5.5. Синтетические каучуки

5.5.1. Изопреновый каучук

Получается полимеризацией изопрена в газовой фазе под влиянием металлического лития (каучук СКИ-Л), в растворе предельных углеводородов в присутствии литийорганических соединений (каучук СКИ-2), в растворе изопентана в присутствии комплексного катализатора тетрахлорид титана – триизобутилалюминий (СКИ-3). Природа катализатора оказывает существенное влияние на кинетику полимеризации, микроструктуру и молекулярные характеристики полиизопрена.

Каучук СКИ-3 по микроструктуре и основным физическим свойствам идентичен натуральному. Плотность его составляет 910-920 кг/м³, температура стеклования – минус 70⁰С, ненасыщенность – 95-98%. При комнатной температуре он аморфен. Кристаллизуется при растяжении или понижении температуры ниже нуля (Т_кр.опт. = минус 25⁰С), однако скорость кристаллизации в 3-4 раза меньше, чем НК.

Каучук СКИ-3 уступает натуральному каучуку по прочности при растяжении, эластичности, сопротивлению образованию трещин, но быстрее пластифицируется, лучше шприцуется, каландрируется, растекается в форме. Существенным недостатком СКИ-3 является невысокая прочность сырых резиновых смесей (когезионная прочность). Для устранения этого недостатка в полиизопрен реакцией оксисинтеза или электрофильного присоединения вводят гидроксильные (СКИ-3М) или карбоксильные (СКИ-3К) группы. Каучук СКИ-3К близок по когезионной прочности к натуральному.

Изопреновый каучук хорошо растворим в четыреххлористом углероде, метиленхлориде, циклогексане, сероуглероде, бензоле, монохлорбензоле и толуоле; нерастворим в спиртах и кетонах; набухает в ароматических маслах (до 500%). Стоек к воде, но не стоек к действию концентрированных щелочей и кислот; легко деструктурируется под действием тепла и окислителей. Химические превращения аналогичны превращениям натурального каучука – он склонен к изомеризации, циклизации, сшиванию, хлорированию, гидрохлорированию. Хлорированный полиизопрен, содержащий 65% хлора, растворим в бензоле, толуоле, ксилоле, метилэтилкетоне; нерастворим в бензине, керосине, уксусной кислоте; обладает хорошей адгезией к металлам.

Выпускается стереорегулярный каучук СКИ-3, стабилизированный в процессе получения. В качестве антиоксидантов используют фенолы в сочетании с воском или озокеритом, ароматические амины. Каучук СКИ-3 является каучуком общего назначения и применяется как самостоятельно, так и в сочетании с другими каучуками (натуральным, бутадиеновым, бутадиен-стирольным, хлоропреном, сульфохлорированным полиэтиленом, хлорбутилкаучуком и т.д.), которые увеличивают сопротивление многократной деформации, озоно- и теплостойкость (хлоропрен и этилен-пропиленовый каучук), прочность при растяжении (хлорбутилкаучук) и т.д. Для увеличения прочности при растяжении добавляют структурирующие агенты.

В качестве пластификаторов используют высокоароматические масла (увеличивают эластичность), кумароно-инденовые смолы (повышают клейкость и прочность), канифоль (увеличивает клейкость), а также обычные пластификаторы (ДБФ, ДОФ, ДБС). За рубежом выпускают каучук, содержащий до 25% нафтенового масла.

Каучук СКИ-3 вулканизуют серой (1-3 мас.ч.) в сочетании с тиазолами, сульфенамидами, тиурамсульфидами, гуанидином. Ускоряют вулканизацию триэтаноламин (0,5-1,0%) и диэтиленгликоль (1-2%). Иногда ее осуществляют пероксидными и алкилфенолоформальдегидными смолами. Активизируют вулканизацию оксидом цинка в сочетании со стеариновой кислотой. Замедляет подвулканизацию фталевый ангидрид и N-нитрозодифениламин.

Получены новые изопреновые каучуки, превосходящие по некоторым показателям натуральный каучук: СКИ-3-01, СКИ-3А, СКИ-3Ш, СКИ-3Э (с эпоксигруппами).

Модификацией полиизопрена малеиновым ангидридом или другими производными малеиновой кислоты получают каучук СКИ-3МА. Введение даже 1% модификатора приводит к повышенной прочности связи резин с кордом, улучшению упругих и упруго-гистерезисных показателей.

Выпускаются также следующие марки СКИ-3: СКИ-3НП (содержит неокрашивающие и нетоксичные стабилизаторы); СКИ-3Д (для кабельной промышленности); СКИ-3В (для вакуумной техники). Отечественной промышленностью производится также 1,4-трансполиизопрен (торговая марка СГ) – термопласт, применяющийся в медицинской и других областях промышленности.