ТЕХНОЛОГИЯ РЕЗИНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ

ЬУТИЛКАУЧУК

Бутплкаучук (БК)-продукт совместной полимеризации изобутилена и изопрена. Соотношение изопрена и изобутилена определяет непредельность полимера. Под непредельностью БК понимается выраженное в % (мол.) количество изопреновых звеньев, приходящихся на 100 звеньев сополимера.

Практически непредельность БК колеблется от 0,6 до 2,5% (мот), что составляет от 1 до 5% непределыюсти НК. В отдельных случаях выпускают каучуки и с более высокой непредельностью.

Полимеризацию смеси игобутилена и изопрена проводят в жидкой фазе при температуре около - 100 °С. Катализаторами поли мери защти служат фтористый бор, хлористый алюминий и ,«р.

Структурная формула бутилкаучука:

В полимерах не наблюдается правильного чередования изопреновых групп с изобутиленовыми. Молекулярная масса БК 200 - 400 тыс. при относительно

Широком ММР (Мс/М„ 2,5 - 3).

Химические свойства БК определяются его малой непредельностью и наличием четвертичных атомов углерода в цепи полимера. Вследствие апой непредельности БК стоек к действию кислорода, озона и многих окислителей. По стойкости к озонному растрескиванию он несколько уступает этиленпропиленовым каучукам, не имеющим двойных связей в основной цепи. Озоностойкость БК возрастает с уменьшением ненасыщенности.

Выпускают БК нескольких марок, отличающихся по непредельности и М, а следовательно, и по вязкости. 13 обозначениях марок БК указана его не предельность и вязкость по Муни, а также вид противостарителя, введенного в каучук Например,

ЬК-1040Т - это марка бутилкаучука с непред ельностью 1,0% (мол.), вязкостью по Муни 40, заправленного темнеющим ^Т) противосгарителем фенил-(3- нафтиламином; БК-2045П - марка бутилкаучука с неиредел'ьностью 2,и% мол.), вязкостью по Муни 45, заправленного нетемноющим (И) противостарителем 2,2- мегилен бис - (4-мегал-6-трет-бутилфенолом). Выпускаются ЬК специальных ^арок с повышенными диэлектрическими свойствами для кабельной промышленности, обозначаемые индексом д и содержащие меньшее по сравнению с обычными марками количество водорастворимых веществ. Характеристики БК некоторых марок представлены ниже.

БК-0845ТД БК-1030Т БК-1675Т БК-2045Н БК-2055ТД

Физические свойства. Процесс кристаллизации БК протекает очень медленно, несмотря на относительно высокую регулярность молекулярных цепей. Основная особенность кристаллизации резин на основе БК - чрезвычайно сильное влияние на нее напряжения, приводящее к тому, что при растяжении свыше 400%

TOC o "1-5" h z кристаллизация наблюдается при комнатной и более высокой температурах и

Сопровождается сильным выделением тепла.

Ниже приведены основные физические свойства БК:

IТлотность, кг/м' 910

Температура стеклования, 4>С от - 67 до - 70 Удельное объемное электрическое сопротивление при 20- 75 °С, Ом м 1014

Диэлектрическая проницаемость 2,3

Тангенс угла диэлектрических потерь

При частоте 1 кГ ц - 1300 МГц 4-10"1 - 9-10"1

Параметр растворимости, (МДж/г’)'' 16,6

Бутилкаучук имеет высокие диэлектрические свойства, которые не меняются даже в очень влажной среде в силу малой сорбции каучуком воды (сорбционная способность БК в 3 - 4 раза меньше сорбционной способности НК).

Бутилкаучук хорошо растворяйся в углеводородах, причем лучше в алифатических, чем в ароматических, хлороформе, четыреххлористом углероде.

Особенностью БК яьляется низкая газопроницаемость, которая связана с малой гибкостью молекулярных цепей полимера и высокой плотностью их упаковки. Коэффициент газопроницаемости ки выражается объемом газа при нормальных условиях, прошедшего в единицу времени мере* площадь мембраны толщиной в единицу длины при единичной разности давлений газа. Ниже представлены коэффициенты газопроницаемости некоторых каучуков при 20 иС для различных газов ( кц-1018, м 'с 11а):

Технологические свойства. Бутилкаучук при механической обработке пластицируется очень незначительно. Смеси на его основе можно готовить на обычном оборудовании, применяемом в резиновой промышленности (вальцы, закрытые резиносмесители). Они довольно легко поддаются формованию, имеют удовлетворительную конфекционную клейкость. Существенным недостатком БК является его малая термопластичность, которая определяет высокую хладотекучесть полимера и смесей. Формованные заготовки плохо сохраняют форлу вследствие малой каркасности.

Для улучшения технологических свойств резиновые смеси подвергают высокотемпературной обработке, вследствие чего уменьшается течение смесей в холодном состоянии и повышается их прочность, а также улучшаются физико- механические свойства вулкапиза гов: напряжения при деформации, эластичность, износос гойкость и удельное электрическое сопротивление.

Термообработка смесей проводится двумя путями:

1) маточные смеси, состоящие из ЬК и технического углерода, прогревают при температуре 160°С в течение 30 мин с последующим вальцеванием в течение 5 мин;

2) каучук смешивают с наполнителем в резиносмесителе при высокой

Температуре в течение 15-20 мин; температура смешения изменяется в зависимости от типа наполнителя, но обычно кспеблется в пределах 175 - 230 °С (для технического углерода марки К-354-230*’С, для марки П-324 - 190 °С).

После такой обработки смесь охлаждают до 95 -105 °С для предотвращения образования пор, а затем в нее вводят остальные ингредиенты. Повысить эффективность высокотемпературной обработки при одновременном уменьшении ее длительности можно путем введения специальных структурирующих агентов, улучшающих взаимодействие полимера с наполнителем, типа дибенэп - хинондиоксима или Ы,4-динитрозо-]Ч-метиланилина (эластопара). Последний значительно снижает внутреннее трение вулканизатов. Бутилкаучук плохо совулканизуется с непредельными каучуками, даже их незначительные примеси приводят к резкому замедлению вулканизации и снижению механических свойств резин. По )той причине приготовление смесей на основе БК необходимо проводить на специально выделенных агрегатах или на оборудовании, тщательно очищенном после переработки на нем непредельных каучуков.

Вулканизации. Вулканизация БК вследствие его малой непредельности является длительным процессом. Величина непредельности резко отражается на скорости вулканизации смесей. Установлено, что при повышении непредельности БК от 0,8 до 2% (в % от непредельности НК) скорость вулканизации возрастает почти в четыре ра за.

Максимальное содержание серы, присоединяющейся к ЬК, составляет 0,6 - 0,72%, причем даже при полном насыщении двойных связей образуются эластичные резины.

В смесях с БК эффективны только ускорители высокой активности, такие как гетраметилтиурамдисульфид, дибутилдитиокарбамат цинка, меркаптобензгиа юл совместно с тетраметилтиурамдисульфидом

Температура вулканизации смесей на основе БК 150 -200 °С; при более низких температурах прочность получающихся вулканизатов резко снижается.

Для Повышения стойкости резин к старению при повышенной температуре широко применяется вулканизация алкилфенолформальдегидными смолами. В этом случае в качестве активаторов используют хлорсодержащие полимеры - полихлоропрен или хлорсульфированный полиэтилен, а также хлориды металлов. Для получения термостойких вулканизатов возможна вулканизация смесей на основе БК дини грозосоединен ИЯМИ или п-хийондиоксимом.

Бутилкаучук совершенно несовулканизуется с высоконепредельными каучуками, за исключением полихлоропрена.

Ненаполиенные вулканизаты БК, ввиду его способности кристаллизоваться при деформации, обладают достаточно высокими механическими свойствами. При введении усиливающих наполнителей существенного повышения прочности не происходит, однако увеличиваются напряжение при деформации, сопротивление раздиру и истиранию.

Рецептура стандартной резиновой смеси на основе БК приведена ниже: Содержание, Содержание,

TOC o "1-5" h z масс. ч. масс ч.

Каучук 100 Оксид цинка 5,0

Сера 2,0 Стеариновая кислота 3,0

Меркаптобен втиазол 0,65 Технический углерод К-354 50,0

Гетраме ги лтиурамди - сульфид 1,3

Смеси готовят на лабораторных вальцах при температуре валков 40 --50 ^С. Продолжительность смешения 30 мин. Вулканизацию проводят при томпературе 14311 °С в течение 30 - 50 мин. Вулканизаты стандартных смесей должны иметь следующие характеристики:

Для увеличения скорости вулканизации, улучшения адгезионных свойств и совместимости с другими каучуками, а также для повышения стойкости БК к тепловому старению и износостойкости БК подвергают галогенированию.

При галогенировании (хлорировании и бромировании) происходит присоединение атомов галогенов главным образом в а-положении к двойным связям изопреновых звеньев, благодаря чему аллильные атомы галогенов очень подвижны и существенно ускоряют вулканизацию. Поэтому галогенированные каучуки способны к сову лканизации с непредельными каучуками.

Свойства вулканизатсв. Резины на основе БК обладают высокой тепло - и озоностойкостью, газонепроницаемостью, стойкостью к агрессивным средам и набуханию в воде, высокими диэлектрическими свойствами. Поэтому они применяются при производстве ездовых камер для автомобильных шин, варочных камер и диафрагм форматеров-вулканизаторов, прорезиненных гканей, теплостойких транспортерных ленг и кавов, а также в каоельпой Промышленности для изоляции проводов и кабелей Резины, не содержащие физиологически вредных веществ, применяются в медицинской и пищевой промышленности. Существенны^ недостатком их является малая эластичность (эластичность по отскоку 8 - 10% при 20 °С), высокие гистерезисные потери при тинамических воздействиях, низкая адгезия к металлу.

Из хлорированного (содержание хлора 1,1 - 1,3%) или бромированного (содержание брома 2 -3%) БК приготовляют промежуточные и клеевые прослойки многослойных резиновых изделий, а также клеи для крепления резин на основе Ьк к металлу.