Φυσικό Καουτσούκ

Το φυσικό καουτσούκ είναι ένα ελαστικό και συρρικνούμενο πολυμερές. Βρίσκεται στη φύση και μπορεί επίσης να συντεθεί τεχνητά. Οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν καουτσούκ από τα πρώτα χρόνια. Ωστόσο, έγινε σημαντική βιομηχανική πρώτη ύλη για διάφορους σκοπούς κατά τη διάρκεια του δέκατου ένατου αιώνα.

Περιέχει ακαθαρσίες και αντιδρά στις περιβαλλοντικές συνθήκες και στους υδρογονάνθρακες. Η διαδικασία του βουλκανισμού αυξάνει τις φυσικές ιδιότητες του φυσικού καουτσούκ. Η υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό του βουλκανισμένου καουτσούκ το καθιστά πιο ανθεκτικό στη διόγκωση και την τριβή και παρέχει αυξημένη ελαστικότητα σε μεγάλα εύρη θερμοκρασιών.

Η ελαστικότητα του καουτσούκ οφείλεται στην επανασύνδεση των αλυσίδων αφού αποκολληθούν και απελευθερωθούν. Το φυσικό καουτσούκ έχει ακαθαρσίες και είναι ευάλωτο στις περιβαλλοντικές συνθήκες και στους υδρογονάνθρακες.

Πολυμερή

Τα μόρια με υψηλή μοριακή μάζα, συνήθως μεταξύ 103u και 107u, ονομάζονται πολυμερή. Αυτά κατασκευάζονται περαιτέρω από μικρές μονάδες που συνδυάζονται για να σχηματίσουν μεγάλες πολυμερείς μονάδες. Αυτές οι επαναλαμβανόμενες μονάδες ονομάζονται συχνά μονομερή και συνδέονται μεταξύ τους με ομοιοπολικούς δεσμούς. Τα πολυμερή ονομάζονται επίσης μακρομόρια. Πολυαιθυλένιο, νάιλον 66, βακελίτης, καουτσούκ και άλλα υλικά είναι παραδείγματα πολυμερών.

Τύποι πολυμερών

Τα πολυμερή χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες με βάση τη δομή τους. Οι τρεις τύποι πολυμερών είναι πολυμερή γραμμικής αλυσίδας, πολυμερή διακλαδισμένης αλυσίδας και πολυμερή με σταυροειδείς δεσμούς.

Πολυμερή γραμμικής αλυσίδας: 

Οι μονάδες μονομερούς ενώνονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ευθείες αλυσίδες σε αυτή τη διάταξη. Αυτές οι μακρύτερες αλυσίδες στοιβάζονται η μία πάνω από την άλλη και στριμωγμένες σε ένα στενό χώρο. Η υψηλή πυκνότητα, η αντοχή σε εφελκυσμό, τα σημεία τήξης και βρασμού προκύπτουν από τη συμπαγή συσκευασία. Το πολυαιθυλένιο με υψηλή πυκνότητα είναι ένα παράδειγμα αυτού του είδους.

Πολυμερή διακλαδισμένης αλυσίδας: 

Σε αυτόν τον τύπο πολυμερούς, οι μονομερείς μονάδες συνδέονται για να σχηματίσουν μακριές αλυσίδες. Οι μακριές αλυσίδες συνδέονται επίσης με άλλες αλυσίδες διαφόρων μηκών, οι οποίες υπάρχουν στα πλαϊνά των κύριων μακριών αλυσίδων. Αυτά τα πολυμερή συσκευάζονται χαλαρά ως αποτέλεσμα της διακλάδωσης. Τα χαλαρά συσκευασμένα κλαδιά έχουν ως αποτέλεσμα χαμηλά σημεία τήξης και βρασμού, χαμηλές πυκνότητες και χαμηλότερη αντοχή σε εφελκυσμό. Το πολυαιθυλένιο είναι ένα παράδειγμα αυτού του τύπου.

Πολυμερή με σταυροειδείς δεσμούς: 

Τα πολυμερή με σταυροειδείς δεσμούς είναι μακρομόρια στα οποία τα μόρια πολυμερούς συνδέονται με ομοιοπολικούς δεσμούς. Οι μονομερείς μονάδες σε αυτά τα πολυμερή, γνωστά και ως πολυμερή δικτύου, ενώνονται μεταξύ τους για να δημιουργήσουν ένα τρισδιάστατο δίκτυο.

Παραλλαγές από καουτσούκ

Το καουτσούκ μπορεί να ταξινομηθεί σε δύο τύπους με βάση την προέλευσή του:

1. Συνθετικό καουτσούκ και 

2. Φυσικό καουτσούκ 

Το συνθετικό καουτσούκ είναι ένα πολυμερές που δημιουργείται τεχνητά. Διαφορετικά πετροχημικά χρησιμοποιούνται για την παραγωγή του υπό ελεγχόμενες συνθήκες. Πολλές διαφορετικές μορφές συνθετικού καουτσούκ έχουν παραχθεί χρησιμοποιώντας πετροχημικά.

 Αν και η βασική μονάδα μονομερούς του συνθετικού καουτσούκ μπορεί να είναι το 2-χλωρο-1,3-βουταδιένιο ή το 1,3-βουταδιένιο, το νεοπρένιο είναι ένα συνθετικό καουτσούκ που αποτελείται από τη μονάδα μονομερούς χλωροπρενίου. Ως αποτέλεσμα, υπάρχουν ξεχωριστές μονάδες μονομερών σε όλα τα συνθετικά καουτσούκ.

Το φυσικό καουτσούκ είναι ένα πολυμερές που αποτελείται από το οργανικό συστατικό ισοπρένιο, που εξάγεται από το φλοιό τροπικών και υποτροπικών δέντρων. Το λατέξ είναι ένα γαλακτώδες κολλοειδές γαλάκτωμα από καουτσούκ, πρωτεΐνες, λιπαρά οξέα, ρητίνες και νερό. Το λατέξ προέρχεται από το δέντρο Hevea Brasiliensis.

Φυσικό καουτσούκ ως πολυμερές σταυροειδών δεσμών

Μια διασταυρούμενη σύνδεση είναι ένας σύνδεσμος που συνδέει δύο πολυμερείς αλυσίδες. Ιονικοί ή ομοιοπολικοί δεσμοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να σχηματίσουν αυτές τις διασταυρώσεις. Αυτές οι διασταυρώσεις μπορούν να σχηματιστούν κατά τη διάρκεια ή μετά τη διαδικασία πολυμερισμού. Τα διασυνδεδεμένα πολυμερή είναι μακρομόρια με ομοιοπολικούς δεσμούς που συνδέουν τα μόρια του πολυμερούς. Η διασύνδεση δημιουργεί ένα σταθερό και ισχυρότερο πολυμερές υλικό επειδή οι διασταυρώσεις μεταξύ των αλυσίδων πολυμερών είναι ισχυρότερες από τις κανονικές διαμοριακές έλξεις. Τα συνθετικά πολυμερή και τα φυσικά πολυμερή περιέχουν πολυμερή με σταυροειδείς δεσμούς.

Δομή Φυσικού Καουτσούκ

Το ισοπρένιο είναι η μονάδα μονομερούς που βρίσκεται στο φυσικό καουτσούκ. Το 2-μεθυλο-1,3-βουταδιένιο είναι η χημική ονομασία του ισοπρενίου, το οποίο είναι ένα άχρωμο, πολύ εύφλεκτο υγρό. Έχει δύο διπλούς δεσμούς. Ως αποτέλεσμα, είναι ένας υδρογονάνθρακας που είναι ακόρεστος.

Το φυσικό καουτσούκ είναι ένα πολυμερές, που σημαίνει ότι είναι ένα μακρύ μόριο που μοιάζει με αλυσίδα με επαναλαμβανόμενες υπομονάδες ή μονομερή. Η χημική ονομασία του φυσικού καουτσούκ είναι πολυϊσοπρένιο. Το ισοπρένιο είναι το μονομερές (που σημαίνει "ένα μέρος") από το οποίο παράγεται.

Το φυσικό καουτσούκ είναι ένα πολυμερές 1,4 ισοπρενίου με γραμμική δομή (2-μεθυλο 1-1,3-βουταδιένιο). Οι αρχικοί διπλοί δεσμοί μεταξύ άνθρακα 1 και άνθρακα 2, άνθρακα 3 και άνθρακα 4 σε ισοπρένιο μετακινούνται μεταξύ άνθρακα 2 και άνθρακα 3 σε φυσικό καουτσούκ. Ο άνθρακας 1 μιας μονάδας συνδέεται με τον άνθρακα 4 μιας άλλης μονάδας και ούτω καθεξής. Επειδή όλοι οι διπλοί δεσμοί στο καουτσούκ είναι cis, αναφέρεται ως πολυϊσοπρένιο 1,4. Το μόριο cis-πολυισοπρενίου είναι τυλιγμένο και αποτελείται από πολλές αλυσίδες που συνδέονται μεταξύ τους με ασθενείς αλληλεπιδράσεις van der Waals και τις λιγότερες διαμοριακές δυνάμεις. Ως αποτέλεσμα, έχει ελαστικές ιδιότητες και μπορεί να τεντωθεί σαν ελατήριο.

Χρήσεις φυσικού καουτσούκ

Το φυσικό καουτσούκ χρησιμοποιείται σε εφαρμογές που υφίστανται μεγάλη μείωση και χρειάζονται θερμομόνωση. Το φυσικό καουτσούκ χρησιμοποιείται σε τεχνικές εφαρμογές όπως αντικραδασμικές βάσεις, στρώματα, ελατήρια, ψυχές παπουτσιών και συγκολλητικό υλικό λόγω της αντοχής και της συμπιεστότητάς του. Ωστόσο, λόγω της αντοχής και της αντοχής στη θερμότητα, η πλειονότητα του φυσικού καουτσούκ, περίπου το 50 τοις εκατό, χρησιμοποιείται σε ελαστικά υψηλής ταχύτητας για αγωνιστικά αυτοκίνητα, λεωφορεία και αεροσκάφη. Οι σωλήνες, τα ανταλλακτικά αυτοκινήτων, ο αφρός και τα κουτιά μπαταριών χρησιμοποιούν φυσικό καουτσούκ.

Συμπέρασμα

Το φυσικό καουτσούκ είναι ένας τύπος ελαστομερούς πολυμερούς που υποδηλώνει ότι μπορεί να επιστρέψει στο αρχικό του σχήμα ακόμα κι αν είναι τεντωμένο. Σε υψηλές θερμοκρασίες, το φυσικό καουτσούκ γίνεται μαλακό, ενώ σε χαμηλές θερμοκρασίες γίνεται εύθραυστο. Ο βουλκανισμός χρησιμοποιείται για την ενίσχυση των φυσικών ιδιοτήτων του καουτσούκ. Το τελειωμένο καουτσούκ έχει υψηλότερη αντοχή, δηλαδή μικρότερη ποσότητα επιρρεπής σε πρήξιμο και τριβή και είναι πιο ελαστικό σε ένα ευρύτερο εύρος θερμοκρασίας.