстік Америка, Африка, Малайя Архипелагы сияқты экватордың тропикалық аймақтарында өседі.

 

                                       2. Негізгі бөлім

 

Каучуктың қасиеттерінің  бірі созылғыш болып келуі. Ол резина өндірісінде қолданылады. Каучукты басқа резина қоспаларымен араластыру үшін, оны ең алдымен, механикалық немесе термиялық жұмсарту керек. Бұл процесс – каучукты пластикациялау деп аталады. Оны Т. Хэнкок 1820 жылы ашқан болатын. Бұл ашылымның резина өндірісінде маңызы зор болды. Хэнкоктың пласатикаторы цилиндрлі айналмалы түтік тәрізді ротордан тұрды. Қазіргі таңда, резина өндірісінде осындай үш типті машиналар қолданылады. Олар – каучук ұсақтағыш (каучукотерка), Бенбери араластырғышы және Гордон пластикаторы.

Түйіршіктегіш машиналар  каучукты бірдей өлшемді және формалы  түйіршіктерге немесе пластинкаларға бөледі. Каучук түйіршіктегішке пластикатордан шыққанда беріледі. Алынған түйіршіктер  Бенбери араластырғышында көмір күйесі және майлармен араласады. Алынған қоспа одан әрі қайта түйіршіктеледі. Бенбери араластырғышында өңделгеннен кейін алынған қоспа күкіртпен және вулканизация жылдамдытқыштарымен араласады.

 Резинаның басты құрамы каучук немесе каучук тәрізді полимерлі материал болып келеді. Синтетикалық каучуктың пайда болуы, сондай-ақ табиғи каучукке ұқсас композициялық материалдардың пайда болуы, оларға «эластомерлер» деген жаңа терминмен айтылды.

 Температураның, еріткіштердің және әр түрлі химиядық реагенттердің әсеріне тұрақты болу үшін каучукты вулканизациялайды. Вулканизация -дегеніміз каучук пен күкіртті қосып қыздырған кезде жүретін қос байланыстар тұсынан каучук молекулаларының дисульфид S-S көпіршелері арқылы үш өлшемге келін тігілуі:  

1-сурет.Каучук молекуласының  вулканизация  теңдеуі

 

Вулканизациялауға тек күкірт қана емес, күкірттің қосылыстарын, күйені, борды тағы басқа заттарды қосады. Вулканизация процесін 1839жылы Генкокок пен Гудьир ашты. Осы күрделі физикалық-химиялық процесс кезінде каучуктың физикалық-химиялық қасиеттері күрт өзгереді. Каучуктың серпімділігі, беріктігі, эластикалығы, температураға және еріткіштерге тұрақтылығы артады. Осылайша, алынған өнім – резина деп аталады. Ол өзінің бастапқы ұзындығынан екі есеге дейін ұзарта алады және қайта қалпына келеді.

Егер күкірт мөлшері көп болса (бүкіл массаның 45%-ы), онда майыспайтын қатты диэлектрик эбонит деп аталатын зат алынады.

Каучуктың созылғыш болуы  ол сызықты молекулаларының ұзындықтарына  байланысты. Көміртек атомдарының валенттілік  бұрыштары 109 С болатын С-С байланыстары әр түрлі конформациялық айналуларына байланысты. Мысалы:

 

 

                  2-сурет Каучуктың конформациялану  түрлері.

 

    Молекулалар ұзындықтары  ұзарған сайын айналмалы конформация  болады.

 Резиналық бұйымдарды  сақтауда келесі шарттар орындалу  тиіс:

1) Ауа температурасы 5-15 С аралығында болуы тиіс және ылғалдылығы 40-60%

2) Күн сәулесі түспеу керек, ол үшін терезелерді ультрафиолет сәулелерінен қорғайтын сары немесе қызыл бояумен бояу керек.

3) Резиналық бұйымдар ағаштан жасалған шкафтарда сақтау керек.

4) Резиналық бұйымдар қағазбен немесе матамен ораулы болу керек.

Резинаны утилизациялау  және қайтадан өңдеу

  Ескі резинаны жақсылап  ұсақтайды, оған техникалық кастор  майын қосып араластырады. Алынған  қоспаны 180-210С дейін қыздырады.  Қоспа суығаннан кейін көлемі  екі есе көп 90С спиртке қосады. Одан кейін қоспадағы кастор майы спиртте еріп,ал резина ыдыс түбіне тұнады. ( Құрамындағы кастор майын жою үшін).

Алынған резинаның құрамында  аз мөлшерде спирт болғандықтан, оны сілті ерітіндісі бар жылы сумен шаяды.

  Вальцтанған жұқа резина ылғалдылықтан құтылу үшін кептіргеннен кейін сапасы жақсы резина алынады. 

Резина қоспасын дайындау. Тек қана каучук және күкірттен тұратын химиялық қосылыстың қолдану аумағы шектеулі. Каучуктың физикалық қасиеттерін жақсартып және әр түрлі салаларда қолдануға жарамды ету үшін құрамына басқа заттарды қосу арқылы модификациялайды. Вулканизациялауға дейін каучук құрамына қосылатын барлық заттар резина қоспасының ингредиенттері деп аталады. Олар каучуктың әрі химиялық, әрі физикалық қасиеттерін өзгертеді. Басты міндеттері –қаттылығын, беріктігін модифицирлеу, ескіруге, майларға, оттегіге, химиялық еріткіштерге, жылуға және жарылуға тұрақтылығын арттыру. Резина қолданылуына байланысты әр түрлі құрамда болады.

Жылдамдатқыштар және активаторлар. Жылдамдақыштар деп аталатын кейбір активті химиялық активті заттар күкіртпен бір қолданылғанда вулканизациялау уақытын азайтып, каучуктың физикалық қасиеттерін жоғарылатады. Бейорганикалық жылдамдатқыштар ретінде қорғасын монооксиді, ізбес, магний оксиді және т.б. қолданылады. Органикалық жылдамдатқыштар одан да активті және әрбір резина қоспасының маңызды бөләгә болып табылады. Олар қоспаға аз мөлшерде енгізіледі: каучуктың 100 бөлігіне 0,5-1 бөлік. Жылдамдатқыштар көбісі мырыш оксиді немесе стеарин қышқылы сияқты активаторлардың көрсетеді. Сондықтан қазіргі кезде резина қоспаларына міндетті түрде мырыш оксиді мен стеарин қышқылын қосады.

Жұмсартқыштар және пластификаторлар. Жұмсартқыштар және пластификаторлар резина қоспасын дайындау уақытын азайту және процесс температурасын төмендету үшін қолданалады. Каучуктың ісінуін және еруін тудырып, қоспа ингредиенттерін ұсақталуын қамтамасыз етеді. Жұмсартқыштардың мысалы ретінде парафин және өсімдік майларын, олейн және стеарин қышқылдарын, тас көмір шайырын және канифольді атап өтуге болды.

Беріктеткіш қоспалар. Кейбір заттарды каучукке қосу арқылы оның беріктігін, тозуға төзімділігін арттырады. Оларды беріктеткіштер деп аталады. Кең қолданылатын беріктеткіш болып көмір (газ) күйесі табылады, ол әрі арзан, әрі ең эффективті. Автомобиль шинасының протектор резинасында 100 бөлікке каучукке 45 бөлік көмір кйесі қосылады. Беріктеткіш ретінде мырыш оксидін, магний карбонатын, кальций карбонатын, кремнеземді де қолдануға болады, бірақ ең эффективтісі –көмір күйесі.

Антиоксиданттар. Резина бұйымдарының ескеруіне қарсы керекті қасиеттерін сақтап қалу үшін қолданылады. Антиоксданттар –күрделі органикалық қосылыстар, концентрациясы 100 бөлік каучукке 1-2 бөлік болған кезде кермектілік пен жұмсақтылық арасындағы балансты сақтап ұрады ауа, озон, жылу және жарық әсерінен резина бұйымдары ескіреді. Кейбір антиоксиданттар резинаны жылудың әсерінен қорғайды.

Пигменттер. Пигменттер резинаға түс береді. Беріктеткіш инертті қоспалар, кейбір ингреиенттер көбінесепигменттер рөліне атқарады. Алайда нағыз пигменттерді қолдануға да болады. Титан және мырыш оксидтері мырыш сульфиді және литопон ақ пигмент ретінде қолданылады.

 

 

 

 

 

 

              2.2. Резина өндірісінің жалпы процестер

 

 Резина өндірісінің жалпы процестеріне:

 

- резина қоспасы мен жартылай фабрикаттарды дайындау

- матаны резеңкілеу

- шприцование

- резина өнімдерін жинау

- вулканизация

   Резиналық қоспа- көп компонентті жүйе, оның құрамына каучуктен басқа белгілі бір рет бойынша қосылатын әр түрлі ингредиенттер кіреді.

   Қазіргі заводтарда  резиналық қоспаны автоматты-ағынды  түрде жасалынады.

   Жасалу технологиясына  байланысты былай жасалуы мүмкін:

1) бірсатылы резиналық қоспаны дайындау (РСВД-250-20, РСВД-250-30, РСВД-250-ПМ)

2) бір ғана резина араластырғышты қолдану арқылы екісатылы дайындау (РСВД-250-30, ДРС-250)

3) әр түрлі резина араластырғышты қолдану арқылы екісатылы дайындау (РСВД-250-40, РСВД-250-30)

4) бір сатысында периодты түрде резина араластырғышты, ал екінші сатысында червякты араластырғышты (Трансфермикс) қолдану арқылы екісатылы дайындау