Хлоропреновый каучук - уникальный полимерный материал с широким спектром применения. Обладая высокой прочностью, стойкостью к агрессивным средам, данный вид синтетического каучука нашел свое место в производстве резинотехнических изделий, кабелей, клеев и лакокрасочных материалов.
Получение хлоропренового каучука
Хлоропреновый каучук получают путем полимеризации хлоропрена - мономера, который, в свою очередь, производят на основе бутадиена. Технологический процесс включает следующие стадии:
- Хлорирование бутадиена с получением смеси дихлорбутенов
- Изомеризация 1,4-дихлорбутена в 3,4-дихлорбутен
- Дегидрохлорирование 3,4-дихлорбутена с образованием хлоропрена
- Очистка хлоропрена методом ректификации
- Полимеризация хлоропрена водной эмульсии с образованием полихлоропрена
Полимеризацию хлоропренового каучука проводят как периодическим, так и непрерывным способом в присутствии инициатора (персульфата калия), регуляторов роста цепи (сера, меркаптаны), эмульгаторов при температуре 38-40°C. Конечный продукт представляет собой водную эмульсию частиц полихлоропрена - латекс.
Свойства хлоропренового каучука
Хлоропреновые каучуки обладают следующим комплексом ценных качеств:
- Высокая механическая прочность
- Хорошая адгезия к различным материалам
- Стойкость к воздействию атмосферных факторов, озону, УФ-излучению
- Масло- и бензостойкость
- Тепло- и морозостойкость в широком диапазоне температур
Эти свойства обусловлены наличием хлорсодержащих групп в молекулах полимера, которые придают материалу полярность и снижают подвижность макромолекул.
Применение хлоропренового каучука
Благодаря уникальному комплексу полезных качеств, хлоропреновый каучук широко используется:
- В производстве резинотехнических изделий - конвейерных лент, приводных ремней, шлангов, рукавов высокого давления, уплотнительных колец, прокладок
- При изготовлении кабелей и проводов в качестве изоляционного материала и защитных оболочек
- В составе клеев и герметиков, стойких к воздействию агрессивных сред, УФ-излучению и повышенным температурам
- Для производства водолазных костюмов, защитных покрытий, кровельных материалов
Помимо индивидуального использования, хлоропреновый каучук широко применяют в рецептурах резин в комбинации с другими каучуками для улучшения физико-механических и эксплуатационных характеристик готовых изделий.
Строение молекулы хлоропрена
Молекула хлоропрена имеет следующую химическую формулу: CH2=CH−CCl=CH2 Это хлорпроизводное 1,3-бутадиена, в котором один из атомов водорода замещен на атом хлора. Наличие хлорсодержащей группы и двойных связей в молекуле хлоропрена определяет его реакционную способность при полимеризации с образованием полихлоропрена.
Механизм образования полихлоропрена
Полимеризация хлоропрена протекает по радикальному механизму:
- Инициирование - образование свободных радикалов под действием инициатора (персульфата калия)
- Рост цепи - присоединение мономерных звеньев хлоропрена к растущему радикалу
- Обрыв цепи - взаимодействие растущих цепей между собой или с регуляторами роста цепи
В результате полимеризации образуется высокомолекулярное вещество - полихлоропрен с линейным строением макромолекул, состоящих из звеньев хлоропрена, соединенных между собой двойными углерод-углеродными связями.
Модификация хлоропреновых каучуков
Для расширения областей применения хлоропреновых каучуков и улучшения их эксплуатационных свойств используют модификацию путем сополимеризации хлоропрена с другими мономерами:
- Стиролом - повышение морозо- и износостойкости
- Акрилонитрилом - улучшение масло- и бензостойкости
- Дихлорбутадиеном - снижение склонности к кристаллизации
Варьируя соотношение компонентов и условия синтеза, получают хлоропреновые каучуки с заданным комплексом свойств.
Переработка хлоропренового каучука
Перед переработкой хлоропренового каучука проводят следующие операции подготовки:
- Дегазация латекса - удаление растворенных газов
- Коагуляция - осаждение полимерных частиц из латекса
- Сушка каучука до влажности 0,5-1%
- Распарка - разрушение кристаллических образований в полимере
Подготовленный хлоропреновый каучук используют для изготовления резиновых смесей, подвергающихся вулканизации с образованием пространственной сетчатой структуры.
Методы оценки качества хлоропреновых каучуков
Для контроля качества хлоропреновых каучуков используют физические и химические методы испытаний, регламентированные межгосударственным стандартом ГОСТ ISO 2475-2013:
- Определение вязкости по Муни при 25°C
- Термогравиметрический анализ
- ИК-спектроскопия
- Испытания на растяжение
- Определение твердости по Шору A
Проводят также испытания вулканизатов стандартных резиновых смесей с хлоропреновым каучуком для оценки вулканизационных характеристик.
Упаковка и транспортировка хлоропренового каучука
Хлоропреновый каучук после завершения технологического процесса фасуют в мешки массой 20-30 кг. Маркировка мешков должна содержать:
- Наименование предприятия-изготовителя
- Условное обозначение каучука
- Номер партии
- Массу нетто
- Дату изготовления
Транспортируют и хранят хлоропреновый каучук в крытых вентилируемых складских помещениях, исключающих попадание прямых солнечных лучей и влаги.
Перспективы развития производства хлоропреновых каучуков
В настоящее время ведутся работы по созданию ресурсоэффективных "зеленых" технологий получения хлоропреновых каучуков, позволяющих снизить энергопотребление, выбросы вредных веществ и стоимость конечного продукта. Разрабатываются методы утилизации и вторичной переработки отработанных изделий на основе полихлоропрена.
Требования к сырью для производства хлоропреновых каучуков
Основное сырье для производства хлоропреновых каучуков - мономер хлоропрен - должно соответствовать следующим требованиям:
- Массовая доля основного вещества (хлоропрена) - не менее 99%
- Содержание воды - не более 0,1%
- Массовая доля ингибитора (гидрохинона) - 0,001-0,01%
- Массовая доля стабилизатора (дифениламина) - 0,001-0,01%
- Отсутствие механических примесей и постороннего запаха
Вспомогательные вещества, используемые в процессе (эмульгаторы, инициаторы, регуляторы роста цепи) также должны соответствовать стандартным техническим условиям по чистоте.
Контроль технологического процесса производства хлоропреновых каучуков
На всех стадиях процесса получения хлоропреновых каучуков необходим строгий контроль следующих параметров:
- Температура и давление в реакторах
- Расход исходного сырья и вспомогательных веществ
- Время стадий процесса
- Показатель активной кислотности среды (pH)
- Концентрация эмульгатора
- Скорость перемешивания
Точное соблюдение технологических параметров на всех этапах позволяет получать хлоропреновый каучук стабильного качества с заданными свойствами.
