Главная » Бутадиеновые каучуки

БУТАДИЕНОВЫЕ КАУЧУКИ

Бутадиеновые каучуки получают полимеризацией бутадиена в присутствии различных катализаторов. В зависимости от типа применяемых катализаторов и способа полимеризации получаются каучуки с разной микроструктурой и техническими свойствами.

Все бутадиеновые каучуки подразделяются на:

- стереорегулярные,

- нестереорегулярные.

К стереорегулярным относятся каучуки, в молекулах которых не меньше 85%  мономерных групп.  К ним относятся бутадиеновые каучуки, получае­мые с помощью комплексных катализаторов Циглера-Натта ко­бальтового, никелевого и титанового типов, а также каучук, полу­чаемой с помощью литий-органического катализатора.

К бутадиеновым и эмульсионным каучуком нестереорегулярного строения относятся каучуки, получаемые в присутствии щелочных металлов.

Нестереорегулярные бутадиеновые каучуки

Нестсреорегулярный и натрий-бутадиеновый каучук (СКВ), по­лучаемый по способу С. В. Лебедева, является первым синтетиче­ским каучуком, производство которого было организовано в круп­ных масштабах в нашей стране. Долгое время он был основным каучуком общего назначения и вместе с натуральным применялся при изготовлении разнообразных резиновых изделий.

СКВ получают полимеризацией бутадиена в массе в присутст­вии металлического натрия. Полимеризация длится несколько де­сятков часов при температуре 50-60 ^оС  и максимальном давлении в полимери­заторе 0,9 МПа.

Цвет СКВ— желтый с зеленоватым или коричневатым оттен­ком; по степени полимеризации и пластичности каучук неодноро­ден, легко окисляется, содержит примеси летучих веществ, а также металлического натрия и его соединений.

Для улучшения технических свойств каучука его обрабатывают в вакуумсмесителе с целью удаления летучих веществ. Затем к нему добавляют противостаритель  и стеариновую кислоту. Далее каучук обрабатывают на рафинировочных пальцах для очистки от жестких включений и придания ему большей однород­ности.

На рафинировочных вальцах каучук обрабатывается в зазоре между вращающимися валками и выходит из зазора в виде тон­кого листа.

Для удаления из общей массы каучука мелких жестких частиц каучука с высокой степенью полимеризации, называемых хрящами, валки рафинировочных вальцов имеют слегка бочкообразную фор­му т. е. имеют бомбировку. При обработке каучука жесткие вклю­чения оттесняются к краю валков, отделяются от основной массы каучука и в виде кромки снимаются с краев валка с помощью специальных кромочных ножен. Так получается рафинированный каучук.

При обработке каучука на рафинировочных вальцах с зазором между валками больше 0,1 мм получают брекированный каучук, а при еще большем зазоре -вальцованный каучук.

СКВ упаковывают в мешки, пропитанные нитролаком, или в прорезиненные мешки.

В зависимости от способа полимеризации выпускают СКВ двух типов: стержневой и бесстержневой, пластичность получаемых каучуков находится в пределах от 0,1 до 0,66.

Марки каучука обозначают числом, соответствующим пластич­ности. Например, пластичность каучука марки 40 составляет 0,36—0.40.

Для обозначении способа полимеризации, метода обработки, содержания мягчителей и назначения каучука к числовому обо­значению марки каучука прибавляется буквы.

Буквы, стоящие за числовым обозначением марки каучука, оз­начают:

с — стержневои полимеризации,

б - бесстержневой полимеризации,

р – рафинированный,

к — брекированный,

в – пальцопанный,

д — предназначенный для резин с повышенными ди­электрическими свойствами,

э — предназначенный для эбонитовых и баллонных изделий,

щ — для резиновых изделий, соприкасаю­щихся с пищевыми продуктами.

Каталитической полимеризацией бутадиена в присутствии ка­лия получают каучук СКВ, отличающийся повышенной морозо­стойкостью.

Полимеризацией бутадиена бесстержневым способом в присут­ствии лития в качестве катализатора получают каучук СКБМ. Этот каучук обладает еще более высокой морозостойкостью, чем СКВ.

Применение. В связи с производством стереорегулярных бута­диеновых каучуков СКБ потерял свое техническое значение, при­менение его значительно сократилось по сравнению с другими каучуками. Причина этого состоит в том, что стереорегулярные бутадиенииые каучуки имеют более ценные технические свойства, они в большей степени отвечают современным требованиям резинового производства, получаются по непрерывной схеме при меньших за­тратах ручного труда.

В  настоящее время СКБ, СКВ, СКБМ  применяются  как

специального назначения и используются при изготовлении некоторых пищевых, морозостойких, кислотощелочестоиких ре­зин, а также эбонитовых и асбестовых изделий. В дальнейшем предполагается заменить их в производите этих изделий на бу­тадиеновые каучуки типа СКБС (линейной структуры) и СКБСР (разветвленной структуры), ко­торые получаются более совершенной растворной полимеризацией. Их вулканизаты отличаются высокой стойкостью к термоокислительной деструкцией к тепловому старению и по комплексу физикомеханических свойств близки к резинам из СКБ.

Стереорегулярные бутадиеновые каучуки

Стереорегулярные бутадиеновые каучуки получают полимери­зацией бутадиена в растворителях в присутствии комплексного ка­тализатора.

Непрерывная полимеризация производится в батарее полимери­заторов при температурах 25—30°С и давлении до 1,0 МПа в течение 4 - 8 ч. После удаления основной массы непрореагировавшего мономера и части растворителя в вакуумиспарителе к полимеризату добавляется антиоксидант (противостаритель), затем полимеризат подвергают водной дегаза­ции. Обработкой паром отделяют растворитель от каучука, при этом удаляется большая часть оставшихся продуктов распада ка­тализатора, растворившихся в воде.

Стереорегулярные бутадиеновые каучуки выпускают в виде брикетов массой около 30 кг, завернутых в полиэтиленовую пленку и упакованных в четырехсложные бумажные мешки.

Свойства 

Относительно высокая гибкость макромолекули подвижность макромалекулярных цепей СКД является причиной более низ­кой температуры стеклования по сравнению с температурой стек­ловании натурального канчуки. Температура стеклования промыш­ленного СКД находится в пределах от -105 до - 110°С с повы­шением содержания 1,4-звеньев она понижается.

Бутадиеновые каучуки при содержании более 80% цис-звеньев способны кристаллизоваться при охлаждении. Максимальная ско­рость кристаллизации СКД наблюдается при температурах от -55 до -60^оС. При уменьшении содержания цис-1,4-звеньев,  молеку­лярной массы каучука и в результате вулканизации скорость и сте­пень кристаллизации каучуки понижаются.

Каучуки СКД разных марок отличаются вязкостью, вальцуемостью и физико-механическими свойствами вулканизатов (наполненных техническим углеродом).

Резины на основе СКД обладают рядом ценных свойств:

- высокоэластичностью,

- повышенной износостойкостью и исключитель­но высокой морозостойкостью. Недостатком СКД является его малая когезионная прочность (прочность в невулканизированном со­стоянии) и хладотекучесть, т.е. повышенная текучесть при нормальной температуре и сравнительно малых нагрузках, что за­трудняет получение и хранение каучука и резиновых смесей на его основе. Кроме того, резиновые смеси на оспине СКД обладают пло­хими технологическими свойствами из-за узкого ММР, низкой ад­гезии к металлу и высокой эластической восстанавливаемости, осо­бенно при повышенных температурах.

На свойства СКД, как и свойства других каучуков, большое влияние оказывают параметры молекулярной структуры:

- молеку­лярная масса,

- ММР,

- разветвленность,

- полидисперсность.

С увеличением молекулярной массы каучука жесткость и вязкость повышаются, а пластичность и вальцуемость ухудшаются. Одновременно повышаются условное напряжение резин (при удлинении 300%), прочность при растяжении, эла­стичность по отскоку и снижаются относительное и остаточное уд­линение, истираемость, теплообразование и сопротивление разра­станию пореза.

Молекулярная масса, разветвленность полимерных цепей промышленного СКД колеблются в узких пределах, в то же время ММР в зависимости от степени регулирования может ме­няться весьма существенно. С увеличением полидисперсности кау­чука заметно снижаются напряжение при 300%-ном удлинении, прочность при растяжении, твердость и эластичность по отскоку наполненных резин, что объясняется уменьшением густоты вулканизационной сетки, а относительное удлинение, теплообразование при многократном сжатии и истираемость возрастают.

В то же время с увеличением полидисперсности каучука улуч­шаются технологические свойства саженаполненных смесей, умень­шается продолжительность их изготовления, температура смеше­ния и вязкость резиновых смесей. Когезионная прочность каучука мало зависит от ММР и в основном определяется молеку­лярной массой.

Бутадиеновые каучуки хорошо растворяются в ароматических и хлорсодержащих углеводородах, бензине и циклогексане, хуже растворяются в ароматических углеводородах. Резины на их основе имеют низкую стойкость к действию масел, растворителей и топлив.

Эти каучуки и резины на их основе благодаря подвижности звеньев обладают несколько большей газопроницаемостью по сравнению с натуральном и бутадиен-стирольными каучуками.

По стойкости к тепловому старению резины на основе СКД уступают резинам на основе бутадиенстирольного каучука, но превосходят резины на основе натурального каучука, они отли­чаются также хорошей эластичностью, усталостной выносливостью и малым теплообразованием при многократных деформациях. Но износостойкости резины на основе СКД превосходит резины на основе других каучуков общего назначения благодаря большему взаимодействию каучука с активными наполнителями и понижен­ному коэффициенту трения.

СКД практически не пластицируются. Эффективность пластика­ции при обработке на промышленном оборудовании незначительна. При более высоких температурах эффект пластикации значительно возрастает, одновременно наблю­дается структурирование каучука.

Применение

СКД обычно применяют в сочетании с другими изопреновым синтетическим каучуком, натуральным, а также бутадиен- стирольными каучуками, которые улучшают тех­нологические свойства резиновых смесей, предназначенных для изготовления шин, транспортерных лепт, изоляции электрических ка­белей, морозостойких изделий, изделий с высокой динамической выносливостью и износостойкость и др.

Бутадиеновый каучук марки СКД-ЛР получают полимериза­цией в растворе в присутствии литиевого катализатора, в него вво­дят нетемнеющий противостаритель. Он обладает хорошей морозо­стойкостью, нетоксичен, не имеет неприятного запаха и поэтому ис­пользуется для изделий, применяемых в пищевой промышленности, медицине, санитарии.

К списку