изопреновые каучуки синтетические
ИЗОПРЕНОВЫЕ КАУЧУКИ СИНТЕТИЧЕСКИЕ (полиизопрены, ПИ, СКИ-3, америпол, европрен, карифлекс, каром, курапрен, натсин, нипол)
полимеры изопрена. Наиб. практич. ценность представляют стереорегулярные изопреновые каучуки (И. к.) — аналоги каучука натурального, синтезируемые полимеризацией изопрена в растворе в присутствии катализаторов Циглера — Натты (комплексов соед. Ti с алюминийорг. соед.), а также лития или литийалкилов.
Структура и свойства каучуков. Звенья изопрена в макромолекуле И. к. могут иметь конфигурации 1,4-цис (I), 1,4-транс (II), и 3,4 (III):
Соотношение этих звеньев определяется природой катализатора и составляет: 93% 1,4-цис, 1–2% 1,4-транс и 5–6% 3,4 (кат. — литий или литийалкилы); 95–98% 1,4-цис, 1–4% 1,4-транс, 1–2% 3,4 (кат. — комплексы на основе Ti). Описаны катализаторы на основе лантаноидов, в присутствии которых получают И. к., содержащие 96–99% звеньев 1,4-цис и 1–4% звеньев 3,4. Среднемассовая молекулярная масса
Получение каучуков. Для синтеза И. к. применяют изопрен, содержащий не менее 99% по массе осн. вещества; количество примесей (простых эфиров, карбонильных, ацетиленовых, серосодержащих соед., воды и особенно циклопентадиена) строго регламентировано. Растворителями обычно служат алифатич. углеводороды (изопентан, гексан, бензины). Исходная концентрация изопрена в растворе 10–15% по массе. Полимеризацию осуществляют непрерывным способом в батарее последовательно соединенных реакторов емкостью 16–20 м3, снабженных скребковыми мешалками и рубашкой, через которую циркулирует хладагент (энтальпия полимеризации 1050 кДж/кг). Продолжительность процесса при 20–25 °C обычно составляет 2–6 ч, конверсия изопрена может достигать 95%. Заключительные операции технол. процесса: 1) дезактивация кат. (спиртами или др. соед. с подвижным атомом водорода; остатки отмывают водой в колоннах противоточного типа); 2) введение антиоксиданта; 3) выделение полимера из раствора методом водной дегазации (отгонкой растворителя и незаполимеризовавшегося мономера с острым паром; для предотвращения слипания образующейся крошки каучука вводят ПАВ); 4) отделение крошки от воды; сушка каучука, брикетирование его и упаковка. Выделение И. к., получаемых в присутствии литиевых кат., можно осуществлять "безводным" способом с использованием, напр., герметичных вальцов. В раствор каучука м. б. введены нафтеновое масло и водная или углеводородная дисперсия техн. углерода (сажи). Такие масло- и саженаполненные каучуки обладают улучшенными технол. свойствами (см. наполненные каучуки).
Технологические характеристики каучуков. Резиновые смеси. Пластичность И. к. с содержанием звеньев 1,4-цис до 98% составляет 0,30–0,48, вязкость по Муни (100 °C) — 60–90, маслонаполненных — 40–45. Перерабатывают И. к. (часто в смеси с НК, бутадиенстирольным и бутадиеновым каучуками) на обычном оборудовании резиновых заводов — вальцах, смесителях, каландрах (в отличие от НК предварит. пластикация И. к. не требуется). В смеси вводят также феноло-формальд. и др. смолы. Резиновые смеси на основе И. к. хорошо каландруются, шприцуются и формуются. По когезионной прочности и клейкости они уступают смесям на основе НК. К последним по когезионной прочности приближаются резиновые смеси из И. к., модифицированного на стадии синтеза n-нитрозодифениламином.
Изделия из И. к. вулканизуют, как правило, при температурах не выше 150 °C. Осн. агент вулканизации сера (1–3 мас. ч.); реже применяют тетраметилтиурамдисульфид или орг. пероксиды. Ускорителями серной вулканизации служат ди(2-бензотиазолил)дисульфид, N-циклогексил-2-бензотиазолсульфенамид (сульфенамид Ц) и др. В качестве наполнителей резиновых смесей используют гл. обр. активный техн. углерод (обычно 25–50 мас. ч.), а также мел, каолин, активный SiO2 и др. Наиб. эффективные пластификаторы — минер. масла с высоким содержанием ароматич. и нафтеновых углеводородов, канифоль, кумароно-инденовые смолы
Свойства вулканизатов. По большинству мех. свойств вулканизаты И. к. (см. табл.) не уступают резинам из НК (обладают лишь пониженными напряжением при удлинении 300% и сопротивлением раздиру).
Резины из И. к. стойки к действию воды, этанола и ацетона, нестойки в конц. кислотах, щелочах, углеводородах и минер. маслах. Электрич. характеристики резин: ρ 3,4 Том.м, ε 3,8, tgd 0,011.
Применение каучуков. И. к. — типичные каучуки общего назначения, применяемые вместо НК гл. обр. в производстве шин (часто в комбинации с др. каучуками), а также разл. РТИ (конвейерные ленты, рукава и др.), резиновой обуви, оболочек кабелей и т. д. Мировые мощности по производству И. к. достигли 1,3 млн. т/год.
Лит.: Энциклопедия полимеров, т. 1, М., 1972, с. 821–27; Стереорегулярные каучуки, пер. с англ., ч. 1–2, М., 1981; Коган Л. М., Кроль В. А, "Ж. Всес. хим. общества им. Д. И. Менделеева", 1981. т. 26, № 3. с. 272–80; Кормер В. А., Васильев В. А., в кн.: Синтетический каучук, под ред. И. В. Гармонова, 2 изд., Л., 1983, с. 154–80; Эстрин А. С, Коган Л. М., Кроль В. А., там же, с. 180–193; Brydson J. A., Rubber chemistry, L, 1978. См. также лит. при ст. изопрен.
Б. Д. Бабицкий
Химическая энциклопедия