Borrachas - um grupo de polímeros industriais, cujo processamento recebe borracha. Uma característica distintiva da borracha é a capacidade de grandes deformações reversíveis (chamadas de altamente elásticas) em temperaturas comuns e baixas.
Borracha natural, um polímero de origem vegetal, cuja vulcanização recebe borracha.
A borracha natural pertence ao grupo de elastômeros - compostos de alto peso molecular com capacidade para grandes deformações reversíveis em ambiente e temperaturas mais baixas. A borracha natural é encontrada no suco leitoso (látex) das seringueiras; inclusões individuais de borracha também estão presentes nas células da casca e nas folhas dessas plantas. A borracha natural é extraída principalmente do látex da hevea brasileira, que cresce em plantações em países tropicais.
A borracha natural é amorfa, um sólido pode cristalizar. Não incha e não se dissolve em água, álcool, acetona e vários outros líquidos. Inchando e dissolvendo em hidrocarbonetos gordurosos e aromáticos (gasolina, benzeno, éter e outros) e seus derivados, a borracha forma soluções coloidais (tipo cola), amplamente utilizadas em tecnologia.
A borracha natural é um hidrocarboneto insaturado de alto peso molecular de composição elementar (C5H8) n. A borracha natural também contém 2,2-3,8% de proteínas e aminoácidos, 1,5-4,0% de substâncias extraídas com acetona (o chamado extrato de acetona - oleico, esteárico, ácido linoléico, caroteno etc.), compostos metálicos variáveis valências - cobre (até 0,0008%), manganês (até 0,001%), ferro (até 0,01%), areia e outras impurezas.
Molécula borracha natural consiste em vários milhares de grupos químicos iniciais (unidades) conectados entre si e em movimento vibratório-rotacional contínuo. Essa molécula é semelhante a um emaranhado emaranhado, no qual os fios que a compõem em lugares formam seções corretamente orientadas.
A estrutura da macromolécula de borracha fornece sua alta elasticidade - a propriedade técnica mais importante. A borracha tem uma incrível capacidade de esticar reversivelmente até 900% do seu comprimento original.
De acordo com o "Padrão Internacional para a Qualidade e Embalagem de Borracha Natural" (1969), a borracha natural é dividida em 8 tipos internacionais, incluindo 35 variedades internacionais. Os principais tipos de borracha natural são cocô defumado ondulado (um produto de cor âmbar clara - “folha defumada”) e crepe leve (um produto de cor creme claro, antes do qual substâncias especiais de branqueamento, como o bissulfito de sódio, são introduzidas no látex; borracha natural desse tipo para fumar não exponha). A qualidade da borracha natural de tipos e classes internacionais é avaliada com base em inspeção externa e comparação com a norma. Há também uma classificação de borracha natural de acordo com padrões técnicos que regulam o conteúdo de impurezas na borracha. Juntamente com a borracha natural de uso geral, são produzidos tipos especiais de borrachas, por exemplo, com propriedades tecnológicas ou mecânicas aprimoradas, fabricadas na forma de exaustão em pó, etc. Está em andamento um extenso trabalho experimental e de pesquisa para melhorar a qualidade da borracha natural e aumentar a produtividade das fábricas de borracha.
A principal área de aplicação da borracha natural é a fabricação de pneus. Também é usado na fabricação de produtos de borracha (correias transportadoras, correias de transmissão, amortecedores, juntas), materiais de isolamento elétrico, bens de consumo de borracha e na fabricação de adesivos de borracha. Uma certa quantidade de borracha natural é usada na forma de látex. Graças à criação de borrachas sintéticas estéreo-regulares, bem como uma ampla gama de borrachas sintéticas para fins especiais, o consumo de borracha natural em algumas indústrias é reduzido.
Um tipo de borracha é menos elástico guta-perchaou balata. É extraído do látex que cresce na árvore da Malásia - euonymus. Guta-percha não é elástico. A razão para isso é a diferente estrutura espacial das macromoléculas desses polímeros naturais. Na macromolécula de borracha natural, as seções de sua cadeia em cada ligação múltipla estão na posição cis e na macromolécula de guta-percha estão na posição trans.
Gutta-percha foi usado até 1933 para isolar cabos marítimos; não encontrou ampla aplicação, mas é utilizado para a produção de chiclete, na prática odontológica (como material para restaurações), na fabricação de bolas de golfe.
Flexível, isolado, impermeável e versátil
Devido à sua elasticidade e resistência a ácidos e substâncias alcalinas, a borracha é amplamente utilizada na fabricação de pneus e pneus, ou produtos impermeáveis \u200b\u200be isolantes. A borracha também repele a água e é isolante da temperatura e da eletricidade. Atualmente, vários tipos de borracha sintética estão sendo produzidos.
Substância natural ou sintética caracterizada por sua elasticidade, repelente à água e resistência elétrica. A borracha natural é obtida a partir de um líquido leitoso branco chamado látex, encontrado em inúmeras plantas. A borracha sintética é derivada de hidrocarbonetos insaturados. Em seu estado natural, a borracha aparece como uma suspensão coloidal na produção de látex das seringueiras. Outra seringueira é uma seringueira, Castillo Elastica, originária do México, usada desde os tempos pré-hispânicos para produzir bolas, a ferramenta original para jogar bolas, um esporte religioso e simbólico praticado pelos antigos maias.
Borrachas sintéticas - polímeros sintéticos que, como a borracha natural, podem ser transformados em borracha por vulcanização.
Todas as borrachas sintéticas são geralmente divididas em borrachas gerais e especiais. Os primeiros são utilizados na fabricação de produtos nos quais a principal propriedade das borrachas é realizada - alta elasticidade a temperaturas comuns (pneus, correias transportadoras, sapatos, etc.), os últimos - na fabricação de produtos que devem ser resistentes a solventes, óleos, oxigênio, ozônio , resistência ao calor e ao gelo e outras propriedades específicas.
A classificação das borrachas sintéticas de acordo com seus campos de aplicação é, em certa medida, arbitrária, pois muitas borrachas possuem um conjunto de propriedades que permitem que sejam utilizadas como borrachas de uso geral e especial.
Grupos especiais de borrachas sintéticas: dispersões aquosas de borrachas (látex); borrachas líquidas (oligômeros que curam com a formação de materiais semelhantes a borracha); borrachas cheias (misturas de borracha sintética com cargas ou plastificantes, produzidas após o recebimento de borracha sintética).
A borracha sintética em escala industrial foi obtida pela primeira vez em 1931 na URSS pelo método de S.V. Lebedev. Em uma semi-planta, foram obtidos 260 kg de borracha sintética do divinil e, em 1932, foi sintetizado pela primeira vez pela primeira vez no mundo. Na Alemanha, a borracha foi sintetizada em 1936-1937 e nos EUA em 1942.
Indonésia, Malásia, Tailândia, China e Índia atualmente produzem cerca de 90% de borracha natural. A borracha é o látex seco de várias plantas tropicais que fornecem fluido elástico em sua casca, sendo a mais alta qualidade a chamada borracha. Foi obtido um líquido de leite a partir dos cortes, que contém borracha em suspensão e é dividido em pequenas gotas com uma emulsão. Como a secreção é relativamente rica, é coletada em recipientes especiais na forma de pequenos baldes que ficam pendurados no final dos cortes.
A história da borracha começou no tempo das grandes descobertas geográficas. Quando Colombo voltou à Espanha, trouxe do Novo Mundo muitas maravilhas. Uma delas era uma bola elástica feita de "resina de madeira", que era notável por sua incrível capacidade de pular. Os índios faziam essas bolas com o suco branco de uma planta de hevea que crescia nas margens do rio Amazonas. Este suco escureceu e endureceu no ar. As bolas eram consideradas sagradas e eram usadas em ritos religiosos. As tribos maias e astecas tiveram um jogo de equipe com bolas, lembrando basquete. Posteriormente, os espanhóis se apaixonaram por jogar bolas exportadas da América do Sul. O jogo nativo americano modificado por eles serviu como um protótipo do futebol moderno.
Os índios chamavam o suco de Hevea de "borracha" - lágrimas de uma árvore leitosa ("kau" - uma árvore, "eu ensino" - a fluir, chorar). A partir dessa palavra, o nome moderno do material foi formado - borracha. Além das bolas elásticas, os índios faziam tecidos de borracha, sapatos, vasos de água, bolas coloridas - brinquedos infantis de borracha.
No entanto, a Europa esqueceu a curiosidade sul-americana até o século XVIII, quando membros da expedição francesa à América do Sul descobriram uma árvore que produzia uma incrível resina endurecedora ao ar, que recebeu o nome de "borracha" (resina em latim - resina). Em 1738, o pesquisador francês S. Kondamin apresentou amostras de borracha, produtos e uma descrição dos métodos de produção nos países da América do Sul na Academia de Ciências de Paris. Desde então, começou a busca de possíveis maneiras de usar essa substância. Na França, inventou suspensórios e ligas confortáveis \u200b\u200bfeitos de fios de borracha tecidos com algodão. E depois de 1823, quando o escocês C. Macintosh inventou uma camada fina de borracha entre dois pedaços de tecido, um verdadeiro "boom de borracha" começou. Capas de chuva impermeáveis \u200b\u200bdeste tecido, que eles começaram a chamar em homenagem ao seu criador "macs", eram amplamente usadas. Na mesma época, nos Estados Unidos, tornou-se moda no tempo chuvoso usar sapatos de borracha nativos americanos desajeitados - galochas sobre seus sapatos.
Grande popularidade, embora de curta duração, na Europa e na América do Norte, produtos de borracha recebidos após o inglês Chaffee ter inventado o tecido emborrachado. Ele dissolveu a borracha bruta em aguarrás, acrescentou fuligem e, usando uma máquina especialmente projetada, aplicou uma fina camada da mistura no tecido. Esse material foi usado para fazer não apenas roupas, sapatos e chapéus, mas também telhados de casas e vans.
No entanto, os produtos de borracha tiveram uma grande desvantagem. - a elasticidade da borracha se manifesta apenas em uma pequena faixa de temperatura; portanto, no frio, os produtos de borracha endurecem e podem rachar, e no verão eles amolecem, transformando-se em uma massa pegajosa e fedorenta. Roupas e sapatos para o verão tinham que estar escondidos em uma adega fria, com telhados emborrachados era pior - eu tinha que suportar odores desagradáveis. O entusiasmo pelo novo material acabou rapidamente. E quando uma vez nos Estados Unidos da América do Norte acabou sendo um verão quente, veio a crise da indústria da borracha - todos os seus produtos se transformaram em uma geléia desagradável. As empresas de borracha faliram.
E todo mundo teria esquecido de macs e galochas, se não fosse o americano Charles Nelson Goodyear, que acreditava que um bom material pode ser criado a partir da borracha. Ele dedicou vários anos a essa ideia e gastou todas as suas economias. Os contemporâneos riram dele: "Se você vê um homem de casaco de borracha, botas de borracha, um cilindro de borracha e uma carteira de borracha, e nem um centavo na carteira dele, pode ter certeza de que é a Goodyear". No entanto, a Goodyear teimosamente misturou borracha com tudo em uma fileira: com sal, pimenta, areia, óleo e até com sopa e, no final, foi bem-sucedida. Em 1839, ele descobriu que adicionar um pouco de enxofre à borracha e aquecê-la poderia melhorar sua força, dureza, elasticidade e resistência ao calor e ao frio. Agora, é o novo material inventado pela Goodyear que é comumente chamado de borracha, e o processo que ele descobriu é chamado de vulcanização da borracha.
A história de um inventor teimoso tem um final feliz: a Goodyear recebeu uma proposta para comprar uma patente para material novo com excelentes qualidades, estando em uma situação financeira desesperadora - a essa altura, ele tinha uma dívida de US $ 35.000, que poderia pagar em breve. A partir deste momento começa um rápido crescimento na produção de borracha. Mesmo durante a vida da Goodyear, mais de 60.000 pessoas trabalhavam apenas na indústria de borracha dos EUA. A propósito, na Rússia, em São Petersburgo, uma empresa para a produção de produtos de borracha abriu em 1860.ne A segunda metade do século XIX. - Um tempo de prosperidade para o Brasil, que há muito monopólio do cultivo de seringueiras. O centro das áreas de borracha, Manaus, era a cidade mais rica do hemisfério ocidental. Basta mencionar que a magnífica casa de ópera de Manaus, perdida na selva, não foi construída apenas pelos melhores arquitetos franceses, mas até materiais de construção para ela foram trazidos da Europa.
Não é de admirar que o Brasil tenha mantido a fonte de sua riqueza. A exportação de sementes de hevea foi proibida sob pena de pena de morte. No entanto, em 1876, o espião britânico Henry Wickham removeu secretamente 70.000 sementes de hevea nos porões do navio inglês Amazonas. Nas colônias britânicas do sudeste da Ásia, foram estabelecidas as primeiras plantações de borracha. A borracha natural inglesa, mais barata que a brasileira, apareceu no mercado mundial.
E o mundo foi conquistado por uma variedade de produtos de borracha - correias transportadoras e isolamento elétrico, “elásticos” para roupa de cama, sapatos de borracha, balões infantis, etc. Mas a principal aplicação deste material foi com a invenção e distribuição do transporte de borracha e, em seguida, pneus de carro.
A invenção de pneus de borracha em vez de metal foi inicialmente recebida sem entusiasmo, embora as carruagens com pneus de metal não fossem muito confortáveis \u200b\u200b- por causa de barulhos e tremores terríveis na Inglaterra, eles eram chamados de "lutadores pardal". Novas carruagens silenciosas com pneus maciços nos Estados Unidos foram proibidas. Eles eram considerados perigosos, pois não avisavam os transeuntes sobre a aproximação da tripulação. Na Rússia, silenciosas carruagens puxadas a cavalo em uma corrida de borracha também causaram descontentamento - elas jogaram terra nos pedestres que não tiveram tempo de se afastar. Portanto, as autoridades de Moscou tomaram a decisão de marcar especificamente as seguintes equipes: "Para que os moradores ofendidos pelos homens dos pneus possam perceber seus agressores, a fim de levá-los à responsabilidade legal, as equipes movidas a borracha devem estar equipadas com placas de cor diferente das que os números comuns de táxi".
Borracha natural. A estrutura e propriedades. Com a invenção do método do transportador para a montagem de automóveis, a necessidade de borracha tornou-se tão grande que surgiu a questão da produção limitada de matérias-primas naturais. Era necessário procurar outras fontes de borracha. Portanto, não é de surpreender que no final do século XIX - primeira metade do século XX. em muitos países, a estrutura da borracha, suas propriedades físicas e químicas, elasticidade e o processo de vulcanização foram estudados. O fato de que, quando aquecido com borracha, você pode obter moléculas de isopreno
eles foram explicados por um longo tempo usando a teoria de K. Harries, que acreditava que a borracha consiste em muitos anéis de isopreno que formam uma micela estável, ou seja, é uma partícula coloidal comum. O oponente de K. Harries foi G. Staudinger, que provou que a borracha é um composto de alto peso molecular, isto é, consiste em moléculas comuns, embora gigantescas, nas quais os átomos estão ligados por ligações covalentes. Com base em suas pesquisas sobre borracha e borracha, ele apresentou a teoria da estrutura em cadeia das macromoléculas, sugeriu a existência de macromoléculas ramificadas e uma rede tridimensional de polímeros.O suco coletado é então processado para curar por evaporação ou coagulação. A borracha é um corpo sólido com o mais alto coeficiente de expansão, conhecido e aumentando significativamente com a vulcanização. Um corte recente de borracha não tratada, ou seja, sem vulcanização, pode se reunir, permitindo que o outro simplesmente se aconchegue. Após a vulcanização, perde essa propriedade, mas adquire grande elasticidade, capaz de estender até seis vezes o seu comprimento primitivo.
O alongamento da borracha vulcanizada é acompanhado por um aumento de temperatura e o resfriamento ocorre quando volta ao normal. A composição química da borracha. A borracha bruta em seu estado natural é um hidrocarboneto branco ou incolor. A borracha pura é insolúvel em água, alcalina ou ácidos fracos e solúvel em benzeno, óleo, hidrocarbonetos clorados e dissulfeto de carbono. Com agentes oxidantes químicos, oxida-se rapidamente, mas com oxigênio atmosférico isso acontece lentamente.
"> Para obter borracha natural, a seiva leitosa da hevea (látex) é extraída cortando e entalhando a casca de uma árvore. O látex natural, que é uma emulsão aquosa de borracha, contém 34-37% de borracha, 52-60% de água, além de proteínas, resinas, carboidratos e minerais. A partir do látex, a borracha é coagulada com ácidos orgânicos, lavada com água e enrolada em lençóis secos e defumados com fumaça. Fumar protege a borracha da oxidação e da ação de microorganismos.
A borracha natural contém 91-96% de hidrocarboneto de poliisopreno (C5H8) n, além de proteínas e aminoácidos, ácidos graxos, caroteno, pequenas quantidades de sais de cobre, manganês, ferro e outras impurezas. O poliisopreno de borracha natural é um polímero estereoregular. Quase todas as unidades de isopreno de 98 a 100% na macromolécula estão conectadas na posição cis-1,4:Borracha natural: produção, uso e propriedades. A borracha é obtida da madeira através do tratamento sistemático do "sangramento", que consiste em cortar uma forma angular através da casca, aprofundando-se no câmbio. Um pequeno frasco pendurado em um tronco de árvore coleta o látex, derramando lentamente suco de leite de uma ferida na árvore. A borracha bruta obtida de outras plantas geralmente é contaminada com uma mistura de resinas que devem ser removidas para tornar a borracha adequada ao consumo. Entre essas borrachas estão o guta-percha e o balat, extraídos de certas árvores tropicais.
Uma molécula de borracha natural pode conter de 20 a 40 mil unidades elementares, seu peso molecular é de 1.400.000 a 2.600.000, é insolúvel em água, mas é altamente solúvel na maioria dos solventes orgânicos.
Curiosamente, existe um isômero de borracha geométrico natural, guta-percha, que é trans-1,4-poliisopreno:O processo de "sangramento" no qual o látex é obtido. A baixas temperaturas, torna-se difícil e, quando congelado em um estado de tensão, adquire uma estrutura fibrosa. A borracha bruta obtém grande deformação permanente devido à sua natureza plástica. A plasticidade da borracha varia de árvore para árvore e também depende da quantidade de trabalho do dedo com a borracha no estado do látex, das bactérias que o acompanham e afeta sua oxidação e outros fatores. A plasticidade pode ser alterada dentro de certos limites pela ação de produtos químicos.
As diferenças no arranjo espacial dos substituintes na borracha e no guta-percha levam ao fato de que a forma das macromoléculas dessas substâncias também é diferente. As moléculas de borracha são torcidas em bolas. Se a fita de borracha for esticada e deformada, os emaranhados moleculares se endireitarão na direção da força aplicada e a fita se alongará. No entanto, as moléculas de borracha são energeticamente mais lucrativas para estar no estado inicial; portanto, se a tensão for interrompida, as moléculas se enrolarão novamente em bolas e a fita se tornará do mesmo tamanho. Obviamente, você não pode aumentar a carga da fita para o infinito - mais cedo ou mais tarde, a deformação será irreversível, a fita rasgará.
Moléculas de guta-percha não são enroladas como borracha. Eles são alongados mesmo sem cargas, portanto a guta-percha é menos elástica.
Elasticidade é a capacidade de deformação reversível, uma propriedade especial de alguns polímeros, característica apenas em determinadas temperaturas. Quando aquecida, a borracha de um estado elástico se torna viscosa. As forças de interação entre as moléculas enfraquecem, o polímero não mantém sua forma e se assemelha a um líquido muito viscoso. Quando resfriada, a borracha muda de elástico para um estado vítreo e se torna um sólido. Um tal polímero não é fácil e reversivelmente esticado mediante aplicação de uma carga. Ele quebra imediatamente se a carga for muito alta. Os polímeros em estado vítreo podem ser frágeis, podem ser quebrados ou até quebrados; por exemplo, uma bolsa feita de substituto de couro pode rachar em um inverno gelado, porque a baixas temperaturas, entra em estado vítreo).
O que acontece com a borracha durante a vulcanização? Quando a borracha é aquecida com enxofre, as macromoléculas de borracha são reticuladas entre si com pontes de enxofre. Uma única rede espacial tridimensional é formada a partir de macromoléculas de borracha individuais. Um produto fabricado com esse material (borracha) é mais forte que a borracha e mantém sua elasticidade em uma faixa de temperatura mais ampla.
Muitos agentes vulcanizantes são agora conhecidos, mas o enxofre ainda é amplamente utilizado na produção de borracha. Como aceleradores de vulcanização, são utilizados o 2-mercaptobenztiazol e alguns de seus derivados. Vulcanização por radiação e vulcanização usando peróxidos orgânicos também são possíveis. A vulcanização geralmente é submetida a uma mistura de borracha com vários aditivos que conferem à borracha as propriedades necessárias e cargas que reduzem o custo da borracha (negro de carbono, giz).A borracha bruta descongelada após mastigar com balões frios não muda de densidade. Quando a borracha não tratada é esticada e deformada por algum tempo, ela não retorna completamente ao seu estado original. Se aquecer, a extração é maior do que a temperatura normal. Esse fenômeno é chamado de deformação permanente ou tensão permanente e é característico da borracha. Os coagulantes utilizados no látex na preparação da borracha afetam o grau de absorção de água; usando ácido clorídrico, ácido sulfúrico ou alúmen, são obtidas borrachas com uma capacidade de absorção relativamente alta.
"> Com o advento da tecnologia de produção de borrachas sintéticas, a indústria da borracha deixou de ser completamente dependente da borracha natural, no entanto, a borracha sintética não substituiu a borracha natural, cujo volume de produção ainda está crescendo e a participação da borracha natural na produção total de borracha é de 30%. Os principais fabricantes mundiais de borracha natural são os países do sudeste da Ásia (Tailândia, Indonésia, Malásia, Vietnã, China). Devido às propriedades únicas da borracha natural, é indispensável na produção de pneus grandes que podem suportar cargas de até 75 toneladas. As melhores empresas de manufatura produzem pneus para pneus de automóveis a partir de uma mistura de borracha natural e sintética, de modo que a indústria de pneus continua sendo a principal área de aplicação de borracha natural (70%). Além disso, a borracha natural é usada na fabricação de correias transportadoras de alta potência, revestimentos anticorrosivos para caldeiras e tubulações, cola, pequenos itens de alta resistência de paredes finas, na medicina, etc.
Em muitos países, no início do século XX. espécies de plantas locais foram investigadas. Na União Soviética, uma busca sistemática por seringueiras foi realizada na década de 1930, com uma lista total de 903 espécies. Os besouros de borracha mais eficazes, em particular o dente-de-leão Tien Shan, kok-sagyz, eram cultivados nos campos da Rússia, Ucrânia, Cazaquistão e estavam trabalhando fábricas de borracha, que eram consideradas da mesma qualidade que a borracha da hevea. No final da década de 1950, com o aumento da produção de borracha sintética, o cultivo do dente de leão de borracha foi interrompido.A capacidade de absorção de água da borracha refinada é muito baixa. A deterioração dos efeitos da luz e do calor na borracha foi descoberta muito antes da descoberta da vulcanização. A solubilidade da borracha bruta em seus solventes mais comuns não é muito alta. Para preparar uma solução a 10%, é necessária alguma dissociação por meios químicos ou usando um agente oxidante ou usando um meio usando um moinho. Os solventes mais usados \u200b\u200bsão benzeno e nafta. Outros bons solventes são tricloroetileno, tetracloroetano, pentacloroetano, tetracloreto de carbono, clorofórmio, tolueno, xileno, querosene e éter.
