Синтетические каучуки

Химический состав и строение, а следовательно, и физико-химические свойства синтетических каучуков могут быть весьма разнообразны и сильно отличаться от свойств натурального каучука. В этом заключается значительное преимущество синтетических каучуков, так как, изменяя состав и строение каучуков, им можно придать такие свойства, которыми не обладает натуральный каучук. Так, например, в настоящее время

производятся бензо- и маслостойкие, морозостойкие, газонепроницаемые и другие синтетические каучуки.

Чтобы уяснить экономическую эффективность производства синтетических каучуков, можно привести такие цифры: для получения 1000 т натурального каучука нужно обработать около 3 млн. каучуконосных деревьев и затратить на это в течение года труд 5,5 тыс. человек. Такое же количество синтетического каучука могут получить 15 человек в течение года.

В зависимости от применения синтетические каучуки обычно подразделяются на каучуки общего назначения (используемые для производства подавляющего большинства видов шинной и резиновой продукции) и каучуки специального назначения (бензо- и маслостойкие, морозостойкие и т. п.).

Наиболее распространена классификация каучуков по названиям мономеров, применяемых для получения каучука. Рассмотрим согласно этой классификации некоторые виды синтетических каучуков.

Натрийбутадиеновый каучук (СКБ) - один из первых каучуков, полученных синтетическим путем. Промышленное производство его было впервые осуществлено в СССР в 1932 г. на основе исследований С. В. Лебедева, разработавшего способ получения бутадиена-1,3 (дивинила) и полимеризации его в каучук. В процессе полимеризации возможно образование двух структур:

Каучук содержит около 10-15% звеньев структуры (а) и 85—90% звеньев структуры (б).

СКБ относится к каучукам общего назначения; в настоящее время он теряет свое значение, так как по свойствам уступает другим видам каучука.

Сравнительно недавно удалось получить стереорегулярные полимеры бутадиена (изотактические и синдиотактические, см. стр. 321), например ис-1,4-полибутадиен:

Каучуки такого типа отличаются от СКБ значительно лучшей морозостойкостью, эластичностью, высокой стойкостью к тепловому старению, высокой износостойкостью; применяются в основном в производстве шин.

Если в некоторые звенья молекулярной цепи бутадиенового каучука ввести карбоксильные группы, получается карбоксилсодержащий (так называемый карбоксилатный) каучук, например сополимер бутадиена и акриловой кислоты:

В карбоксилатных каучуках одна карбоксильная группа приходится на 300—400 углеродных атомов основной цепи.

Присутствие карбоксильных групп в молекулярной цепи каучука увеличивает его адгезию к металлу, коже, текстилю, повышает его устойчивость к бензину и маслу. Карбоксилатный каучук в виде латекса применяется для пропитки текстильных материалов, кожи, получения прорезиненных тканей и др.

Бутадиен-стирольные каучуки. Эти каучуки, получаемые эмульсионной сополимеризацией бутадиена со стиролом

относятся к каучукам общего типа. В зависимости от соотношения бутадиена и стирола при полимеризации образуются продукты с различными физико-химическими свойствами. Так, при полимеризации 10 весовых частей бутадиена и 90 весовых частей стирола образуется твердый полимер, применяемый например, при изготовлении облегченной микропористой подошвы. Полимеризацию проводят при 50 °С. При низкотемпературной полимеризации получаются термостойкие каучуки с повышенным сопротивлением истиранию.

Изопреновый каучук. Получается путем полимеризации изопрена применением специальных катализаторов стереоспецифической полимеризации. В зависимости от применяемого катализатора получаются полиизопренй: цис-1,4 (аналогично натуральному каучуку), транс-1,4 (аналогично гуттаперче) и другие стереорегулярные формы.

В Советском Союзе выпускается изопреновый каучук в котором содержится до 98% цис-1,4-звеньев. По свойствам практически идентичен натуральному каучуку и применяется в основном производствё шин.

Бутадиеновые и изопреновые стереорегулярные каучуки относятся к каучукам общего назначения, и объем их производства будет увеличиваться быстрыми темпами. -

Бутилкаучуки. Продукты сополимеризации в растворе изобутилена с небольшим количеством изопрена:

Бутилкаучуки имеют некоторые преимущества перед натуральным и бутадиеновым каучуками. Они обладают высокой газонепроницаемостью, теплостойки, стойки к действию окислителей, имеют хорошие диэлектрические свойства. Однако из-за ряда их недостатков (несовместимость с другими каучуками, низкая адгезия к металлам др.) более широкое применение начинают находить модифицированные бутилкаучуки — хлор-бутилкаучук и бромбутилкаучук. Они применйются для производства бескамерных шин, транспортерных лент и др.

Хлоропреновый каучук. Один из наиболее дешевых каучуков; получается эмульсионной полимеризацией хлоропрена:

Хлоропреновый каучук, получаемый низкотемпературной полимеризацией, носит название наирит, а полученный сополимеризацией хлоропрена со стиролом (около 3%)-наирит С. Эти каучуки обладают повышенной бензо- и маслостойкостью, устойчивы к окислению кислородом воздуха и озоном, теплостойки. Изготовленные из наирита резины выдерживают длительное нагревание до 140-150°С. Благодаря дешевизне и хорошим свойствам находят все более широкое применение для производства ремней, транспортерных лент, клеев и др.

Винилпиридиновые каучуки. Наиболее распространенным каучуком этой группы является сополимер бутадиена с 2-ме-тил-5-винилпиридином, известный под сокращенным названием СКМВП:

СКМВП отличается хорошей морозостойкостью, масло- и бензостойкостью. Винилпиридиновые кауяуки используются в качестве каучуков специального назначения (для изготовления масло- и бензостойких резин), а также как каучуки общего назначения (например, для производства протекторов шин).

Полиуретановые каучуки. Их получают ступенчатой полимеризацией диизоцианатов с гликолями:

Общими свойствами таких каучуков являются: очень высокая прочность, эластичность, хорошая стойкость, к окислению.

Полиуретановые каучуки являются очень перспективными, так как могут найти применение в самых различных отраслях народного хозяйства и в быту.

Фторсодержащие каучуки. Могут получаться сополимеризацией различных фторсодержащих мономеров, например гекса-фторпропилена с винилиденфторидом Фторсодержащие каучуки отличаются хорошими механическими свойствами, высокой термостойкостью и стойкостью к действию растворителей и химических реагентов, в связи с чем они находят применение в авиационной технике, а также автомобильной и химической промышленности. Широкое применение фторсодержащих каучуков ограничено пока их высокой стоимостью.

Силиконовые (силоксановые каучуки). Строение основных видов полисилоксановых каучуков в общем виде может быть изображено следующим образом:

где одинаковые или различные органические радикалы, в том числе и такие, которые могут содержать атомы кислорода, фтора, азота и др.

Основным отличием силоксановых каучуков является очень высокая термостабилыосхь, что определяет и области их применения.

Хлорсульфополиэтиленовый каучук. Получается путем обработки полиэтилена, растворенного в четыреххлористом

углероде, смесью хлора и сернистого ангидрида или хлористым сульфурилом в присутствии катализатора. Каучуки ХСПЭ

отличаются большой эластичностью и применяются самостоятельно или в смеси с другими каучуками для защитных покрытий металлов, изготовления рукавов, шлангов, ремней, изоляции, обуви и др.

Весьма перспективен этилеипропиленовый каучук. Это каучук общего назначения, обладающий вполне удовлетворительными физико-механическими показателями и стойкостью к атмосферным воздействиям. В связи с тем что исходными веществами для его получения служат доступные вещества (этилен и пропилен), при крупных масштабах производства он будет самым дешевым каучуком.