1.6. Гума та каучуки (пробки та шланги). Частина 1
Гума - продукт вулканізації каучуку, що має здатність до великих оборотних деформацій. Температура експлуатації нормальної гуми коливається в інтервалі від -50 до 150 °С. Теплостійкі гуми витримують температуру до 200 °С, а морозостійкі до -150 °С.
Термічна деструкція гуми дуже прискорюється у присутності кисню та інших окислювачів. При температурі нижче -20 ° С звичайна гума стає крихкою. При температурі нижче +70 °С на неї не діють концентровані водні розчини основ і кислот, крім сірчаної та азотної. Рушають гуму такі окислювачі, як пероксид водню, галогени, водні розчини дихроматів та перманганатів лужних металів.
Гума набухає в органічних розчинниках і здатна розчиняти в помітних кількостях гази, особливо такі як SO2) NH3, H2S, СО2, N20, CH4, O2, СО і N2, меншою мірою Н2 і Не. Ці гази повільно проникають через гуму. Вона проникна також для пари води, тому застосування її у вакуумній техніці обмежене.
Гума старіє в атмосфері O2 і на світлі, при цьому її поверхня спочатку стає клейкою, а потім крихкою, після чого гума розтріскується.
Кремнійорганічний каучук (силоксановий, силіконовий каучук) - полімер (-R2SiO-)n. Такий каучук більш термічно стійкий, ніж гума із натурального або синтетичного каучуку. Тривалість експлуатації виробів із кремнійорганічного каучуку повітря при 120 °З становить 10-20 років, а за 200 °З - 1 рік. Однак газопроникність цього каучуку в десятки разів вища, ніж у натурального. Ще більш термостійкий силастик ЛЗ-53 (метил-3,3,3-трифторпропілсиликоновий каучук), що не втрачає еластичності в температурному інтервалі від -68 до +205 °С.
Силоксановий каучук стійкий серед більшості кислот, крімфтороводородної та концентрованої азотної та сірчаної. Полімер поступово руйнується концентрованими водними розчинами КОН та NaOH, набухає та розчиняється в ССl4, СНСl3, простих та складних ефірах, вуглеводнях.
Кремнійорганічний каучук стійкий до дії кисню повітря, а при згорянні виділяє SiC2 і велику кількість енергії у формі теплоти. При температурі нижче -50 ° С полімер стає крихким.
Вайтон-А (флуорель) - сополімер вініліденфториду з пер-фторпропіленом - є одним із найбільш термостійких каучуків, що працюють в інтервалі температур від -44 до +315 °С. Навіть при 315 ° С він зберігає еластичність протягом доби, а при 200 ° С - протягом 2400 год. Вайтон стійкий до дії олій та органічних розчинників. Всі ці матеріали, але в основному гуму, використовують для виготовлення шлангів, пробок, рукавичок, фартухів та ін.
Гумові пробки застосовують у тих випадках, коли речовина, що знаходиться в посудині, що не закривається, не діє на гуму і не викликає її набухання.
Перед вживанням нові гумові пробки нагрівають у 2-5% водному розчині КОН або NaOH, а потім у чистій воді і зберігають у закритій посудині з темного скла.
Для запобігання пробок від затвердіння та розтріскування в процесі тривалої експлуатації при температурах 80-100 ° С їх просочують парафіном. У розплавлений парафін («100 ° С) пробки опускають на 30-60 с, а потім поміщають у фарфоровій чашці в нагріту до 100-105 ° С сушильний шафа. Парафін поступово розчиняється у гумі та зберігає її еластичність.
Крім звичайних гумових пробок, деякі фірми випускають порожнисті пробки з внутрішніми кишенями. Зокрема, фірма "Aldrich" (США) виготовляє гумові пробки з двома кишенями (рис. 5, а). Такими пробками закривають ампули, трубки тапробірки. Перегородка служить для відбору проб з допомогою шприца без розтину судини. Верхня кишеня для герметичності може бути закрита скляною або полімерною пробкою. Подібні пробки використовують і для з'єднання скляних трубок різного діаметру, попередньо вирізавши перегородку або просвердливши її. В останньому випадку вона виконуватиме функції діафрагми.
Для більш надійного і герметичного закріплення гумової пробки 3 (рис. 5 б) зі скляною трубкою в горлі 4 судини застосовують відрізок гумового шланга 2, притисканого у верхній і нижній частинах до трубки і горла судини мідним або алюмінієвим дротом 1.
Мал. 5. Пробки для судин: гумові (а - в), скляні (г), фторопластові (й) та полімерні, що ізолюють від повітря (е):
е. 1 - бакелітова кришка; 2, 4 - фторопластові прокладки; 3 - алюмінієва притискна пробка; 5 - горло судини з різьбленням
Руйнівна дія пари деяких речовин на гумову пробку 1 запобігають за допомогою тонкої плівки з фторопласту або поліетилену 2 (рис. 5, в), що ізолює пробку одночасно і від стінок судини. Плівку попередньо нагрівають у киплячій воді, потім вставляють у горло судини і обережно притискають пробкою.
Гумові та полімерні трубки (шланги), що ще не були у вживанні, слід перед застосуванням промити чистою водою або розбавленим водним розчином NaOH. Якщо через гумову трубку пропускали хлор чи гази кислотного характеру (HCl, SO2 та інших.), після роботи її необхідно промити водою, потім розчином карбонату натрію і знову водою. Інакше на внутрішній поверхні трубки утворюються дрібні тріщини.
Гумову трубку, по якій переміщатиметься ртуть, слід попередньо обробити протягом 1 год нагрітим до 70 °С 20% водним розчином NaOH,а потім теплою чистою водою. Така обробка дозволяє видалити із поверхневого шару гумової трубки сірку, яка взаємодіє з ртуттю. В очищеному шлангу ртуть залишається блискучою навіть при використанні протягом року.
При надяганні гумової трубки на скляну слід останню трохи змочити водою або гліцерином. Змащувати гумову трубку будь-якими маслами не можна, тому що від цього гума набухає і стає менш еластичною.
Перед надяганням на скляну трубку кінець шланга з поліетилену або поліхлорвінілу занурюють у гарячу воду, при цьому він стає більш еластичним і легко одягається на скляну трубку. При роботі з вакуумом або під тиском скляні трубки слід приєднувати одна до одної, по можливості, встик. Товстостінний вакуумний шланг повинен за розміром суворо підходити до скляної трубки, забезпеченої на кінці рядом звужень та розширень ("оливою", див. рис. 52, г). Вакуумний шланг потрібно натягувати на трубку не менше ніж на 2-3 см, попередньо змастивши кінець трубки тонким шаром силіконової олії або безводним гліцерином, до якого додають до 30% тальку. Тим самим запобігається прилипання шланга до трубки.
При використанні шлангів з полімерних матеріалів не слід забувати, що органічні розчинники вимивають з них пластифікатори (виняток - фторопластові шланги) і шланги згодом стають твердими та крихкими. Перевага таких шлангів у порівнянні з гумовими - їхня прозорість і вища хімічна стійкість.
Гумові трубки слід зберігати у темному прохолодному місці та у вологій атмосфері. На світлі вони легше окислюються, особливо якщо перебувають у ящиках із смолистого дерева, що виділяє сліди озону. У таких ящиках гумові трубки через місяць приходять у повну непридатність.Найкраще гумові шланги зберігати у водному розчині гліцерину (100 мл гліцерину в I л води) або розчині Са(ОН)2, в крайньому випадку в чистій воді.
Крім гумових хімічні судини закривають скляними пробками та пробками із полімерних матеріалів.
Скляні пробки (див. рис. 5, г) є складовою посудини і завжди пришліфовані до її горла. Щоб не плутати пробки, на них та на судинах треба проставляти однакові номери. Коли посудина нічим не заповнена, між пробкою та горлом судини прокладають смужку фільтрувального паперу, щоб пробку не заїло, а при зберіганні летких речовин пришліфовану частину пробки змащують вазеліном або силіконовим маслом.
При тривалому зберіганні судини з тією чи іншою речовиною скляні пробки часто заїдають. Щоб вийняти таку пробку, її слід перш за все постаратися повернути навколо осі або розгойдувати, натискаючи на неї збоку вправо, вліво, обережно постукуючи яким-небудь дерев'яним предметом. Так майже завжди вдається витягти пробки, що застрягли. Якщо цей прийом не дає результатів, слід обережно нагріти горло судини на невеликому полум'ї, що коптить, пальники, свічки, сірники
або під струменем гарячої води, обертаючи посудину. (Якщо в посудині знаходиться вогненебезпечна речовина, горло нагрівають тільки гарячою водою.) Нагрівання повинно бути короткочасним, щоб нагрілося тільки горло судини, а не сама пробка. Після такого нагріву горло дещо розширюється, і при бічному постукуванні пробку вдається вийняти.
Коли в шліфі закристалізувалася речовина, посудину ставлять пробкою вниз у теплу воду на годину-другу. Після такої обробки пробка зазвичай легко витягується. Витягти пробку, яку сильно заїло, можна лише за достатнього запасу терпіння.
Не можна зберігати у посудинах зі скляними пробкамилуги та їх водні розчини. Пробки з таких судин часто не вилучаються жодним із зазначених вище прийомів.
Пробки з полімерних матеріалів (фторопластові, поліетиленові та поліпропіленові) дуже зручні для закривання скляних судин. Ці пробки ніколи не заїдають у горлах, вони більш хімічно стійкі і створюють надійну герметичність.
Деякі фторопластові пробки для зручності вилучення з горла судини постачають стрижнем з різьбленням і круглою з насічкою гайкою (див. рис. 5, д). Закручуючи гайку, що спирається на верхній край горла судини, можна спокійно, не збовтуючи вмісту судини, витягти пробку.
Для герметичної довготривалої ізоляції речовини від дії кисню та вологи повітря застосовують складові полімерні пробки, конструкція яких показана на рис. 5, е.
Свердління гумових пробок виробляють за допомогою набору ручних свердлів (рис. 6, а), що є металевими тонкостінними трубками з ручкою або отвором на одному кінці, в яке вставляють стрижень. Інший кінець трубки заточений. Для заточування трубки її надягають щільно на конічну частину спеціального ножа (рис. 6 б), ніж притискають великим пальцем лівої руки до свердла, а правою рукою повертають трубку свердла навколо конуса (рис. 6, в), не натискаючи сильно на ніж, в іншому випадку можливе утворення на свердлі зазубрин. Для точки свердла можна використовувати також брусок або напилок з дрібним насіканням. У всіх випадках заточується лише зовнішня частина свердла.