Свойства и применение бутадиен-стирольных каучуков, получаемых полимеризацией в эмульсии
Макромолекула бутадиен-стирольных каучуков, получаемых эмульсионной полимеризацией, характеризуется наличием следующих структур:
Около 80% звеньев бутадиена присоединены в положение 1,4-, около 20% – в положение 1,2– Относительное содержание 1,4-цис- и 1,4- транс -звеньев зависит от температуры полимеризации:
Звенья стирола распределены в макромолекуле нерегулярно.
Бутадиен-стирольные каучуки относятся к аморфным некристаллизующимся полимерам. Ниже приведены их физико-химические свойства [4]:
Таблица 1. Основные требования, предъявляемые к каучукам по ГОСТ 11138–78 [3]
Бутадиен-стирольные каучуки растворяются в ароматических и алифатических углеводородах, не стойки к действию смазочных масел, однако достаточно стойки к действию разбавленных кислот и полярных углеводородов, стойки к действию воды. Воздействие теплоты, кислорода, озона и света вызывает глубокие структурные изменения: на ранних стадиях преобладают процессы деструкции, а с развитием термического окисления – процессы структурирования. Каучуки, заправленные стабилизаторами, не изменяют свойств при хранении в течение двух и более лет.
В СССР и России выпускаются следующие марки каучуков (в том числе и α-метилстирольные):
На предприятии ОАО «Воронежсинтезкаучук» выпускаются бутадиен-стирольные синтетические каучуки СКС-30 АРКМ-15 (ГОСТ 11138–78, ТУ 38.403121–98), СКС-30 АРКПН (ТУ 38.40384–99), СКС-30 АРКМ-27 (ТУ 38.303–03070–2001), СКС-30 АРК (ТУ 38.40355–99) [7].
Эти каучуки не требуют специальной пластикации. Они хорошо смешиваются с различными ингредиентами резиновых смесей, а также хорошо совмещаются с другими типами каучуков общего назначения (полибутадиеновыми, полиизопреновыми). Они используются в шинной промышленности для приготовления протекторов и других деталей шин.
Условная прочность при растяжении МПа (кгс/см2), не менее
26,0 (265)
25,5 (260)
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее
550–750
550–750
Относительная остаточная деформация после разрыва, %, не более
20
20
Эластичность по отскоку, %, не менее
39
38
Потери массы при сушке, %, не более
0,35
0,40
Массовая доля золы, %, не более
0,6
0,6
Массовая доля органических кислот, %
5,0–6,5
5,0–6,5
Массовая доля мыл органических кислот, %, не более
0,15–0,20
0,15–0,20
Массовая доля связанного мономера, % стирола, или α-метилстирола или метилметакрилата
22,5–24,5
22–25
-
22,5–24,5
22–25
-
Массовая доля антиоксиданта, %, не более, ВС-1 или ВС-30А или ВТС-150 или Агидола-2 или Агидола-1 или П-23 (алкофен Б) или Фосфит НФ, АО-6, полигард
- 1,0–2,0 1,0–1,4 0,7–1,2 - 0,4–1,2 1,0–2,0
- 1,0–2,0 1,0–1,4 0,7–1,2 - 0,4–1,2 1,0–2,0
Эмульсионные бутадиен-стирольные каучуки относятся к наиболее распространенным синтетическим каучукам общего назначения. Основная область их применения – производство шин. Их широко используют также при изготовлении транспортерных лент, различных резинотехнических изделий, обуви и др. Специальные марки бутадиен-стирольных каучуков (например, СКМС-30 АРПД), не содержащие электропроводящих примесей, используются в кабельной промышленности. Бутадиен-стирольные каучуки с низким содержанием стирола (10%) применяются для изготовления изделий, работающих в условиях низких температур. На основе бутадиен-стирольных каучуков изготовляют защитные резины, стойкие к воздействию γ-радиации.
Бутадиен-стирольные каучуки вулканизуются серой и перерабатываются на обычном оборудовании резиновой промышленности; высокотемпературные каучуки подвергаются термоокислительной пластикации. Ненаполненные вулканизаты на основе бутадиен-стирольных каучуков отличаются низкими физико-механическими показателями и не находят технического применения. В качестве наполнителя используется технический углерод.
Выводы
Бутадиен-стирольный каучук является одним из самых распространенных промышленно выпускаемых каучуков общего назначения и выпускается в широком ассортименте и большом объеме.
Распределение звеньев бутадиена и стирола в макромолекуле полимера – нерегулярное, статистическое.
Производство бутадиен-стирольных каучуков может проводиться как в растворе, так и в эмульсии. Эмульсионные бутадиен-стирольные каучуки в настоящее время являются наиболее распространенными и дешевыми, они выпускаются на пяти заводах: в Воронеже, Стерлитамаке, Тольятти, Омске и Красноярске.
Эмульсионную полимеризацию проводят при высокой (50°С – «горячая» полимеризация) и при пониженной (5°С – «холодная» полимеризация) температуре.
Содержание полимера в эмульсионных каучуках составляет около 92–95%, а в растворных – около 98%.
В зависимости от условий получения средняя молекулярная масса эмульсионных каучуков колеблется от 200 до 400 тыс. при широком ММР и достаточно большой разветвленности цепей. Растворные каучуки имеют очень узкое ММР.
Рассмотрены технологии производства эмульсионных и растворных бутадиен-стирольных каучуков.
Расшифровка обозначений каучука: СК(М) С – бутадиен – (метил) стирольный, 30 – содержание a-метилстирола, А – низкотемпературная полимеризация, Р – полимеризация проводилась в присутствии регуляторов полимеризации, К – эмульгатор – соли диспропорционированной иди гидрированной канифоли, М-27 – содержание масла в %.
2. Синтетический каучук, под ред. И.В. Гармонова, 2-е изд., Л.: Химия, 1983, с. 193–238.
3. Каучуки синтетические бутадиен-метилстирольный CKMC-30 APKM-I5 и бутадиен-стирольный СКС-30 АРКМ-15. Технические условия. ГОСТ 11138–78. Государственный комитет СССР по стандартам: Москва, 1978.
4. Альбом технологических схем основных производств промышленности синтетического каучука. Кирпичников П.А., Береснев В.В., Попова Л.М. Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. – Л.: Химия, 1986 – 224 с.
5. Пат. РФ 2261870, Способ получения синтетических каучуков, Щербань, Г.Т. [и др.], 2005.
6. Основы технологии синтеза каучуков, Литвин, О.Б. – М.: Химия, 1972, с. 382–396.
7. Бутадиен-стирольный синтетический каучук СКС-30 АКО, ОАО «Воронежсинтезкаучук» [Электронный ресурс]. – [2006]. – Режим доступа: http://www.vrnsk.ru/product.php
8. Brydson J.A., Rubber chemistry, L, 1978
9. Wood L.A., «Rubber Chem. and Technol.», 1976, V. 49, №2, p. 189–99
