I. Введение

Актуальность:

Трудно переоценить важность и необходимость в наше время таких материалов, как каучук и резина. Области их применения весьма обширны. Номенклатура резиновых изделий, выпускаемых в настоящее время, насчитывает свыше 36 000 наименований. Эти изделия используются в самых различных отраслях промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и в быту.

Данной темой я заинтересовалась, услышав об удивительных свойствах этого вещества и решила узнать историю каучука и получить его на практике. Так как каучуконосы у нас не растут, то я воспользовалась тропическим растением каучуконосом – фикусом, выращиваемом как декоративное комнатное растение. Я узнала много интересного, изучая дополнительную литературу по этой теме, и представила это в исследовательской работе.

Гипотеза: если получить продукт из млечного сока комнатного фикуса, то данный продукт будет обладать всеми свойствами натурального каучука

Цель работы:

Доказать, что из комнатного каучуконосного фикуса можно получить каучук в школьных лабораторных условиях, исследовать свойства натурального каучука, получить резину и исследовать ее свойства.      

Задачи:

1. Выяснить какие растения являются каучуконосами.
2. Изучить соответствующую литературу об истории каучука и способах его получения.
3. Получить каучук экспериментальным путем.
4. Исследовать физические и химические свойства продукта.
5. Получить резину и исследовать ее свойства.

Объект исследования: натуральный каучук

Предмет исследования: физические и химические свойства каучука.

Методы: эксперимент, наблюдение, сравнение, анализ результатов.

Глава II.  Основная часть.

2.1 Каучуконосные растения (характеристика каучуконосных растений)

Каучуконосные растения, каучуконосы — растения, из которых возможно получение натурального каучука. Среди каучуконосов есть как травянистые растения, так и деревья, и лианы, в обыденной речи именуемые каучуковыми деревьями. Сегодня основным источником натурального каучука являются деревья рода Гевея, в частности Гевея бразильская (Hevea brasiliensis). Гевея бразильская культивируется ради получения каучука в тропических районах Южной Америки и Юго-Восточной Азии и дает 96% мирового производства каучука. Травянистые латексные каучуконосные растения из семейства сложноцветных (кок – сагыз, крым –сагыз и другие) произрастающие в умеренной зоне, в том числе в южных республиках, содержащие каучук в небольшом количестве в корнях, промышленного значения не имеют. Среди травянистых растений России есть всем знакомые одуванчик, полынь и молочай, которые тоже содержат млечный сок. Содержит млечный сок и домашний фикус. Сегодня науке известны около 1000 видов фикуса, но к разведению дома приспособлены только некоторые сорта, достигающее высоты 30-40 м. В домашних условиях он ведет себя более скромно: вырастает до 1,5-2 м, радуя удивительной непритязательностью и долговечностью. Благодаря невысоким требованиям к уходу, наряду с внешней привлекательностью, фикусы украшает интерьер жилого помещения, атмосферу любого офиса, торгового центра или кафе. Это вечнозеленое растение, с очередными ланцетовидными листьями, расположенными на небольшом расстоянии друг от друга. Даже молодые растения цветут и дают сначала зеленые, а позднее от красноватого до коричнево-фиолетового цвета соплодия, напоминающие ягоды. Фикус каучуконосный, также известный как Фикус эластичный или упругий, — относится к виду растений рода Фикусов семейства Тутовые . Прибыл к нам из северо- восточной Индии и Индонезии, где в природных условиях может достигать аж 30 метров в высоту. Прибавку «каучуконосный» к своему названию он получил по очевидным причинам. В млечном соку этого растения содержится вещество изопрен. Из него, в свою очередь, и получается каучук, который впоследствии используется для         изготовления         резины. Это растение очень популярно в настоящее время. Интересный факт, еще в прошлом веке фикус считали дикостью, признаком дурного вкуса, поэтому данное растение не выращивали, как        комнатное. Именно поэтому на протяжении долгого периода времени эту культуру забыли, и напрасно. Но в нынешнем 21 веке это элегантное и удивительно красивое растение вновь набирает популярность. Данная культура по праву считается неприхотливой, во многом поэтому фикус очень любят выращивать цветоводы по всему миру. Все части растения содержат млечный сок. Млечный сок некоторых видов используется в медицине. В народных рецептах сок растения используют как лучшее средство от опухолей. Спиртовая настойка целебной жидкости поможет снять зубную боль. Плоды некоторых представителей рода съедобны, содержат до 75 % сахаров; эти растения вошли в культуру в незапамятные времена. В дождевых лесах плоды фикусов — основная часть корма млекопитающих и птиц, листья и древесина — насекомых.

2.2.Свойства и получение каучука

Натуральный каучук известен с давних времен. Учеными найдены окаменелые остатки каучуконосных растений, их возраст – миллионы лет. Добывают натуральный каучук из гевеи. Это высокое стройное дерево может достигать 45 метров в высоту при 2,5—2,8 м в обхвате. Родиной гевеи является бассейн Амазонки — великой водной магистрали. Отсюда вывозился первый каучук в Европу. Каучук в гевее содержится в млечном соке — латексе, распределённом в млечных каналах, которые образуют в стволе концентрические кольца. Латекс состоит из мельчайших частичек жидкости, твёрдых частиц и других примесей. Только около 33% латекса составляет каучук, 66% вода и около 1% другие вещества. Для сбора латекса с деревьев на коре делается диагональный остроугольный надрез, вершиной угла направленный вниз, затем надрез расширяют до 0,3—0,5 от окружности ствола. Из надреза выделяется латекс и стекает в небольшую чашу. С каждого надреза получается около 30 мл латекса. После этого обычно на следующий день ниже первоначального надреза обдирается тонкая полоска коры, чтобы получить новый сок. Когда надрезы достигают поверхности земли, ствол оставляют в покое, чтобы он смог восстановить кору на дереве перед новой подсочкой. На 1 гектаре высаживается около 250 деревьев, в год с 1 гектара получают около 450 кг сухого необработанного каучука. Со специально выведенных высокоурожайных деревьев можно получить 2225 кг с гектара в год, были разработаны опытные деревья с урожайностью до 3335 кг с гектара в год.

Полученный латекс растягивают, разбавляют водой и подвергают коагуляции путём обработки кислотой, чтобы частицы каучука в латексе сцепились друг с другом. Затем производят протягивание между валками, придавая листам толщину 0,25 дюйма (0,6 см), полученные листы высушивают путём обдувания сухим тёплым воздухом или дымом, и отправляют на погрузку.

Каучук представляет собой твердое вещество, очень упругое и эластичное. При нагревании каучук теряет упругость и становится мягким и липким. При сильном охлаждении каучук также теряет упругость и становится хрупким.

Особенно важным и специфическим свойством каучука является его эластичность (упругость) -- способность каучука восстанавливать свою первоначальную форму после прекращения действия сил, вызвавших деформацию. Эластичность каучука сохраняется в широких температурных пределах, и это является характерным его свойством. Но при долгом хранении каучук твердеет.

Наряду с эластичностью, каучук ещё и пластичен -- он сохраняет форму, приобретённую под действием внешних сил. Пластичность каучука, проявляющаяся при нагревании и механической обработке, является одним из отличительных свойств каучука. Так как каучуку присущи эластические и пластические свойства, то его часто называют пласто-эластическим материалом.

Природный (сырой) каучук--белый или бесцветный углеводород.

Он не набухает и не растворяется в воде, спирте, ацетоне и ряде других        жидкостей.

Набухая и затем растворяясь в жирных и ароматических углеводородах (бензине,

бензоле, эфире и других) и их                 производных, каучук образует коллоидные растворы,

широко используемые в технике.

Натуральный каучук однороден по своей молекулярной структуре, отличается высокими физическими свойствами, а также технологическими, то есть, способностью обрабатываться на оборудовании заводов резиновой промышленности.

Вулканизация каучука, технический прием обработки каучука для придания ему более совершенной и постоянной эластичности и нерастворимости. Способов вулканизации несколько, но все они основаны главным образом на действии серы в той или другой форме. Так как вулканизация переводит каучук в нерастворимое состояние и улучшает его эластичность, то контроль над вулканизацией ведется лучше всего при помощи измерения этих свойств. В практике обычно применяют определение разрывного усилия и растяжения при разрыве, иначе говоря, прочности изделия, однако этот метод слишком груб и в случаях тонкого контроля над изменениями каучука при вулканизации не применим.

2.3.Получение резины и ее свойства

Рези́на (от лат. resina «смола»)— эластичный материал, получаемый вулканизацией натурального каучука — смешиванием с вулканизирующим веществом (обычно серой) с последующим        нагреванием. В 1839 году американский изобретатель Чарльз Гудьир нашёл способ температурной стабилизации        эластичности каучука — смешиванием сырого каучука с серой и последующимнагревом. Этот метод получил название вулканизация. Продукт, получаемый в результате вулканизации, был назван резиной. После открытия Гудьира резина стала   широко   использоваться   в   машиностроении   в   качестве   различных уплотнителей и рукавов и в зарождающейся электротехнике, индустрия которой остро нуждалась в хорошем изоляционном эластичном материале для изготовления кабелей.

Резину получают главным образом вулканизацией композиций (резиновых смесей), основу которых составляют каучуки. Химическое соединение только из каучука и серы имеет ограниченное практическое применение. Чтобы улучшить физические свойства каучука и сделать его более пригодным для эксплуатации в различных применениях, необходимо модифицировать его свойства путем добавления других веществ.

4. Практическое значение каучука и резины в жизни человека.

Каучук в чистом виде сейчас редко используется из-за его поведения при низких и высоких температурах. А вот вулканизированный натуральный каучук чаще всего служит сырьем для производства резины и всевозможных изделий из нее. В первую очередь, именно шинная промышленность нуждается в каучуке природного происхождения. Из него производят летние и зимние шины, а также шины для велосипедов, автомобилей, тракторов, специальной техники.

Резина используется в производстве автомобильных, мотоциклетных и велосипедных шин, резино-технических изделий, — это транспортёрные ленты, приводные ремни, напорные и напорно-всасывающие рукава, дюритовые изделия, технические пластины, резиновые кольца различных уплотнителей, виброизоляторов и вибродемпферов, а также резиновых напольных покрытий и  резиновой обуви,  например, сапог, галош.

Глава III. Практическая часть

1. Получение млечного сока из листьев фикуса и среза на ветке.

/Приложение 1/

А) Нужно срезать пару листьев с фикуса и поместить их в пробирку, положив в

нее смоченную нашатырным спиртом ватку. Оставить пробирку на некоторое время, до образования сока.  Вата, смоченная спиртом, не   даст соку загустеть.

Б) На одной из веток, чтобы не испортить растение, сделала косой надрез коры до древесины. Под надрез подвесила маленькую пробирку. Чтобы млечный сок не густел, около надреза прикрепила ватку, смоченную нашатырным спиртом.

Вывод: через надрез на ветке млечного сок получила быстрее и в большем количестве.

2. Получение хлопьев каучука   /Приложение 2/

После того как образовалось достаточное количество сока, вливаем в него по каплям уксус и встряхиваем до образования осадка в виде хлопьев. Промыла хлопья водой и затем пропустила раствор через бумагу для фильтрации.

3. Получение каучука.     /Приложение 3/

Сливаем лишнюю воду и собираем хлопья каучука в одну полоску. Каучук  готов, с ним можно проделать опыты. Реакция получения природного каучука в растительном организме:

4. Опыт с растяжимостью каучука    /Приложение 4/

Для этого измерила полоску, полученного мной каучука и растянула ее на линейке.

Она растянулась до 1.5 см . Отпустила полоску, она сжалась до 1 см. Таким образом, полученный мной натуральный каучук обладает свойственной ему растяжимостью.

5. Эластичность каучука и его отношение к нагреванию и охлаждению.

/Приложение 5/

Растянула с помощью тигельных щипцов тонкую полоску каучука, измерила ее длину, которая составила 1,8 см. Когда я отпустила полоску, она снова сжалась. Поместила одинаковые полоски: одну – в горячую воду, другую – в морозильную камеру холодильника. Спустя некоторое время снова испытала каучук на растяжимость и заметила, что полоска, которая побывала в горячей воде, растягивается до 6 см, но не возвращает свою форму после отпускания. Та же полоска каучука, которая была в холодильнике, стала хуже растягиваться, край ее оборвался, материал приобрел хрупкость. Следовательно, каучук способен к растяжению, обладает эластичностью, но при повышенных и пониженных температурах теряет ее.

6. Опыт с растворимостью каучука в разных жидкостях

/Приложение 6/

Нальем в разные сосуды этиловый спирт, бензин, керосин, ацетон, скипидар, толуол и воду. Опустим туда по небольшому кусочку каучука. Спустя сутки проверим сосуды.

Результат: в спирте и ацетоне каучук не растворился, изменений не произошло; в бензине, бензоле и толуоле каучук растворился, образуя вязкую жидкость (резиновый клей), при этом раствор толуола приобрел желтый цвет; в скипидаре и керосине произошло набухание каучука, он впитал растворитель и увеличился в размерах.

7. Получение резины.  /Приложение 7/

Смешаем оставшейся каучук с небольшим количеством порошка серы и подогреем это на предметном стекле. Смесь начнет пузыриться, появится запах резины, помешивая смесь, мы получаем резину. Реакция вулканизации природного каучука:

8. Опыты с резиной  /Приложение 8/

Опустим резину в сосуд с водой, бензином и керосином. Оставим на сутки. Спустя время с резиной во всех трех сосудах ничего не произошло. Резина в бензине и керосине не растворилась.

        IV. Выводы:

1. Каучук можно получить из млечного сока домашнего Каучуконосного фикуса.
2. Исследовала отношение натурального каучука к различным органическим растворителям и подтвердил, что каучук растворяется в бензине, бензоле и толуоле.
3. Из проделанных опытов следует, что резина нерастворима в горючих веществах, в отличии от каучука, то есть она более износостойкая, поэтому ее используют для покрытия машинных шин, чтобы при попадании на неё бензина с резиной ничего не случилось. Резина более эластична, чем каучук, из-за этого она находит большее применение в промышленности.

Таким образом, полученный мною каучук обладает всеми свойствами, характерными для натуральных каучуков, значит, я подтвердила гипотезу своего исследования.

Проведенная работа поможет мне в дальнейшем изучении органической химии и особенностей полимерных материалов.        

V.Список литературы :

1. В.Н. Алексинский Занимательные опыты по химии: Пособие для учителей. /Издательство: Просвещение, 1995 г.
2. В.Н. Верховский. Техника и методика химического эксперимента в школе. ч.1, 2/ Издательство Просвещение, Москва 2005 г.
3. Э. Гроссе, X. Вайсмантель Химия для любознательных. Основы химии и занимательные опыты. /Издательство: Белый город, 2016 г.
4.  Ш. Механические испытания резины и каучука / Г.Ш. Израелит. - М.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1991.
5. Крючков А. П. Общая технология синтетических каучуков / А.П. Крючков. - М.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 2013.
6. Д.Г. Хессайон Всё о комнатных растениях. / Москва, издательство «Кладезь- Букс»-1999г.
7. Эрмана Б. Каучук и резина. Наука и технология / Под редакцией Дж. Марка, Б. Эрмана, Ф. Эйрича. - М.: Интеллект, 2011

Приложение 1

Получение млечного сока из листьев фикуса и среза на ветке.

 Приложение 2

Получение хлопьев каучука

Приложение 3

Получение каучука

               Приложение 4

Опыт с растяжимостью каучука

Приложение 4

Опыт с растворимостью каучука в разных жидкостях

         Растворение каучука в бензоле

           Растворение каучука в керосине

             Растворение каучука в толуоле

Приложение 5

Получение резины

Приложение 7

Опыты с резиной