ТВЕРДА ГУМА, СИНТЕТИЧНИЙ КАУЧУК - Каучук і гума

Вироби з твердої гуми відрізняються від виробів з м'якої гуми головним чином кількістю сірки, використовуваної при вулканізації. Коли кількість сірки в гумовій суміші перевищує 5%, у результаті вулканізації виходить тверда гума. Гумова суміш може містити до 47 частин сірки на 100 частин каучуку; при цьому виходить твердий і твердий продукт, називаний ебонітом, оскільки схожий на ебенове (чорне) дерево. Виробу з твердої гуми володіють гарними діелектричними властивостями і використовуються в електротехнічній промисловості як ізолятори, наприклад у розподільних щитах, качанах, розетках, телефонах і акумуляторах. Виготовлені з застосуванням твердої гуми труби, клапани й арматура застосовуються в тих областях хімічної промисловості, де потрібна корозійна стійкість. Виготовлення дитячих іграшок - ще одна стаття споживання твердої гуми.

СИНТЕТИЧНИЙ КАУЧУК

Синтез каучуку, який відбувається в дереві, ніколи не виконувався в лабораторії. Синтетичні каучуки є еластичними матеріалами; вони подібні з натуральним продуктом по хімічних і фізичних властивостях, але відрізняються від нього структурою.

Синтез аналога натурального каучуку (1,4-цис-полиизопрена і 1,4-цис-полібутадиєна). Натуральний каучук, одержаний з гевеї бразильської, має структуру, що складається на 97,8% з 1,4-цис-поліізопрену:

Синтез 1,4-цис-полізопрену проводився декількома різними шляхами з використанням регулюючих стереоструктуру каталізаторів, і це дозволило налагодити виробництво різних синтетичних еластомерів. Каталізатор Циглера складається з триетилалюмінію і чотирьоххлористого титана; він змушує молекули ізопрену поєднуватися (полімеризуватися) з утворенням гігантських молекул 1,4-цис-поліізопрену (полімеру). Аналогічно, металевий літій чи алкіл - і алкилетилові сполуки, наприклад бутиллітій, служать каталізаторами полімеризації ізопрену в 1,4-цис-поліізопрен. Реакції полімеризації з цими каталізаторами проводяться в розчині з використанням вуглеводнів нафти як розчинники. Синтетичний 1,4-цис-поліізопрен має властивості натурального каучуку і може використовуватися як його заступник у виробництві гумових виробів.

Полібутадієн, на 90-95% складається з 1,4-цис-изомера, також був синтезований за допомогою регулюючих стереоструктуру каталізаторів Циглера, наприклад триетилалюмінію і чотирьохйодитого титана. Інші регулюючі стереоструктуру каталізатори, наприклад хлорид кобальту й алкілалюминій, також дають полібутадієн з високим (95%) вмістом 1,4-цис-ізомера. Бутиллитий теж здатний полимеризовать бутадієн, однак дає полібутадієн з меншим (35-40%) змістом 1,4-цис-ізомера.1,4-цис-полибутадіен має надзвичайно високу еластичність і може використовуватися як наповнювач натурального каучуку.

Тіокол (полісульфідний каучук). У 1920, намагаючись одержати новий антифриз з етиленхлориду і полісульфіду натрію, Дж. Патрик замість цього відкрив нову каучукоподібну речовину, названу ним тіоколом. Тіокол високостійкий до бензину й ароматичних розчинників. Він має гарні характеристики старіння, високий опір раздиру і низьку проникність для газів. Не будучи дійсним синтетичним каучуком, він знаходить застосування для виготовлення гум спеціального призначення.

Неопрен (поліхлоропрен). У 1931 компанія "Дюпон" оголосила про створення каучукоподібного полімеру, чи эластомера, названого неопреном. Неопрен виготовляють з ацетилену, що, у свою чергу, одержують з вугілля, вапняку і води. Ацетилен спочатку полімеризують до вінілацетилену, з якого шляхом додавання соляної кислоти роблять хлоропрен. Далі хлоропрен полімеризують до неопрена. Крім маслостійкості неопрен має високу тепло - і хімічну стійкість і використовується у виробництві шлангів, труб, рукавичок, а також деталей машин, наприклад шестерень, прокладок і приводних ременів.

Буна S (SBR, бутадиенстирольный каучук). Синтетичний каучук типу буна S, що позначається як SBR, виробляється у великих реакторах із сорочкою, чи автоклавах, у яких завантажують бутадієн, стирол, мило, воду, каталізатор (персульфат калію) і регулятор росту ланцюга (меркаптан). Мило і вода служать для емульгування бутадієну і стиролу і приведення їхній у близький контакт із каталізатором і регулятором росту ланцюга. Вміст реактора нагрівається до приблизно 50° С и перемішується протягом 12-14 ч; за цей час у результаті процесу полімеризації в реакторі утвориться каучук. Латекс, що виходить, містить каучук у формі малих часток і має вид молока, що дуже нагадує натуральний латекс, добутий з дерева.

Латекс із реакторів обробляється преривачем полімеризації для зупинки реакції з антиоксидантом для збереження каучуку. Потім він очищається від надлишку бутадієну і стиролу. Щоб відокремити (шляхом коагуляції) каучук від латексу, він обробляється розчином хлориду натрію (харчової солі) у кислоті або розчином сульфату алюмінію, що відокремлюють каучук у формі дрібної крихти. Далі крихта промивається, сушиться в печі і пресується в стоси.

З усіх еластомерів SBR використовується найбільше широко. Більше всього його йде на виробництво автомобільних шин. Цей еластомер подібний по властивостях з натуральним каучуком. Він не маслостоек і в більшості випадків виявляє низьку хімічну стійкість, але має високий опір удару і стиранню.

Латекси для емульсійних фарб. Бутадієн-стирольні латекси широко використовуються в емульсійних фарбах, у яких латекс утворить суміш з пігментами звичайних фарб. У такому застосуванні вміст стиролу в латексі повинен перевищувати 60%.

Низькотемпературний маслонаповнений каучук. Низькотемпературний каучук - особливий тип каучуку SBR. Він виробляється при 5° С и забезпечує кращу зносостійкість шин, чим стандартний SBR, отриманий при 50° С. Зносостійкість шин ще більш підвищується, якщо низькотемпературному каучуку додати високу ударну в'язкість. Для цього в базовий латекс додають деякі нафтові олії, називані нафтовими мягчителями. Кількість олії, що додається, залежить від необхідного значення ударної в'язкості: чим воно вище, тим більше вводиться олії. Додана олія діє як мягчитель твердого каучуку. Інші властивості маслонаповненого низькотемпературного каучуку такі ж, як у звичайного низькотемпературних.

Буна N (NBR, бутадиенакрилонитрильный каучук). Разом з буна S у Німеччині був також розроблений маслостойкий тип синтетичного каучуку за назвою пербунан, чи буна N. Основний компонент цього нитрильного каучуку - також бутадієн, що сополимеризуется з акрилонітрилом власне кажучи по тім же механізмі, що і SBR. Сорту NBR розрізняються змістом акрилонитрила, кількість якого в полімері варіює від 15 до 40% у залежності від призначення каучуку. Нитрильные каучуки маслостойки в ступені, що відповідає змісту в них акрилонитрила. NBR використовувався в тих видах військового устаткування, де була потрібна маслостійкість, наприклад у шлангах, що самоущільнюються паливних елементах і конструкціях транспортних засобів.

Бутилкаучук. Бутилкаучук - ще один синтетичний каучук - був відкритий у 1940. Він чудовий своєю низькою газопроникністю; камера шини з цього матеріалу утримує повітря в 10 разів довше, ніж камера з натурального каучуку. Бутилкаучук виготовляють полімеризацією ізобутілену, одержуваного з нафти, з малою добавкою ізопрену при температурі 100° С.

Ця полімеризація не є емульсійним процесом, а проводиться в органічному розчиннику, наприклад метилхлориді. Властивості бутилкаучука можуть бути сильно поліпшені термообробкою маткової суміші бутилкаучука і газової сажі при температурі від 150 до 230 С. Недавно бутилкаучук знайшов нове застосування як матеріал для протекторів шин через його гарні ходові характеристики, відсутності шуму і чудового зчеплення з дорогою. Бутилкаучук несумісний з натуральним каучуком і SBR і не може бути змішаний з ними. Однак після хлорування до хлорбутилкаучука він стає сумісним з натуральним каучуком і SBR. Хлорбутилкаучук зберігає низьку газопроникність. Ця властивість використовується при виготовленні змішаних продуктів хлорбутилкаучука з натуральним чи каучуком SBR, що служать для виробництва внутрішнього шару безкамерних шин.

Етиленпропіленовий каучук. Сополімери етилена і пропіляна можуть бути отримані в широких діапазонах складів і молекулярних мас. Еластоміри, що містять 60-70% етилена, вулканізуються з пероксидами і дають вулканізат з гарними властивостями. Етиленпропіленовий каучук має чудову атмосферо - і озоностойкость, високу термо-, олія - і зносостійкість, але також і високу повітропроникність. Такий каучук виготовляється з дешевих сировинних матеріалів і знаходить численні застосування в промисловості.

Найбільше широко застосовуваним типом етиленпропіленового каучуку є потрійний етиленпропіленовий каучук (з дієновим сомономером). Він використовується в основному для виготовлення оболонок проводів і кабелів, одношарової покрівлі і як присадку для мастил. Його мала щільність і чудова озоно - і атмосферостійкість обумовлюють його застосування як покрівельний матеріал.

Вистанекс. Вистанекс, чи поліізобутилен, - полімер ізобутілену, також одержуваний при низьких температурах. Він подібний каучуку по властивостях, але на відміну від каучуку є насиченим вуглеводнем і, виходить, не може бути піддадуть вулканізації. Поліізобутилен озоностійкий.

Коросил. Коросил, каучукоподібний матеріал, - це пластифікований полівінілхлорид, виготовлений з вінілхлориду, що, у свою чергу, одержують з ацетилену і соляної кислоти. Коросил чудово стійкий до дії окислювачів, у тому числі озону, азотної і хромової кислот, і тому використовується для внутрішнього облицювання цистерн із метою захисту їх від корозії. Він непроникний для води, олій і газів і в силу цього знаходить застосування як покриття для тканин і папера. Каландрований матеріал використовується у виробництві плащів, душових фіранок і шпалер. Низьке водопоглинання, висока електрична міцність, негорючість і високий опір старінню роблять пластифікований полівінілхлорид придатний для виготовлення ізоляції проводів і кабелів.

Поліуретан. Клас еластомерів, відомих як поліуретани, знаходить застосування у виробництві пеноматеріалів, клеїв, покриттів і формованих виробів. Виготовлення поліуретанів включає кілька стадій. Спочатку одержують складний поліефір реакцією дикарбонової кислоти, наприклад адипінової, з багатоатомним спиртом, зокрема этиленгликолем чи диетиленгликолем. Поліефір обробляють диизоцианатом, наприклад толуілен-2,4-диізоціанатом чи метилендифенилендиизоцианатом. Продукт цієї реакції обробляють водою і придатним каталізатором, зокрема n-етилморфоліном, і одержують пружний чи гнучкий пінополіуретан. Додаючи диизоцианат, одержують формовані вироби, у тому числі шини. Змінюючи співвідношення гліколю і дикарбонової кислоти в процесі виробництва складного поліефіру, можна виготовити поліуретани, що використовуються як клеї. Пінополіуретани вогнестійкі, мають високу міцність на розтягання, дуже високий опір раздиру і стиранню. Вони виявляють винятково високу несучу здатність і гарний опір старінню. Вулканізовані поліуретанові каучуки мають високі міцність на розтягання, опір стиранню, роздиранню і старінню. Був розроблений процес одержання поліуретанового каучуку на основі простого поліефіру. Такий каучук добре поводиться при низьких температурах і стійкий до старіння.

Кремнійорганічний каучук. Кремнійорганічні каучуки не мають собі рівних по придатності до експлуатації в широкому температурному інтервалі (від 73 до 315° С). Для вулканізованих кремнійорганічних каучуків була досягнута міцність на розтягання близько 14 Мпа. Їхній опір старінню і діелектричним характеристикам також дуже високі.

Хайпалон (хлорсульфоэтиленовый каучук). Цей еластомер хлорсульфонированного полиетилена одержують обробкою полиетилена хлором і двоокисом сірки. Вулканізований хайпалон надзвичайно озоно - і атмосферостійкий і має гарну термо - і хімічну стійкість.

Фторовмісні еластоміри. Еластомер кель-F - сополимер хлортрифторетилену і вініліденфториду. Цей каучук має гарну термо - і маслостійкість. Він стійкий до дії корозійно-активних речовин, негорючий і придатний до експлуатації в інтервалі від 26 до 200° С. Витон А и флюорел - сополімери гексафторпропилена і винилиденфторида. Ці еластомери відрізняються чудовою стійкістю до дії тепла, кисню, озону, атмосферних факторів і сонячного світла. Вони мають задовільні низькотемпературні характеристики і придатні до експлуатації до 21° С. Фторовмісні еластоміри використовуються в тих додатках, де потрібно стійкість до дії тепла й олій.

Спеціалізовані еластомери. Виробляються спеціалізовані еластомери з різноманітними фізичними властивостями. Багато з них є дуже дорогими. Найбільш важливі з них - акрилатні каучуки, хлорсульфонирований поліетилен, сополімери простих і складних ефірів, полімери на основі епихлоргидрина, фторировані полімери і термопластичні блок-сополимери. Вони використовуються для виготовлення ущільнень, прокладок, шлангів, оболонок проводів і кабелів і клеїв.

Натуральний каучук являє собою полімер ізопрену, його склад відповідає формулі:

У СРСР синтетичний каучук почав уперше вироблятися в промислових масштабах у 19321 по способі С. В. Лебедєва. Цей спосіб полягав у полімеризації бутадієну-1,3 у присутності металевого натрію як каталізатор:

Nсн2 = СН - СН =CH2 ( - СН2 - СН = СН - СН2 -) n

Бутадієн-1,3 бутадиеновый каучук

(полибуталиен)

Такий каучук уступає по властивостях натуральному: він менш еластичний, виробу з нього швидше зношуються.

Каучук використовують у виробництві шин, гумовотехнічних виробів, клеїв, ебоніту, медичних і побутових виробів.

Похожие статьи




ТВЕРДА ГУМА, СИНТЕТИЧНИЙ КАУЧУК - Каучук і гума

Предыдущая | Следующая