Синтетический каучук

Каучук – это природный или искусственный полимер, широко используемый в промышленности. Благодаря способности к высокоэластичным деформациям в широком температурном диапазоне, синтетический каучук отлично подходит для производства резины и изделий из нее. Физико-химические свойства синтезированного сырья по многим показателям превышают показатели природного материала.

Производство эластомеров и их химическая формула

Первое искусственное каучукоподобное вещество было получено в конце XIX века при обработке 2-метилбутадиена соляной кислотой. До этого в течение многих лет не прекращались попытки его производства. путем химического анализа натурального вещества, содержащегося в соке каучуконосных растений. В результате обнаружилось, что у природного каучука состав на 90% массы включает полиизопрен. 

В промышленном масштабе этот полимер получили лишь в 30-х годах XX века. Сырьем выступал этиловый спирт, из которого производили бутадиен. Далее он синтезировался, и в качестве катализатора применяли металлический натрий. Отсюда и название первого искусственно созданного продукта – натрий-бутадиеновый каучук.

В настоящее время выпускается большой ассортимент этих полимеров. Они составляют большую часть производимых эластомеров. Данные высокомолекулярные соединения принято классифицировать по мономерам, которые использовались для их получения. Рассмотрим подробнее, из чего делают синтетический каучук.

Чаще всего его синтезируют из следующих мономеров:

• Изопрен;
• Бутадиен;
• Дивинил;
• Стирол;
• Пропилен;
• А-метилстирол;
• Хлоропрен и др.

Для улучшения характеристик каучуков, полученных из сопряженных диеновых углеводородов, их полимеризуют с другими мономерами.

Молекулярное строение этих полимеров представляет собой углеродные цепи, которые в свою очередь состоят из скрученных кубиков (структурных звеньев) и могут растягиваться и снова сжиматься.

Ниже приведем характерные для наиболее распространенных искусственных каучуков формулы:

Бутилкаучук:

Неопрен:

Изопреновый каучук:

Бутадиеновый СКД:

Полиорганосилоксан:

В большинстве случаев полимерные цепи имеют двойные связи, которые позволяют создавать пространственные сетки при вулканизации. Именно особым строением макромолекулы и обусловлены основные свойства резины.

Основной способ получения эластомеров из диенов – полимеризация по ионному или радикальному механизму. Первый процесс получил название растворного, второй – эмульсионного. Некоторые виды получают с помощью поликонденсации. Промышленное производство выполняется в каскадах реакторов, оснащенных перемешивающими устройствами.

Готовый полуфабрикат сушат, формируют гранулы или спрессовывают в брикеты. Также популярна порошкообразная форма сырья, так как это облегчает дальнейшее производство резиновых смесей.

Виды синтетического каучука

Изопреновые материалы получают полимеризацией при участии катализаторов (перекисные соединения, литий металлический). Этот искусственный каучук по своим характеристикам близок к натуральному материалу, он клейкий и эластичный.

Наиболее востребованы в промышленности сополимеры, а именно бутадиен-стирольные каучуки. Из этого вида сырья с помощью процесса вулканизации производится резина для автомобильных шин и камер. Также широко применяется бутадиен-нитрилакриловый каучук. Он устойчив к воздействию масел, растворителей и бензина. 

Большое техническое значение имеет хлоропреновый каучук. Его получают самопроизвольной полимеризацией хлоропрена. Эта жидкость, являющаяся основным сырьем для каучука, закипает при температуре 590 С. На выходе образуется твердый материал, который обладает термостойкостью и негорючестью. Из него производят:

• Оболочки для кабелей;
• Латексы;
• Водолазные костюмы;
• Конвейерные ленты и проч.

Кремнийорганические и фторорганические каучуки отличаются стойкостью к высоким и низким температурам. Кроме того, им свойственна химическая инертность, благодаря чему они получили распространение в пищевой промышленности и медицине.

Также выделяют некоторые специфические группы эластомеров. К ним относятся латексы (водные дисперсии), жидкие и наполненные каучуки (с добавлением пластификаторов).

Физико-химические свойства каучуков, их применение

Синтетические каучуки разделяют по применению. Материалы общего назначения применяют для производства большого количества изделий, где главным требованием является эластичность при стандартной температуре эксплуатации. К такой продукции относятся:

• Автомобильные покрышки;
• Шланги;
• Рукава;
• Обувь и др.

Из сырья специального назначения изготавливают продукцию, которая эксплуатируется в сложных или даже экстремальных условиях. К таким продуктам предъявляются специфические требования: устойчивость к воздействию мороза, огня, озона, масел и проч.