Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Синтетический каучук; получение, история и виды

Синтетический каучук — получение, история и виды

Синтетический каучук — это синтетический эластомер, который обладает эластичными, водонепроницаемыми и электроизоляционными свойствами. В основном это полимеры, синтезированные из побочных продуктов нефти. Синтетический каучук используется для производства различных типов резины, при этом используется процесс вулканизации. Ежегодно производится около 32 миллионов тонн каучука, из которых две трети являются синтетическими. Рынок синтетических каучуков оценивается примерно в 56 миллиардов долларов США в 2020 году. Синтетический каучук, как и натуральный каучук, используется в автомобильной промышленности для изготовления шин, резиновых профилей для дверей и окон, резинотехнических изделий, шлангов, ремней, матов, напольных покрытий и много другого.

Не смотря на то, что Вторая мировая война стала движущей силой появления синтетического каучука в промышленных масштабах, когда правительства начали строить заводы, чтобы сбалансировать дефицит натурального каучука, были и другие причины после войны, которые привели к разработке альтернативы или заменителей натурального каучука. Вот некоторые важные факторы, которые влияли на производство синтетического каучука:

  • Рост цен на натуральный каучук на мировом рынке в ответ на общее состояние экономики
  • Политические события, которые отрезали покупателей от поставщиков сырья
  • Большие транспортные расходы
  • Региональные ограничения в отношении создания каучуковых плантаций
  • Увеличение мирового спроса на каучук.

Производство синтетического каучука

Синтетический каучук в промышленном масштабе производится методами растворной или эмульсионной полимеризации. Полимеры, изготовленные в растворе, обычно имеют больше линейных молекул (то есть меньше разветвлений боковых цепей от основной цепи полимера), а также более узкое распределение молекулярного веса (то есть, большую длину) и обладают хорошей текучестью. Кроме того, размещение мономерных звеньев в молекуле полимера может контролироваться более точно, когда полимеризация проводится в растворе. Мономер или мономеры растворяют в углеводородном растворителе, обычно в гексане или циклогексане, и полимеризуют, используя металлоорганический катализатор, такой как бутиллитий.

При эмульсионной полимеризации мономер (или мономеры) эмульгируется в воде с подходящим мылом (например, стеарат натрия), применяемым в качестве поверхностно-активного вещества, и добавляется водорастворимый свободнорадикальный катализатор (например, персульфат калия, пероксиды, окислительно-восстановительная система), чтобы вызвать полимеризацию. После того как полимеризация достигнет желаемого уровня, реакцию останавливают добавлением ингибитора радикалов. Около 10 процентов синтетического эластомера, получаемого эмульсионным методом, продается в виде латекса. Остаток коагулируют с подкисленным соляным раствором, промывают, сушат и прессуют в брикеты весом 35 кг.

К примеру, когда проводится «горячая» эмульсионная полимеризация SBR (при 50 °C) — молекулы полимера более разветвлены, а когда проводят «холодную» полимеризацию (при 5 °C ) — они более линейны и, как правило, имеют более высокую молекулярную массу, которая придает свойства, улучшающие сопротивление истиранию и износостойкость шин. В некоторых случаях полимеризация продолжается для того, чтобы получить продукты с такой высокой молекулярной массой, которая сделала бы связи трудноразрушимыми. В этих случаях перед коагуляцией добавляют около 30 процентов тяжелой нефти, чтобы получить «растянутые маслом» эластомеры с превосходной износостойкостью.

История синтетического каучука

Происхождение эластомеров, образующих основу синтетического каучука, можно проследить до первой половины 19-го века, когда были предприняты попытки определить состав и структуру натурального каучука с целью воспроизведения данного материала. В 1838 году немецкий ученый Химли получил летучий дистиллят из этого вещества, и в 1860 году англичанин Ч. Гревилл Уильямс путем перегонки разделил каучук на три составляющие — масло, деготь и «спирт», причем последняя часть представляет собой более летучую фракцию и основной компонент, который Уильямс назвал изопрен. Француз Жорж Бушардо с помощью газообразного хлористого водорода и длительной дистилляции превратил изопрен в каучукообразное вещество в 1875 году, а в 1882 году другой британец, У. А. Тилден, произвел изопрен с помощью разрушительной перегонки скипидара. Тилден также назначил изопрену структурную формулу CH2 = C (CH3) ―CH = CH2.

Все изложенное выше было попытками воспроизвести натуральный каучук. Только когда был прекращен поиск химических эквивалентов натурального каучука и были подчеркнуты сопоставимые физические свойства, появился синтетический каучук. Выбор пал на бутадиен (CH2 = CH2CH = CH2), соединение, подобное изопрену, в качестве основы для синтетического продукта. Несколько значительных вкладов поступило из России. В 1901 году Иван Кондаков обнаружил, что диметилбутадиен при нагревании с калием производит резиноподобное вещество, а в 1910 году С.В. Лебедев полимеризовал бутадиен, который он получил из этилового спирта. Во время Первой мировой войны Германия под воздействием блокады, введенной союзниками, начала производство «метилового каучука» с использованием процесса Кондакова. По современным меркам это был худший заменитель, и после войны немецкие производители вернулись к более дешевому и более качественному натуральному продукту. Однако исследования и эксперименты продолжались, и в 1926 году немец Г. Эберт преуспел в производстве полимеризованного натрием каучука из бутадиена. В течение следующего десятилетия этот материал превратился в различные типы бутадиеновых каучуков «буна» (так называемые из начальных слогов двух материалов, использованных для их изготовления: бутадиена и натрия).

В Советском Союзе производство полибутадиена с использованием процесса Лебедева было начато в 1932–33 годах с использованием картофеля и известняка в качестве сырья. К 1940 году в Советском Союзе была крупнейшая в мире индустрия синтетического каучука, производившая более 50 000 тонн в год. В то же время в Германии был разработан первый синтетический эластомер, который можно было использовать для замены натурального каучука и производства шин удовлетворительного качества. Farben Вальтера Бока и Эдуарда Чункура, которые синтезировали каучуковый сополимер стирола и бутадиена в 1929 году, используя процесс эмульсии. Немцы называли эту резину Buna S; англичане называли его SBR, или стирол-бутадиеновый каучук. Поскольку стирол и бутадиен могут быть получены из нефти, зернового спирта или угля, SBR пользовался большим спросом во время Второй мировой войны. Были произведены огромные объемы — до 100 000 тонн в год в Германии и Советском Союзе. Около 800 000 тонн в год SBR производилось в Соединенных Штатах, где оно получило обозначение военного времени GR-S (government rubber-styrene). Во время войны немецкие инженеры-химики усовершенствовали низкотемпературную или «холодную» полимеризацию SBR, производя более однородный продукт.

Читайте так же:
Химические свойства алюминия с неметаллами

Другие важные синтетические эластомеры были открыты за десятилетия до Второй мировой войны, хотя ни один из них не был пригоден для изготовления шин. Среди них были полисульфиды, синтезированные в Соединенных Штатах Джозефом Патриком в 1926 году и коммерциализированные после 1930 года в виде маслостойких тиокольных каучуков; полихлоропрен, обнаруженный Арнольдом Коллинзом в 1931 году и коммерциализированный компанией DuPont в 1932 году как Duprene (позднее неопрен), высокопрочный маслостойкий каучук; нитрильный каучук (NBR), маслостойкий сополимер акрилонитрила и бутадиена, синтезированный Эрихом Конрадом и Чункуром в 1930 году и известный как Buna N в Германии; бутилкаучук (IIR), сополимер изопрена и изобутилена, открытый в 1937 году американцами Р.М. Томасом и В. Дж. Спарксом в Standard Oil Company (Нью-Джерси).

После Второй мировой войны растущая изощренность в синтетической химии привела к открытию многих новых полимеров и эластомеров. В 1953–54 годах два химика, Карл Циглер из Германии и Джулио Натта из Италии, разработали семейство металлоорганических катализаторов, которые были способны точно контролировать расположение и порядок звеньев вдоль полимерной цепи и, таким образом, создавать регулярные (стереоспецифические) структуры. С использованием таких катализаторов изопрен полимеризовался таким образом, что каждый элемент в цепи был связан со своим предшественником в цис-конфигурации, практически идентичной структуре натурального каучука. Таким образом, был изготовлен практически 100-процентный цис-полиизопрен, «синтетический натуральный каучук». В 1961 году тот же тип катализатора с бутадиеном, что и мономер, был использован для производства цис-1,4-полибутадиена, каучука, который, как было установлено, обладает превосходной стойкостью к истиранию, особенно в шинах, подвергающихся воздействию тяжелых условий эксплуатации.

Несколько других достижений характеризовали послевоенные годы. Например, были получены блок-сополимеры, в которых длинная последовательность одного химического звена сопровождается в одной и той же молекуле длинной последовательностью другого, с использованием множества различных единиц и длин последовательностей. Были представлены новые маслостойкие и термостойкие эластомеры, в том числе стирол-акрилонитрильные сополимеры, полисульфиды и хлорированный и хлорсульфонированный полиэтилен. В некоторой степени, был достигнут контроль над широким диапазоном молекулярной длины, присутствующим в большинстве полимеров, поэтому во многих случаях могут быть получены узкие или широкие распределения с совершенно разными вязкостными свойствами. Кроме того, полимеры были синтезированы с разветвленными молекулами, или со многими маленькими ветвями вдоль главной цепи, или с несколькими длинными «плечами», излучающими из центральной точки, что дает различные свойства текучести и более легкое поперечное сшивание.

В 1993 году мировое потребление синтетического каучука достигло девяти миллионов тонн. Около 55 процентов всего производимого синтетического каучука используется в автомобильных шинах.

Синтетический каучук — типы и использование

Как упоминалось выше, существует несколько основных видов синтетического каучука. Тип каучука подбирается в зависимости от условий эксплуатации и необходимых физико-химических свойств готового изделия. Вот основные типы синтетических каучуков и краткое описание их областей применения.

Стирол-бутадиен-каучук (SBR): резина общего назначения, обладающая лучшей стойкостью к истиранию, плохим сопротивлением низким температурам, низкой эластичностью, хорошей стойкостью к старению и нагреву, отличный электроизоляционный материал. Используется в шинной промышленности, для производства конвейерных лент, уплотнений, резинотехнических изделий.

Полибутадиеновый каучук (BR): этот синтетический каучук не используется сам по себе. Он смешивается с SBR или NR. Он гибок при низких температурах и обладает хорошей эластичностью. Используется в шинах, сцеплениях, подшипниках двигателя, конвейерных лентах, резинотехнических изделиях, уплотнениях для питьевой воды.

Изопреновый каучук (IR): это более однородный, чистый, прозрачный каучук. Используется в технических изделиях, таких как строительные секции, нагревательные шланги, охлаждающие шланги для транспортных средств, высокопроизводительные шины, посуда для пищевых продуктов.

Акрилонитрил-бутадиеновый каучук (NBR): этот синтетический каучук обладает устойчивостью к топливу и маслу, хорошими температурными свойствами и стойкостью к истиранию. Используется в автомобильных деталях, масляных шлангах, резинотехнических изделиях, ковриках, плитах, уплотнениях, роликах и для пищевых продуктов, таких как молоко.

Хлоропреновый каучук (CR): устойчив к смазке, маслам, старению, истиранию и атмосферным воздействиям, обладает огнестойкостью. Используется в конвейерных лентах, приводных ремнях, сцеплениях, всех видах резинотехнических изделий, тросах, пневматических подвесных системах.

Бутилкаучук (IIR): этот синтетический каучук устойчив к старению, озону и химическим веществам. Обладает хорошими механическими и изоляционными свойствами. Обладает низкой проницаемостью для газов и износостойкостью. Используется в автомобильных шлангах, уплотнениях, мембранах, покрышках, резинотканевых изделиях, шлангах, изоляции кабелей.

Завод резинотехнических изделий «Каучук» имеет опыт работы с большим количеством каучуков в производстве изделий, а также производит собственные резиновые смеси на основе всех видов каучуков. Наши опытные инженеры-технологи могут подобрать для вас рецептуру резиновой смеси, которая будет отвечать всем вашим требованиям и поможет вам создать изделие, которое даст вам преимущество в условиях рыночной конкуренции. Обращайтесь за консультацией по контактам на сайте.

Каучук

натуральный латекс и каучук из негонатуральный латекс и каучук из него Что такое каучук

Кроме сложных веществ наподобие полиэтиленов, представляющих из себя высокомолекулярные полимеры, существует класс химических веществ, который образован сопряжёнными диенами.

После процесса полимеризации диенов образуются новые химические вещества, имеющие высокомолекулярную структуру, называемые каучуками.

Каучук был уже известен в конце 15 веке в северной Америке. Именно индейцы в то время использовали его для изготовления обуви, небьющихся вещей и посуды. А получали тогда его из сока растения гевеи, который называли – «слёзы дерева».

Что касается европейцев, то о каучуке узнали впервые только в момент открытия Америки. Именно Кристофор Колумб первым узнал о его свойствах и получении. В Европе каучук долгое время не мог найти себе применение. В 1823 г в первые было предложено использование этого материала для изготовления водонепроницаемых плащей и одежды. Каучуком и органическим растворителем пропитывали ткань, таким образом, ткань приобретала водостойкие свойства. Но, конечно же, был замечен и недостаток, который заключался в том, что ткань, пропитанная каучуком, прилипала в жаркую погоду к коже, а при морозе – растрескивалась.

Читайте так же:
Что можно сделать со старым планшетом

Отличие каучука и резины

изопренизопрен (2-метилбутадиен-1,3 (изопрен)) бутадиенбутадиен-1,3 изопреновый каучукНатуральный изопреновый каучук Синтетический бутадиеновый каучукСинтетический бутадиеновый каучук

Через 10 лет после первого применения натурального каучука и более детального изучения его химических физических свойств было предложено вводить каучук в оксиды кальция и магния. А ещё через 5 лет после изучения свойств нагретой смеси оксидов свинца и серы с каучуком научились получать резину. Сам процесс превращения каучука в резину назвали вулканизацией.

Конечно же, каучук отличается от резины. Резина – это «сшиты» полимер, который способен распрямляться и снова сворачиваться при растяжении и при действии механической нагрузки. Резина – это также «сшитые» макромолекулы, которые не способы к кристаллизации при охлаждении и не плавятся при нагревании. Тем самым резина – более универсальный материал, чем каучук, и способен сохранять свой механические и физические свойства про более широком диапазоне температур.

В начале 20 века, когда появился первый автомобиль, спрос на резину значительно возрос. В то же время возрос спрос и на натуральный каучук, так как на тот момент вся резина изготавливалась из сока тропических деревьев. Например, чтобы получить тонну резины, необходимо было обработать почти 3 тонны тропических деревьев, при этом работой было занято одновременно более 5 тысяч человек, причём такую массу резины могли получить только через год.

Поэтому, резина и натуральный каучук считались достаточно дорогим материалом.

Только в конце 20х годов русским учёным Лебедевым С.В. при химической реакции — полимеризации бутадиена-1,3 на натриевом катализаторе были получены образцы первого натрий-бутадиенового синтетического каучука.

Кстати, из курса физики 8-ого класса мы, вероятно, впервые познакомились с эбонитовой палочкой. Но что такое эбонит. Как оказывается, эбонит — это производная от процесса вулканизации каучука: если при вулканизации каучука добавить серу (около 32% от массы), то в результате получается твёрдый материал — этот материал и есть эбонит!

Одним из достаточно дешёвых способов получения бутадиена-1,3, является его получение из этилового спирта. Но только в 30-х годах было налажено промышленное производство каучука в России.

реакция получения бутадиенареакция получения бутадиена

В середине 30-х годов 20 века научились производить сополимеры, представляющие полимеризованный 1,3-бутадиен. Химическая реакция производилась в присутствии стирола или некоторых других химических веществ. Вскоре получаемые сополимеры начали с большими темпами вытеснять каучуки, которые ранее широко использовались для производства шин. Каучук бутадиен-стирольный получил широкое применение для производства шин легковых автомобилей, но для тяжёлого транспорта — грузовых автомобилей и самолётов, использовался натуральный каучук (или изопреновый синтетический).

В середине 20 века после получения нового катализатора Циглера — Натты был получен синтетический каучук , который по своим свойствам эластичности и прочности значительно выше, чем все ранее известные каучуки, — был получен полибутадиен и полиизопрен. Но как оказалось, к общему удивлению полученный синтетический каучук по своим свойствам и строению подобен натуральному каучуку! А к концу 20 века натуральный каучук был почти полностью вытеснен синтетическим.

Свойства каучука

Все хорошо знают, что при нагревании материалы способны расширяться. В физике даже имеются коэффициенты температурного расширения, для каждого взятого материала этот коэффициент свой. Расширению поддаются твёрдые тела, газы, жидкости. Но что, если температура увеличилась на несколько десятков градусов?! Для твёрдых тел изменений мы не почувствуем (хотя они есть!). Что касается высокомолекулярных соединений, например полимеров, их изменение сразу становится заметным, особенно если речь идёт об эластичных полимерах, способных хорошо тянуться. Заметным, да ещё к тому же с совсем обратным эффектом!

Ещё в начале 19 века английские учёные обнаружили, что растянутый жгут из нескольких полосок натурального каучука при нагревании уменьшался (сжимался), а вот при охлаждении — растягивался. Опыт был подтверждён в середине 19 века.

Вы сами с лёгкостью можете повторить этот опыт, подвесив на резиновую ленту грузик. Она растянется под его весом. Потом обдуйте её феном — увидите, как она сожмётся от температуры!

Почему так происходит?! К этому эффекту можно применить принцип Ле Шателье, который гласит, что если воздействовать на систему , находящуюся в равновесии, то это приведёт к изменению равновесия самой системы, а это изменение будет противодействовать внешним силовым факторам. То есть если на растянуть под действием груза жгуты каучука (система в равновесии) подействовать феном (внешнее воздействие), то система выйдет из равновесия (жгут будет сжиматься), причём сжатие — действие направлено в обратную сторону от силы тяжести груза!

При очень резком и сильном растяжении жгута он нагреется (нагрев может на ощупь быть и незаметным), после растяжения система будет стремиться принять равновесное состояние и постепенно охладится до окружающей температуры. Если жгуты каучука также резко сжать — охладится, далее будет нагреваться до равновесной температуры.

Что происходит при деформации каучука?

При проведённых исследованиях оказалось, что с точки зрения термодинамики, никакого изменения внутренней энергии при различных положениях (изгибах) этих каучуковых жгутов не происходит. А вот если растянуть — то внутренняя энергия увеличивается из-за возрастания скорости движения молекул внутри материала. Из курса физики и термодинамики известно, что изменение скорости движения молекул материала (тот же каучук) отражается на температуре самого материала.

дальнейшем, растянутые жгуты каучука будут постепенно охлаждаться, так как движущиеся молекулы будут отдавать свою энергию, например, рукам и другим молекулам, то есть произойдёт постепенное выравнивание энергии внутри материала между молекулами (энтропия будет близка к нулю).

Читайте так же:
Станок для производства пластиковых изделий

И вот теперь, когда наш жгут каучука принял температуру окружающей среды, можно снять нагрузку. Что при этом происходит?! В момент снятия нагрузки молекулы каучука ещё имеют низкий уровень внутренней энергии (они же ей поделились при растяжении!). Каучук сжался — с точки зрения физики была совершена работы за счёт собственной энергии, то есть своя внутренняя энергия (тепловая) была затрачена на возврат в исходное положение. Естественно ожидать, что температура должна понизится, — что и происходит на самом деле!

Резина — как уже говорилось, высокоэластичный полимер. Её структура состоит из хаотично расположенных длинных углеродным цепочек. Крепление таких цепочек между собой осуществлено с помощью атомов серы. Углеродные цепочки в нормальном состоянии находятся в скрученном виде, но если резину растянуть, то углеродные цепочки будут раскручиваться.

Можно провести интересный опыт с резиновыми жгутами и колесом. Вместо велосипедных спиц в велосипедном колесе использовать резиновые жгуты. Такое колесо подвесить, чтобы оно могло свободно вращаться. В случае, если все жгуты одинаково растянуты, то втулка в центре колеса будет расположена строго по его оси. А теперь попробуем нагреть горячим воздухом какой-нибудь участок колеса. Мы увидим, что та часть жгутов, которая нагрелась — сожмётся и сместит втулку в свою сторону. При этом произойдёт смещение центра тяжести колеса и соответственно колесо развернётся. После его смещения действию горячего воздуха подвергнутся следующие жгуты, что в свою очередь приведёт к их нагреванию и снова — к повороту колеса. Таким образом, колесо может непрерывно вращаться!

Это опыт подтверждает факт того, что при нагревании каучук и резина будут сжиматься, а при охлаждении — растянутся!

АнглийскийПерейти на английский
Rubber and caoutchouc

Разница между натуральным и синтетическим каучуком

Разница между натуральным и синтетическим каучуком

Основное отличие — натуральный каучук против синтетического каучука

Натуральные и синтетические каучуки представляют собой два типа полимеров с превосходными свойствами, которые широко используются во многих промышленных и бытовых применениях. Каждый тип каучука имеет свои химические и физические свойства в зависимости от природы мономера и химической структуры каучука. главное отличие между натуральным и синтетическим каучуком является то, что натуральный каучук является природным полимером биосинтеза, полученным из растения под названием Гевея Brasiliensisтогда как синтетические каучуки являются искусственными полимерами в контролируемых условиях, Больше различий между этими двумя типами каучуков будет обсуждаться в этой статье.

Эта статья обсуждает,

1. Что такое натуральный каучук?
— Синтез, структура, свойства, применение

2. Что такое синтетический каучук?
— Синтез, структура, свойства, примеры

3. В чем разница между натуральным и синтетическим каучуком?

Что такое натуральный каучук

Натуральный каучук получается из дерева под названием Гевея Brasiliensis в виде водной суспензии. Это природный полимер для биосинтеза, в основном известный своей высокой прочностью на растяжение, в отличие от большинства других полимеров. Кроме того, натуральный каучук обладает большей структурной регулярностью, более высокой прочностью и более высокой скоростью вулканизации. Благодаря такой высокой скорости вулканизации натуральный каучук стал одним из наиболее важных сырьевых материалов во многих отраслях, включая шины, перчатки, резиновые ковры и т. Д. Несмотря на свои превосходные свойства, натуральный каучук демонстрирует очень низкую устойчивость к атмосферному кислороду, озону, маслам. и различные углеводородные растворители. Некоторые другие свойства натурального каучука включают простоту обработки, отличные динамические характеристики с низкими потерями гистерезиса, хорошие низкотемпературные свойства, способность склеивать металлические детали, высокое сопротивление разрыву и истиранию, хорошие динамические характеристики, низкое тепловыделение при нагреве и низкий уровень демпфирования.

Мономер натурального каучука представляет собой цис-1,4-изопреновые звенья. Как латексные, так и сухие резиновые формы непосредственно используются во многих промышленных применениях. Несмотря на разработку альтернативных синтетических каучуков с превосходными свойствами, натуральный каучук все еще занимает 30-40% рынка на мировом рынке каучука. Некоторые области применения натурального каучука включают резиновые прокладки, уплотнения, электрические компоненты, шланги и трубки, виброизоляторы, приводные муфты, амортизаторы и т. Д.

Сбор латекса из резины

Что такое синтетический каучук

Синтетические каучуки — это искусственные каучуки. Сырье для производства синтетических каучуков получают в основном как побочные продукты производства сырой нефти. Для синтеза синтетических каучуков используются методы растворной или эмульсионной полимеризации. В отличие от натурального каучука свойства этих каучуков могут быть изготовлены в соответствии с конечным требованием путем применения различных методов химии полимеров. Например, мы можем разработать синтетические каучуки с отличной устойчивостью к погодным условиям, химическим воздействиям, температуре и растворителям.

Существует более 20 различных классов синтетических каучуков с различными химическими и физическими свойствами, которые удовлетворяют требованиям конечного продукта. Некоторые широко используемые типы синтетического каучука включают стирол-бутадиеновый сополимер (SBR), нитрильный каучук (NBR), неопрен (CR), этиленпропилендиеновый мономер (EPDM), силиконовый каучук, бутилкаучук (IIR) и т. Д. Каждый каучук имеет свой собственный уникальные свойства. Например, EPDM более популярен из-за своего сопротивления погодным условиям, в то время как NBR имеет самую высокую устойчивость к нефти. Обычно при сравнении свойств синтетического каучука со свойствами натурального каучука синтетические каучуки более устойчивы к воздействию масел, некоторых химических веществ, кислорода и озона, погодных условий, а также демонстрируют устойчивость в более широком температурном диапазоне.

EPDM каучук

Разница между натуральным и синтетическим каучуком

Определение

Натуральная резина: Натуральный каучук — это природный биосинтетический полимер, полученный из дерева под названием Гевея Brasiliensis.

Синтетическая резина: Синтетический каучук — это искусственные полимеры в контролируемых условиях.

Синтез

Натуральная резина: Натуральный каучук, как следует из названия, естественным образом встречается в клетках растений.

Синтетическая резина: Синтетический каучук синтезируется из побочных продуктов сырой нефти с использованием методов растворной или эмульсионной полимеризации.

Читайте так же:
Турбо горелка на отработке

мономер

Натуральная резина: Мономеры включают цис-1,4-изопрен.

Синтетическая резина: Мономеры различны в каждом типе синтетического каучука.

Содержание полимера

Натуральная резина: Содержание полимера или качество латекса широко варьируются и зависят от клона, географической области, погоды, типа почвы и содержания не резины в латексе.

Синтетическая резина: Качественные каучуки с постоянным содержанием полимера могут быть получены с очень низким содержанием примесей.

Присутствие антиоксидантов

Натуральная резина: Антиоксиданты присутствуют в природе.

Синтетическая резина: Антиоксиданты отсутствуют (приходится добавлять снаружи).

свойства

Натуральная резина: Свойства натурального каучука трудно изменить.

Синтетическая резина:Свойства синтетических каучуков можно регулировать в соответствии со свойствами конечного применения.

Arayapranee, Wanvimon и Гарри Л. Ремпель. «Влияние полярности на взаимодействие наполнителя с каучуком и свойства наполненных кремнеземом привитых композитов натурального каучука». Журнал Полимеров 2013 (2013): 1-9. Web. Хофер, Райнер. Устойчивые решения для современной экономики, Кембридж, Великобритания: RSC, 2009. Print. Уилан, Тони. Словарь полимерных технологий, Лондон: Чепмен и Холл, 1994. Печать. Изображение предоставлено: «EPDM-Keltan» Гмхофманн — собственная работа

Значение КАУЧУК И РЕЗИНА: СИНТЕТИЧЕСКИЙ КАУЧУК в Словаре Кольера

Синтез каучука, происходящий в дереве, никогда не выполнялся в лаборатории. Синтетические каучуки являются эластичными материалами; они сходны с натуральным продуктом по химическим и физическим свойствам, но отличаются от него структурой.

Синтез аналога натурального каучука (1,4-цис-полиизопрена и 1,4-цис-полибутадиена). Натуральный каучук, получаемый из гевеи бразильской, имеет структуру, состоящую на 97,8% из 1,4-цис-полиизопрена:

Синтез 1,4-цис-полиизопрена проводился несколькими различными путями с использованием регулирующих стереоструктуру катализаторов, и это позволило наладить производство различных синтетических эластомеров. Катализатор Циглера состоит из триэтилалюминия и четыреххлористого титана; он заставляет молекулы изопрена объединяться (полимеризоваться) с образованием гигантских молекул 1,4-цис-полиизопрена (полимера). Аналогично, металлический литий или алкил- и алкиленлитиевые соединения, например бутиллитий, служат катализаторами полимеризации изопрена в 1,4-цис-полиизопрен. Реакции полимеризации с этими катализаторами проводятся в растворе с использованием углеводородов нефти в качестве растворителей. Синтетический 1,4-цис-полиизопрен обладает свойствами натурального каучука и может использоваться как его заместитель в производстве резиновых изделий. См. также ПЛАСТМАССЫ .

Полибутадиен, на 90-95% состоящий из 1,4-цис-изомера, также был синтезирован посредством регулирующих стереоструктуру катализаторов Циглера, например триэтилалюминия и четырехиодистого титана. Другие регулирующие стереоструктуру катализаторы, например хлорид кобальта и алкилалюминий, также дают полибутадиен с высоким (95%) содержанием 1,4-цис-изомера. Бутиллитий тоже способен полимеризовать бутадиен, однако дает полибутадиен с меньшим (35-40%) содержанием 1,4-цис-изомера. 1,4-цис-полибутадиен обладает чрезвычайно высокой эластичностью и может использоваться как наполнитель натурального каучука.

Тиокол (полисульфидный каучук). В 1920, пытаясь получить новый антифриз из этиленхлорида и полисульфида натрия, Дж.Патрик вместо этого открыл новое каучукоподобное вещество, названное им тиоколом. Тиокол высокоустойчив к бензину и ароматическим растворителям. Он имеет хорошие характеристики старения, высокое сопротивление раздиру и низкую проницаемость для газов. Не будучи настоящим синтетическим каучуком, он, тем не менее, находит применение для изготовления резин специального назначения.

Неопрен (полихлоропрен). В 1931 компания "Дюпон" объявила о создании каучукоподобного полимера, или эластомера, названного неопреном. Неопрен изготавливают из ацетилена, который, в свою очередь, получают из угля, известняка и воды. Ацетилен сначала полимеризуют до винилацетилена, из которого путем добавления хлороводородной кислоты производят хлоропрен. Далее хлоропрен полимеризуют до неопрена. Помимо маслостойкости неопрен имеет высокую тепло- и химическую стойкость и используется в производстве шлангов, труб, перчаток, а также деталей машин, например шестерен, прокладок и приводных ремней.

Буна S (SBR, бутадиенстирольный каучук). Синтетический каучук типа буна S, обозначаемый как SBR, производится в больших реакторах с рубашкой, или автоклавах, в которые загружают бутадиен, стирол, мыло, воду, катализатор (персульфат калия) и регулятор роста цепи (меркаптан). Мыло и вода служат для эмульгирования бутадиена и стирола и приведения их в близкий контакт с катализатором и регулятором роста цепи. Содержимое реактора нагревается до примерно 50° С и перемешивается в течение 12-14 ч; за это время в результате процесса полимеризации в реакторе образуется каучук. Получающийся латекс содержит каучук в форме малых частиц и имеет вид молока, очень напоминающий натуральный латекс, добытый из дерева.

Латекс из реакторов обрабатывается прерывателем полимеризации для остановки реакции и антиоксидантом для сохранения каучука. Затем он очищается от избытка бутадиена и стирола. Чтобы отделить (путем коагуляции) каучук от латекса, он обрабатывается раствором хлорида натрия (пищевой соли) в кислоте либо раствором сульфата алюминия, которые отделяют каучук в форме мелкой крошки. Далее крошка промывается, сушится в печи и прессуется в кипы.

Из всех эластомеров SBR используется наиболее широко. Больше всего его идет на производство автомобильных шин. Этот эластомер сходен по свойствам с натуральным каучуком. Он не маслостоек и в большинстве случаев проявляет низкую химическую стойкость, но обладает высоким сопротивлением удару и истиранию.

Латексы для эмульсионных красок. Бутадиен-стирольные латексы широко используются в эмульсионных красках, в которых латекс образует смесь с пигментами обычных красок. В таком применении содержание стирола в латексе должно превышать 60%.

Низкотемпературный маслонаполненный каучук. Низкотемпературный каучук — особый тип каучука SBR. Он производится при 5° С и обеспечивает лучшую износостойкость шин, чем стандартный SBR, полученный при 50° С. Износостойкость шин еще более повышается, если низкотемпературному каучуку придать высокую ударную вязкость. Для этого в базовый латекс добавляют некоторые нефтяные масла, называемые нефтяными мягчителями. Количество добавляемого масла зависит от требуемого значения ударной вязкости: чем оно выше, тем больше вводится масла. Добавленное масло действует как мягчитель жесткого каучука. Другие свойства маслонаполненного низкотемпературного каучука такие же, как у обычного низкотемпературного.

Буна N (NBR, бутадиенакрилонитрильный каучук). Вместе с буна S в Германии был также разработан маслостойкий тип синтетического каучука под названием пербунан, или буна N. Основной компонент этого нитрильного каучука — также бутадиен, который сополимеризуется с акрилонитрилом по существу по тому же механизму, что и SBR. Сорта NBR различаются содержанием акрилонитрила, количество которого в полимере варьирует от 15 до 40% в зависимости от назначения каучука. Нитрильные каучуки маслостойки в степени, соответствующей содержанию в них акрилонитрила. NBR использовался в тех видах военного оборудования, где требовалась маслостойкость, например в шлангах, самоуплотняющихся топливных элементах и конструкциях транспортных средств.

Читайте так же:
После воронения металл поржавел

Бутилкаучук. Бутилкаучук — еще один синтетический каучук — был открыт в 1940. Он замечателен своей низкой газопроницаемостью; камера шины из этого материала удерживает воздух в 10 раз дольше, чем камера из натурального каучука. Бутилкаучук изготавливают полимеризацией изобутилена, получаемого из нефти, с малой добавкой изопрена при температуре ?100° С.

Эта полимеризация не является эмульсионным процессом, а проводится в органическом растворителе, например метилхлориде. Свойства бутилкаучука могут быть сильно улучшены термообработкой маточной смеси бутилкаучука и газовой сажи при температуре от 150 до 230? С. Недавно бутилкаучук нашел новое применение как материал для протекторов шин ввиду его хороших ходовых характеристик, отсутствия шума и превосходного сцепления с дорогой. Бутилкаучук несовместим с натуральным каучуком и SBR и, значит, не может быть смешан с ними. Однако после хлорирования до хлорбутилкаучука он становится совместимым с натуральным каучуком и SBR. Хлорбутилкаучук сохраняет низкую газопроницаемость. Это свойство используется при изготовлении смешанных продуктов хлорбутилкаучука с натуральным каучуком или SBR, которые служат для производства внутреннего слоя бескамерных шин.

Этиленпропиленовый каучук. Сополимеры этилена и пропилена могут быть получены в широких диапазонах составов и молекулярных масс. Эластомеры, содержащие 60-70% этилена, вулканизуются с пероксидами и дают вулканизат с хорошими свойствами. Этиленпропиленовый каучук имеет превосходную атмосферо- и озоностойкость, высокую термо-, масло- и износостойкость, но также и высокую воздухопроницаемость. Такой каучук изготавливается из дешевых сырьевых материалов и находит многочисленные применения в промышленности.

Наиболее широко применяемым типом этиленпропиленового каучука является тройной этиленпропиленовый каучук (с диеновым сомономером). Он используется в основном для изготовления оболочек проводов и кабелей, однослойной кровли и в качестве присадки для смазочных масел. Его малая плотность и превосходная озоно- и атмосферостойкость обусловливают его применение в качестве кровельного материала.

Вистанекс. Вистанекс, или полиизобутилен, — полимер изобутилена, также получаемый при низких температурах. Он подобен каучуку по свойствам, но в отличие от каучука является насыщенным углеводородом и, значит, не может быть подвергнут вулканизации. Полиизобутилен озоностоек.

Коросил. Коросил, каучукоподобный материал, — это пластифицированный поливинилхлорид, приготовленный из винилхлорида, который, в свою очередь, получают из ацетилена и хлороводородной кислоты. Коросил замечательно стоек к действию окислителей, в том числе озона, азотной и хромовой кислот, и поэтому используется для внутренней облицовки цистерн с целью защиты их от коррозии. Он непроницаем для воды, масел и газов и в силу этого находит применение как покрытие для тканей и бумаги. Каландрованный материал используется в производстве плащей, душевых занавесок и обоев. Низкое водопоглощение, высокая электрическая прочность, негорючесть и высокое сопротивление старению делают пластифицированный поливинилхлорид пригодным для изготовления изоляции проводов и кабелей.

Полиуретан. Класс эластомеров, известных как полиуретаны, находит применение в производстве пеноматериалов, клеев, покрытий и формованных изделий. Изготовление полиуретанов включает несколько стадий. Сначала получают сложный полиэфир реакцией дикарбоновой кислоты, например адипиновой, с многоатомным спиртом, в частности этиленгликолем или диэтиленгликолем. Полиэфир обрабатывают диизоцианатом, например толуилен-2,4-диизоцианатом или метилендифенилендиизоцианатом. Продукт этой реакции обрабатывают водой и подходящим катализатором, в частности n-этилморфолином, и получают упругий или гибкий пенополиуретан. Добавляя диизоцианат, получают формованные изделия, в том числе шины. Меняя соотношение гликоля и дикарбоновой кислоты в процессе производства сложного полиэфира, можно изготовить полиуретаны, которые используются как клеи или перерабатываются в твердые или гибкие пеноматериалы либо формованные изделия. Пенополиуретаны огнестойки, имеют высокую прочность на растяжение, очень высокое сопротивление раздиру и истиранию. Они проявляют исключительно высокую несущую способность и хорошее сопротивление старению. Вулканизованные полиуретановые каучуки имеют высокие прочность на растяжение, сопротивление истиранию, раздиру и старению. Был разработан процесс получения полиуретанового каучука на основе простого полиэфира. Такой каучук хорошо ведет себя при низких температурах и устойчив к старению.

Кремнийорганический каучук. Кремнийорганические каучуки не имеют себе равных по пригодности к эксплуатации в широком температурном интервале (от ?73 до 315° С). Для вулканизованных кремнийорганических каучуков была достигнута прочность на растяжение около 14 МПа. Их сопротивление старению и диэлектрические характеристики также весьма высоки.

Хайпалон (хлорсульфоэтиленовый каучук). Этот эластомер хлорсульфонированного полиэтилена получают обработкой полиэтилена хлором и двуокисью серы. Вулканизованный хайпалон чрезвычайно озоно- и атмосферостоек и имеет хорошую термо- и химическую стойкость.

Фторсодержащие эластомеры. Эластомер кель-F — сополимер хлортрифторэтилена и винилиденфторида. Этот каучук имеет хорошую термо- и маслостойкость. Он стоек к действию коррозионно-активных веществ, негорюч и пригоден к эксплуатации в интервале от ?26 до 200° С. Витон А и флюорел — сополимеры гексафторпропилена и винилиденфторида. Эти эластомеры отличаются превосходной стойкостью к действию тепла, кислорода, озона, атмосферных факторов и солнечного света. Они имеют удовлетворительные низкотемпературные характеристики и пригодны к эксплуатации до ?21° С. Фторсодержащие эластомеры используются в тех приложениях, где требуется стойкость к действию тепла и масел.

Специализированные эластомеры. Производятся специализированные эластомеры с разнообразными физическими свойствами. Многие из них очень дороги. Наиболее важные из них — акрилатные каучуки, хлорсульфонированный полиэтилен, сополимеры простых и сложных эфиров, полимеры на основе эпихлоргидрина, фторированные полимеры и термопластичные блок-сополимеры. Они используются для изготовления уплотнений, прокладок, шлангов, оболочек проводов и кабелей и клеев. См. также ХИМИЯ ОРГАНИЧЕСКАЯ; ПЛАСТМАССЫ; КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector