Синтетические изопреновые каучуки: различия между версиями
| [непроверенная версия] | [непроверенная версия] |
новая статья |
Sittaco (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
||
| (не показано 45 промежуточных версий 37 участников) | |||
| Строка 1: | Строка 1: | ||
[[Файл:Polyisopren-Strukturen.svg|thumb|400px|Варианты [[Изомерия|изомерии]] при полимеризации изопрена]] |
|||
'''Изопреновый каучук''' - синтетический каучук, получаемый применением новых комплексных катализаторов стереоспецифической полимеризации в растворителях. Использование комплексных катализаторов на основе производных титана и алюминия дает возможность получить каучуки типа СКИ-3 с высоким содержанием цис-1,4-звеньев, присоединенных почти исключительно по типу «голова к хвосту». |
|||
'''Синтетические изопреновые каучуки''' (СКИ) — продукты [[Полимеризация|полимеризации]] [[изопрен]]а. Эластичная темно-серая масса без характерного запаха. Химический состав изопрена приблизительно идентичен натуральному каучуку, поэтому свойства этих двух [[эластомер]]ов похожи. |
|||
СКИ-3 имеет регулярную структуру, содержит не каучуковые компоненты, а также отсутствуют функциональные группы в молекулярных цепях полимера. Каучук имеет узкое молекулярно-массовое распределение . Он содержит 15-40% гель-фракции. Изопреновый каучук кристаллизуются при растяжении или при охлаждении (полупериод кристаллизации нерастянутого каучука СКИ-3 — более 20 ч). Обладает низкой температурой стеклования (около -70ºС), максимальное содержание кристаллической фазы в СКИ-3 - 30%. Наименьшее относительное удлинение, при котором наблюдается образование кристаллической фазы при 20°С, составляет для резин на его основе 300— 400%. Параметр растворимости синтетического изопренового каучука р равен 16,8 (МДж/м3)1/2. Каучуки этого типа выпускают с заданной вязкостью (вязкость по Муни СКИ-3 I группы составляет 71—85 усл. ед, СКИ-3 II группы—50—60 усл. ед.). При переработке они не нуждаются в предварительной пластикации; однако вследствие большой склонности СКИ к деструкции при переработке необходимо строго соблюдать температурные режимы смешения, разогрева и формования. Способность СКИ кристаллизоваться при растяжении и гибкость его макромолекул обусловливают высокие эластичность и прочность ненаполненных и наполненных резин на его основе, а также хорошие динамические свойства. |
|||
| ⚫ | Основным недостатком СКИ, связанным с особенностями молекулярной структуры и ММР, является пониженная когезионная прочность резиновых смесей на их основе |
||
Синтетические изопреновые каучуки хорошо совмещаются со всеми диеновыми каучуками. Важнейшее свойство — их способность к полимеризации, которая используется для получения синтетических каучуков. |
|||
| ⚫ | Вследствие высокой непредельности вулканизацию СКИ-3 можно осуществлять с применением вулканизующих систем, содержащих серу и органические ускорители вулканизации, а также бессерными системами: |
||
Получают путем [[катализатор|каталитической]] [[Стереоизомеры|стереоспецифической]] полимеризации изопрена в [[растворитель|растворителях]]: |
|||
'''<sub>n</sub>СН<sub>2</sub>=С(СН<sub>3</sub>)-СН=СН<sub>2</sub> → (-СН<sub>2</sub>-С(СН<sub>3</sub>)=СН-СН<sub>2</sub>-)<sub>n</sub>''' |
|||
Эти синтетические каучуки являются в основном [[Цис-транс-изомерия|транс]]-1,4-полиизопренами. Полимеризация изопрена под действием таких инициаторов, как натрий или калий в малополярных растворителях, приводит к образованию 1,2-, 3,4- и транс-1,4-полиизопрена. Инициирование полимеризации литием в неполярном растворителе ведёт к получению каучука, содержащего 94 % [[Цис-транс-изомерия|цис]]-звеньев. Использование [[Катализаторы Циглера — Натта|катализаторов Циглера-Натта]] позволяет получить каучук, практически идентичный натуральному. При полимеризации изопрена в отсутствие стереохимического контроля в принципе возможно образование различных полимерных продуктов. |
|||
== История == |
|||
Натуральный [[каучук]] — это изопреновый каучук. Поэтому перед учёными стояла задача получить синтетический изопреновый каучук. Синтез такого каучука был осуществлён. Но свойств натурального каучука в полной мере достичь не удавалось. Причину этого установили, когда изучили пространственное строение натурального каучука. Оказалось, что он имеет стереорегулярное строение, группы -СН<sub>3</sub> в макромолекулах каучука расположены не беспорядочно, а по одну и ту же сторону двойной связи в каждом звене, то есть находятся в цис-положении. |
|||
== Свойства == |
|||
* рабочий диапазон температур: от −55 °C до +80 °C; низкая температура стеклования (около −70ºС); |
|||
* кристаллизация при растяжении или при охлаждении: полупериод [[Кристаллизация|кристаллизации]] нерастянутого каучука СКИ-3 — более 20 ч. Способность СКИ кристаллизоваться при растяжении и гибкость его макромолекул обусловливают высокую [[Упругость|эластичность]] и прочность ненаполненных и наполненных резин на его основе, а также хорошие динамические свойства. Наименьшее относительное удлинение, при котором наблюдается образование кристаллической фазы при 20 °C, составляет для резин на его основе 300—400 %; |
|||
* отличная эластичность по отскоку; |
|||
* очень хорошая прочность на раздир и истирание, прочность на разрыв; |
|||
* хорошая [[Изоляция (электротехника)|электроизоляционная стойкость]]; |
|||
* растворимость = 16,8 (МДж/м³); хорошая водостойкость. |
|||
* каучуки выпускают с заданной вязкостью. При переработке необходимо строго соблюдать температурные режимы смешения, разогрева и формования. |
|||
== Недостатки == |
|||
Плохая стойкость к высокой температуре, [[озон]]у и солнечному свету. |
|||
Очень низкая стойкость к [[масло|маслам]], [[бензин]]ам и углеродным растворителям. |
|||
| ⚫ | Основным недостатком СКИ, связанным с особенностями молекулярной структуры и ММР, является пониженная когезионная прочность резиновых смесей на их основе (пониженная скоростью кристаллизации синтетического полиизопрена, отсутствие в макромолекулах функциональных полярных групп). При сборке неформовых, клееных и других изделий возникают затруднения, связанные с повышенной липкостью смесей и полуфабрикатов, недостаточной каркасностью, текучестью при транспортировке и хранении. |
||
== Применение == |
|||
Использование комплексных катализаторов на основе производных [[титан (элемент)|титана]] и [[алюминий|алюминия]] дает возможность получить каучуки типа СКИ-3 с высоким содержанием цис-1,4-звеньев, присоединенных почти исключительно по типу «голова к хвосту». СКИ-3 имеет регулярную структуру, содержит не каучуковые компоненты, а также отсутствуют функциональные группы в молекулярных цепях полимера. Каучук имеет узкое молекулярно-массовое распределение. |
|||
| ⚫ | Вследствие высокой непредельности вулканизацию СКИ-3 можно осуществлять с применением вулканизующих систем, содержащих серу и органические ускорители вулканизации, а также бессерными системами: [[тиурам]]ом, органическими перекисями, [[Фенолформальдегидная смола|фенолформальдегидными смолами]], производными малеимида и другими веществами. В промышленности применяются главным образом серные вулканизующие системы. Обычно температура вулканизации серных смесей на основе СКИ-3 равна 133—151 °C. Для них характерно наличие оптимума вулканизации по сопротивлению разрыву и небольшое плато вулканизации. |
||
Поскольку СКИ склонен к кристаллизации, то вулканизаты на его основе, даже не наполненные, обладают высокой прочностью до 30 МПа. При повышенных температурах сопротивление раздиру и прочность понижаются. Благодаря отсутствию азотсодержащих веществ и малой зольности СКИ характеризуются хорошей водостойкостью и высокими диэлектрическими показателями. |
|||
== Ссылки и источники == |
|||
* [http://www.polymertechnik.com/produkte/eigenschaften/ir.html Typische Eigenschaften von Isoprenkautschuk]{{Недоступная ссылка|date=Июнь 2018 |bot=InternetArchiveBot }} ([[немецкий язык|нем.]]) |
|||
* [https://web.archive.org/web/20100207150934/http://www.kautschuk-isolierung.de/ Anwendung von Isoprenkautschuk bei der Rohrisolierung] ([[немецкий язык|нем.]]) |
|||
* Гончаров А. І., Середа І.П. ''Хімічна технологія''. Ч.2. — Київ: Вища шк., 1980 р. — 280с. ([[украинский язык|укр.]]) |
|||
{{Нет иллюстрации}} |
|||
[[Категория:Полимеры]] |
|||
[[Категория:Каучуки]] |
|||
Текущая версия от 11:00, 29 января 2023
Синтетические изопреновые каучуки (СКИ) — продукты полимеризации изопрена. Эластичная темно-серая масса без характерного запаха. Химический состав изопрена приблизительно идентичен натуральному каучуку, поэтому свойства этих двух эластомеров похожи.
Синтетические изопреновые каучуки хорошо совмещаются со всеми диеновыми каучуками. Важнейшее свойство — их способность к полимеризации, которая используется для получения синтетических каучуков.
Получают путем каталитической стереоспецифической полимеризации изопрена в растворителях:
nСН2=С(СН3)-СН=СН2 → (-СН2-С(СН3)=СН-СН2-)n
Эти синтетические каучуки являются в основном транс-1,4-полиизопренами. Полимеризация изопрена под действием таких инициаторов, как натрий или калий в малополярных растворителях, приводит к образованию 1,2-, 3,4- и транс-1,4-полиизопрена. Инициирование полимеризации литием в неполярном растворителе ведёт к получению каучука, содержащего 94 % цис-звеньев. Использование катализаторов Циглера-Натта позволяет получить каучук, практически идентичный натуральному. При полимеризации изопрена в отсутствие стереохимического контроля в принципе возможно образование различных полимерных продуктов.
История
[править | править код]Натуральный каучук — это изопреновый каучук. Поэтому перед учёными стояла задача получить синтетический изопреновый каучук. Синтез такого каучука был осуществлён. Но свойств натурального каучука в полной мере достичь не удавалось. Причину этого установили, когда изучили пространственное строение натурального каучука. Оказалось, что он имеет стереорегулярное строение, группы -СН3 в макромолекулах каучука расположены не беспорядочно, а по одну и ту же сторону двойной связи в каждом звене, то есть находятся в цис-положении.
Свойства
[править | править код]- рабочий диапазон температур: от −55 °C до +80 °C; низкая температура стеклования (около −70ºС);
- кристаллизация при растяжении или при охлаждении: полупериод кристаллизации нерастянутого каучука СКИ-3 — более 20 ч. Способность СКИ кристаллизоваться при растяжении и гибкость его макромолекул обусловливают высокую эластичность и прочность ненаполненных и наполненных резин на его основе, а также хорошие динамические свойства. Наименьшее относительное удлинение, при котором наблюдается образование кристаллической фазы при 20 °C, составляет для резин на его основе 300—400 %;
- отличная эластичность по отскоку;
- очень хорошая прочность на раздир и истирание, прочность на разрыв;
- хорошая электроизоляционная стойкость;
- растворимость = 16,8 (МДж/м³); хорошая водостойкость.
- каучуки выпускают с заданной вязкостью. При переработке необходимо строго соблюдать температурные режимы смешения, разогрева и формования.
Недостатки
[править | править код]Плохая стойкость к высокой температуре, озону и солнечному свету.
Очень низкая стойкость к маслам, бензинам и углеродным растворителям.
Основным недостатком СКИ, связанным с особенностями молекулярной структуры и ММР, является пониженная когезионная прочность резиновых смесей на их основе (пониженная скоростью кристаллизации синтетического полиизопрена, отсутствие в макромолекулах функциональных полярных групп). При сборке неформовых, клееных и других изделий возникают затруднения, связанные с повышенной липкостью смесей и полуфабрикатов, недостаточной каркасностью, текучестью при транспортировке и хранении.
Применение
[править | править код]Использование комплексных катализаторов на основе производных титана и алюминия дает возможность получить каучуки типа СКИ-3 с высоким содержанием цис-1,4-звеньев, присоединенных почти исключительно по типу «голова к хвосту». СКИ-3 имеет регулярную структуру, содержит не каучуковые компоненты, а также отсутствуют функциональные группы в молекулярных цепях полимера. Каучук имеет узкое молекулярно-массовое распределение.
Вследствие высокой непредельности вулканизацию СКИ-3 можно осуществлять с применением вулканизующих систем, содержащих серу и органические ускорители вулканизации, а также бессерными системами: тиурамом, органическими перекисями, фенолформальдегидными смолами, производными малеимида и другими веществами. В промышленности применяются главным образом серные вулканизующие системы. Обычно температура вулканизации серных смесей на основе СКИ-3 равна 133—151 °C. Для них характерно наличие оптимума вулканизации по сопротивлению разрыву и небольшое плато вулканизации.
Поскольку СКИ склонен к кристаллизации, то вулканизаты на его основе, даже не наполненные, обладают высокой прочностью до 30 МПа. При повышенных температурах сопротивление раздиру и прочность понижаются. Благодаря отсутствию азотсодержащих веществ и малой зольности СКИ характеризуются хорошей водостойкостью и высокими диэлектрическими показателями.
Ссылки и источники
[править | править код]- Typische Eigenschaften von Isoprenkautschuk (недоступная ссылка) (нем.)
- Anwendung von Isoprenkautschuk bei der Rohrisolierung (нем.)
- Гончаров А. І., Середа І.П. Хімічна технологія. Ч.2. — Київ: Вища шк., 1980 р. — 280с. (укр.)