Бутадієн-стірольний каучук: властивості, застосування, формула

Бутадієн-стірольний каучук вважається одним з найбільш використовуваних варіантів полімерних матеріалів. Він придатний для виготовлення шин і інших гумових виробів, що мають високу якість.

Названий полімерний матеріал виробляється з недорогої сировини, а технологія його виготовлення вважається цілком доступною, що має чіткий алгоритм дій. Одержуваний в результаті бутадієн-стірольний каучук володіє відмінними експлуатаційними та хімічними характеристиками. Він випускається в істотних обсягах і представлений виробником в широкому асортименті.

Сировина для виробництва

Розглянемо докладніше виробництво бутадієн бутадієну каучуків. В якості вихідної сировини для даного полімерного матеріалу вибирають бутадієн-1,3 або альфа-метилстирол. Отримують бутадієн-стірольний каучук шляхом розчинної технології або емульсійної кополімеризації. У другому способі утворюються бутадієн-стирольні розчинні каучуки.

емульсійна полімеризація

Як здійснюється отримання бутадієнстирольного каучуку? Реакція передбачає спільну полімеризацію стиролу і бутадієну в емульсії. Кінцевий продукт, одержуваний в результаті цієї взаємодії, називають бутадієн-стірольний каучук (СКС).

В даний момент у вітчизняній каучукової промисловості здійснюється виробництво різноманітних варіантів полімерної продукції на основі цієї хімічної речовини.

Як поділяють бутадієн-стірольний каучук? Виробники пропонують наступні варіанти:

• каучуки, які не містять масла (СКС-ЗОАРК);
• матеріали із середнім відсотковим вмістом олії (СКМ-ЗОЛРКМ-15);
• з підвищеною кількістю масла (СКС-ЗОДРКМ-27);
• з відмінними діелектричними характеристиками (СКС-ЗОАРПД).

специфіка найменування

Перші цифри в наведених назвах розповідають про кількісний вміст стиролу в вихідної шихті, обраній для проведення процесу полімеризації:

• «А» передбачає здійснення процесу низькотемпературної полімеризації (максимум +5 градусів).
• «М» свідчить про те, що в ньому є масло, не тільки стирол.
• Бутадієн-стірольний каучук з буквою «Р» розповідає про проведення реакціїполімеризації без наявності регулятора.
• «К» вказує на застосування при виготовленні каучуку каніфольного емульгатора.
• Буква «П» символізує матеріал, одержуваний при наявності в вихідної суміші солей жирних, синтетичних кислот, які є продуктами часткового окислення насичених парафінів.

Чим характеризується бутадієн-стірольний каучук? Отримання його грунтується на процесі полімеризації, який знаком навіть старшокласникам, які навчаються в загальноосвітніх школах і коледжах.

Відео: Отримання силіконового каучуку

Так, для виробництва в промисловості підошовних гум використовується смолонаполненний бутадієн-стірольний каучук, формула якого нічим не відрізняється від звичайного дієнового вуглеводню. У гум, вироблених на базі бутадієн-стірольний смоли, підвищена стійкість до механічного стирання, непогані Кожеподобную характеристики.

Здійснюють процес емульсійної полімеризації на спеціальному промисловій установці. Чим характеризується цей бутадієн-стірольний каучук? Отримання його здійснюється за чіткою і відпрацьованої технології. Середня тривалість хімічної реакції становить 12-15 годин. Після завершення полімеризації утворюється латекс, в якому міститься приблизно 30-35 відсотків полімерної речовини. Як антиоксидант в латекс вводять неон Д.

З латексу каучук виробляють шляхом коагуляції електролітів, які містять сірчану кислоту. З огляду на, що в ролі емульгаторів виступають каніфолевое масло і мило, створене на базі жирних синтетичних кислот, крім коагуляції спостерігається також утворення жирних кислот, які надають позитивну дію на технологічні характеристики готового виробу.

Завдяки добавці сірчаної кислоти, відбувається перетворення мила в вільні органічні кислоти, завершується коагуляція латексу і утворюється бутадієн-стірольний каучук. Застосування готового матеріалу багатогранно, залежить від виду виробництва. В основному каучук є поширеним сировиною в хімічній промисловості.

структура каучуку

Яку структуру має бутадієн-стірольний каучук? Фізичні властивості даної речовини визначається особливостями його будови. При отриманні полімеру шляхом озоціонірованія, утворюється полімер нерегулярної структури. У каучуку мономерні ланки знаходяться безладно, молекула має розгалужений вид.

Майже 80 відсотків всіх ланок мають транс-конфігурацію, і лише 20 відсотків характеризується цис-структурою.

Характеристики

Проаналізуємо бутадієн-стірольний каучук. Властивості цієї речовини пов`язані з його високою молекулярною масою. В середньому вона становить 150 000-400 000. А технологія виготовлення маслонаповнених каучуків передбачає вибір матеріалів з великим показником відносної молекулярної маси. Подібний варіант дозволяє усувати негативний вплив масла на якість гуми, зберігати протягом тривалого періоду відмінні технологічні характеристики каучуку.

Можна з етилену отримати бутадієн-стірольний каучук, провівши технологічний ланцюжок з використанням активаторів, емульгаторів, регуляторів, а також інших речовин, частково в процесі взаємодії перехідних до складу утворюється каучуку.

відмінні характеристики

Охарактеризуємо бутадієн-стірольний каучук. Формула даної речовини свідчить про те, що воно стійко до механічних деформацій, агресивним розчинників. Для підвищення морозостійкості і еластичності каучуку зменшують в вихідної суміші кількість стиролу. Отриманий полімер розчиняється в бензині і ароматичних розчинниках.

Чим ще виділяється бутадієн-стірольний каучук? Властивості і відношення до концентрованих кислот, кетонів, спирту стабільне, до того ж у полімеру відмінна газо- і водопроникність. Під час нагрівання каучуку спостерігаються серйозні структурні зміни, що негативно відбивається на фізико-механічні властивості одержуваної гуми.

Термічне окислення при температурах від 125 ° С викликає зниження жорсткості і деструкцію. Подальше окислення передбачає серйозне структурування полімеру, позначається на підвищенні його жорсткості.

особливості застосування

Для створення гумової суміші використовується саме бутадієн-стірольний каучук. Властивості, застосування цього представника класу дієнових вуглеводнів в повній мірі відповідає особливостям його структурної формули.

Присутність бічних фенільних угруповань позначається на підвищеній стійкості до негативного впливу радіаційного опромінення в порівнянні з іншими різновидами цих полімерів.

У гумових сумішей, які виготовлені на базі бутадієн бутадієну каучуків, невисока клейкість, підвищена усадка при каландрование і шприцевании. Це негативно відбивається на здійсненні технологічних процесів, а також при проведенні клеєння (збірки) заготовок гумових виробів.

У низькотемпературних каучуків поліпшені технологічні властивості, їх називають «гарячими» каучуками.

різновиди каучуків

М`які бутадієн-стирольні низькотемпературні каучуки мають низьку в`язкість, тому їх не пластикується.

Жорсткі каучуки виробляють в невеликих кількостях, піддаючи їх термоокислительной пластикации в повітряному середовищі при температурі близько 1400 ° С з використанням активаторів процесу деструкції.

У ненаповнених вулканизаторов невисока міцність на розтягнення. При зменшенні кількості пов`язаного стиролу в полімерному з`єднанні знижується опір і стійкість до стирання, зростає морозостійкість, збільшується еластичність.

Сажонаповнених (з технічним вуглецем) вулканізатори бутадієн бутадієну каучуків мають відмінні параметри по тепловій стійкості та зносостійкості, але в деякій мірі вони поступаються по еластичності і деформаційної стійкості звичайним каучукам. Використовувані вулканізатори мають додаткову стійкість до впливу концентрованих і розбавлених кислот, спиртів, лугів, ефірів. У розчинниках каучуку вони набухають.

Всі отримані полімери застосовують у виробництві шин, виготовленні різноманітних неформових і фірмових виробів. Наприклад, з бутадієнстирольного каучуку виготовляють транспортерні стрічки для лісозаготівельного виробництва, виробляють гумове взуття. У зв`язку з підвищеною радіаційною стійкістю всі ці каучуки використовують у виготовленні гум, що мають оптимальну стійкість до гамма-випромінювання.

Для виробництва виробів, що відрізняються відмінними морозостійкими характеристиками, застосовують вихідна сировина, в складі якого мінімальний вміст стиролу.

Характеристика бутадієн бутадієну каучуків розчинної полімеризації

У вітчизняній промисловості налагоджений випуск бутадієн бутадієну каучуків розчинної полімеризації, що мають різний зміст стиролу:

• ДССК-10.
• ДССК-25.
• ДССК-18.
• ДССК-50.
• ДССК-25Д (володіє підвищеними діелектричними характеристиками).

У продажу є і каучук, який включає в себе микроблока ароматичного стиролу, призначається для переробки литтям.

Крім того, є і каучуки маслонаполненние розчинної полімеризації, які містять до 27% олії. Завдяки розчинної полімеризації, при наявності литийорганических каталізаторів здійснюється регулювання основних параметрів молекулярної структури:

• розгалуження ланцюга;
• молекулярної маси;
• макроструктури.

Відмінними характеристиками подібних каучуків вважають істотне наявність самого полімеру (до 98%), мінімальна кількість домішок. Полімери мають лінійною будовою в порівнянні з бутадієн-стирольні емульсійними каучуками.

У одержуваних полімерних матеріалів більш висока пластичність, зносостійкість, морозостійкість, підвищений опір появі тріщин. Відзначимо і високу динамічну витривалість цих матеріалів. При меншій усадки вони володіють більшою в`язкістю по Муні, так як макромолекули мають лінійну структуру, здатні наповнюватися великим числом сажі (технічного вуглецю) і масла без негативного зміни механічних і фізичних властивостей вулканизаторов.

Є й деякі технологічні переваги при виробництві розчинних каучуків в порівнянні з емульсійними варіантами, але при цьому набагато більше вимоги до чистоти використовуваних мономерів. Використовують каучуки розчинної полімеризації в шинній промисловості, для створення міцних транспортерних стрічок, взуттєвої підошви, гумових рукавів, численних гумових деталей. Вихідними компонентами для виробництва полімерних матеріалів даного виду вважають стирол і Буада-1,3. Отримують каучуки шляхом розчинної або емульсійної кополімеризації.

У сучасному виробництві використовується не тільки технологія виготовлення ненаповнених каучуків, а й налагоджений випуск полімерів, в складі яких присутні смоли, технічний вуглець, масло. Серед усіх випущених полімерних матеріалів на частку бутадієнстирольного каучуку припадає більше половини всіх виробничих потужностей.

Причина такого масштабу полягає у високій однорідності фізичних і хімічних характеристик продукту, що випускається, доступності вихідних мономерів (стиролу і бутадієну), а також налагодженої технологічної лінії.

Велику масу бутадієнстирольного каучуку на сучасному виробництві отримують шляхом емульсійної кополімеризації стиролу і бутадієну.

Класифікація каучуків за будовою

З урахуванням умов проведення полімеризації і складу використовуваних компонентів налагоджений випуск бутадієн бутадієну каучуків, які розрізняються за властивостями і складом. Допускається статистичне, нерегулярне розподіл структурних ланок стиролу і бутадієну в макромолекулі.

При зниженні температури спостерігається зниження кількісного вмісту в створюваному каучуку низькомолекулярних фракцій. Крім того, відбувається зменшення структурного розгалуження, збільшення регулярної структури полімеру, що позитивно відбивається на технічних і експлуатаційних характеристиках готової продукції.

У розвитку вітчизняного виробництва синтетичних матеріалів важливим моментом стало налагодження виробництва бутадієн-стирольних матеріалів шляхом полімеризації по радикальному механізму. В даний час такі матеріали високої якості і за прийнятною ціною виробляють на заводах Красноярська, Омська, Тольятті, Стерлитамака, Воронежа.

особливості технології

При бажанні можна отримувати полімер, що володіє певними параметрами. Наприклад, із заданою середня молекулярна маса яких, яка регулюється по мірі полімеризації шляхом введення регуляторів, здатних здійснювати передачу ланцюга. У міру збільшення кількісного вмісту регуляторів спостерігається зниження молекулярної маси полімеру.

Що можна розглядати в якості емульгаторів, придатних для виробництва стійких емульсій мономерів, а також для створення підсумкових продуктів полімеризації, латексів? В якості основних хімічних компонентів розглядають калієві або натрієві солі жирних синтетичних карбонових кислот, гідровані каніфоль, а також солі алкісульфонатов.

При виборі каніфолі її спочатку піддають спеціальній обробці. В процесі диспропорционирования при каталізаторі (паладій) вона набуває властивостей, необхідні для технологічного ланцюжка створення каучуків.

Спефіціка виробництва

Для проведення сополимеризации використовують батарею полімеризаторів. При приготуванні шихти змішують очищений і попередньо висушений стирол, бутадієн, розчинник (їм може бути циклогексан) в співвідношенні 5/1. Далі компоненти вихідної шихти подають в діафрагмовим змішувач для якісного перемішування. Потім суміш направляється на хімічну тонку очистку від різноманітних дрібних домішок.

В апарат подають литийорганические з`єднання, титри при температурі 25 ° С протягом 20 хвилин. Ступінь очищення визначають за забарвленням шихти. Якщо домішок немає, у суміші слабо-коричневий колір. До полімеризації шихту змішують з каталізатором, полярними добавками.

Процес здійснюється в батареї, яка складається з трьох стандартних апаратів, шляхом послідовної подачі шихти. Температура всередині полімеризаторів підтримується в діапазоні від 50 до 80 ° C. Середня тривалість усієї хімічної процесу становить 6 годин.

висновок

У будь-якій сфері життя і діяльності своєчасного людини зустрічаються матеріали, в основі яких лежить бутадієн-стірольний каучук. В першу чергу відзначимо створення гумових підошов для взуття, автомобільних гумових покришок, різноманітних поливальних шлангів.

Статистичні сополімери стиролу і бутадієну широко застосовують у створенні електроізоляційних матеріалів, різноманітних виробів для автомобільної промисловості, включаючи і створення якісних покришок. Інноваційні технології, які застосовують сучасні виробники бутадієн бутадієну каучуків, дозволяють їм створювати продукцію з заданими фізичними і хімічними параметрами, бажаними експлуатаційними характеристиками.

Серед особливостей даного виробництва відзначимо застосування каталізаторів високої якості. Залежно від структури синтезованих каучуку, істотно відрізняється тривалість процесу їх створення, а також кінцева вартість продукції, що випускається на основі каучуку гумової продукції.