Бутадиеновый каучук: формула, способы получения, свойства и применение

Химической промышленностью в наше время производится несколько видов каучуков. Одним из самых востребованных при этом является бутадиеновый. Каучук этой разновидности имеет множество достоинств. Но конечно, есть у него и некоторые недостатки.

Немного истории

Натуральный каучук в Европу, как известно, был привезен из Америки Христофором Колумбом. Обнаружил это интересное вещество великий мореплаватель на острове Гаити. Местные индейцы делали из него плотные мячи для игр.

В первое время каучук в Европе, к сожалению, никого особо не заинтересовал. Однако позднее это вещество стало применяться довольно-таки широко. К примеру, во Франции из него делали подтяжки для штанов. В Англии с использованием каучука шили водонепроницаемые пальто.

В 1839 г. американский исследователь Чарльз Гурдер впервые сделал из этого материала резину. Хотя до этого изобретатель и пытался найти новые методы использования каучука, получилось у него это совершенно случайно. Однажды Гурдер чисто механически положил пластинку исследуемого материала на печку поверх уже находившегося там куска серы. Так впервые и получился материал с интересными свойствами, в последующем названный резиной.

Необходимость синтезирования каучука

Добывают каучук в Америке из дерева гевеи. В Европе и России эта тропическая культура, к сожалению, не растет. Природных источников получения резины в Северном полушарии попросту нет. Именно поэтому в конце XIX — начале XX века в России и Европе встала острая потребность синтеза искусственного каучука для получения резины, которая к тому времени уже была широко распространена и использовалась повсеместно.

Виды искусственного каучука

Со временем было создано множество технологий получения этого нужного материала. Видов каучука на настоящий момент существует несколько. К примеру, химической промышленностью выпускаются такие его типы, как винилпиридиновый, фторсодержащий, вспененный, кремнийорганический. Но наиболее востребованным является все же бутадиеновый. Каучук именно этой разновидности и был когда-то впервые получен искусственно (в 1932 году группой инженеров под руководством А. Лебедева).

Как делают

Гевей в нашей стране нет. Однако для получения синтетического каучука также используются природные материалы. В основном это зерно и картофель. Сбраживая эти с/х продукты, получают этиловый спирт. Последний служит исходным сырьем при производстве такого вещества, как бутадиен-1.3. Для получения каучука этот компонент подвергают полимеризации.

Исходное вещество

Представляет собой 1.3-бутадиен бесцветный газ, формула которого выглядит следующим образом: СН2=СН—СН=СН2. По-другому его называют дивинил. По сути, бутадиен-1.3 — это ненасыщенный углеводород, представитель группы диеновых. Характерной особенностью этого газа, помимо всего прочего, является очень неприятный запах.

Полимеризация бутадиена для получения собственно каучука производится на стереоскопических катализаторах. Сама реакция протекает с присоединением молекул друг с другом в 1,4 или 1,2 положении.

Физические характеристики

Для синтеза конечного продукта применяют обычно содержащий более 99% основного вещества бутадиен. Бутадиеновый каучук же отличается такими техническими характеристиками:

• вязкость по Муни — 30-35;

• температура вулканизации — 140-160 С;

• плотность — 900-920 кг/м;

• основной агент вулканизации — сера;

• наполнители при вулканизации — технический углерод;

• пластификаторы — минеральные масла.

Разновидности

Подразделяется бутадиеновый каучук на два основных типа:

• стереорегуляторный;

• нестереорегуляторный.

Первую разновидность материала выпускают в виде брикетов. Получают стереорегуляторные каучуки:

• с помощью катализаторов Циглера-Натта (никелевого, кобальтового и титанового типов);

• литий-органических катализаторов.

В молекулах таких каучуков имеется не менее 85% мономерных групп. Нестереорегуляторные материалы делают в присутствии щелочных металлов. Чаще всего это металлический натрий. Именно такой материал (СКВ) и был получен когда-то впервые А. Лебедевым.

Бутадиеновый каучук: формула

Получать этот материал можно, таким образом, с использованием разных катализаторов. Формула бутадиенового каучука выглядит в любом случае следующим образом:

nCH 2 = СН – СН = CH 2 ® (– СН 2 – СН = СН – СН 2 –) n, где n может принимать значения в несколько тысяч.

Способ получения нестереорегуляторного каучука СКВ

Изготавливают такой материал, как уже упоминалось, путем полимеризации бутадиена в присутствии металлического натрия. Длится эта процедура несколько часов при давлении в 0.9 МПа и температуре 50-60 С.

Улучшают свойства полученного каучука путем дополнительной обработки в вакуумсмесителе для удаления летучих веществ. Далее к материалу добавляют стеариновую кислоту и противостаритель. На заключительном этапе каучук обрабатывают на рафинировочных пальцах. Это позволяет придать материалу большую однородность и очистить его от разного рода жестких ненужных включений.

В зависимости от того, какой будет выбран зазор на рафинированных пальцах, можно получить брикетированный или вальцованный каучук. Упаковывают полученный материал в прорезиненные мешки. Иногда последние также пропитывают нитролаком.

Как маркируется СКВ

Итак, как получить бутадиеновый каучук нестереорегуляторный, мы выяснили. Теперь давайте посмотрим, как маркируется эта разновидность материала. Пластичность получаемого методом полимеризации нестереорегуляторного каучука СКВ может варьироваться в пределах 0.1-0.66. Исходя из этого, и маркируется материал. К примеру, каучук 40 будет иметь пластичность 0.36-0.4. Также маркировка материала содержит такие сведения, как:

• использованный способ полимеризации;

• содержание умягчителей;

• назначение.

Буквы в маркировке материала обозначают:

• с — стрежневая полимеризация;

• б — бесстержневая;

• к — брикетированный материал;

• р — рафинированный;

• в — пальцопанный.

Из каучука СКВ, маркированного буквой «д», получают резины с повышенными диэлектрическими свойствами. Материал, на этикетке которого присутствует «э», предназначен для изготовления баллонных и эбонитовых изделий. Буква «щ» в маркировке каучука означает то, что его можно использовать для изготовления резины, соприкасающейся с пищевыми продуктами.

Синтез стереорегуляторного материала

Изначально разновидность СКВ использовалась очень широко. Однако с изобретением технологии изготовления стереорегуляторного каучука, применение ее значительно сократилось. Дело в том, что стереорегулятрный бутадиеновый каучук отличается большей эластичностью и имеет лучшие технические характеристики.

Совершенствование процессов изготовления материала привело к получению новых его форм с улучшенными свойствами. Стереорегуляторный бутадиеновый каучук — полимер, изготавливать который можно с использованием комплексных катализаторов (СКД) или литиевых (СКДЛ).

Делают такие материалы по непрерывной схеме и с минимальными затратами ручного труда. При производстве наиболее распространенной разновидности СКД полимеризация производится в специальной батарее в присутствии комплексного катализатора при температуре 25-30 С и давлении 1 МПа. Общее время изготовления каучука этой разновидности составляет 4-8 часов.

На одном из этапов материал дополнительно обрабатывается в вакуумоиспарителе. Здесь к полимеризату добавляется антиоксидант. Далее материал проходит процедуру водной дегазации. Остатки растворителя от каучука отделяют путем обработки паром.

Поставляются на рынок стереорегуляторные бутадиеновые каучуки обычно в брикетах по 30 кг, завернутых в полиэтиленовую пленку.

Сферы использования

Таким образом, имеет очень даже хорошие бутадиеновый каучук свойства. И применение его поэтому оправдано при изготовлении самой разной эластичной продукции. Каучуки нестереорегуляторные бутадиеновые чаще всего используются при производстве:

• резин пищевых, морозостойких, кислотощелочестойких;

• эбонитовых и асбестовых изделий.

Стереорегуляторные материалы этого типа используют при изготовлении:

• шин для автомобилей;

• подошв обуви и перчаток;

• транспортерных лент для элеваторов, предприятий легкой и тяжелой промышленности;

• изоляторов для электрических проводов и кабелей;

• резиновых изделий с высокой динамичной износостойкостью;

• морозостойкой резины.

К безусловным преимуществам этого каучука относят его нетоксичность и отсутствие неприятного запаха. Поэтому очень часто такой материал применяют также для изготовления изделий, используемых в медицине и пищевой промышленности.

Как получают резину

Чаще всего для производства этого материала используются стереорегуляторные каучуки. Для получения резины в них добавляют обычно, как уже упоминалось, технический углерод. Изготавливается резина методом вулканизации. Бутадиеновый каучук, формула которого была представлена выше, в сравнении с некоторыми другими разновидностями, имеет ряд недостатков:

• низкую когезионную прочность;

• плохую адгезию к металлу.

Резиновые смеси на их основе дают сильную усадку. Поэтому в процессе производства такой материал часто смешивают с изопреновыми, стирольными и другими видами каучуков.