Vlastnosti kaučuku Střední odborná škola Otrokovice www.zlinskedumy.cz 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

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 kaučuku Fyzikální vlastnosti Chemické vlastnosti polymerace halogenace oxidace vulkanizace

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

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

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

Obr. 5: anizotropie vlastností 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. Pevnost Tažnost Směr válcování Obr. 5: anizotropie vlastností

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

Polymerace CH2= C – CH = CH2 → -CH2– C = CH – CH2– CH2– C = CH – CH2- 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 O – O I I -CH2 – C = CH – C H2- + O2→ - CH2 – C – CH – CH2- 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 - 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. Vlastnost Kaučuk Pryž Deformace plastická elastická Stav tvárný pružný Struktura lineární síťovaná Pevnost nízká vysoká Rozpustnost rozpustný nerozpustná Strukturní pevnost Obr. 7: kaučuk a pryž

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

Seznam obrázků: Obr. 1: vlastní Obr. 2: vlastní Obr. 3: 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