Бутадиен-стирольный каучук: свойства, применение, формула

Бутадиен-стирольный каучук считается одним из наиболее используемых вариантов полимерных материалов. Он пригоден для изготовления шин и других резиновых изделий, имеющих высокое качество.

Названный полимерный материал производится из недорогого сырья, а технология его изготовления считается вполне доступной, имеющей четкий алгоритм действий. Получаемый в итоге бутадиен-стирольный каучук обладает отличными эксплуатационными и химическими характеристиками. Он выпускается в существенных объемах и представлен производителем в широком ассортименте.

Сырье для производства

Рассмотрим подробнее производство бутадиен-стирольных каучуков. В качестве исходного сырья для данного полимерного материала выбирают бутадиен-1,3 либо альфа-метилстирол. Получают бутадиен-стирольный каучук путем растворной технологии или эмульсионной сополимеризацией. Во втором способе образуются бутадиен-стирольные растворные каучуки.

Эмульсионная полимеризация

Как осуществляется получение бутадиен-стирольного каучука? Реакция предполагает совместную полимеризацию стирола и бутадиена в эмульсии. Конечный продукт, получаемый в результате этого взаимодействия, называют бутадиен-стирольный каучук (СКС).

В данный момент в отечественной каучуковой промышленности осуществляется производство разнообразных вариантов полимерной продукции на основе данного химического вещества.

Как подразделяют бутадиен-стирольный каучук? Производители предлагают следующие варианты:

• каучуки, которые не содержат масла (СКС-ЗОАРК);
• материалы со средним процентным содержанием масла (СКМ-ЗОЛРКМ-15);
• с повышенным количеством масла (СКС-ЗОДРКМ-27);
• с отличными диэлектрическими характеристиками (СКС-ЗОАРПД).

Специфика наименования

Первые цифры в приведенных названиях рассказывают о количественном содержании стирола в исходной шихте, выбираемой для проведения процесса полимеризации:

• «А» предполагает осуществление процесса низкотемпературной полимеризации (не больше +5 градусов).
• «М» свидетельствует о том, что в нем есть масло, не только стирол.
• Бутадиен-стирольный каучук с буквой «Р» рассказывает о проведении реакции полимеризации без наличия регулятора.
• «К» указывает на применение при изготовлении каучука канифольного эмульгатора.
• Буква «П» символизирует материал, получаемый при наличии в исходной смеси солей жирных, синтетических кислот, которые представляют собой продукты частичного окисления насыщенных парафинов.

Чем характеризуется бутадиен-стирольный каучук? Получение его основывается на процессе полимеризации, который знаком даже старшеклассникам, обучающимся в общеобразовательных школах и колледжах.

Так, для производства в промышленности подошвенных резин используется смолонаполненный бутадиен-стирольный каучук, формула которого ничем не отличается от обычного диенового углеводорода. У резин, произведенных на базе бутадиен-стирольной смолы, повышенная стойкость к механическому истиранию, неплохие кожеподобные характеристики.

Осуществляют процесс эмульсионной полимеризации на специальной промышленной установке. Чем характеризуется этот бутадиен-стирольный каучук? Получение его осуществляется по четкой и отработанной технологии. Средняя продолжительность химической реакции составляет 12-15 часов. После завершения полимеризации образуется латекс, в котором содержится примерно 30-35 процентов полимерного вещества. В качестве антиоксиданта в латекс вводят неон Д.

Из латекса каучук вырабатывают путем коагуляции электролитов, которые содержат серную кислоту. Учитывая, что в роли эмульгаторов выступают канифолевое масло и мыло, созданное на базе жирных синтетических кислот, помимо коагуляции наблюдается также образование жирных кислот, оказывающих позитивное действие на технологические характеристики готового изделия.

Благодаря добавке серной кислоты, происходит превращение мыла в свободные органические кислоты, завершается коагуляция латекса и образуется бутадиен-стирольный каучук. Применение готового материала многогранно, зависит от вида производства. В основном каучук является распространенным сырьем в химической промышленности.

Структура каучука

Какую структуру имеет бутадиен-стирольный каучук? Физические свойства данного вещества определяется особенностями его строения. При получении полимера путем озоционирования, образуется полимер нерегулярной структуры. В каучуке мономерные звенья находятся беспорядочно, молекула имеет разветвленный вид.

Почти 80 процентов всех звеньев имеют транс-конфигурацию, и лишь 20 процентов характеризуется цис-структурой.

Характеристики

Проанализируем бутадиен-стирольный каучук. Свойства данного вещества связаны с его высокой молекулярной массой. В среднем она составляет 150 000-400 000. А технология изготовления маслонаполненных каучуков предполагает выбор материалов с большим показателем относительной молекулярной массы. Подобный вариант позволяет устранять негативное воздействие масла на качество резины, сохранять на протяжении длительного периода отличные технологические характеристики каучука.

Можно из этилена получить бутадиен-стирольный каучук, проведя технологическую цепочку с использованием активаторов, эмульгаторов, регуляторов, а также других веществ, частично в процессе взаимодействия переходящих в состав образующегося каучука.

Отличительные характеристики

Охарактеризуем бутадиен-стирольный каучук. Формула данного вещества свидетельствует о том, что оно устойчиво к механическим деформациям, агрессивным растворителям. Для повышения морозостойкости и эластичности каучука уменьшают в исходной смеси количество стирола. Полученный полимер растворяется в бензине и ароматических растворителях.

Чем еще выделяется бутадиен-стирольный каучук? Свойства и отношение к концентрированным кислотам, кетонам, спирту стабильное, к тому же у полимера отличная газо- и водопроницаемость. Во время нагревания каучука наблюдаются серьезные структурные изменения, что негативно отражается на физико-механических свойствах получаемой резины.

Термическое окисление при температурах от 125 °С вызывает снижение жесткости и деструкцию. Последующее окисление предполагает серьезное структурирование полимера, сказывается на повышении его жесткости.

Особенности применения

Для создания резиновой смеси используется именно бутадиен-стирольный каучук. Свойства, применение этого представителя класса диеновых углеводородов в полной мере соответствует особенностям его структурной формулы.

Присутствие боковых фенильных группировок сказывается на повышенной стойкости к негативному воздействию радиационному облучению в сравнении с иными разновидностями этих полимеров.

У резиновых смесей, которые изготовлены на базе бутадиен-стирольных каучуков, невысокая клейкость, повышенная усадка при каландровании и шприцевании. Это негативно отражается на осуществлении технологических процессов, а также при проведении клейки (сборки) заготовок резиновых изделий.

У низкотемпературных каучуков улучшенные технологические свойства, их называют «горячими» каучуками.

Разновидности каучуков

Мягкие бутадиен-стирольные низкотемпературные каучуки имеют низкую вязкость, поэтому их не пластицируют.

Жесткие каучуки производят в небольших количествах, подвергая их термоокислительной пластикации в воздушной среде при температуре порядка 1400 °С с использованием активаторов процесса деструкции.

У ненаполненных вулканизаторов невысокая прочность на растяжение. При уменьшении количества связанного стирола в полимерном соединении снижается сопротивление и стойкость к истиранию, возрастает морозостойкость, увеличивается эластичность.

Саженаполненные (с техническим углеродом) вулканизаторы бутадиен-стирольных каучуков имеют отличные параметры по тепловой стойкости и износоустойчивости, но в некоторой степени они уступают по эластичности и деформационной стойкости обычным каучукам. Используемые вулканизаторы имеют дополнительную стойкость к воздействию концентрированных и разбавленных кислот, спиртов, щелочей, эфиров. В растворителях каучука они набухают.

Все полученные полимеры применяют в производстве шин, изготовлении разнообразных неформовых и формовых изделий. Например, из бутадиен-стирольного каучука изготавливают транспортерные ленты для лесозаготовительного производства, производят резиновую обувь. В связи с повышенной радиационной стойкостью все эти каучуки используют в изготовлении резин, имеющих оптимальную устойчивость к гамма-излучению.

Для производства изделий, отличающихся отличными морозостойкими характеристиками, применяют исходное сырье, в составе которого минимальное содержание стирола.

Характеристика бутадиен-стирольных каучуков растворной полимеризации

В отечественной промышленности налажен выпуск бутадиен-стирольных каучуков растворной полимеризации, имеющих различное содержание стирола:

• ДССК-10.
• ДССК-25.
• ДССК-18.
• ДССК-50.
• ДССК-25Д (обладает повышенными диэлектрическими характеристиками).

В продаже есть и каучук, который включает в себя микроблоки ароматического стирола, предназначается для переработки литьем.

Кроме того, есть и каучуки маслонаполненные растворной полимеризации, которые содержат до 27% масла. Благодаря растворной полимеризации, при наличии литийорганических катализаторов осуществляется регулировка основных параметров молекулярной структуры:

• разветвления цепи;
• молекулярной массы;
• макроструктуры.

Отличительными характеристиками подобных каучуков считают существенное наличие самого полимера (до 98%), минимальное количество примесей. Полимеры обладают линейным строением в сравнении с бутадиен-стирольными эмульсионными каучуками.

У получаемых полимерных материалов более высокая пластичность, износостойкость, морозостойкость, повышенное сопротивление появлению трещин. Отметим и высокую динамическую выносливость этих материалов. При меньшей усадке они обладают большей вязкостью по Муни, так как макромолекулы имеют линейную структуру, способны наполняться большим числом сажи (технического углерода) и масла без негативного изменения механических и физических свойств вулканизаторов.

Есть и некоторые технологические преимущества при производстве растворных каучуков в сравнении с эмульсионными вариантами, но при этом гораздо больше требования к чистоте используемых мономеров. Используют каучуки растворной полимеризации в шинной промышленности, для создания прочных транспортерных лент, обувной подошвы, резиновых рукавов, многочисленных резиновых деталей. Исходными компонентами для производства полимерных материалов данного вида считают стирол и буадиен-1,3. Получают каучуки путем растворной или эмульсионной сополимеризации.

В современном производстве используется не только технология изготовления ненаполненных каучуков, но и налажен выпуск полимеров, в составе которых присутствуют смолы, технический углерод, масло. Среди всех выпускаемых полимерных материалов на долю бутадиен-стирольного каучука приходится более половины всех производственных мощностей.

Причина такого масштаба заключается в высокой однородности физических и химических характеристик выпускаемого продукта, доступности исходных мономеров (стирола и бутадиена), а также налаженной технологической линии.

Большую массу бутадиен-стирольного каучука на современном производстве получают путем эмульсионной сополимеризацией стирола и бутадиена.

Классификация каучуков по строению

С учетом условий проведения полимеризации и состава используемых компонентов налажен выпуск бутадиен-стирольных каучуков, которые различаются по свойствам и составу. Допускается статистическое, нерегулярное распределение структурных звеньев стирола и бутадиена в макромолекуле.

При понижении температуры наблюдается снижение количественного содержания в создаваемом каучуке низкомолекулярных фракций. Кроме того, происходит уменьшение структурного разветвления, увеличение регулярной структуры полимера, что позитивно отражается на технических и эксплуатационных характеристиках готовой продукции.

В развитии отечественного производства синтетических материалов важным моментом стало налаживание производства бутадиен-стирольных материалов путем полимеризации по радикальному механизму. В настоящее время такие материалы высокого качества и по приемлемой цене производят на заводах Красноярска, Омска, Тольятти, Стерлитамака, Воронежа.

Особенности технологии

При желании можно получать полимер, обладающий определенными параметрами. Например, с заданной средней молекулярной массой, которая регулируется по мере полимеризации путем ввода регуляторов, способных осуществлять передачу цепи. По мере увеличения количественного содержания регуляторов наблюдается понижение молекулярной массы полимера.

Что можно рассматривать в качестве эмульгаторов, подходящих для производства стойких эмульсий мономеров, а также для создания итоговых продуктов полимеризации, латексов? В качестве основных химических компонентов рассматривают калиевые либо натриевые соли жирных синтетических карбоновых кислот, гидрированную канифоль, а также соли алкисульфонатов.

При выборе канифоли ее сначала подвергают специальной обработке. В процессе диспропорционирования при катализаторе (палладий) она приобретает свойства, необходимые для технологической цепочки создания каучуков.

Спефицика производства

Для проведения сополимеризации используют батарею полимеризаторов. При приготовлении шихты смешивают очищенный и предварительно высушенный стирол, бутадиен, растворитель (им может являться циклогексан) в соотношении 5/1. Далее компоненты исходной шихты подают в диафрагмовый смеситель для качественного перемешивания. Затем смесь направляется на химическую тонкую очистку от разнообразных мелких примесей.

В аппарат подают литийорганические соединения, титрую при температуре 25 °С на протяжении 20 минут. Степень очистки определяют по окраске шихты. Если примесей нет, у смеси слабо-коричневый цвет. До полимеризации шихту смешивают с катализатором, полярными добавками.

Процесс осуществляется в батарее, которая состоит из трех стандартных аппаратов, путем последовательной подачи шихты. Температура внутри полимеризаторов поддерживается в диапазоне от 50 до 80 °C. Средняя продолжительность всего химического процесса составляет 6 часов.

Заключение

В любой сфере жизни и деятельности своевременного человека встречаются материалы, в основе которых лежит бутадиен-стирольный каучук. В первую очередь отметим создание резиновых подошв для обуви, автомобильных резиновых покрышек, разнообразных поливочных шлангов.

Статистические сополимеры стирола и бутадиена широко применяют в создании электроизоляционных материалов, разнообразных изделий для автомобильной промышленности, включая и создание качественных покрышек. Инновационные технологии, которые применяют современные производители бутадиен-стирольных каучуков, позволяют им создавать продукцию с заданными физическими и химическими параметрами, желаемыми эксплуатационными характеристиками.

Среди особенностей данного производства отметим применение катализаторов высокого качества. В зависимости от структуры синтезируемых каучуков, существенно отличается продолжительность процесса их создания, а также конечная стоимость выпускаемой на основе каучука резиновой продукции.