Классиф. И основн. Свойства каучуков

К каучукам относятся высокоэластичные полимерные материалы, способные под воздействием сил значительно деформироваться и быстро возвращаться в исходное состояние после снятия нагрузки. У каучуков способность к обратимой деформации в сочетании с высокой прочностью сохраняется в сравнительно широком интервале температур.

По происхождению каучуки делятся на натуральные и синтетические.

 

Натуральный каучук

Натуральные каучуки - природные высокомолекулярные непредельные углеводороды состава (С₅Н₈)_n, где n = 1000 - 3000.

Натуральный каучук, полученный из млечного сока (латекса) тропического дерева гевеи, имеет стереорегулярное строение и представляет собой 1,4- цис -полиизопрен (метиленовые группы -СН₃- расположены по одну сторону от двойной связи):

 

 

Рис.12.3. Структурная формула 1,4- цис -полиизопрена

Из других каучуконосов, в частности кустарника бересклета, получают другой природный каучук - гуттаперчу, представляющую собой 1,4- транс -полиизопрен (метиленовые группы -СН_З- расположены по разные стороны от двойной связи):

 

Рис.12.4 Структурная формула 1,4- транс -полиизопрена

СИНТЕТИЧ. КАУЧУК. ПРОИЗВОДСТВО БУТАДИЕНСТИР. КАУЧУКА.

Синтетический каучук

Высокая потребность промышленности в каучуке привела к тому, что большая часть его производится синтетическим путем. Некоторые сорта синтетического каучука не уступают натуральному каучуку, а по некоторым свойствам даже превосходят его.

Сырьём для получения большинства синтетических каучуков служат в качестве мономеров диеновые углеводороды с двумя сопряжёнными двойными связями: бутадиен-1,3 (дивинил), изопрен и хлоропрен.

Цепной полимеризацией мономеры превращаются в синтетические каучуки - карбоцепные полимеры, содержащие в каждом элементарном звене по одной двойной связи.

В зависимости от целей и масштабов применения все каучуки делятся на две группы: каучуки общего назначения и каучуки специального назначения.

Каучуки общего назначения используются для производства шин и резиновых изделий широкого применения. К каучукам общего назначения относятся:

Изопреновый каучук (СКИ) имеет строение, подобное природному каучуку, (цис -1,4). Например, в каучуке марки СКИ-3 содержание цис -1,4-звеньев такое же, как и у натурального каучука. Поэтому он является синтетическим заменителем натурального каучука.

Бутадиен-стирольные каучуки (СКС) также относятся к каучукам общего назначения. Их получают совместной полимеризацией бутадиена-1,3 и стирола (С₆Н₅-СН=СН₂).

Эти каучуки отличаются большой прочностью и применяются для изготовления протекторов автомобильных шин, кабелей, а также в обувной промышленности. Из него вырабатывают предметы санитарии и гигиены.

Недостатком этого каучука является нестойкость к маслам и органическим растворителям.

Каучуки специального назначения обладают некоторыми специфическими свойствами соответственно условиям эксплуатации (слишком низкие или высокие температуры, агрессивные среды, органические растворители и т. п.).

К ним относятся:

Бутадиеннитрильные каучуки (СКН) получают совместной полимеризацией бутадиена-1,3 и акрилонитрила (H₂C=H-CN). Эти каучуки состоят, главным образом, из продуктов 1,4-присоединения. СКН — каучуки специального назначения. Их отличает высокая масло- и бензостойкость. Они устойчивы к повышенной температуре.

Производство каучуков общего назначения

Каучуки общего назначения получают полимеризацией (сополимеризацией) мономеров в блоке, эмульсии, а также в растворе с использованием комплексных стереоспецифических катализаторов.

Бутадиенстирольный каучук. Из каучуков общего назначения применение в производстве шин и многих резиновых изделий находят бутадиен-стирольные каучуки, получаемые эмульсионным способом по непрерывной схеме:

(CH₂=CH-CH=CH₂)n + (C₆H₅CH=CH₂)m →

[-CH₂CH=CH-CH₂]_x-CH₂CH-[-CH₂CH=CH-CH₂]_x H₂CH-∙∙∙

׀ ׀

С₆H₅ С₆H₅

↓

Рис. 12.5. Реакция сополимеризации бутадиена и стирола для получения бутадиенстирольногокаучука

Совместную полимеризацию бутадиена и стирола осуществляют в водной среде при температуре 5ºС (низкотемпературный каучук) или 40-50ºС (высокотемпературный каучук) в батарее из 12 последовательно соединённых между собой полимеризаторов. Каждый металлический полимеризатор ёмкостью 12-20 м³ выложен внутри кислотоупорным материалом и снабжён трёхлопастной мешалкой (Рис. 12.6):

Рис. 12.6. Схема эмульсионной полимеризации стирола

Технологическая схема производства бутадиен-стирольного каучука:

1. Подготовленную заранее смесь бутадиена со стиролом смешивают с водой и эмульгатором (канифольное мыло) в аппарате предварительного эмульгирования 1.

2. Готовую эмульсию одновременно с раствором инициатора (гидроперекись изопропиленбензола) и регулятора молекулярной массы непрерывно подают в первый по ходу полимеризатор 2.

3. Процесс осуществляется при непрерывном перемешивании и протекании через всю батарею полимеризаторов с такой скоростью, чтобы обеспечить конверсию исходных мономеров ~ 60% на выходе из последнего аппарата.

4. Полученный латекс направляется в сборник 3, где он отделяется от непрореагировавшего бутадиена вакуумированием и далее поступает в отпарную колонну 4 для окончательной отдувки мономеров стирола и бутадиена паром.

5. Выделенные бутадиен и стирол сжижают в конденсаторах5, 6 и возвращают на полимеризацию.

6. Латекс, очищенный от мономеров, затем направляют на коагуляцию раствором электролита (NaCl, H₂SO₄ или CH₃COOH) (Рис. 12.7):

Рис. 12.7. Схема получения каучука из латекса: 1 – коагулятор; 2 – вибросито; 3 – промывочный аппарат; 4 – барабанный вакуум-фильтр; 5 – сушилка.

7. В каскаде коагуляторов 1 при медленном перемешивании латексные частички агломерируются и в виде пульпы подаются в вибросито 2.

8. На вибросите каучук промывается водой и отделяется от электролита.

9. Окончательную отмывку каучука от водорастворимых примесей осуществляют в промывочном аппарате 3, из которого пульпа, содержащая 8-10% каучука, поступает на барабанный вакуум-фильтр, где отделяется от воды, отжимается и направляется в сушилки.