165980 (740042), страница 2
Текст из файла (страница 2)
4. Получение и свойства модифицированных каучуков
Основным путём модификации бутилкаучука является его галогенирование, при этом каучук приобретает повышенную активность при вулканизации, а вулканизаты – повышенную теплостойкость и адгезионную прочность:
| Параметры | Бутилкаучук | Хлорбутилкаучук | Бромбутилкаучук |
| Адгезия к резинам из НК, кН/м | |||
| При 200С | 0,84 | 2,63 | 8,76 |
| При 1000С | 0 | 0,52 | 2,63 |
| Адгезия к латуни, кН/м | |||
| При 200С | 0 | 5,25 | 17,40 |
| При 100 0С | 0 | 2,97 | 15,00 |
Галогенирование обычно проводится в растворе, в качестве растворителя используют алифатические или хлорированные углеводороды, например, гексан, бензин, тетрахлорметан. Основными стадиями процесса являются: растворение исходного каучука, хлорирование, нейтрализация, дегазация и выделение каучука.
При хлорировании используют смесь хлора с азотом, полученную при объёмном соотношении компонентов 1- (5-10). Хлорирование протекает в основном по типу реакции замещения атома водорода в изопреновых звеньях, при этом сохраняется 75 % ненасыщенности исходного бутилкаучука и образуются звенья следующих типов:
Содержание хлора в модифицированном бутилкаучуке 1,1 – 1,3% (масс.) Атомы хлора в аллильном положении отличаются большой подвижностью, и галогенированные звенья способны участвовать в реакциях вулканизации.
В отличие от хлора бром при взаимодействии с бутилкаучуком более склонен к реакциям присоединения. Однако при проведении процесса в контролируемых условиях удаётся вводить до 90% брома в аллильное положение:
Бромирование бутилкаучука проводится при смешении растворов каучука и брома в одинаковом растворителе. Температура в интервале от –60 до +500С не оказывает существенного влияния на процесс, что объясняется спецификой весьма быстрой реакции галогенирования.
Для предотвращения коррозии технологического оборудования в процессе галогенирования и исключения попадания металлов в галогенрированный каучук основные аппараты и соединительные линии должны быть эмалированными или выполненными из металлических материалов.
Для получения раствора бутилкаучук, если он поступает в виде брикетов, необходимо предварительно измельчить. Рациональнее использовать каучук в виде гранул, поступающих либо непосредственно после концентрирования водной крошки, либо после червячно-отжимных машин, причём в первом случае исключаются затраты на сушку каучука. Еще целесообразнее использовать полимер в виде раствора при применении метода безводной дегазации бутилкаучука.
Концентрация раствора бутилкаучука в бензине около 13%. Хлорирование протекает быстро, обычно время контакта бутилкаучука и хлора около 5 мин. Дозировка хлора рассчитывается, исходя из ненасыщенности бутилкаучука, и не должна превышать «критическую» Хкр (в % (масс.)), которая рассчитывается по формуле:
,
где Н – ненасыщенность каучука, % (мол.); МI МII –молекулярные массы изобутиленового (56,1) и изопренового (68,12) звеньев.
Изменение температуры от 10 до 550С существенно не влияет на эффективность хлорирования бутилкаучука, но при повышенных температурах возможно хлорирование бензина с высоким экзотермическим эффектом. Поэтому обычно хлорирование проводят при температуре 20-250С.
После нейтрализации и отмывки водой раствор хлорбутилкаучука поступает на крошкообразование, дегазацию и выделение каучука, осуществляемые по типовой технологии для каучуков растворной полимеризации.
5. Типы и свойства бутилкаучуков
В зависимости от вязкости по Муни и ненасыщенности в СССР выпускали следующие марки бутилкаучука:
| Марка | БК-0845 | БК-1040 | БК-1675 | БК-2045 | БК-2545 |
| Вязкость по Муни при 1000С | 45+4 | 42+4 | 75+5 | 45+4 | 45+4 |
| Ненасыщенность, % (мол.) | 0,8+0,2 | 1,0+0,2 | 1,6+0,2 | 2,0+0,2 | 2,8+0,2 |
Первые две цифры в марке характеризуют среднее значение ненасыщенности в десятых долях молярного процента, последние две – вязкость по Муни, которая приблизительно соответствует в этом интервале молекулярной массе по Штаудингеру в тысячах.
Бутилкаучук кристаллизуется при растяжении, однако этот процесс протекает при больших относительных удлинениях, чем у натурального каучука. Склонность бутилкаучука к кристаллизации в значительной мере определяется содержанием звеньев изопрена в полимерных цепях. При увеличении ненасыщенности снижается склонность к кристаллизации и ухудшаются физико-механические свойства вулканизатов бутилкаучука.
Для вулканизации бутилкаучука используют главным образом серу, а также органические полисульфиды, динитрозосоединения и алкилфенолоформальдегидные смолы. Ниже приведены физико-механические свойства ненаполненного (I) и наполненного (II) (50 ч. (масс.) технического углерода ДГ-100 на 100 ч. (масс.) полимера) серных вулканизатов на основе БК-1675:
| Свойство | I | II |
| Условное напряжение при удлинении 500 %, МПа | 1,2 | 10,8 |
| Условная прочность при растяжении, МПа | 23,0 | 23,0 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | 950 | 850 |
| Относительное остаточное удлинение, % | 15 | 50 |
| Эластичность по отскоку, % | ||
| При 200С | 10 | 10 |
| При 1000С | - | 40 |
| Твёрдость по ТМ-2 | 30 | 65 |
| Сопротивление раздиру, кН/м | 8,8 | 83 |
| Истираемость, мм3/Дж | - | 0,084 |
| Сопротивление разрастанию пореза, тыс. циклов | - | 600 |
| Температура хрупкости, 0С | -55 | -48 |
| Коэффициент старения (72 ч при 1300С) | ||
| По прочности при растяжении | - | 0,7 |
| По относительному удлинению | - | 0,7 |
Резины из бутилкаучука характеризуются высокой теплостойкостью, стойкостью к термоокислительной деструкции, озонному старению, агрессивным средам (действие окислителей, кислот и щелочей), что позволяет использовать эти резины для гуммирования химической аппаратуры. Отличительная особенность бутилкаучука – исключительно высокая газо- и паронепроницаемость, по этому показателю он превосходит все известные каучуки.
Важнейшая область применения бутилкаучука – производство автомобильных камер и внутреннего слоя бескамерных шин. Эти изделия из бутилкаучука в 8-10 раз превосходят по воздухонепроницаемости камеры из натурального каучука. Бутилкаучук применяют также в производстве варочных камер и диафрагм форматоров-вулканизаторов, используемых при изготовлении покрышек. Срок службы этих изделий из бутилкаучука не менее чем в два раза превышает срок службы изделий из НК. До 70 % от общего объёма потребления бутилкаучука в США используется в шинной промышленности.
Высокая атмосферо-, водо- и озоностойкость позволяет использовать бутилкаучук для изготовления прорезиненных тканей различного назначения, а сочетание этих свойств с высокими диэлектрическими показателями – для изоляции кабелей. На основе бутилкаучука получают губчатые изделия, герметизирующие составы и т.д.
К недостаткам бутилкаучука относятся его повышенная хладотекучесть, низкая скорость вулканизации, несовулканизуемость с каучуками общего назначения, неудовлетворительная адгезия, плохая совместимость с некоторыми ингредиентами, малая эластичность при обычных температурах, высокое теплообразование при многократных деформациях. В некоторой степени эти недостатки могут быть преодолены изменением рецептов резиновых смесей и условий их обработки, однако добиться радикального изменения свойств бутилкаучука удаётся лишь при химической модификации полимера.
Заключение
Бутилкаучук – важный материал, который используется для изготовления различных резиновых и других материалов в автомобильной, химической и других видах промышленности. Он обладает важными свойствами, устойчивостью к различным разрушительным факторам и превосходит в этом даже натуральный каучук.
Список использованной литературы
1. Полимеры: Пер. с англ./ В. Р. Говарикер, Н. В. Висванатхан, Дж. Шридхар; Предисл. В. А. Кабанова. – М.: Наука, 1990. – 396 с.
2. Кирпичников П. А., Аверко-Антонович Л. А., Аверко-Антонович Ю. О. Химия и технология синтетического каучука: Учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. Л.: Химия, 1987. – 424 с., ил.
3. Справочник по химии. Гончаров А. И., Корнилов М. Ю. Киев, издательское объединение «Вища школа», 1977, с. 304.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
