Табиғи каучуктің технологиялық қасиеттері
Табиғи каучуктердi алу көзi, тропикалық белдеуде өсетiн каучуктi өсiмдiктер болып табылады.
Табиғи каучуктен жасалған жұмсақ резинаның дыбыс өткiзбеу қасиеттерi 37м/сек тең (250С кезiнде) резинадағы дыбыстың таралу жылдамдығымен сипатталады; температура артқан сайын резинада дыбыстың таралу жылдам-дығы төмендейдi.
Эбониттегi (тығыздығы 1,25 г/см3) дыбыстың таралу жылдамдығы 1560 м/сек (180С кезiнде) құрайды.
Табиғи каучук жақсы технологиялық қасиеттерге ие. Ол оңай иiмделедi, каландрленедi, сығымдалады; барлық полярлы емес синтетикалық каучуктер-мен бiрiге алады және желiмденгiштiгi жоғары.
Табиғи каучук негiзiндегi толықтырылмаған резиналарды қолдану оның жоғары-созылымды және механикалық қасиеттерiн барынша пайдалануға мүмкiндiк бередi.
Табиғи каучук негiзiндегi резиналардың кемшiлiгiне олардың ерiткiштерге төзiмдiлiгi мен жылуға төзiмдiлiгiнiң төмендiгi жатады.
Бұрын барлық каучуктi жабайы тропикалық каучуктi өсiмдiктерден алатын. Бұл каучук ормандық деп аталды. Ормандық каучуктiң отаны Оңтүстiк Америка мен Азия арқылы өтетiн экваториалды тропикалық аумақ болып табылады. Алғаш рет ормандық каучук 3 т мөлшерiнде Европаға 1827 жылы әкелiндi. Қазiргi кезде оның шығарылуы жалпы өндiрiлетiн табиғи каучуктiң 1-2% құрайды.
Тұтас дерлiк табиғи каучук каучуктi өсiмдiктер плантациясынан (ботаникалық Euphorbiaceae тұқымдастығының бразилиялық гевеясынан) алынады. Гевея – биiктiгi 45 м-ге және диаметрi 0,8-1,5 м-ге дейiн жететiн мықты өсiмдiк. Бразилиялық гевея плантациясы ең бастысы тропикалық Оңтүстiк-Шығыс Азияда, Малайск архипелагында, Малакка жартыаралында, Цейлон аралында және т.б. орналасқан.
Қазiргi кезде табиғи каучуктiң плантациясының жалпы көлемi 3,5 млн. га асып кетедi.
Соңғы жылдары табиғи каучуктiң өндiрiлуi Африка елдерiнде 140 мың.т. жеттi.
Гевеяны отырғызу жиiлiгi шамамен 1 га-ға 500-760 ағаштан (орташа есеппен 600) келедi, бiрақ әлсiздерiн алып тастаса 250 аспайтын өсiмдiк қалады.
Жоғары өнiм беретiн сорттарын өсiру арқасында каучуктi жинауды 1700-2300 кг/га дейiн көтеруге мүмкiндiк туды. Табиғи каучук полимерінің негізгі бөлімі қайталанып отыратын изопентен буындарынан құралады және формуласы мынадай болады:
/
Каучук – гуттаперча стеоизомері транс – конфигурацияға ие:
Плантацияларда қасиеттерi жағынан бiрыңғайлау және сапасы жоғары каучуктердi алу жөнiнде тәжiрибелер жүргiзiледi. Негiзiнен жұмыстар латекстi сұйылтуды азайту және коагуляциялағандағы рН реттеуге жұмылдырылған. Жаңа әдiстер флокулянған дисперсияларды алуға немесе оны бiрқалыпты кептiруге мүмкiндiк беретiн, үздiксiз тәсiлмен ұсақ дисперстi коагулюмдi алуға бағытталған. Нәтижесiнде, тұрақты рН латекстi сұйылтпай алынған каучуктер бiрыңғай, модулдерi жоғары және механикалық қасиеттерi жоғары болатыны анықталды.
Бутилкаучукті алу, құрылысы және қасиеттері
Бутилкаучуктi изобутилен мен изопрендi бiрге полимерлеу арқылы алады. Изопрен мен изобутиленнiң қатынасы полимердiң берiлген қанықпаған-дығымен анықталады.
Қанықпаушылық деп сополимердiң 100 буынына келетiн изопрендi буын-дардың пайызбен өрнектелген (мол % түрiнде) мөлшерiн айтамыз. Iс жүзiнде бутилкаучуктiң қанықпаушылығы 0,6-дан 2,5%-ке дейiн, яғни табиғи каучуктiң қанықпаушылығының 1-ден 5% дейiн бөлiгiн құрайды. Кейбiр жағдайларда қанықпаушылығы аса жоғары каучуктер шығарылады.
Қанықпаушылық пен иiлiмдiлiк бутилкаучуктiң негiзгi сипаттамасы болып саналады. Изобутиленнiң изопренмен полимеризациясын сұйық фазада –1000С шамасында жүргiзедi. Полимеризацияның катализаторы қызметiн фторлы бор, хлорлы алюминий және т.б. атқарады.
ССРО қанықпаушылығы мен молекулалық салмағы жағынан ерекшеле-нетiн бутилкаучуктiң бiрнеше маркiсi шығарылады.
Химиялық құрылысы. Бутилкаучуктiң құрылысы төмендегiдей:
Полимерлерде изопрендi және изобутилендi топтардың бұрыс кезектесiп келуi байқалады.
Бутилкаучуктiң химиялық қасиеттерi макромолекуласында қос байланыс-тардың мөлшерi аз болғандықтан табиғи каучуктiң химиялық қасиеттерiнен өзгеше болады. Бутилкаучук оттегi мен көптеген оксидтердiң әсерiне төзiмдi болады, яғни бұл одан дайындалған бұйымдардың химиялық төзiмдi екендiгiн бiлдiредi; бiрақ бутилкаучуктiң оттегiге химиялық инерттi болуының терiс жақтары да бар – каучуктiң тотықтырғыш әсерiнен бұзылуына тәуелдi иiлiмдеу процесi өте баяу өтедi және оны толық аяқтау үшiн көп уақыт қажет. Бутилкаучук құрамында 0,15% озон бар озондалған ауа әсерiне тұрақты болып келедi. Ол осындай жағдайда үш сағат болған кезде де ешқандай өзгермейдi, ал мұндай жағдайда табиғи каучук толығымен қирап қалады.
Бутилкаучук табиғи каучукке қарағанда көптеген қышқылдар мен сiлтiлердiң әсерiне химиялық жағынан төзiмдi. Температура жоғарылаған сайын бутилкаучуктiң қышқылдарға тұрақтылығы төмендейдi.
Табиғи каучукпен салыстырғанда қышқылдар әсерiне төзiмдiлiгi жақсы болғанмен де бутилкаучук жеткiлiктi түрде қышқылға төзiмдi материалдар қатарына жатпайды. Аммиак әсерiнен бутилкаучуктiң берiктiгi табиғиға қарағанда көп төмендейдi және бұл мән 20-25% аспайды. Аùы натр ерiтiндiсiнiң бутилкаучукке әсерi елеусiз.
Физикалық қасиеттерi. Бутилкаучук кристалданатын каучуктерге жатады, бiрақ оның кристалдануы қатты созған кезде (500% аса) бiлiнедi. Полимердiң тығыздығы 0,92 г/см3. Бутилкаучук иiссiз және сыртқы түрi ашық түстi креп сияқты болып келедi.
Көп мөлшерде изопрен енгiзу салдарынан қос байланысы көбейген сайын бутилкаучуктiң гистерезистiк шығыны азаяды. Каучуктiң молекулалалық салмағы өскен сайын вулканизаттардың созылымдылығы, температураға тұрақ-тылығы, созғандағы кернеуi мен берiктiгi артады.
Бутилкаучуктердiң кемшiлiгiне қалыпты температурадағы созылымдылы-ғының төмен болуы жатады; бiрақ температура өскен сайын созылымдылығы әжептеуiр өседi.
Табиғи каучукке қарағанда бутилкаучуктiң ерекшелiгi газ өткiзгiштiгi төмен. Мысалы, сутегi үшiн ол үш есе аз, гелий үшiн – бес, азот үшiн – бiр жарым, көмiр қышқыл газ үшiн он есе аз.
Бутилкаучуктiң диэлектрлiк қасиеттерi жоғары, олар судың сорбциясы аз болғандықтан өте ылғалды ортада да өзгермейдi (табиғи каучукпен салыстырғанда 3-4 есе аз).
Төменде бутилкаучуктен алынған толықтырылмаған резиналардың ди-электрлiк қасиеттерi келтiрiлген:
20-750С-дегi меншiктi көлемдiк электр кедергiсi, ом*см 1016
50 гц-тегi диэлектрлiк шығынның бұрышының тангенсi 0,0055
20-250С-дегi диэлектрлiк өткiзгiштiк 2,3
Технологиялық қасиеттерi. Қанықпауы төмен болғандықтан бутил-каучуктi механикалық иiлiмдеу тиiмсiз. Бутилкаучук тек наирит пен хайпалон-мен жақсы араласады. Бутилкаучуктер негiзiндегi толықтырылмаған вулкани-заттардың механикалық қасиеттерi анағұрлым жоғары. Толықтырғыштарды қосса да берiктiгiн жоғарылатпайды. Дегенмен кейбiр толықтырғыштар, әсiресе күйелер (пештi және газды каналды) модулiн, жұлмалауға және мүжiлуге қарсылығын арттырады. Енгiзiлетiн жұмсақ күйенiң мөлшерi каучуктiң 100 салм.б. 100 салм.б. дейiн жетуi мүмкiн.
Түрлi-түстi резиналар алу үшiн минералды толықтырғыш-тарды (әлсiз сiлтiлi және бейтарап) пайдаланады. Көп мөлшерде қосылатын мырыш оксидi тиурам мен күкiрт қатысқандағы бутилкаучуктердiң вулкандануын баяулатады.
Бутилкаучуктен алынатын бұйымдардың сапасын жақсарту үшiн резина қоспаларын дайындау технологиясына елеулi өзгерiстер енгiзiлдi, яғни наирит пен хайпаланды бутилкаучукпен араластырғанда және бутилкаучуктен жасал-ған қоспаларды дайындағанда жоғары температурада өңдеу.
Жоғары температурада өңделсе вулканизаттардың физика-механикалық қасиеттерi (кернеуi, созылымдылығы, тозуға тұрақтылығы және меншiктi электр кедергiсi) артады, суық күйiнде шикi қоспалардың ағуы азаяды (каркастылығы және оның берiктiгiнiң өсуi).
Қоспаларды екi жолмен жылумен өңдейдi:
бутилкаучук пен күйеден тұратын бастауыш қоспаны қазандықта 1600С 30 минөт өткiр бумен қыздырады, сосын 5 мин бойы оларды бiлiктейдi;
каучуктi күйемен жоғары температурада 15-20 мин резинаараластырғышта араластырады. Араластыру темпера-турасы күйе түрiне байланысты 175-тен 2300С аралығында болады (каналды күйе үшiн 2300С, пештi күйе үшiн 1900С).
Осындай өңдеуден соң кеуек түзiлуiн болдырмау үшiн қоспаны 95-1050С дейiн суытады, сосын оған қалған ингредиенттердi қосады.
Бутилкаучуктен жасалған шикi резина дайындамаларының каркастылығын артыру, яғни оған берiлген пiшiндi сақтау үшiн бастауыш қоспаларға құрылым түзушi агенттердi – n-динитробензол немесе дибензо-n-хинондиоксим және эластопарды (N-нитрозо-N-метил-n-нитроанилин) қосады. Соңғысы вулкани-заттардың iшкi үйкелiсiн әжептеуiр азайтады.