Натуральный каучук

Натуральный каучук (НК) выделяют из млечного сока каучуконосных растений (в основном гевеи бразильской), произрастающих на плантациях в тропическом поясе. Млечный сок – латекс – представляет собой 40%-ную водную дисперсию каучука. В дисперсионной среде – серуме – каучук находится в виде мельчайших глобул шарообразной или грушевидной формы.

Латексы используют для получения каучука или для изготовления тонкостенных резиновых изделий, пропитки тканей и других целей. Для рентабельности транспортирования в другие регионы латексы предварительно концентрируют.

Промышленные каучуки получают в основном двумя способами: коагуляцией латекса, когда большинство растворимых составных частей латекса попадает в отходы, с последующей промывкой и сушкой полученного каучука; испарением воды из латекса, когда все составные части латекса остаются в каучуке.

Важнейшими типами натурального каучука, поступающего на отечественные заводы, являются рифленый смокед-шитс (Ribbed Smoked Sheets- RRS-1, RRS-2) и светлый креп (Pale Crepe Rubber – PCR), получаемые коагуляций латекса.

В состав НК входят: углеводород каучука (свыше 90%), вещества ацетонового экстракта (кислородсодержащие компоненты), азотсодержащие вещества (протеины), зола (неорганические вещества).

Углеводород НК представляет собой полиизопрен, в котором около 98% звеньев имеют структуру 1,4-цис и 2% - структуру 3,4:

~ Н₂С СН₂ ~ ~ СН - СН₂ ~

C=C |

H₃С Н СН₃ - С = СН₂

1,4-цис 3,4

Кислородсодержащие вещества составляют жирные кислоты (стеариновая, олеиновая), являющиеся диспергаторами ингредиентов и активаторами вулканизации, и некоторые вещества основного характера, повышающие стойкость к термоокислительной деструкции. Азотсодержащие вещества - это в основном белки и продукты их разложения – аминокислоты, которые повышают клейкость, когезионную прочность, но способствуют набухаемости резин в воде и снижению диэлектрических свойств.

В условиях хранения при температуре от 10ºС и ниже НК кристаллизуется, становится твердым, поэтому перед применением в резиновом производстве он подвергается предварительной декристаллизации при 50-70ºС (распарка НК). Декристаллизованный НК имеет хорошие технологические свойства. Как каучук с высокой степенью ненасыщенности НК вулканизуется серой в присутствии любых ускорителей вулканизации.

Поскольку НК кристаллизуется и в условиях растяжения, резины на его основе обладают высокой прочностью даже в отсутствие наполнителей и характеризуются хорошей эластичностью и морозостойкостью, высокими динамическими свойствами, износостойкостью, но недостаточно стойки к старению и воздействию агрессивных сред.

НК используют как самостоятельно, так и в комбинации с другими каучуками для производства автомобильных шин и разнообразных резиновых технических изделий. Важной областью применения НК является производство резиновых изделий бытового, спортивного, санитарно-гигиенического и медицинского назначения.

2.2. Синтетические изопреновые каучуки

Синтетические изопреновые каучуки являются единственными представителями синтетических каучуков, приближающихся по структуре и свойствам к НК.

Отечественная промышленность СК производит базовый каучук СКИ-3 на комплексном катализаторе Циглера - Натта на основе производных титана и алюминия. Каучук, полученный на литиевых катализаторах, маркируется как СКИЛ. Эти типы каучуков отличаются содержанием цис-1,4-структур.

В отличие от НК синтетические полиизопрены содержат все конфигурации звеньев - 1,4-цис, 1,4-транс, 1,2 и 3,4:

Н

~ Н₂С СН₂ ~ С - СН₂ ~

C=C ~ СН₂ - С

H₃С Н СН₃

1,4-цис 1,4-транс

СН₃

|

~ СН - СН₂ ~ ~ Н₂С - С ~

| |

СН₃ - С = СН₂ СН = СН₂

3,4 1,2

Поскольку синтетические изопреновые каучуки отличаются от НК менее регулярной структурой, они характеризуются меньшей скоростью кристаллизации как при хранении (кристаллизуются только при – 25ºС), так и при растяжении. Поэтому каучуки не нуждаются в предварительной пластикации, но склонны к деструкции при переработке.

Основным недостатком СКИ, связанным с отсутствием функциональных групп в молекулах полимера и иным ММР, является пониженная когезионная прочность резиновых смесей. Так, прочность резиновых смесей на основе НК составляет 1,5-2 МПа, а на основе СКИ-3 – 0,2-0,4 МПа, что приводит к недостаточной каркасности, текучести и липкости смесей и полуфабрикатов при транспортировке и хранении и требует применения специальных структурирующих добавок (модификатор РУ-1).

Вулканизаты СКИ-3 близки по свойствам вулканизатам на основе НК, но уступают им по динамическим характеристикам. Поэтому синтетические изопреновые каучуки с успехом используются вместо НК при изготовлении всех резиновых изделий, причем как самостоятельно, так и в сочетании с другими каучуками.

2.3. Бутадиеновые каучуки

Бутадиеновые каучуки - первые в мире промышленные синтетические каучуки, полученные в России по технологии, разработанной С.В. Лебедевым. В настоящее время в зависимости от способа полимеризации бутадиена (дивинила) производят бутадиеновые каучуки с различной микроструктурой.

Нерегулярные бутадиеновые каучуки получают газофазной полимеризацией на металлическом натрии (натрий-бутадиеновый каучук СКБ) или с добавлением в катализаторную пасту лития (СКБМ). Эти каучуки имеют очень разветвленную структуру:

~ Н₂С СН₂ ~ Н ~ Н₂С – СН ~

С = С С - СН₂ ~ |

Н Н ~ Н₂С - С СН = СН₂

Н

1,4-цис (10-15%) 1,4-транс (15-25%) 1,2 (65-70%)

При введении в катализаторную пасту лития содержание 1,2-звеньев уменьшается, в связи с этим повышается подвижность цепей и морозостойкость каучука (отражено в марке каучука буквой М – СКБМ). Натрий-бутадиеновые каучуки не кристаллизуются, и резины на их основе имеют недостаточно высокую прочность. Эти каучуки применяются в производстве изделий для пищевой и медицинской промышленности, изделий с повышенными диэлектрическими свойствами.

Стереорегулярные бутадиеновые каучуки (СКД) получают при полимеризации бутадиена в растворе на комплексных металлоорганических катализаторах (СКД - титановая, СКДК - кобальтовая, СКДЛ – литиевая, СКДН – неодимовая каталитическая система). В зависимости от состава катализатора каучуки имеют различную микроструктуру, но преобладают звенья 1,4-цис (87-95%).

Поскольку разветвленность молекулярных цепей практически отсутствует, каучуки имеют очень низкую температуру стеклования – от – 90 до – 110ºС, что обеспечивает повышенную морозостойкость резин.

Несмотря на высокую степень регулярности, каучуки СКД вследствие плотной упаковки молекул кристаллизуются лишь при низких температурах – от –55 до –60ºС. При обычной температуре каучуки аморфны, а резины на их основе не кристаллизуются при деформации и поэтому имеют невысокую прочность, но исключительно высокую износостойкость, эластичность, морозостойкость.

Каучуки СКД имеют неудовлетворительные технологические свойства, плохо обволакивают поверхность валков и рассыпаются в крошку. Поэтому их обычно применяют в смеси с НК, СКИ-3 или бутадиен-стирольными каучуками

Наиболее широко применяется СКД для изготовления протекторных и обкладочных резин, транспортерных лент, низа резиновой обуви, изоляции кабелей, морозостойких резиновых изделий, ударопрочного полистирола и т.д.