Хлоропреновые каучуки

Хлоропреновые каучуки

Хлоропреновые каучуки (полихлоропрен, неопрен) представляют собой синтетические эластомеры, получаемые полимеризацией хлоропрена (2-хлор-1,3-бутадиена). Эти материалы характеризуются высокой стойкостью к действию масел, озона, атмосферных факторов и старению, что обусловило их широкое применение в различных отраслях промышленности.

Основное звено макромолекулы полихлоропрена имеет структуру:

–[–CH₂–C(Cl)=CH–CH₂–]ₙ–

Наличие атома хлора в боковой цепи придаёт каучуку особые свойства, отличающие его от углеводородных аналогов. Хлор повышает полярность макромолекулы, усиливает межмолекулярное взаимодействие и улучшает совместимость с рядом смол, пластификаторов и других добавок.

Полимер может иметь различную степень кристалличности и эластичности в зависимости от изомерного состава. Наиболее устойчивые к термоокислительному разложению формы получаются при преобладании транс-структур в цепи.

Методы получения

Хлоропрен синтезируют из ацетилена через промежуточное соединение — винилацетилен, который подвергается хлорированию и изомеризации:

  1. Стадия образования винилацетилена: 2С₂Н₂ → С₄Н₄

  2. Хлорирование и изомеризация: С₄Н₄ + HCl → С₄Н₅Cl (2-хлор-1,3-бутадиен)

Полученный мономер подвергают радикальной эмульсионной полимеризации. Реакция проводится в водной среде с использованием эмульгаторов (мыл жирных кислот), инициаторов (перекисей, азосоединений) и регуляторов молекулярной массы (меркаптаны). Температура процесса — 40–45 °C.

После завершения полимеризации латекс коагулируют электролитами, промывают, сушат и получают готовый полихлоропрен.

Структура и свойства полимера

Полихлоропрен представляет собой частично кристаллический эластомер с температурой стеклования около −40 °C. Благодаря присутствию атомов хлора макромолекулы обладают высокой межцепной связью, что обеспечивает:

  • повышенную стойкость к действию кислорода, озона, ультрафиолетового излучения;
  • термостойкость (до +120 °C без существенного старения);
  • устойчивость к органическим растворителям, минеральным маслам и топливам;
  • хорошие механические свойства — прочность на разрыв 20–25 МПа, высокую эластичность и износостойкость.

Полярность полимера определяет его невысокую совместимость с неполярными каучуками (например, с натуральным или бутадиен-стирольным), но благоприятную совместимость с полярными полимерами и смолами.

Вулканизация и модификация

Вулканизация хлоропреновых каучуков осуществляется в основном оксидно-сернистой системой. Основным активатором служат оксиды металлов — MgO, ZnO, PbO, которые нейтрализуют кислотные хлорные центры в цепи полимера.

Реакция с образованием поперечных связей протекает без добавления элементарной серы, что отличает полихлоропрен от других каучуков. В результате формируются сшитые структуры с высокой термо- и химической стабильностью.

Для регулирования свойств применяют различные модификаторы:

  • Пластификаторы (фталаты, хлорпарафины) повышают гибкость и морозостойкость.
  • Сажа, диоксид кремния, тальк используются как наполнители, улучшающие прочность и устойчивость к старению.
  • Сополимеризация с другими диенами или акрилатами позволяет варьировать эластичность и адгезионные свойства.

Основные разновидности и марки

Различают несколько типов хлоропреновых каучуков в зависимости от состава и метода стабилизации латекса:

  • Тип G — общетехнический, применяется для резиновых изделий общего назначения;
  • Тип W — улучшенной морозостойкости;
  • Тип T — с повышенной термостойкостью и стойкостью к маслам;
  • Тип R — с низкой вязкостью, удобен для клеевых составов.

Современные марки содержат стабилизирующие добавки, предотвращающие деструкцию при хранении и переработке.

Технологические особенности переработки

Хлоропреновые каучуки перерабатываются традиционными методами резинотехнической промышленности — на вальцах, в смесителях, прессах и экструдерах. Особенностью является более высокая вязкость и меньшая пластичность по сравнению с бутадиеновыми и изопреновыми каучуками, что требует применения пластификаторов.

Вулканизация проводится при 140–160 °C в течение 20–40 минут. Сшитые изделия сохраняют упругость и прочность в широком диапазоне температур — от −40 °C до +120 °C.

Применение

Хлоропреновые каучуки нашли применение в самых ответственных областях, где требуется устойчивость к агрессивным средам и старению. Основные направления использования включают:

  • производство ремней, уплотнителей, прокладок, шлангов и манжет, работающих при высоких температурах;
  • изготовление кабелей и изоляционных покрытий, стойких к воздействию масел и ультрафиолета;
  • производство клеёв на основе неопреновых латексов для резины, кожи, металлов и пластмасс;
  • защитная одежда и обувь, включая гидрокостюмы, перчатки и обувные подошвы;
  • антикоррозионные покрытия для металлов и бетона.

Благодаря сочетанию эластичности, стойкости к химическим агентам и атмосферным воздействиям, полихлоропреновые материалы занимают особое место среди синтетических каучуков и продолжают использоваться в изделиях, требующих долговечности и надежности в экстремальных условиях эксплуатации.

Оглавление