Бутадиен-стирольные каучуки, получение, применение и свойства

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯРЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ  «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ МАКСИМА ТАНКА»

 

 

ФАКУЛЬТЕТ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Кафедра химии

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

Бутадиен-стирольные каучуки, получение, применение и свойства.

 

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ                              СТУДЕНТКИ 33  ГРУППЫ  

БИОЛОГИЯ. ХИМИЯ                          Протащик Алеси Сергеевны

 

Допущена к защите:

Заведующая кафедрой химии, доцент

Суханкина Наталья Владимировна  __________________

«___» ____________ 2013 г.

 

                                   Минск 2013

РУКОВОДИТЕЛЬРАБОТЫ:

 
Окаев Евгений Борисович

____________________

    (подпись) 

Содержание.

Введение                                                                                                   3-4

Глава 1.Основные свойства каучуков общего назначения                   5-8

1. Сопоставление свойств основных видов каучуков    8

Глава 2. Технология производства каучуков                                      9-11

                     2.1.    Виды полимеризации                                           10-11

Глава 3. Бутадиен-стирольные каучуки                                            12-14

                     3.1. Структура и свойства каучуков                                    12

                     3.2.Физические характеристики бутадиен-стирольных            каучуков                                                                                                          12-13

                     3.3.Технологические характеристики каучуков           13-14

Глава 4. Вулканизация каучука                                                          15-17

Глава 5. Промышленное применение каучука                                  18-19

Заключение                                                                                                20

Литература                                                                                                  21

 

 

Введение.

Каучу́ки — натуральные или синтетические материалы, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём специальной обработки получают резину. Природный каучук получают из жидкости молочно-белого цвета, называемой латексом, — млечного сока каучуконосных растений. [1]

 В технике из каучуков  изготовляют шины для автотранспорта, самолётов, велосипедов; каучуки  применяют для электроизоляции,  а также производства промышленных  товаров и медицинских приборов.

В настоящее время на рынке  присутствует большое разнообразие каучуков, по свойствам и характеристикам  их можно разделить на два крупных  сегмента: каучуки общего назначения и каучуки специального назначения. [5]

Целый ряд событий повлиял  на изобретение синтетического каучука: индустриальная революция, прогресс в  моторостроении, две мировые войны, растущий спрос на каучук и дефицит  натурального каучука спровоцировали мировой спрос на эластомеры. Синтетические  каучуки стали необходимой альтернативой  натуральному каучуку и придали  дополнительные свойства изделиям.

Синтетические каучуки
Каучуки общего назначения	Каучуки специального назначения
Бутадиен-стирольный каучук	Хлоропропеновый каучук
Бутадиен-метил-стирольный каучук	Бутадиен-нитрильный каучук
Полибутадиеновый каучук	Галогенированные изобутилены
Бутилкаучук	Уретаны
Этиленпропиленовый каучук

 

Таблица 1.  Разнообразие синтетических каучуков.

Каучуки общего назначения используются в тех изделиях, в  которых важна сама природа резины и нет каких-либо особых требований к готовому изделию. Каучуки специального назначения имеют более узкую  сферу применения и используются для придания резинотехническому изделию (шинам, ремням, обувной подошве и т.д.) заданного свойства, например, износостойкости, маслостойкости, морозостойкости, повышенного сцепления с мокрой дорогой и т.д. Чаще всего один каучук сочетает в себе несколько свойств, поэтому подбор каучуков в рецептуре резинотехнического изделия для определенных областей является тщательной работой технологов.

Специальные каучуки применяются в резинотехнической промышленности в гораздо меньших количествах по сравнению с каучуками общего назначения. Области применения каучуков общего назначения и специального назначения также имеют различия. Свойства синтетических каучуков определяют их области применения. Создание рецептуры резинотехнического изделия сопровождается подбором различных видов каучуков, наполнителей, смягчителей и др. Правильное сочетание всех компонентов  в рецептуре позволяет получить резинотехническое изделие с заданными свойствами.[7]

Целью данной курсовой работы является расширение и закрепление теоретических знаний о полимерах, а в частности, бутадиен-стирольных каучуках.

Задачи:

1. Проанализировать учебники по химии.
2. Рассмотреть особенности строения бутадиен-стирольных каучуков.
3. Изучить их свойства, сравнить с другими видами каучуков.
4. Проанализировать литературу по применению бутадиен-стирольных каучуков.
5. Изучить технологию производства каучуков.

 

 

 

 

 

Глава 1.Основные свойства каучуков общего назначения.

Бутадиен-стирольный каучук

Бутадиен-стирольный каучук обладает отличным сочетанием функциональных свойств в различных областях применения. Этот каучук считают лучшим каучуком общего назначения благодаря  отличным свойствам высокой стойкости  к истиранию и высокому проценту наполняемости. С увеличением содержания звеньев стирола (α-метилстирола) в  сополимере снижается эластичность каучука, ухудшается морозостойкость, но увеличиваются прочностные показатели. Характерной особенностью бутадиен-стирольных (α-метилстирольных) каучуков является низкое сопротивление разрыву ненаполненных  вулканизатов. Эти каучуки имеют  более высокую температуру стеклования  по сравнению с натуральным каучуком и уступают натуральному каучуку  по морозостойкости.

Важным преимуществом  бутадиен-стирольных каучуков перед  натуральным каучуком является меньшая  склонность к образованию трещин, более высокая износостойкость, паро- и водонепроницаемость, лучшее сопротивление тепловому, озонному и световому старению. [3]

Полибутадиеновый  каучук

Большая часть полибутадиенового  каучука в настоящее время  производится 1,4-цис типа, но некоторые  имеют смешанную структуру звеньев. Будучи ненасыщенным каучуком, он с  легкостью вулканизуется с серой. Полибутадиеновый каучук обладает отличной стойкостью к низким температурам и  к истиранию. Но при этом, он не обладает высокой прочностью при растяжении и обычно наполняется упрочняющими добавками. Он также имеет меньшую  прочность на растяжение, плохую технологическую  переработку и плохое сцепление  с дорогой по сравнению с натуральным  каучуком. Поэтому в рецептурах резинотехнических  изделий он перемешивается с натуральным  каучуком или бутадиен-стирольным каучуком.

Полибутадиеновые каучуки  используются в большом количестве в смесях с другими эластомерами, для придания хорошего свойств гистерезиса  и стойкости к истиранию. Смеси  полибутадиена с бутадиен-стирольным или натуральным каучуками широко используются в легковых и грузовых шинах для улучшения устойчивости к растрескиванию. Кроме этого  полибутадиеновый каучук используется как модификатор в смесях с  другими эластомерами для улучшения  морозостойких свойств, стойкости  к тепловому старению, истиранию  и растрескиванию.[6]

Бутилкаучук

Бутилкаучук имеет уникальную способность удерживать воздух, что  обеспечивает ему безусловный приоритет  в шинной промышленности при производстве камер и диафрагм. Автомобильные  камеры из бутилкаучука сохраняют исходное давление воздуха в 8-10 раз дольше, чем аналогичные камеры из натурального каучука, что повышает срок службы шины минимум на 10-18% по сравнению с  натуральным каучуком. Каучук стоек  к воздействию озона и имеет  хорошую стойкость к полярным растворителям, водным растворам кислот и окисляющих реагентов. Он обладает хорошей стойкостью к животному  и растительному маслу, но бутилкаучук  нестоек к воздействию минеральных  масел. [4]

Прочность на разрыв бутилкаучука немного меньше по сравнению с  натуральным каучуком, но при высоких  температурах этот показатель одинаковый для обоих каучуков. Стойкость  к истиранию хорошая, когда каучук тщательно наполнен (также как  остаточная деформация сжатия), но упругость  все же остается очень низкой. К  недостаткам бутилкаучука относятся  его низкая скорость вулканизации, неудовлетворительная адгезия к  металлам, плохая совместимость с  некоторыми ингредиентами, малая эластичность при обычных температурах, высокое  теплообразование при многократных деформациях.

Некоторые из этих существенных недостатков бутилкаучука (такие, как  низкая скорость вулканизации, препятствующая его применению в смесях с другими  каучуками, низкая адгезия ко многим материалам, особенно металлам) устраняются  частичным изменением химической природы  полимера. Например, введением в  макромолекулы каучука небольшого количества атомов галогенов. Бромбутилкаучук (от 1 до 3.5 вес. % брома) перерабатывается и смешивается с ингредиентами  так же, как и бутилкаучук. Но при  этом бромбутилкаучук вулканизуется  значительно быстрее, чем бутилкаучук. Скорость вулканизации бромбутилкаучука сравнима со скоростью вулканизации натурального, бутадиен-стирольного  и других каучуков, что делает возможным  его применение в смесях с этими  эластомерами. Близкими свойствами обладают и другие галогенированные бутилкаучуки, например, хлорбутилкаучук (1.1 - 1.3 вес. % хлора). Однако скорость вулканизации и свойства вулканизатов хлорбутилкаучука несколько ниже, чем бромбутилкаучука.[6]

Этиленпропиленовые  каучуки

Этиленпропиленовые каучуки  самые легкие каучуки, которые имеют  плотность от 0,86 до 0,87. Свойства зависят  от содержания и вариации этиленовых звеньев в сополимерных звеньях. Этиленпропиленовый каучук не содержит двойных связей в молекуле, бесцветный, имеет отличную стойкость к воздействию тепла, света, кислорода и озона. Для насыщенных этиленпропиленовых каучуков применяется перекисная вулканизация.  Каучук этилен-пропилен-диеновый, который содержит частичную ненасыщенность связей, допускает вулканизацию с серой. Он немного меньше устойчив к старению, чем этиленпропиленовый каучук.

Насыщенный характер сополимера этилена с пропиленом сказывается  на свойствах резин на основе этого  каучука. Устойчивость данных каучуков к теплу и старению намного  лучше, чем у бутадиен-стирольного  и натурального каучуков. Готовые  резиновые изделия имеют также  отличную стойкость к неорганическим или высоко полярным жидкостям таким, как кислоты, щелочи и спирты. Свойства резины на основе данного вида каучука не изменяются после выдерживания ее в течение 15 суток при 25С в 75%-ной и 90%-ной серой кислоте и в 30%-ной азотной кислоте. С другой стороны стойкость к алифатическим, ароматическим или хлорсодержащим углеводородам достаточно низкая. [7]

Все виды этиленпропиленовых каучуков наполняются упрочняющими наполнителями, такими как сажа, чтобы придать хорошие механические свойства. Электрические, изоляционные и диэлектрические свойства чистого этиленпропиленового каучука экстраординарны, но также зависят от выбора наполняющих ингредиентов. Их эластичные свойства лучше, чем у многих синтетических каучуков, но они не достигают уровня натурального каучука и бутадиен-стирольного каучука. Эти каучуки имеют два значительных недостатка. Они не могут быть перемешаны с другими простыми каучуками и неустойчивы к воздействию масла.

Наиболее сложными проблемами, сдерживающими использование этиленпропиленовых каучуков в шинном производстве, являются неудовлетворительная прочность с кордом и невозможность со-вулканизации протекторных резин с резинами на основе других каучуков. После решения этих проблем потребление этиленпропиленовых каучуков может значительно расшириться.

Цис-1,4-полиизопреновый  каучук

Синтетический каучук цис-1,4-полиизопрен  довольно легок (плотность 0,90 до 0,91). Полиизопреновый  каучук на все 100% состоит из углеводородного  каучука (за исключением маслонаполненных марок) в отличие от натурального каучука, который имеет в своем  составе протеины, смолы и т.д. (до 6%).

Несмотря на химическую идентичность с натуральным каучуком, синтетический  полиизопреновый каучук имеет небольшие  различия с преимуществами и недостатками по сравнению с натуральным каучуком. В то время как натуральный  каучук не очень однородный в цвете, вязкости и чистоте, синтетический  полиизопрен более однородный, легок  в переработке, светлее в цвете  и более чистый. Но он имеет немного  худшие характеристики в прочности  сырого полимера (эта характеристика особенно важна при изготовлении шины) и в модуле. Полиизопреновый  каучук обладает более высоким удлинением, чем натуральный каучук. [3]