Синтетический каучук

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

по теме:

Синтетический каучук

Москва 2004

Введение

В современной промышленности важную роль играют эластомеры - высокомолекулярные вещества, сохраняющие эластичность в широком интервале температур Эластомеры легко изменяют фирму при внешнем воздействии, а после окончания воздействия принимают исходную форму. Типичными эластомерами являются каучуки. В результате быстрого развития промышленных отраслей в начале 20 века, появилась огромная потребность в каучуке. Но натурального каучука было слишком мало для удовлетворения этих потребностей. Поэтому остро встал вопрос о синтетическом получении каучука. В конце 20-х годов нашего столетия ленинградские химики во главе с С. В. Лебедевым разработали способ получения каучука из этилового спирта с последующей полимеризацией его на металлическом натрии

nСН₂ = СН - СН =CH₂ (- СН₂ - СН = СН - СН₂ -)_n

бутадиен-1,3 бутадиеновый каучук

(полибуталиен)

На основе этого метода в нашей стране было основано первое в мире промышленное производство синтетического каучука.

Такой каучук уступает по свойствам натуральному: он менее эластичен, изделия из него быстрее изнашиваются.

Каучук используют в производстве шин, резинотехнических изделий, клеев, эбонита, медицинских и бытовых изделий.

Для превращения каучука в резину проводят вулканизацию каучука. Резина отличается от каучука большей эластичностью и прочностью. Она устойчивее к действию температуры и растворителей

Природный Каучук

Натуральный (природный) каучук - это высоко-молекулярный непредельный углеводород элементарного состава (С₅Н₈)n, его относительная молекулярная масса колеблется в пределах 150000-500000. Рурирование каучука приводит к предельному углеводороду состава (С₅Н₁₀)n, озонирование - к озониду (С₅Н₈О₃)n. Из продуктов сухой перегонки каучука (М.Фарадей) был выделен изопрен:

(С₅Н₈)n -nО₃> (С₅Н₈О₃)n

(С₅Н₈)n -nН₂> (С₅Н₁₀)n - t⁰> CH3-СН₂=С-СН=СН₂ (изопрен)

Р.Штаудингером (1931 г.) была предложена гипотеза об изопренаизном строении каучука, содержащего цепочки последовательно соединенных остатков изопрена. Тщательно выполненное озонирование подтвердило предположение Р.Штаудингера - продукты озонирования на 95% состоят из левулинового альдегида:

Методом рентгеноструктурного анализа установлено цис-1,4-Макромолекула каучука имеет спиральное строение с периодом идентичности 0,913 нм и содержит более 1000 изопреновых остатков. Строение макромолекулы каучука обеспечивает его высокую эластичность - наиболее важное техническое свойство. Каучук обладает поразительной способностью обратимо растягиваться до 900% первоначальной длины.

Разновидностью каучука является менее эластичная гуттаперча, или балата, - сок некоторых каучуконосных растений, произрастающих в Индии и на Малайском полуострове. В отличие от каучука молекула гуттаперчи короче и имеет транс-1,4-строение с периодом идентичности 0,504 нм.

Выдающееся техническое значение натурального каучука, отсутствие в ряде стран, в том числе в Советском Союзе, экономически рентабельных источников, стремление располагать материалами, превосходящими по ряду свойств (масло-, морозостойкость, прочность к стиранию) натуральный каучук, стимулировали исследования по получению синтетического каучука. [6]

Синтетический Каучук

ОПИСАНИЕ МАТЕРИАЛА

Синтетические каучуки - синтетические полимеры, способные перерабатываться в резину путем вулканизации, составляют основную массу эластомеров.

Синтетический каучук - высокополимерный, каучукоподобный материал. Его получают полимеризацией или сополимеризацией бутадиена, стирола, изопрена, хлорпрена, изобутилена, нитрила акриловой кислоты. Подобно натуральным каучукам, синтетические имеют длинные макромолекулярные цепи, иногда разветвленные, со средним молекулярным весом, равным сотням тысяч и даже миллионам. Полимерные цепи в синтетическом каучуке в большинстве случаев имеют двойные связи, благодаря которым при вулканизации образуется пространственная сетка, получаемая при этом резина, приобретает характерные физико-механические свойства.

СВОЙСТВА

Синтетические каучуки - аморфные или сравнительно слабо кристаллизующиеся полимеры с высокой гибкостью и относительно малым межмолекулярным взаимодействием цепей, что обусловливает их высокую конформационную подвижность в широком интервале температур. Характеристикой подвижности цепей может

служить температурара стеклования каучуков. Ее значения в значит, мере определяют комплекс их деформационных и прочностных свойств. Ненасыщенные каучуки присоединяют водород, галогены, тиолы, карбоновые и тиокислоты, нитрозосоединения, глиоксаль, хлораль, эпоксидируются надкислотами, циклизуются под действием кислотт, сшиваются серой, пероксидами, малеиновым ангидридом, динитрозосоединениями. Химические свойства таких каучуков определяются содержанием и положением двойных связей, природой и положением заместителей (боковых групп). Насыщенные синтетические каучуки значительно менее активны. Их хим. свойства определяются прочностью связей в основной цепи и типом боковых групп. Окисление под действием кислорода и озона, ускоряющееся при воздействии света и нагревании, вызывает деструкцию и структурирование (сшивание) каучуков. Для защиты от окисления в них вводят антиоксиданты в кол-ве 0,15-2,0% по массе. Гарантийный срок хранения каучуков составляет обычно 0,5-2 г. Термостойкость их выше, чем натуральных каучуков. Наиболее термостойки каучуки с неорганической основной цепью (напр., кремнийорганические) и фторкаучуки. Под действием ионизирующих излучений большинство каучуков сшивается; бутилкаучук и полиизобутилен, содержащие в цепи четвертичные атомы углерода, деструктируются. Большинство синтетических каучуков менее склонно к механодеструкции, чем натуральные. Современные марки каучуков не требуется подвергать пластикации. Ненасыщенные каучуки обычно вулканизуют с применением серных вулканизующих систем, насыщенные - органическими пероксидами, ионизирующими излучениями и др.

ПОЛУЧЕНИЕ

Полимеризация - основной метод получения синтетических каучуков из диенов и олефинов. Поликонденсацией синтезируют главным образом полисульфидные, уретановые и некоторые другие. По технологическому оформлению процессы можно разделить на эмульсионные и растворные. Первые осуществляют, как правило, под влиянием инициаторов радикальных, вторые - в присутствии ионных катализаторов полимеризации.

Синтетический каучук в промышленном масштабе впервые получен в 1931 году в СССР по способу С.В.Лебедева. На полузаводской установке было получено 260 кг синтетического каучука из дивинила, а в 1932 году впервые в мире осуществлен его промышленный синтез. В Германии каучук был синтезирован в 1936-1937 годах, а в США - в 1942 году.

Сырьем для получения синтетического каучука по способу Лебедева служит этиловый спирт. Теперь разработано получение бутадиена из бутана через каталитическое дегидрирование последнего.

Мономерами для синтетического каучука служат преимущественно сопряженные диеновые углеводороды: дивинил, изопрен, хлоропрен, полимеризующиеся по радикальному или ионному механизму. Для улучшения технических свойств каучука диены часто полимеризуют совместно с мономерами, содержащими активный винильный остаток (например, с акрилонитратом, со стиролом).

Подобный процесс, получивший название сополимеризации, имеет широкое промышленное применение.

Дивинил (1,3-бутадиен) - важнейший мономер для синтетического каучука - может быть полимеризован по радикальному или ионному механизму. В первом промышленном синтезе каучука инициатором полимеризации был металлический натрий, на поверхности которого происходила адсорбция и поляризация 1,3-бутадиена; механизм этой реакции анионный:

nСН₂=СН-СН=СН₂

vNa

...- СН₂=СН-СН=СН₂- [-СН₂=СН-СН=СН₂-]m -СН₂=СН-СН=СН₂

Изопрен в присутствии металлоорганических комплексов легко превращается в синтетический каучук, физико-механические свойства которого подобны свойствам натурального.

Сополимерные каучуки имеют наибольшее техническое применение. К ним относятся бутадиен-стирольный каучук, получаемый сополимеризацией 1,3-бутадиена и стирола, он является лучшей маркой синтетического каучука для автомобильных покрышек.

Строение бутадиен-стирольного сополимера не выяснено, предполагаемую структуру отдельных звеньев можно изобразить следующей схемой:

nСН₂=СН-СН=СН₂ + mСН₂=СН-С₆Н_{5 ->}

...-СН₂-СН=СН-(СН₂)₂-СН(C6H5)-СН₂-СН=СН-(СН₂)₂-СН=СН-СН₂-...

Бутадиен-нитрильный каучук - сополимер 1,3-бутадиена и акрилонитрила - обладает вязкостью натурального каучука, однако превышает его по устойчивости к стиранию, масло- и бензиностойкости.

Бутилкаучук - сополимер изобутилена и 1,3-бутадиена, вводимого для придания каучуку способности к вулканизации, получается низкотемпературной ионной полимеризацией в присутствии фторида бора (III). Он обладает высокой химической стойкостью и газонепроницаемостью, является хорошим изолятором для проводов и кабелей. Предполагаемая структура сополимера:

СН₃ СН₃ СН₃

| | |

nСН₂=С + mСН₂=СН-СН=СН₂ > ...-СН₂-С-СН₂=СН-СН₂-С-...

| | |

СН₃ СН₃ СН₃

изобутилен

Сопряженные диеновые углеводороды при ионной полимеризации в зависимости от характера катализатора образуют различно построенные полимерные цепи. Различают два типа цепеобразования: цис-1,4, транс-1,4 и цис-1,2. Полимеризация изопрена в присутствии триалкилалюминия и хлорида титана (IV) приводит у цис-1,4-полимеру, в котором цис-построеные остатки диена связаны друг с другом в положении 1,4:

При полимеризации смешанным гидридом алюминия и щелочного металла в присутствии хлорида титана (IV) преобладает полимер транс-1,4-строения, в котором остатки транс-диена связаны в положении 1,4:

Диены с неконцевыми двойными связями полимеризуются с трудом, так как пространственные предприятия затрудняют их адсорбцию на активных центрах катализатора.

Один из видов синтетического каучука получают из ацетилена. При полимеризации ацетилена образуется винилацетилен СН?С-СН=СН₂. Винилацетилен присоединяет молекулу хлористого водорода, при этом получается 2-хлорбутадиен-1,3 (хлоропрен):

Хлоропрен - бесцветная жидкость, кипящая при 59⁰С. Он самопроизвольно весьма легко полимеризуется, образуя сначала пластическую массу, сходную с невулканизированным каучуком, а в дальнейшем - твердый продукт (вулканизация без серы):

Такое строение доказывается тем, что при окислении этого вида синтетического каучука образуется янтарная кислота, формула которой СООН-СН₂-СН₂-СООН. Места разрыва углеродной цепи показаны на схеме пунктиром.

Хлоропреновый каучук благодаря своей негорючести, термостойкости, светостойкости, а также устойчивости к воздействию масел находит широкое применение в производстве резино-технических изделий.

Каучуки на основе кремнийорганических соединений отличаются сохранением эластических свойств как при низких, так и при высоких температурах; каучуки на основе фторорганических соединений сочетают высокую термостойкость с почти абсолютной химической устойчивостью; каучуки, полученные сополимеризацией дивинила с акрилонитрилом, хорошо выдерживают действие бензина и других нефтепродуктов.

ВУЛКАНИЗАЦИЯ

Натуральный и синтетический каучуки не могут быть непосредственно использованы для химических целей вследствие термической нестойкости, непрочности к стиранию и способности к набуханию и растворению в органических растворителях.

Важнейшим процессом превращения каучука в технический продукт - резину - является вулканизация, в результате которой происходит резкое изменение физико-механических свойств каучуков: повышается термостойкость, механическая прочность, устойчивость к действию растворителей и т.д.

В 1939 году два американца Гудвир и Хейвардс после многолетних и упорных опытов обнаружили, что при обработке сырого каучука серой происходит его вулканизация. После такой обработки каучук теряет вязкость, становится гораздо эластичнее и сохраняет эту эластичность в широком температурном интервале.

Сущность вулканизации заключается в образовании новых поперечных связей между полимерными цепями. При вулканизации серой мостики образуют дисульфидные группы, а при радикальной вулканизации появляются поперечные связи между полимерными цепями:

Для получения резиновых изделий сначала формуют изделия из смеси каучука с серой, а также так называемыми наполнителями - сажей, мелом, глиной и некоторыми органическими соединениями, которые служат ускорителями вулканизации. Затем изделия подвергаются нагреванию - горячей вулканизации.

При холодной вулканизации, которая применяется для тонких и мелких изделий (прорезиненные ткани, тонкие трубки и т.д.), их непродолжительное время обрабатывают раствором серы в сероуглероде или в хлористой сере. Каучук с большим содержанием серы (до 32%) представляет собой твердое неэластичное вещество и называется эбонитом; применяется он как изолятор в электроприборах.

В результате вулканизации сера химически связывается с каучуком. Кроме того, в вулканизированном каучуке содержится в виде мельчайших частиц и свободная сера.

Теперь открылись новые области применения каучука. Резину, полученную из него, начали применять в качестве амортизаторов на автомашинах и мотоциклах. Позднее такие амортизаторы превратились в современные шины и камеры.

Бурное развитие электротехники сделало резину необходимым изоляционным материалом для электрических проводов и кабелей. Каучук очень подходил для этой цели, так как не проводил тока, а его эластичность делала провода с изоляцией гибкими.

В Германии в 1935 году началось производство синтетического каучука в больших количествах. Во вращающиеся горизонтально расположенные автоклавы накачивают бутадиен и при охлаждении прибавляют регулятор полимеризации - диоксан и ускоритель - металлический натрий. От слов бутадиен и натрий образовано название «буна». В зависимости от степени полимеризации получают буна-85 или буна-115. Если этот буна-каучук с высоким молекулярным весом подвергнуть вулканизации, получается резина, которая имеет высокую прочность на истирание, теплостойка и не стареет, однако обладает низкой эластичностью и невысокой прочностью на разрыв и растяжение. Лишь твердая резина, изготовленная из буна-85, в некоторой степени удовлетворяла необходимым требованиям.

Открытие Гудвира и Хейворда, которые в 1840 году обнаружили, что каучук-сырец, смешанный при нагревании с серой, превращается в эластичную массу, создало основу для широкого применения каучука. Ведь только при вулканизации каучук-сырец теряет свою клейкость, приобретает прочность и эластичность - становится резиной с ее ценными качествами. В зависимости от содержания серы и состава наполнителей, добавляемых при вулканизации, получают различные сорта резины, отвечающие любым требованиям.

Небольшое количество серы при вулканизации превращает пластический каучук в эластичную резину. Уже при введении 0,15% серы каучук меняет свойства. Вообще же количество вводимой при вулканизации серы колеблется от 2 до 5%.

Резины и их промышленное получение

Резину изготавливают с помощью вулканизации. Вулканизация - это название смеси каучука с небольшим количеством серы и наполнителем, предварительно сформированной в виде будущего изделия.

Каучук применяется для изготовления резины. Для этого составляют так называемую резиновую смесь, в которую кроме каучука вводят еще целый ряд ингредиентов, каждый из которых имеет определенное название. Первый из них является вулканизирующим агентом (чаще всего мера). В результате вулканизации каучук превращается в прочную, эластичную, упругую массу - резину.

В результате вулканизации молекулы каучука «сливаются» между собой дисульфидными мостиками в одну трехмерную макромолекулу, и образуется пространственный полимер - резина.

Каучуки, вулканизированные только в смеси с вулканизирующими агентами, не обладают необходимыми для различных целей жесткостью, сопротивлением растяжению, истиранию и разрыву. Эти свойства можно придать каучуку, добавляя в резиновую смесь так называемые наполнители.

С целью предупреждения «старения» каучука, т.е. потери каучуком эластичности и других ценных свойств, в резиновую смесь вводят различные стабилизаторы - антиокислители (например, фенил-в-нафтиламин). Чтобы ускорить процесс вулканизации, в резиновую смесь вводят небольшие количества органических соединений, которые называют ускорителями (меркаптобензтиазол, дифенилгуанидин и др.). Оказалось, что наиболее эффективного использования ускорителей вулканизации необходимо присутствие некоторых других химических веществ (обычно смесей металлов), наиболее эффективно в присутствии растворимых в каучуке мыл (солей жирных кислот), которые могут образоваться в процессе вулканизации.

Ингредиенты резиновых смесей

Для получения высококачественной резины, которую можно переработать в различные изделия, в каучук необходимо добавить ряд примесей.

Большую роль среди них играют так называемые ускорители вулканизации - органические соединения, содержащие серу или азот. Они значительно сокращают время и снижают температуру процесса, а иногда позволяют проводить его вообще без нагревания (холодная вулканизация). Благодаря этим добавкам можно уменьшить количество вводимой серы.

Очень важны также противостарители, которые уменьшают влияние кислорода воздуха на резину. С течением времени кислород присоединяется к оставшимся в молекулах резины двойным связям и усиливает тем самым образование сетчатых молекул, при этом резина теряет свои характерные качества и становится твердой и ломкой. Противостарители - это антиокислители.

Еще на заре применения каучука-сырца, когда он был довольно дорог, предприимчивые фабриканты нашли дешевый способ увеличить его количество. В каучук-сырец стали добавлять наполнители - сажу, мел, окись цинка и т.д. Каково же было удивление, когда оказалось, что обработанный таким образом каучук не только увеличивается в весе, но и в ряде случаев, приобретал лучшие свойства - увеличивалось сопротивление разрыву и растяжению, твердость. Вскоре стали различать две группы наполнителей:

активные наполнители, которые улучшают качество каучука. К ним среди прочих относятся активная газовая сажа, окись цинка и каолин;

инертные наполнители, которые лишь увеличивают вес продукта, например, сажа, мел и тяжелый шпат.

Наиболее активным наполнителем оказалась поверхностноактивная газовая сажа, которая может быть получена сжиганием газа при недостатке кислорода. Сегодня нет ни одного сорта резины, который не содержал бы различных примесей и наполнителей. Правильный выбор и соответствующее соотношение количества этих примесей определяют качество резины. В этой области, несомненно, предстоит еще интересные и важные открытия.

Примеси и наполнители могут составлять значительную часть общего веса, а нередко вообще превышают вес самого каучука. Как многообразны и сложны могут быть примеси, добавляемые в каучук-сырец, видно на примере резины для автомобильных шин.

Смешение каучука с ингредиентами проводится в специальных аппаратах - резиносмесителях, в которых каучук перетирается вместе с ингредиентами. Вулканизирующий агент вводится в резиновую смесь в последний момент приготовления резиновой смеси во избежание преждевременной вулканизации.

Готовую резиновую смесь, состоящую из каучука, вулканизирующего агента, ускорителя вулканизации, активатора, наполнителей, стабилизатора и т.п., направляют на завершающий процесс резинового производства - вулканизацию. Вулканизацию проводят или после формования из резиновой смеси соответствующих изделий (труб, рукавов, листов и других), или одновременно с процессом формования изделий. Вулканизация протекает при нагревании.

Чтобы повысить эксплуатационные качества некоторых видов резиновых изделий, например, шин, транспортных шин, приводных ремней и т.п., в конструкцию таких изделий вводят корд-безуточную ткань из крученой пряжи, служащую тканевой основой изделий (их каркасом).

Ингредиенты резиновых смесей: главное - это каучук; ускорители процесса вулканизации (дифенилгуанидин, дитио-бис-бензтиазол (альтакс), тетраметилтиурамдисульфид (тиурам), маркаптобензотиавзол (каптакс); мягчители (дибутилфталат, жирные кислоты, вазелин, сосновая смола, рубракс, парафин); противостарители (фенолы, воск, фенил-в-нафтиламин); активные наполнители (сажа, двуокись кремния, цинковые белила, каолин); красители. Ингредиенты улучшают технологические свойства резиновых смесей и повышают качество получаемых изделий.

Изготовление резиновых изделий

Производство резиновых изделий состоит из трех основных стадий: приготовления сырой резиновой смеси, формования изделия и его вулканизации.

Приготовление сырых резиновых смесей включает операции:

подготовка каучука и ингредиентов (развеска, дозировка, прорезинивание тканей, раскрой, получение заготовок и т.п.);

приготовление сырой резиновой смеси (смешение);

листование полученных смесей.

Кремнийорганические высокомолекулярные соединения

Кремний, как и углерод, находится в IV группе периодической системы и по типу простейших соединений является аналогом последнего.

Исследователей давно привлекала перспектива получения полимерных соединений, сочетающих теплостойкость хрупкого кварца и пластичность неустойчивых к нагреванию полиакрилатов или полистиролов.

Открытие К.А.Андриановым в 1937 году способности алкил- и арилалксисиланов при гидролизе превращаться в полимерные кремнийорганические соединения привело к получению принципиально новых соединений, имеющих весьма отдаленную аналогию с природными полимерами.

Большая перспективность использования органических соединений кремния в технике была отмечена еще в 1923 году Б.А. Долговым.

Кремнийорганические соединения получили разнообразное техническое применение. Они придают материалам гидрофобность (стеклу, керамике, бетону, текстилю), образуют на поверхности самых различных материалов пленки, отталкивающие воду. Так, диметилдихлорсилан, адсорбированный на поверхности керамического материала, при гидролизе водой образует пленку толщиной 1,9-10^-5 см, состоящую примерно из 300 молекул. Причина гидрофобности заключается в ориентации молекул кремнийорганического полимера: углеводородные радикалы направлены наружу, а кислород - в сторону гидрофильной поверхности.

Кремнийорганические соединения выгодно отличаются от каучуков: а) прежде всего незначительной изменчивостью свойств в широком интервале температур и, следовательно, высокой морозостойкостью (при рабочих температурах до 200⁰С их механические свойства мало меняются, при -60⁰С они также сохраняют упругость); б) значительной химической стойкостью, особенно к кислороду и озону, гидрофобностью; в) негорючестью при нагревании без соприкосновения с пламенем; г) диэлектрическими свойствами.

Силиконовые каучуки (состоят из полимера, наполнителя и вулканизатора) представляют собой обычные линейные полидиметилсилоксаны с относительной молекулярной массой 250000-450000. Нагревание приводит к сшивке линейных полимеров поперечными связками.

Наполнители, например, различные типы аэрогелей оксида кремния (IV), улучшают механические свойства полимеров, повышают их прочность при растяжении и придают способность к удлинению до 60%. Вулканизацию проводят в присутствии перекисей. Силиконовые каучуки применяют в качестве электроизоляционного материала, прокладок различной аппаратуры и электродвигателей.

ВУЛКАНИЗАЦИЯ

Важнейшим процессом превращения каучука в технический продукт - резину - является вулканизация, в результате которой происходит резкое изменение физико-механических свойств каучуков: повышается термостойкость, механическая прочность, устойчивость к действию растворителей и т.д.

В 1939 году два американца Гудвир и Хейвардс после многолетних и упорных опытов обнаружили, что при обработке сырого каучука серой происходит его вулканизация. После такой обработки каучук теряет вязкость, становится гораздо эластичнее и сохраняет эту эластичность в широком температурном интервале.

Сущность вулканизации заключается в образовании новых поперечных связей между полимерными цепями. При вулканизации серой мостики образуют дисульфидные группы, а при радикальной вулканизации появляются поперечные связи между полимерными цепями:



Для получения резиновых изделий сначала формуют изделия из смеси каучука с серой, а также так называемыми наполнителями - сажей, мелом, глиной и некоторыми органическими соединениями, которые служат ускорителями вулканизации. Затем изделия подвергаются нагреванию - горячей вулканизации.

При холодной вулканизации, которая применяется для тонких и мелких изделий (прорезиненные ткани, тонкие трубки и т.д.), их непродолжительное время обрабатывают раствором серы в сероуглероде или в хлористой сере. Каучук с большим содержанием серы (до 32%) представляет собой твердое неэластичное вещество и называется эбонитом; применяется он как изолятор в электроприборах.

В результате вулканизации сера химически связывается с каучуком. Кроме того, в вулканизированном каучуке содержится в виде мельчайших частиц и свободная сера.

Теперь открылись новые области применения каучука. Резину, полученную из него, начали применять в качестве амортизаторов на автомашинах и мотоциклах. Позднее такие амортизаторы превратились в современные шины и камеры. Бурное развитие электротехники сделало резину необходимым изоляционным материалом для электрических проводов и кабелей. Каучук очень подходил для этой цели, так как не проводил тока, а его эластичность делала провода с изоляцией гибкими.

В Германии в 1935 году началось производство синтетического каучука в больших количествах. Во вращающиеся горизонтально расположенные автоклавы накачивают бутадиен и при охлаждении прибавляют регулятор полимеризации - диоксан и ускоритель - металлический натрий. От слов бутадиен и натрий образовано название «буна». В зависимости от степени полимеризации получают буна-85 или буна-115. Если этот буна-каучук с высоким молекулярным весом подвергнуть вулканизации, получается резина, которая имеет высокую прочность на истирание, теплостойка и не стареет, однако обладает низкой эластичностью и невысокой прочностью на разрыв и растяжение. Лишь твердая резина, изготовленная из буна-85, в некоторой степени удовлетворяла необходимым требованиям.

Открытие Гудвира и Хейворда, которые в 1840 году обнаружили, что каучук-сырец, смешанный при нагревании с серой, превращается в эластичную массу, создало основу для широкого применения каучука. Ведь только при вулканизации каучук-сырец теряет свою клейкость, приобретает прочность и эластичность - становится резиной с ее ценными качествами. В зависимости от содержания серы и состава наполнителей, добавляемых при вулканизации, получают различные сорта резины, отвечающие любым требованиям.

Небольшое количество серы при вулканизации превращает пластический каучук в эластичную резину. Уже при введении 0,15% серы каучук меняет свойства. Вообще же количество вводимой при вулканизации серы колеблется от 2 до 5%.

ВАЖНЕЙШИЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ СИНТЕТИЧЕСКИЕ КАУЧУКИ

НАИМЕНОВАНИЕ, ОТЕЧЕСТВЕННАЯ МАРКА	ХИМ. СОСТАВ	СТРУКТУРНАЯ ФОРМУЛА	ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА	ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
каучуки общего назначения
изопреновые каучуки СКИ	стереорегулярный полиизопрен с высоким содержанием звеньев. 1,4-цис	[-CH2C(CH3)=CHCH2-]n	высокие прочность, сопротивление раздиру, эластичность, усталостная выносливость, хорошая износостойкость.	шины, РТИ, обувь, кабельные резины, изделия бытового, пищ. мед. назначения, эбониты, и др.
бутадиеновые каучуки СКД, СКДЛ, СКДЛПР	стереорегулярные полибутадиены с высоким или средним содержанием звеньев. 1,4-цис	[-CH2CH=CHCH2-]n	высокие износостойкость, эластичность, морозостойкость, усталостные свойства.	шины, транспортерные ленты, и др. РТИ, кабельные резины, обувь, ударопрочный полистирол, и др.
СКДСР, СКБ	полибутадиены с повыш. содержанием звеньев. 1,2	[-CH2CH(CH=CH2)-]n	высокие термостойкость, фрикционные свойства.	РТИ, обувь, асбестотехн. и электротехн. изделия.
бутадиен-стирольные каучуки СКС, СКМС	сополимеры бутадиена со стиролом или альфа-метил-стиролом	[-CH2CH=CHCH2-]n-[-CH2-CH(C6H5)-]m	хорошие прочность, износостойкость, сопротивление старениию.	шины, РТИ, обувь, кабельные резины, широкий ассортимент изделий различного назначения.
Каучуки специального назначения
бутилкаучук БК	сополимеры изобутилена с 0.6-3.0% молекул изопрена	[-C(CH3)2-CH2-]n-[-CH2-C(CH3)=CH-CH2-]m	высокие газонепроницаемость, тепло-, озоно-, атмосферо-, паро-, водостойкость, стойкость к действию кислот и щелочей, диэлектрические свойства.	автокамеры, теплостойкие и другие РТИ, электроизоляция, антикоррозийные покрытия, прорезиненные ткани, и др.
этилен-пропиленовые каучуки СКЭП, СКЭПТ	сополимеры этилена с пропиленом (СКЭП) и третьим (диеновым) мономером (СКЭПТ)	[-CH2CH2-]n-[-CH2CH(CH3)-]m	высокие тепло-, озоно-, атмосферостойкость, стойкость к окислению, действию кислот и щелочей, воды, выскоие диэлектрич. свойства.	автокамеры, теплостойкие РТИ, губчатые изделия, прорезиненные ткани, изоляция проводов и кабелей.
хлоропреновые каучуки, наирит	полихлоропрен	[-CH2CCl=CH-CH2-]n	высокие масло-, бензо-, озоно-, атмосферостойкость, стойкость к действию агрессивных сред, негорючесть.	маслобензиностойкие РТИ, защитные оболочки проводов и кабелей, обкладка хим. Аппаратуры, емкостей для нефтепродуктов, клеи.
бутадиен-нитрильные каучуки СКН	сополимеры бутадиена с акрилонитрилом	[-CH2CH=CHCH2-]n-[-CH2CH(CN)-]m	высокие масло-, бензо-, теплостойкость.	маслобензостойкие РТИ, изоляц. и электропроводящие резины, каблуки и подошвы, тепло- и маслостойкие.
уретановые каучуки СКУ	полиуретаны, получаемые взаимодействием полиэфиров с концевыми OH-группами и диизоцианатов	[-C(O)NHR1NHC(O)ORO-]n	высокие прочность, износостойкость, масло и бензостойкость, устойчивость к действию света, озона, радиации, вибростойкость.	РТИ (в том числе цветные и прозрачные), износостойкие покрытия, массивные шины, низ обуви, искусственная кожа, клеи, герметики.
хлоросульфированный полиэтилен ХСП	полиэтилен, содержащий хлоросульфоновые группы	~{[-(CH2)3CHCl(CH2)2-]12-CH2CH(SO2Cl)]17~	высокие прочность, износостойкость, теплостойкость, устойчивость к действию озона, сильных окислителей, агрессивных сред, кипящей воды, минеральных масел, хорошие диэлектрические свойства, совместимость с другими каучуками.	РТИ, изоляция проводов и кабелей, резиновая обувь, покрытия полов, белая боковина шин, лаки и краски, прорезиненные ткани, обкладка валов и хим. аппаратуры.
пропиленоксидный каучук СКПО	сополимер пропиленоксида с 28 мол. % алилглицедилового эфира	[-CH2CH(CH3)-O-]n-[-CH2CH(CH2OCH2CH=CH2)-O-]m	высокие стойкость к действию озона, щелочей, воды, прочность, эластиность, температуро-, тепло-, и морозостойкость, удовлетворительная маслостойкость и износостойкость.	прокладки, шланги, амортизаторы, автодетали, и др. РТИ, прорезиненные ткани, озоностойие покрытия.
эпихлоргидриновый каучук СКЭХГ	гомо- и сополимеры эпихлоргидрина с этиленоксидом	[-CH2-CH(CH2Cl)-O-]n-[-CH2CH2-O-]m	высокие масло-, бензо-, озоно-, свето- и термостойкость, газонепроницаемость, прочность связей с металлами, негорючесть (гомополимер), удовлетворительная морозостойкость.	РТИ, авто- и авиадетали, рукава, уплотнители, прокладки, детали холодильных установок, герметики и др.
полиизобутилен	гомополимер изобутилена	[-CH2-C(CH3)2-]n	высокая стойкость к действию агрессивных сред, водо-, газонепроницаемость, хорошие диэлектрические свойства, термо-, и озоностойкость, совместимость с другими каучуками и пластмассами.	электроизоляция, антикоррозийные покрытия, прорезиненные ткани, клеи, герметизирующие составы и др.

Более половины мирового производства расходуется на производство шин. На изготовление покрышек для малолитражки нужно около 20-ти кг каучука, причем разных сортов и марок, а для самосвала почти 1900 кг. Меньшая половина идет на остальные виды резиновых изделий.

Резиновые материалы

Общие сведения

Резиной называется продукт специальной обработки (вулканизации) каучука и серы с различными добавками.

Резина отличается от других материалов высокими эластическими свойствами, которые присущи каучуку - главному исходному материалу резины. Для резиновых материалов характерна высокая стойкость к истиранию, газо- и водонепроницаемость, химическая стойкость, электроизолирующие свойства и небольшая плотность.

Резины общего назначения

К группе резин общего назначения относятся вулканизаторы неполярных каучуков - НК, СКБ, СКС, СКИ.

НК - натуральный каучук. Для получения резины НК вулканизируют серой. Резины на основе НК отличаются высокой эластичностью, прочностью, водо- и газонепроницаемостью, высокими электроизоляционными свойствами.

НК - плотность каучука 910-920кг/м³, предел прочности 24-34МПа, относительное удлинение 600-800%, рабочая температура 80-130С.

СКБ - синтетический каучук бутадиеновый. Каучуки вулканизируют аналогично натуральному каучуку.

СКБ - плотность каучука 900-920кг/м³, предел прочности 13-16МПа, относительное удлинение 500-600%, рабочая температура 80-150С.

СКС - бутадиенстирольный каучук (СКС-10, СКС-30, СКС-50) - это самый распространенный каучук общего назначения.

СКС - плотность каучука 919-920кг/м³, предел прочности 19-32МПа, относительное удлинение 500-800%, рабочая температура 80-130С.

СКИ - синтетический каучук изопреновый. Из этих резин изготавливают шины, ремни, рукава, различные резинотехнические изделия.

СКИ - плотность каучука 910-920кг/м³, предел прочности 31.5МПа, относительное удлинение 600-800%, рабочая температура 130С.

Резины специального назначения

Маслобензостойкие резины получают на основе каучуков хлоропренового, СКН и тиокола.

Наирит, резины на его основе обладают высокой эластичностью, вибростойкостью, износостойкостью, устойчивы к действию топлива и масел.

Наитрит - плотность каучука 1225кг/м³, предел прочности 20-26.5МПа, относительное удлинение 450-550%, рабочая температура 100-130С.

СКН -бутадиеновый каучук (СКН-18, СКН-26, СКН-40). Резины на его основе применяют для изготовления ремней, конвейерных лент, рукавов, маслобензостойких резиновых изделий.

СКН - плотность каучука 943-986кг/м³, предел прочности 22-33МПа, относительное удлинение 450-700%, рабочая температура 100-177С.

Теплостойкие резины получают на основе каучука СКТ.

СКТ - синтетический каучук теплостйкий. В растворителях и маслах он набухает, имеет низкую механическую стойкость, высокую газопроницаемость, плохо сопротивляется истиранию.

СКТ - плотность каучука 1700-2000кг/м³, предел прочности 35-80МПа, относительное удлинение 360%, рабочая температура 250-325С.

Морозостойкими являются резины на основе каучуков, имеющих низкие температуры стеклования.

Существует еще ряд различных видов резин специального назначения

Краткая характеристика основных видов синтетических каучуков

Бутадиен-нитрильный каучук

БНК, NBR

Рабочий диапазон температур: от -57°C до +120°C

Преимущества:

Очень хорошая стойкость к маслам и бензинам: превосходная стойкость к нефтяным гидравлическим жидкостям, широкий диапазон рабочих температур, хорошая стойкость к углеродистым растворителям, очень хорошая стойкость к щелочам и растворителям.

Ограничения:

Низкая стойкость к озону, солнечному свету, и естественным окислителям, плохая стойкость к окисленным растворителям.

Этилен-пропиленовый каучук

СКЭП, EPM

Рабочий диапазон температур: от -57°C до +150°C

Преимущества:

Эластомер имеет отличную стойкость к озону, воде и пару, щелочам и кислотам, соляным растворам и окисленным растворителям. ЭПК имеет очень высокое сопротивление низкой температуре и отличные диэлектрические свойства.

Ограничения:

Плохая стойкость к маслам, бензинам, и окисленным растворителям.

Комментарии:

Благодаря своей уникальной комбинации свойств, полимер может использоваться в широком диапазоне областей применения.

Синтетический натуральный каучук (изопреновый)

ПИ, IR

Рабочий диапазон температур: от -55°C до +80°C

Преимущества:

Исключительная эластичность; великолепная прочность на раздир и истирание; очень хорошая прочность на разрыв; отличная эластичность по отскоку; хорошая морозостойкость.

Ограничения:

Плохая стойкость к высокой температуре, озону и солнечному свету; очень низкая стойкость к маслам, бензинам и углеродным растворителям.

Комментарии:

Химический состав изопрена приблизительно идентичен натуральному каучуку. Поэтому, свойства этих двух эластомеров похожи.

Бутадиен-стирольный каучук

БСК, SBR

Рабочий диапазон температур: от -57°C до +107°C.

Преимущества:

Очень хорошая остаточная деформация сжатия (способность быстро восстанавливать физические свойства), прочность, стойкость к истиранию и морозостойкость.

Ограничения:

Плохая стойкость к озону и солнечному свету; очень малая стойкость к маслу, бензину, и углеродистым растворителям.

Комментарии:

БСК похож на натуральный каучук по многим свойствам и имеет более низкую цену и самый высокий объем. Несмотря на то, что его физические свойства немного уступают натуральному каучуку, БСК более плотный (жесткий) и имеет немного большую теплостойкость и стойкость к низким температурам и может без труда заменять натуральный каучук во многих областях применения.

Полихлоропреновый каучук

ПХК, CR

Рабочий диапазон температур: от -65°C до +120°C.

Преимущества:

Хорошая стойкость к открытому огню; средняя стойкость к маслам и бензинам; отличная адгезия (способность склеиваться) к тканям и металлам; очень хорошая стойкость к атмосферному воздействию, озоностойкость и стойкость к естественному окислению; хорошая стойкость к истиранию и низкой температуре; очень хорошая стойкость к щелочам и кислотам.

Ограничения:

Плохая или средняя стойкость к ароматическим и окисленным растворителям; ограниченная стойкость при низкой температуре.

Бутил каучук

БК, BR

Рабочий диапазон температур: от -60°C до +120°C.

Преимущества:

Великолепная газо- и паро- непроницаемость, очень хорошая теплостойкость, стойкость к кислороду, озону и солнечному свету; отличная стойкость к щелочам и окисленным растворителям; хорошая прочность на горячий разрыв; отличная стойкость к воде и пару.

Ограничения:

Высокая ОДС; плохая стойкость к маслам; бензинам, и углеродистым растворителям; низкая эластичность по отскоку; плохая эластичность.

Заключение

синтетический каучук кремнийорганический вулканизация

Народнохозяйственное значение каучука (являющегося основной составной частью резины) очень велико. Громадные и все возрастающие количества каучука потребляют автомобильная, авиационная и тракторная промышленность. Большое количество его идет на изготовление приводных ремней и транспортных лент, шлангов и рукавов, электроизоляционных изделий, прорезиненных тканей, изделий широкого потребления (обувь, спортивные товары, игрушки), изделий санитарии и гигиены и многое другое. Достаточно привести данные о ежегодном мировом производстве натурального и синтетического каучука - свыше 4 миллионов тонн, чтобы принять роль каучука в жизни человека.

Каучуки непосредственно связаны с высокомолекулярными кремнийорганическими соединениями.

Например, силиконовые (силоксановые каучуки).

Химические соединения, вырабатываемые промышленностью основного органического синтеза служат полупродуктами для производства пластических масс, синтетических волокон, синтетических каучуков, синтетических моющих средств и многого другого.

Размещено на Allbest.ru

...