ИЗОПРЕНОВЫЕ КАУЧУКИ СИНТЕТИЧЕСКИЕ

Каучуки синтетические

Существуют особые группы синтетических каучуков, такие, как:

• наполненные каучуки — смеси каучука с наполнителями или пластификаторами
• водные дисперсии каучуков — латексы
• жидкие каучуки — отверждающиеся олигомеры

Первое промышленное производство синтетического каучука (натрий-бутадиенового) было начато в СССР в 1932 году. Произошло это благодаря тому, что страна нуждалась в сырьевой базе для резиновой промышленности. Природных каучуконосов на территории Советского Союза было недостаточно или не было вовсе, из других стран каучук не завозился.

Применение каучуков

Каучуки применяют для электроизоляции, изготовления медицинских приборов, средств контрацепции, тканей, обуви, строительных материалов, лент, ремней, трубок. Всего около 50 тысяч наименований изделий.

Наиболее массовое использование каучуков — это изготовление резин для авиационных, автомобильных, велосипедных и прочих шин.

В ракетной технике синтетические каучуки используются как полимерная основа при изготовлении твёрдого ракетного топлива.

Основные виды синтетических каучуков

Кремнийорганические каучуки (силиконовые) — один из видов кремнийорганических соединений невысокой молекулярной массы. Физиологически инертны. Используются в производстве трубок для переливания крови, оболочек кабелей и проводов, протезов (искусственных клапанов сердца), изделий пищевого назначения. Жидкие кремнийорганические каучуки — герметики.

Изопреновые каучуки — синтетические полиизопрены. Резины из изопреновых каучуков отличаются эластичностью и высокой механической прочностью. Заменяют натуральный каучук в производстве конвейерных лент, резин, шин, обуви, спортивных и медицинских изделий.

Бутадиен-нитрильные каучуки (дивинилнитрильные, нитрильные, СКН, БНК) — продукт сополимеризации бутадиена с акрилонитрилом. Резины из БНК масло- и бензостойки (производство конвейерных лент, сальников).

Бутадиеновые (дивиниловые) каучуки — продукт полимеризации бутадиена — первый в мире синтетический промышленный каучук, получен в Советском Союзе в 1932 году.

Нестереорегуляторный бутадиеновый каучук применяется главным образом для производства кислото- и щёлочестойкой резины, эбонита, стереорегуляторный — в производстве шин (по износоустойчивости превосходят шины из натурального каучука).

Бутадиен-стирольные (дивинилстирольные, стирольные, СКС, БКС) каучуки — продукт сополимеризации бутадиена со стиролом. Резины из БСК прочны, износостойки: автомобильные шины, конвейерные ленты, резиновая обувь.

Бутилкаучук — продукт полимеризации изобутилена с небольшими количествами изопрена. Резины на основе бутилкаучука устойчивы к химическим реагентам, атмосферостойки, обладают хорошими электроизоляционными свойствами, низкой газопроницаемостью (изоляция кабелей и проводов, производство камер автомобильных шин).

Хлоропреновый каучук (наирит, неопрен) — продукт полимеризации хлоропрена. Резины из хлорпренового каучука атмосферо-, масло-, бензостойки. Применяется в производстве конвейерных лент, ремней, рукавов, клеёв.

Уретановые каучуки — полиуретаны, получаемые взаимодействием полиэфиров с концентрированными ОН-группами и диизоцианатов. Высокие износостойкость, прочность, масло- и бензостойкость, устойчивость к действию озона, света, радиации, вибростойкость. Массивные шины, износостойкие покрытия, подошвы для обуви, клеи, герметики, искусственная кожа.

Полиизобутилен — гомополимер изобутилена. Высокая устойчивость к агрессивным средам, водо-, газонепроницаемость, хорошие диэлектрические свойства, озоностойкость, термостойкость. Электроизоляция, прорезиненные ткани, антикоррозийные покрытия, герметизирующие составы, клеи.

Этилен-пропиленновые каучуки — сополимеры этилена с пропиленом и третьим диеновым мономером. Высокие тепло-, озоно-, атмосферостойкость, стойкость к окислению, действию воды, кислот и щелочей, высокие диэлектрические свойства. Автокамеры, прорезиненные ткани, теплостойкие резинотехнические изделия, изоляция кабелей и проводов.

Фторкаучуки — продукты полимеризации фторорганических соединений, преимущественно смесей винилиденфторида с трифторхлорэтиленом или с гексафторпропиленом. Резины из фторкаучуков термостойки, негорючи, устойчивы к окислителям, топливам, маслам. Используются в основном для производства различных уплотнителей, эксплуатируемых при температуре выше 200 градусов.

Названия некоторых резин, коды ASTM (American Standard (of) Testing Materials) и по-русски

Изопреновый каучук

Введение
• 1 История
• 2 Свойства
• 3 Недостатки
• 4 Применение

Изопреновый каучук/ IR — синтетический каучук, получаемый применением новых комплексных катализаторов стереоспецифической полимеризации в растворителях. Химический состав изопрена приблизительно идентичен натуральному каучуку. Поэтому, свойства этих двух эластомеров похожи.

Синтетические изопреновые каучуки хорошо совмещаются со всеми диеновыми каучуками. Важнейшее свойство диенов — их способность к полимеризации, которая используется для получения синтетических каучуков.

При полимеризации изопрена получают изопреновый каучук:

nСН2=С(СН3)-СН=СН2 → (-СН2-С(СН3)=СН-СН2-)n

Этот синтетический каучук является в основном транс-1,4-полиизопреном. Полимеризация изопрена под действием таких инициаторов, как натрий или калий в малополярных растворителях, приводит к образованию 1,2-, 3,4- и транс-1,4-полиизопрена.

При полимеризации изопрена в отсутствие стереохимического контроля в принципе возможно образование различных полимерных продуктов.

1. История

Натуральный каучук — это изопреновый каучук. Поэтому перед учёными стояла задача получить синтетический изопреновый каучук. Синтез такого каучука был осуществлён. Но свойств натурального каучука в полной мере достичь не удавалось.

Причину этого установили, когда изучили пространственное строение натурального каучука.

Оказалось, что он имеет стереорегулярное строение, группы -СН2- в макромолекулах каучука расположены не беспорядочно, а по одну и ту же сторону двойной связи в каждом звене, то есть находятся в цис-положении.

2. Свойства

• рабочий диапазон температур: от −55 °C до +80 °C; низкая температура стеклования (около −70ºС);
• кристаллизация при растяжении или при охлаждении: полупериод кристаллизации нерастянутого каучука СКИ-3 — более 20 ч. Способность СКИ кристаллизоваться при растяжении и гибкость его макромолекул обусловливают высокие эластичность и прочность ненаполненных и наполненных резин на его основе, а также хорошие динамические свойства. Наименьшее относительное удлинение, при котором наблюдается образование кристаллической фазы при 20 °C, составляет для резин на его основе 300—400 %;
• отличная эластичность по отскоку;
• очень хорошая прочность на раздир и истирание, прочность на разрыв;
• хорошая электроизоляционная стойкость;
• растворимость = 16,8 (МДж/м3); хорошая водостойкость, очень низкая стойкость к маслам, бензинам и углеродным растворителям. Каучуки выпускают с заданной вязкостью. При переработке необходимо строго соблюдать температурные режимы смешения, разогрева и формования.

3. Недостатки

Плохая стойкость к высокой температуре, озону и солнечному свету.

Основным недостатком СКИ, связанным с особенностями молекулярной структуры и ММР, является пониженная когезионная прочность резиновых смесей на их основе (пониженная скоростью кристаллизации синтетического полиизопрена, отсутствие в макромолекулах функциональных полярных групп). При сборке неформовых, клееных и других изделий возникают затруднения, связанные с повышенной липкостью смесей и полуфабрикатов, недостаточной каркасностью, текучестью при транспортировке и хранении.

4. Применение

Использование комплексных катализаторов на основе производных титана и алюминия дает возможность получить каучуки типа СКИ-3 с высоким содержанием цис-1,4-звеньев, присоединенных почти исключительно по типу «голова к хвосту».

СКИ-3 имеет регулярную структуру, содержит не каучуковые компоненты, а также отсутствуют функциональные группы в молекулярных цепях полимера. Каучук имеет узкое молекулярно-массовое распределение. Он содержит 15-40 % гель-фракции.

Вследствие высокой непредельности вулканизацию СКИ-3 можно осуществлять с применением вулканизующих систем, содержащих серу и органические ускорители вулканизации, а также бессерными системами: тиурамом, органическими перекисями, фенолформальдегидными смолами, производными малеимида и другими веществами. В промышленности применяются главным образом серные вулканизующие системы. Обычно температура вулканизации серных смесей на основе СКИ-3 равна 133—151 °C. Для них характерно наличие оптимума вулканизации по сопротивлению разрыву и небольшое плато вулканизации.

Поскольку СКИ склонен к кристаллизации, то вулканизаты на его основе, даже не наполненные, обладают высокой прочностью до 30 МПа. При повышенных температурах сопротивление раздиру и прочность понижаются. Благодаря отсутствию азотсодержащих веществ и малой зольности СКИ характеризуются .

скачать
Данный реферат составлен на основе статьи из русской Википедии. Синхронизация выполнена 15.07.11 00:20:34
Похожие рефераты: Каучук, Натуральный каучук, Хлоропреновый каучук, Искусственный каучук, Синтетический каучук, Этилен-пропиленовый каучук, Бутадиен-метилстирольный каучук, Каучук (футбольный клуб), Бутадиен-стирольный каучук.

Категории: Пластмассы.

Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareA.

Каучук

Каучу́ки — натуральные или синтетические эластомеры, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём вулканизации получают резины и эбониты.

Природный каучук

Высокомолекулярный углеводород (C5H8)n, цис- полимер изопрена; содержится в млечном соке (латексе) гевеи, кок-сагыза (разновидности одуванчика) и других растений. Растворим в углеводородах и их производных (бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде и т. д.).

В воде, спирте, ацетоне натуральный каучук практически не набухает и не растворяется. Уже при комнатной температуре натуральный каучук присоединяет кислород, происходит окислительная деструкция (старение каучука), при этом уменьшается его прочность и эластичность.

При температуре выше 200 °C натуральный каучук разлагается с образованием низкомолекулярных углеводородов.

Натуральный каучук перерабатывают в резину. В сыром виде применяют не более 1 % добываемого натурального каучука (резиновый клей). Более 60 % натурального каучука используют для изготовления автомобильных шин. В промышленных масштабах натуральный каучук производится в Индонезии, Малайзии, Вьетнаме.

Синтетические каучуки

Первым синтетическим каучуком, имевшим промышленное значение, был полибутадиеновый (дивиниловый) каучук, производившийся синтезом по методу С. В.

Лебедева (анионная полимеризация жидкого бутадиена в присутствии натрия), однако из-за невысоких механических качеств нашёл ограниченное применение.

В Германии бутадиен-натриевый каучук нашёл довольно широкое применение под названием «Буна».

Изопреновые каучуки — синтетические каучуки, получаемые полимеризацией изопрена в присутствии катализаторов — металлического лития, перекисных соединений. В отличие от других синтетических каучуков изопреновые каучуки, подобно натуральному каучуку, обладают высокой клейкостью и незначительно уступают ему в эластичности.

В настоящее время большая часть производимых каучуков является бутадиен-стирольными или бутадиен-стирол-акрилонитрильными сополимерами.

Каучуки с гетероатомами в качестве заместителей или имеющими их в своём составе часто характеризуются высокой стойкостью к действию растворителей, топлив и масел, устойчивостью к действию солнечного света, но обладают худшими механическими свойствами. Наиболее массовым в производстве и применении каучуками с гетерозаместителями являются хлоропреновые каучуки (неопрен) — полимеры 2-хлорбутадиена.

В ограниченном масштабе производятся и используются тиоколы — полисульфидные каучуки, получаемые поликонденсацией дигалогеналканов (1,2-дихлорэтана, 1,2-дихлорпропана) и полисульфидов щелочных металлов.

Первой страной, наладившей масштабное производство синтетического каучука, стал СССР. В 1931 году был построен опытный завод в Ленинграде.

7 июля 1932 года был запущен первый промышленный завод по производству синтетического каучука — ярославский СК-1; в этот день была получена первая в мире промышленная партия синтетического (натрий-бутадиенового) каучука.

В 1932 году в СССР строились три крупных завода по производству синтетического каучука: СК-1 в Ярославле, СК-2 в Воронеже (запущен осенью 1932 года) и СК-3 в Ефремове (запущен в 1933 году). В 1932 году начал производить синтетический каучук завод «Красный Треугольник».

В 1961 на Куйбышевском заводе СК (ныне Тольяттикаучук) впервые в промышленном масштабе получили дивинил-альфа-метилстирольный каучук. Здесь его стали делать по новой технологии – не из пищевого сырья, а из нефтехимических продуктов. В 1964 году на заводе впервые в мире в промышленном масштабе получили изопреновый каучук, аналогичный натуральному каучуку. В 1982 году в Тольятти стали выпускать новую для страны марку — бутилкаучук.

Основные типы синтетических каучуков:

• Изопреновый
• Бутадиеновый каучук
• Бутадиен-метилстирольный каучук
• Бутилкаучук (изобутилен-изопреновый сополимер)
• Этилен-пропиленовый (этилен-пропиленовый сополимер)
• Бутадиен-нитрильный (бутадиен-акрилонитрильный сополимер)
• Хлоропреновый (поли-2-хлорбутадиен)
• Силоксановый каучук
• Фторкаучуки
• Тиоколы

Промышленное применение

Наиболее массовое применение каучуков — это производство резин для автомобильных, авиационных и велосипедных шин.

Из каучуков изготавливаются специальные резины огромного разнообразия уплотнений для целей тепло- звуко- воздухо- гидроизоляции разъёмных элементов зданий, в санитарной и вентиляционной технике, в гидравлической, пневматической и вакуумной технике.

Каучуки применяют для электроизоляции, производства медицинских приборов и средств контрацепции.

Как получают синтетический изопреновый каучук

У натурального каучука много аналогов, и одним из самых многотоннажных считается изопреновый каучук. Промышленность выпускает самые разнообразные типы этой продукции, отличающиеся и свойствами, и видом катализаторов, которые были применены — литиевые, комплексные и тому подобные.

Как получается каучук

Изопреновый каучук является синтетическим, он стереорегулярен, а получают его посредством полимеризации изопрена, помещённого в среду инертного растворителя с комплексным катализатором. Так делается, например, СКИ-3. Полимеризация изопрена в растворе должна быть непрерывной, для этого существуют батареи из четырёх — шести полимеризаторов, которые охлаждаются рассолом.

Мономер в шихте концентрирован до двенадцати — пятнадцати процентов, тогда степень превращения будет достигать девяноста пяти процентов, а продолжительность составит два-три часа при температурах от нуля до десяти градусов по Цельсию. Если необходимо получить высокомолекулярный изопреновый каучук, нужна чистота реагентов, применяемых в полимеризации, очень высокой степени.

Стабилизация и сушка

Чтобы полимер оградить от окисления, нужно его стабилизировать при помощи смеси фенилендиамина и неозона, которые нужно ввести в полимеризат как раствор или водную суспензию.

Чтобы выделить изопреновый каучук из полимеризата как крошку, полимеризат нужно смешать с паром и водой, затем ввести добавки, которые предотвращают агломерирование (комкование). После этого необходимо отогнать растворитель.

Теперь предстоит провести процессы дегазации, отделения крошки от воды и сушки в червячных машинах и ленточных сушилках. По окончании этого процесса получение изопренового каучука можно считать оконченным.

Теперь предстоит его брикетирование на автоматических установках под прессом. Марка СКИ-3 — синтетический изопреновый каучук, который выпускается в брикетах по тридцать килограммов каждый.

Брикет завёрнут в полиэтиленовую плёнку и помещается в четырёхслойный бумажный мешок.

Эта плёнка вполне хорошо перерабатывается одновременно с содержимым, которое составляет изопреновый каучук, свойства его с температурой смешения вполне позволяют полиэтилен размягчить и перемешать его с основной массой в резиносмесителе.

Структура

Каждый каучук, который выпускается промышленностью, имеет собственную характеристику и присущие только этой разновидности свойства.

У одних каучуков хороша механическая прочность, у других — стойкость к химическим воздействиям или газонепроницаемость, у третьих нет боязни при изменениях температуры и так далее. Свойства отдельных синтетических каучуков превосходят натуральный по многим параметрам и во много раз.

Только эластичность натурального каучука превзойти пока не удалось, а это важнейшее свойство для таких изделий, как авиационные или автомобильные шины.

При эксплуатации они всегда испытывают огромную деформацию — и растяжение, и сжатие, что вызывает межмолекулярное трение, нагрев и потерю качеств. То есть, чем выше эластичность каучука, тем долговечнее изделие.

Именно по этой причине натуральный каучук пока не вышел из обихода, и именно он используется для производства шин скоростных и большегрузных самолётов и автомобилей.

Натуральный каучук — полимер изопрена, именно поэтому столь велики работы учёных над тем, чтобы аналогом натуральному стал изопреновый каучук.

Формула

Ресурсы добычи натурального каучука весьма ограничены. Обычный, получаемый в природе каучук имеет формулу С5Н8, как оказалось, она абсолютно идентична молекулярной формуле изопрена, который образуется при нагревании каучука, в продуктах его разложения.

Задача состоит в том, чтобы найти достаточно доступный способ. А изопреновый каучук получают при реакции полимеризации, и тут важно правильно выстроить течение этой реакции. Полимеризация происходит так: nCH2 = C(CH3) — CH = CH2 —-> (-CH2 — C(CH3) = CH — CH2)n.

Самым перспективным методом пока является способ каталитического дегидрирования изопентана, который выделяется из нефтяных газов.

Существует и способ полимеризации, при котором реакция получения изопренового каучука выстроена так, что получается каучук, очень похожий по своему строению на натуральный и, значит, обладающий теми же прекрасными свойствами.

Изопрен

Изопрен является ненасыщенным углеводородом, принадлежащим к диеновому ряду. Представляет собой летучую бесцветную жидкость. Запах очень характерный.

Изопреновый каучук — мономер натурального, поскольку остаток его молекулы вошёл во многие другие природные соединения — изопреноиды, терпеноиды и тому подобные. В органических растворителях растворяется.

С этиловым спиртом, например, может быть смешан в любом соотношении. А вот в воде растворяется плохо.

Зато легко образует структурное звено изопренового каучука при полимеризации, за счёт чего получаются изопреновые гуттаперчи и каучуки. Также изопрен может вступать в разные реакции при сополимеризации.

В промышленности он незаменим, поскольку с его помощью происходит синтез каучуков, медицинских препаратов и даже некоторых душистых веществ.

В нашей стране производство синтетического изопренового каучука развивается давно, и составляет примерно двадцать четыре процента от мирового производства.

История

Первый изопрен был получен в 1860 году методом пиролиза из натурального каучука. пиролиз — это термическое (при высоких температурах) разложение многих неорганических и органических соединений в условиях недостатка кислорода. Позже была изобретена изопреновая лампа — электрическая, с нагреваемой спиралью, при помощи которой в лабораториях термически разлагали скипидарное масло.

Вторая мировая война принесла огромную потребность в изопреновых каучуках, и потому изопрен научились добывать в промышленных масштабах посредством пиролиза лимонена. И всё-таки изопрен был слишком дорог для массового производства синтетических каучуков. Ситуация изменилась, когда был найден способ получения его из нефти. Тогда начали бурно развиваться технологии по полимеризации изопрена.

Роль в экономике

Самое главное в планировании производства такого продукта, как изопреновый каучук, — правильный выбор места расположения, потому что придётся доставлять фракции разделения С5 к месту назначения из сразу нескольких предприятий, которые проводят крекинг. На втором месте по значимости — учёт в планах места утилизации оставшихся углеводородов от фракции С5.

К началу девяностых годов двадцатого века Западная Европа производила около восьмидесяти пяти тысяч тонн диенов С5, из которых сорок четыре тысячи тонн составлял димеризованный циклопентадиен и двадцать три тысячи тонн — изопрен. Остальное — около пятнадцати тысяч тонн — составляли пиперилены. Через десять лет мировой объём производства изопрена возрос до восьмисот пятидесяти тысяч тонн в год.

Свойства

В стандартных условиях изопрен, как уже было сказано, — это летучая бесцветная жидкость, в воде почти не растворяющаяся, но смешивающаяся в любых соотношениях с диэтиловым спиртом, эталоном, бензолом, ацетоном.

Изопрен способен образовывать азеотропные смеси с целым рядом разнообразных органических растворителей.

Химические свойства изопрена представляют его как типичный сопряжённый диен, который вступает в реакции замещения, присоединения, комплексообразования, циклизации, теломеризации. Активен в реакции с электрофилами и диенофилами.

Применение

Основная часть изопрена, который производится в настоящее время, используется в синтезе изопренового каучука, похожего по строению и свойствам на природный каучук. Применяется особенно широко для производства шин.

Ещё существует другой продукт полимеризации изопрена — полиизопрен, который используется значительно меньше, поскольку обладает свойствами гуттаперчи. Из него изготавливаются, например, изоляция для проводов и шары для гольфа.

Изопреновый каучук применяется для изготовления всевозможных резиновых изделий, где сочетаются натуральные и другие синтетические каучуки.

Например, чтобы понизить липкость, добавляются бутадиен-метилстирольные каучуки, к тому же повышается усталостная выносливость, если деформации многократны. Нитриты добавляют озоностойкости и сопротивлению к тепловому старению.

Таким образом, соблюдая комплекс технических свойств, изопреновые каучуки прекрасно проявляют себя при использовании транспортёрных лент, всасывающих или напорных рукавов, при обкладке валов машин, в производстве обуви, медицинских и других изделий.

Экологическая опасность

Изопрен легко взрывается и воспламеняется. В больших концентрациях в организме может привести к параличу и летальному исходу. В основном это происходит при атмосферном насыщении, а потому метаболизм идёт в дыхательной системе, когда изопрен превращается в эпоксиды и диолы.

Высокой концентрацией считается сорок миллиграммов на кубический метр — это предельная доза. Небольшие концентрации изопрена в воздухе могут оказать на человека наркотическое воздействие, вызвать раздражение глаз, кожи, дыхательных путей и слизистых оболочек.

Биология

Современные учёные обнаружили, что пары изопрена выделяют в атмосферу почти все растения. Мировой объём фитогенного изопрена приблизительно оценивают в (180-450).1012 граммов углерода в год.

Этот процесс ускоряется, если температура воздуха приближается к тридцати градусам по Цельсию, а также если высока интенсивность солнечного излучения в то время как фотосинтез уже насыщен полностью. Биосинтез изопрена ингибирован фосмидомицином и соединениями целого ряда статинов. Зачем растения делают это — до конца не выяснено.

Возможно, изопрен даёт им дополнительную устойчивость к перегреванию. Помимо этого, он является уловителем радикалов, значит, может защищать растения от активных форм кислорода и от воздействия озона.

Также учёные предполагают, что синтез изопрена заставляет постоянно затрачивать молекулы НАДФН и АТФ, которые растение нарабатывает во время фотосинтеза. Значит, выделение изопрена предохраняет от фотоокислительного разрушения и перевосстановления, если освещение чрезмерно.

Недостаток у этого механизма защиты может быть один: углерод, который с таким трудом добывается в процессе фотосинтеза, тратится на выделение изопрена.

На растениях учёные не остановились и выяснили, что человеческий организм тоже умеет вырабатывать диеновые углеводороды, и изопрен среди них встречается наиболее часто.

Недостатки

Плохая стойкость к высокой температуре, озону и солнечному свету.

Очень низкая стойкость к маслам, бензинам и углеродным растворителям.

Основным недостатком СКИ, связанным с особенностями молекулярной структуры и ММР, является пониженная когезионная прочность резиновых смесей на их основе (пониженная скоростью кристаллизации синтетического полиизопрена, отсутствие в макромолекулах функциональных полярных групп). При сборке неформовых, клееных и других изделий возникают затруднения, связанные с повышенной липкостью смесей и полуфабрикатов, недостаточной каркасностью, текучестью при транспортировке и хранении.

Ссылки и источники