XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Сопряженные диены из-за особого строения обладают повышенной реакционной способностью и легко вступают в реакцию полимеризации и сополимеризации, поэтому наиболее широко используются в получении синтетических каучуков с последующим получением из них резин и эбонитов.

Полимеры диеновых мономеров представляют собой очень эластичные каучукообразные вещества и применяются как заменители или синтетические аналоги натурального каучука в производстве резиновых изделий.

Диеновые мономеры (бутадиен-1,3, изопрен, хлоропрен и т.п.) могут соединяться друг с другом несколькими способами. Бутадиен может образовать три различных элементарных звена макромолекулы:

Изопрен является чуть более сложной молекулой, и у полиизопрена может быть четыре различных типа элементарных звеньев:

Поскольку у диеновых полимеров в основной цепочке содержатся двойные связи, то такие полимеры могут стать "сшитыми", то есть приобрести сетчатую структуру в процессе, называемом вулканизация. Это происходит при нагревании полимера с серой. Сера взаимодействует с двойными связями полимерной цепи следующим образом:

Без "сшивания" диеновые полимеры могут стать вязкими и текучими при нагревании и хрупкими и ломкими при чрезмерном охлаждении. При образовании трехмерной сетчатой структуры они становятся твердыми, растяжимыми эластомерами в широком диапазоне температур, что значительно расширяет возможности применения этих полимеров.

Полиизопрен (синтетический полиизопреновый каучук), являющийся аналогом натурального каучука, является стереорегулярным полимером с высоким содержанием 1,4-цис-звеньев:

Полиизопрен относится к эластомерам, то есть он восстанавливает свою форму после растяжения или другой деформации. Другое важное свойство — непроницаемость для воды и газов. Основной недостаток каучука — чувствительность к высоким и низким температурам. При нагревании каучук размягчается и теряет эластичность, а при охлаждении становится хрупким. Эти недостатки можно преодолеть путем вулканизации.

Полученный после вулканизации продукт называется резиной. Он имеет разветвленную пространственную структуру, менее эластичен, чем исходный каучук, однако обладает значительно большей прочностью, поэтому используется для производства автомобильных шин и других резино-технических изделий, герметиков, обуви и спортивного инвентаря.

Полибутадиен также является диеновым полимером и синтезируется (аналогично полиизопрену) на катализаторах Циглера-Натта.

Поскольку структура и свойства этого полимера аналогичны полиизопрену, они используются в одних и тех же направлениях. Значительное количество полибутадиена используется в резинотехническом производстве при получении изделий общего назначения и шин. Его вулканизаты имеют более высокую, чем у полиизопрена газонепроницаемость, достаточную электрическую стойкость и диэлектрическую прочность. Он также обладает отличными морозостойкими свойствами. Полибутадиеновый каучук используется в некоторых областях промышленности для придания материалам и изделиям великолепной эластичности и стойкости к истиранию, например в производстве твердых мячей для гольфа и изготовлении высоко упругих игрушечных мячей.

Полихлоропрен получают из мономера хлоропрена следующим образом:

Он хорошо растворяется в ароматических и хлорированных углеводородах, частично в кетонах и эфирах. Хлоропреновый каучук обладает хорошими клеящими свойствами, поэтому его используют в клеящих мастиках. Он особенно устойчив к воздействию масел.

Полихлоропрен широко используется в изделиях электротехнического назначения (защитная оболочка в производстве провода и кабеля), при производстве шин (белые боковины), прессованных и экструзионных изделиях для автомобильной индустрии, а также при производстве высокотехнологичной современной ткани – неопрена. Созданный с целью замены натуральной резины искусственным материалом, более стойким к воздействию химических реагентов, неопрен стал востребованным во многих сферах человеческой деятельности. Гибкая, эластичная материя, не пропускающая воздух и влагу, широко используется в швейном производстве, автомобильной промышленности, медицине, строительстве, применяется для изготовления спортивной и туристической одежды.

Вместе с тем широкое распространение получили сополимеры диеновых мономеров с различными сомономерами винилового типа: бутадиен-метилстирольный каучук, бутилкаучук (изобутилен-изопреновый сополимер), бутадиен-нитрильный (бутадиен-акрилонитрильный сополимер), АВС-пластик и т.п.

Подбор сомономеров при сополимеризации является тщательной работой технологов с целью получения материала с заданным набором технологических и эксплуатационных свойств.

Бутадиен-стирольный каучук

Бутадиен-стирольный каучук обладает отличным набором эксплуатационных характеристик, поэтому находит применение во многих областях, особенно при получении изделий с высокой стойкостью к истиранию (шины легковых автомобилей, обувные подошвы).

Бутилкаучук

Бутилкаучук имеет уникальную способность удерживать воздух, и эта способность сделала бутилкаучук идеальным для камер пневматических шин. Он также сделал возможным изобретение бескамерных шин.

Стойкость к химическим реагентам позволяет применять его для защитной рабочей одежды, виброизоляционные свойства используются для уменьшения вибрации в моторных деталях и машинах, а его стойкость к тепловому воздействию сделала бутилкаучук подходящим материалом в соответствующих сферах.

Из других наиболее интересных областей применения бутилкаучука следует упомянуть производство адгезивов, герметиков, фармацевтической одежды, шлангов и жевательной резинки.

Этилен-пропиленовый каучук

Сочетание свойств этилена и пропилена делают эти каучуки подходящими для производства тысяч видов резинотехнических изделий для самых различных областей применения.

Основная область применения этилен-пропиленового каучука традиционная для этих материалов – автомобильная, за которой следуют профили, шланги и прокладки, строительство и конструкция профилей и кровельных мембран, кабельная изоляция и покрытия, прессованные РТИ. Небольшое количество этилен-пропиленового каучука используется в качестве добавки к смазочным маслам для придания термостабильности.

Бутадиен-нитрильный каучук

Он находит применение в производстве строительных клеев (адгезивов), автомобильных прокладок, маслостойких покрытиях, специальных рабочих перчаток, конвейерных лент, тормозных накладок, подошв обуви, прессованных изделий.

Свойства полимерных материалов на основе диеновых мономеров давно стали объектом пристального изучения многих ученых, в связи с чем и процесс вулканизации, и само качество резины постоянно улучшаются, а разнообразие композиций позволяет удовлетворить самых взыскательных потребителей в широчайшем спектре потребления.

Список литературы

Левковская Е.И., Васильев В.А., Бубнова С.В., Цыпкина И.М.Физико-механические характеристики полиизопрена, полученного с катализатором на основе сольвата хлорида гадолиния // Каучук и резина. 2016. №1. С. 10-13.

Марина Н.Г., Монаков Ю.Б., Рафиков С.Р., Гаделева Х.К.Полимеризация диенов на лантаноидсодержащих каталитических системах // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 1984. Т. 26. № 6. С. 1123-1138.

Гиззатова Э.Р., Спивак С.И.О модели конверсии мономера в процессах радикальной полимеризации диенов // В сборнике: Современная математика и ее приложения Материалы Международной научно-практической конференции. Ответственный редактор С.А. Мустафина. 2017. С. 251-256.

Гришин Б.С. Синтетический полиизопрен и натуральный каучук - сравнительный анализ уровня потребительских // Промышленное производство и использование эластомеров. 2009. № 1. С. 3-8.

Васильева К.В., Хохлова А.К.Современное состояние промышленности синтетического каучука // В сборнике: Россия молодая Сборник материалов VII Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых с международным участием. 2015. С. 425.