Наука и технологии

 Материалы будущего

Издательство «Химия» 1985 г.

Все зависит от углеродной цепи с двойными связями

Натуральный каучук синтезирован самой природой. В растениях-каучуконосах образуются углеводородные высокомолекулярные соединения, в основном линейного и регулярного строения, с молекулярной массой не менее 400 000. В основном они составлены из изопреновых групп, имеющих брутто-формулу С5Н8. В молекуле каучука примерно 6000 таких групп.

Белый млечный сок гевеи и других каучуконосов представляет собой водно-каучуковую эмульсию. Специальной обработкой из него получают вязкий натуральный каучук, который наряду с пластическими свойствами обладает также высокой эластичностью. На практике натуральный каучук делят на сорта в зависимости от способа обработки, вида и количества примесей, пригодности к переработке и скорости вулканизации. Но несмотря на это, натуральный каучук является единым химическим соединением, и его молекулы имеют форму длинных легкоподвижных углеродных цепей с двойными связями.

В процессе синтеза каучука не удается точно воспроизвести высокомолекулярную структуру, хотя натуральный и синтетический каучуки близки по «внешним» свойствам и одинаково ведут себя в переработке и применении. Мономерные звенья натурального каучука связаны по так называемому принципу 1,4, что и придает молекулярным цепям преимущественно линейное строение. Четкая стереорегулярность позволяет достичь высоких прочностных свойств. В процессе синтеза, наряду с основным принципом построения молекулярных цепей частично имеет также место и принцип 1,2. Вызванные этим разветвления обусловливают различие в свойствах по сравнению с натуральным каучуком. Штаудингер установил, что разветвления с короткими ветвями придают макромолекулам синтетического каучука сильно расчлененную блочную форму, именно поэтому его переработка более трудоемкая по сравнению с натуральным. Малоразветвленные нитевидные макромолекулы натурального каучука, напротив, обладают высокой прочностью и исключительной эластичностью.

Для синтеза каучука используется в основном бутадиен и частично диметилбутадиен. Это полимеризационноспособные мономеры с двойными связями, что создает в дальнейшем предпосылку к серной вулканизации.

Для синтеза наиболее типично связывание однородных мономеров. Это позволяет существенно приблизить строение каучука к природному. Путем так называемой смешанной полимеризации, в результате которой соединяются друг с другом два различных мономера или более, можно оказывать влияние на физические свойства и переработку каучуков. В настоящее время в ГДР более 80% выпускаемого и перерабатываемого каучука приходится на сополимер бутадиена и стирола. Специфическими свойствами обладает сополимер бутадиена и полиакрилонитрила (бутадиен-нитрильный каучук): полярные CN-группы акрилонитрила лишают сополимер ярко выраженного углеводородного характера, поэтому резины, изготовленные из него, не набухают в жирах, маслах и алифатических углеводородах и, кроме того, устойчивы к истиранию. Значительное влияние на свойства оказывает также замещение водорода в мономере на полярную группу. Например, если атом водорода в бутадиене заменить хлором, то после полимеризации получается хлоропреновый синтетический каучук, обладающий малой воспламеняемостью и стойкостью к набуханию в перечисленных выше продуктах.

Высокое содержание двойных связей, имеющихся также и в натуральном каучуке, является причиной нежелательного явления старения. Поэтому целью дальнейшего синтеза было получение эластомеров, содержащих ровно столько двойных связей, сколько необходимо для последующей вулканизации. В1940 г. была осуществлена сополимеризация изопрена с изобутиленом. В этом сополимере мольная доля изопрена составляла 1-3%, а изобутиле-на-97-99%. В результате был получен бутилкаучук, обладающий исключительной стойкостью к кислороду. Достойна внимания также и его стойкость к кислородсодержащим кислотам - серной и азотной.

После второй мировой войны была открыта возможность проведения полимеризации при низких температурах. Это позволяет достичь равномерного построения молекул с незначительными разветвлениями в цепи, что приближает по свойствам получаемый полимер к натуральному каучуку. Кроме того, улучшается его способность к переработке.

Упомянем также о композициях каучуков, то есть комбинации различных каучуков для получения материала определенного качества, удовлетворяющего различны?.; технологическим и экономическим требованиям. Имеются также композиции пластмасс, не способных к вулканизации, с натуральным или синтетическим каучуком. Такие смеси способны к вулканизации, и полученные в результате материалы имеют высокую эластичность или ударопрочность.

Прочие исходные вещества и другие методы синтеза являются основой для получения специальных типов каучуков для новых областей применения.