Главная » Изопреновый каучук

ИЗОПРЕНОВЫЕ КАУЧУКИ

Аналогами натурального каучука являются синтетические каучуки. В промышленности выпускаются различные типы этих каучуков, несколько отличающиеся по свойствам и по виду применяемых катализаторов (комплексные, литиевые и др.). Одним из наиболее многотоннажных каучуков является изопреновый каучук «СКИ-З».

Получение

Изопреновый каучук, который является синтетическим каучуком - стереорегулярен, СКИ-З получается полимеризацией изопрена в среде инертного растворителя c присутствии комплексного катализатора.

Растворная полимеризация изопрена производится непрерыв­ным способом в батарее из 4—6 полимеризаторов, охлаждаемых рассолом. Концентрация мономера в шихте 12 -15%, степень пре­вращения изопрена 90—95%, продолжительность полимеризации при температурах от 0 до 10 °С составляет 2—3 ч. Для получе­ния высокомолекулярного полимера необходима высокая степень чистоты применяемых реагентов.

Стабилизация полимера с целью предохранения от окисления производится смесью неозона и фенилендиамина, которые вводят в продукт полимеризации (полимеризат) в виде раствора или водной суспензии. Для выделения каучука из полимеризата в виде крошки, полимеризат смешивают с водой и паром, вводят вещества, предотвращающие агломерирование крошки (образова­ние крупных агломератов, комков), и отгоняют растворитель.

Отделение крошки от воды и сушка изопренового каучука после дегазации производятся в ленточных сушилках и червячных машинах. После сушки производится брикетирование каучука на прессах и авто­матических установках.

Синтетический каучук марки СКИ-З выпускают брикетированным массой 30 кг, обернутым в полиэтиленовую пленку, а затем помещенным в четырехслойные бумажные мешки. Упаковочная пленка может перерабатываться вместе с каучуком, так как при температуре смешения полиэтилен размягчается и хорошо смешивается с каучуком в резиносме-сителе.

В настоящее время изопреновый каучук СКИ-З (ГОСТ 14925—73) выпус­кают двух групп: СКИ-З 1-й группы — с пластичностью 0,30—0,40, СКИ-З 11-й группы — с более высокой пластичностью 0,41—0,48.

Структура

Цис-Изопреновый каучук СКИ-З очень близок по строению к натуральному каучуку (НК).

Молекулярная цепь этого каучука содержит до 94—97% звеньев изопрена, соединенных в цис1,4-положении; остальные изопреновые звенья присоединены в транс- 1,4-положении (2—4%) и в положении 1,2 и 3,4 (1—2%).

Степень стереорегулярности микроструктуры зависит от типа ката­лизатора и условий полимеризации. Микроструктура полиизопрена оказывает первостепенное влияние на определяющие физико-механические свойства резины.

С увеличением содержания транс-1,4, 1,2 и 3,4-звеньев в полимере снижаются прочностные свойства при растяжении, эластичность по отскоку и, как пра­вило, относительное удлинение при разрыве, повышается темпе­ратура стеклования и ухудшается морозостойкость.

Кроме микроструктуры важнейшими молекулярными парамет­рами каучука СКИ-З является средняя молекулярная масса, молекулярно-массовое распределение, разветвленность золь-фракции (растворимая часть), содержание и строение гель-фракции (не­растворимая часть).

Свойства

Технологические и пластоэластические свойства изопренового каучука зависят от содержания и строения золь- и гель-фракций.

Средневязкостная молекулярная масса золь-фракции каучука СКИ-З составляет (0,55—1,0) – 10n, показатель полидисперсно­сти — 3.

С понижением молекулярной массы золь-фракции ухудшаются физико-механические свойства резин, а с ее увеличением умень­шается пластичность каучука (ниже 0,35), что вызывает затруд­нения при изготовлении резиновых смесей на шинных заводах. Считается, что СКИ-З для шин должен содержать 80—85% золь-фракции и 15—20% геля с плотностью (индексом набуха­ния ) более 25.

При увеличении содержания геля и его плотности понижается пластичность и повышается вязкость каучука по Муни, ухудшают­ся технологические свойства. Присутствие сильнонабухающего (рыхлого) геля приводит к возрастанию скорости пластикации каучука и улучшению физико-механических свойств резины, но при значительном его содержании (25—30%) увеличивается жесткость каучука и снижается его пластичность (до 0,35), что за­трудняет использование каучука в шинном производстве.

Наличие структур 1,2 и 3,4 в СКИ-3 затрудняет кристаллиза­цию. СКИ-3 кристаллизуется при растяжении или при понижении температуры, но в 3—4 раза медленнее кристаллизации натураль­ного каучука и имеет несколько меньшую степень кристаллич­ности. Это связывают с большей регулярностью микроструктуры натурального каучука и ориентирующим влиянием содержащихся в нем примесей и полярных групп, являющихся зародышами кри­сталлизации. Установлено, что при удалении примесей из нату­рального каучука путем экстрагирования ацетоном скорость его кристаллизации уменьшается и становится близкой к скорости кристаллизации СКИ-3. Эти особенности кристаллизации СКИ-3 по сравнению с кристаллизацией НК заметно не влияют на проч­ность при растяжении резин при 20 и 100 °С.

Плотность каучука СКИ-3 равна 910—920 кг/м3 (0,91 — 0,92 г/см3), температура стеклования минус 70°С. Изопреновые каучуки достаточно хорошо растворимы в ароматических и хлорсодержащих углево­дородах, бензине и не растворимы в спиртах и кетонах. Изопре­новые каучуки и резины на их основе обладают высокой газонепроницаемостью. Диэлектрические свойства резины на основе СКИ-3 равноценны резинам на основе НК. Удельное объем­ное сопротивление составляет 3,4-1012 Ом-м, диэлектрическая проницаемость 3,8, тангенс угла диэлектрических потерь 0,011, электрическая прочность 36 МВ/м (36 кВ/мм).

Резиновые композиции на основе изопренового каучука СКИ-3 стойки к действию воды, ацетона, этилового спирта и не стойки к действию бензина, минеральных, растительных и животных масел, ароматических и хлорсодержа­щих углеводородов, щелочей, аммиака и некоторых кислот (азот­ной, соляной, олеиновой, муравьиной и др.).

Цис-Изопреновый каучук претерпевает под действием различ­ных факторов превращения, аналогичные превращениям натураль­ного каучука.

В отличие от натурального каучука, синтетический каучук СКИ-3 не нуждается в предварительной пластикации, так как он выпускается с достаточ­но высокой пластичностью. Он легко смешивается с ингредиен­тами и другими каучуками. Смеси, изготовленные на его основе, легко каландруются и шприцуются, имеют гладкую глянцевую поверхность и обладают высокой клейкостью, меньшей, однако, чем смеси на основе натурального каучука. СКИ-3 более, чем НК, склонен к механической и термоокислительной деструкции, по­этому изготовление смесей рекомендуется производить при тем­пературах 70—115°С в возможно более короткие сроки.

При обработке на вальцах и другом технологическом оборудо­вании деструкции подвергаются прежде всего высокомолекуляр­ные фракции изопренового каучука СКИ-3, происходит разрушение геля, уменьшаются среднемассовая молекулярная масса Мm и индекс полидисперс­ности каучука, сужается ММР, увеличивается растворимость по­лимера.

Существенным недостатком синтетического каучука СКИ-3 по сравнению с НК являет­ся низкая прочность резиновых композиций на его основе (низкая когезионная прочность), затрудняющая их переработку и хранение. Этот недостаток объясняют отсутствием функциональных групп в молекулах СКИ-3. Он может быть устранен модификацией моле­кулярной структуры СКИ-З путем введения в молекулы каучука карбоксильных, сложноэфирных, гидроксильных, уретановых групп или атомов галогенов. Повышению когезионной прочности способ­ствует также частичное структурирование каучука нитрозо- и ди-нитрозосоединениями в процессе вы­сокотемпературной обработки его с активными сажами при 120— 160 °С на первой стадии смешения. Применение этих структурирующих напряжений, эластичности, усталостной выносливости и к пони­жению теплообразования при многократном сжатии резин.

Способность изопренового каучука СКИ-3 кристаллизоваться при растяжении и гиб­кость его молекулярных цепей определяют высокую эластич­ность и прочность ненаполненных и наполненных резин на его ос­нове, сохраняющиеся при температурах от 20 до 100 °С, а также хорошие динамические свойства. Однако температурный коэффи­циент падения прочности резин на основе СКИ-3 несколько выше, чем у резин на основе НК.

Не наполненные вулканизаты изопреновый каучук СКИ-3, как и вулканизаты дру­гих кристаллизующихся каучуков, обладают достаточно высокой прочностью при растяжении. Наполненные техническим углеродом (саженаполненные) резины на основе СКИ-3 имеют большее теплообра­зование при многократном растяжении и более низкие условные напряжения по сравнению с резинами на основе НК. Износостой­кость резин на основе СКИ-3 вследствие его меньшей устойчивости к термоокислительному воздействию несколько ниже, чем у резин из НК.

В промышленности для оценки свойств синтетический каучук используют такие показа­тели, как жесткость по Дефо, пластичность, вязкость по Муни. Однако эти по­казатели характеризуют стандартность каучука и недостаточно характеризуют особенности молекулярной структуры и технологические свойства, так как оди­наковые по пластичности и вязкости (по Муни) каучуки могут значительно различаться по содержанию и плотности геля, характеристической вязкости, со­держанию золь-фракции, а также по востанавливаемости. Это объясняется сложностью и неоднозначностью влияния параметров молекулярной структуры на пласто-эластические свойства каучука.

Применение

Изопреновый каучук СКИ-3 может применяться при изгото­влении резиновых изделий в сочетании с натуральным и другими синтетическими каучуками.

При добавлении СКД к СКИ-3 повышается морозостойкость и износостойкость резин по сравнению с резинами на основе одного каучука СКИ-3.

Бутадиен-метилстирольные каучуки при добавлении к СКИ-3 понижают липкость резиновых смесей и повышают усталостную выносливость при многократных деформациях. Нитрит повышает озоностойкость и сопротивление резин из СКИ-3 тепловому ста­рению.

В соответствии с комплексом технических свойств синтетический каучук СКИ-3 нахо­дит широкое применение в производстве шин, транспортерных лент, напорных и всасывающих рукавов, формовых и неформовых резиновых изделий, для обкладки валов бумажных машин, в про­изводстве резиновой обуви, эбонита, кабельных, губчатых, меди­цинских и других изделий.

К списку