Please enable / Bitte aktiviere JavaScript!
Veuillez activer / Por favor activa el Javascript![ ? ]
sobota, 03 grudnia 2011 23:27

Tworzywa elastyczne

Oceń ten artykuł
(1 głos)


Tworzywa sztuczne (plastomery) są to masy plastyczne, substancje zawierające polimer czyli związki, których cząsteczki składają się z bardzo wielu mniejszych, powtarzających się ugrupowań atomowych merów. Polimery dzielimy na naturalne (np. białka, polisacharydy, kauczuk) i syntetyczne.

Ze względu na ogólną strukturę i warunki przetwórstwa rozróżnia się polimery łańcuchowe, które topią się w wyższych temperaturach i są rozpuszczalne w odpowiednich rozpuszczalnikach (termoplasty), oraz termo- lub chemoutwardzalne (czyli tzw. duroplasty), które pod wpływem odpowiednio wysokiej temperatury albo odczynników chemicznych ulegają usieciowaniu i stają się tworzywami nietopliwymi i nierozpuszczalnymi.
Własności fizyczne i chemiczne tworzyw sztucznych zależne są od składu i struktury chemicznych średniej masy cząsteczkowej, polimolekularności oraz zawartości substancji małocząsteczkowych. Wspólnymi własnościami tworzyw sztucznych są:

  • mała gęstość ( < 2 g/cm3)
  • złe przewodnictwo cieplne i elektryczne
  • znaczna (w porównaniu z metalami) rozszerzalność cieplna
  • niezbyt wysoka maksymalna temperatura stosowania ( < 300°C)
  • dobre własności mechaniczne, które jednak wyraźnie pogarszają się w miarę przedłużania czasu działania naprężeń i wzrostu temperatury.

    Charakterystyczną własnością chemiczną związków wielkocząsteczkowych jest ich mała reaktywność, a co za tym idzie - duża odporność na działanie czynników chemicznych. Rozpuszczalniki powodują często pęcznienie tworzyw. Większość tworzyw sztucznych jest odporna na działanie wody oraz tlenu, dzięki dodatkowi przeciwutleniaczy. Palność ich jest zróżnicowana.

Klasyfikacja



Podstawą klasyfikacji są właściwości użytkowe i technologiczne (sposób przetwórstwa) tworzyw sztucznych.
 

Elastomery


Są to polimery, które nawet po znacznych odkształceniach wracają do swej pierwotnej postaci lub bardzo do niej zbliżonej. Zdolność do odkształceń podczas rozciągania u elastomerów wynosi nawet do kilkuset procent. Inaczej mówiąc temperatura mięknienia - Tm elastomerów jest niższa od temperatury pokojowej czyli Tm < 298 K. Przykłady elastomerów: kauczuki syntetyczne, niektóre odmiany polichlorku winylu. Elastomery z uwagi na możliwość utwardzania przez wulkanizację dzielimy na wulkanizujące i niewulkanizujące. Proces wulkanizacji przebiegający najczęściej w podwyższonej temperaturze, polega na kowalencyjnym wiązaniu sąsiednich makrocząsteczek, w miejscach nienasyconych wiązań, za pomocą siarki, tlenu, selenu lub telluru.
Elastomery niewulkanizujące są to natomiast tworzywa z makrocząsteczkami liniowymi lub rozgałęzionymi, nie podlegające procesowi wulkanizacji. Najbardziej znanymi są polichlorek winylu zmiękczony (PCWzm) zwany popularnie igelitem (wykładziny podłogowe, rury, kable, uszczelki, tkaniny) oraz kopolimer etylenu i propylenu (wstęgi transporterów, rury gazowe, wysokonapięciowe kable, uszczelki).
 

Plastomery


Są to tworzywa o Tm > 298K, czyli takie których wydłużenie sprężyste w temperaturze pokojowej na ogół nie przekracza 100%. Plastomery dzielą się w zależności od zachowania się przy nagrzewaniu na termoplasty (tworzywa termoplastyczne) i duroplasty. Wśród tych ostatnich wyróżnia się termo- i chemoutwardzalne.
 

Otrzymywanie polimerów


Ogólnie rzecz biorąc tworzywa sztuczne są to związki wielkocząsteczkowe, które można otrzymać, wychodząc ze związków o małej cząsteczce, przeważnie przez reakcję polimeryzacji albo reakcję polikondensacji. Wyjściowymi surowcami do otrzymywania monomerów są przede wszystkim ropa naftowa, gaz ziemny (baza petrochemiczna) oraz węgiel kamienny.
Reakcje chemiczne otrzymywania polimerów z monomerów, tj. wytwarzania syntetycznych związków wielkocząsteczkowych, są nazywane zwyczajowo polireakcjami.
Rozróżnia się trzy podstawowe typy polireakcji:
  • Polimeryzacja
  • Polikondensacja (polimeryzacja kondensacyjna)
  • Poliaddycja (polimeryzacja addycyjna).

POLIMERYZACJA jest to proces łączenia się wielu cząsteczek monomeru, któremu nie towarzyszy wydzielanie małocząsteczkowych produktów ubocznych. Proces ten można schematycznie przedstawić następująco:

n A --> (A)n
gdzie:
n – liczba cząsteczek monomeru (stopień polimeryzacji);
A – cząsteczka monomeru;
(A)n – makrocząsteczka polimeru.


Polimeryzacja przebiega więc bez zmian składu substancji reagujących. Powstający polimer różni się od monomeru tylko wielkością cząsteczki. W przedstawionym wyżej procesie reaguje tylko jeden rodzaj monomeru. Taki proces nazywany jest homopolimeryzacją, a otrzymany produkt – homopolimerem. Jeżeli polimeryzacji ulega natomiast więcej niż jeden rodzaj monomeru, to proces taki nazywa się kopolimeryzacją, a powstały produkt – kopolimerem. Stosując różne monomery i zmieniając ich wzajemny stosunek ilościowy, można otrzymać kopolimery o różnym składzie i właściwościach.

POLIKONDENSACJA jest procesem łączenia się wielu cząsteczek substancji wyjściowych (substratów) w związek wielkocząsteczkowy z jednoczesnym wydzieleniem prostego związku małocząsteczkowego jako produktu ubocznego reakcji, np. wody, chlorowodoru, amoniaku. Skład chemiczny polimeru powstającego w wyniku polikondensacji nie jest identyczny ze składem substancji wyjściowych. Spowodowane jest to wydzielaniem się produktów ubocznych podczas procesu.

POLIADDYCJA ma charakter pośredni między polimeryzacją a polikondensacją. Podobnie jak polikondensacja jest to reakcja przebiegająca w sposób stopniowy, lecz w odróżnieniu od niej nie jest procesem odwracalnym. Przyłączanie kolejnych cząsteczek monomeru do rosnącego polimeru przebiega tu dość szybko, podobnie jak w procesie polimeryzacji. Nie następuje też wydzielanie się ubocznych produktów małocząsteczkowych, co dodatkowo upodabnia poliaddycję do polimeryzacji. Polimery otrzymywane w wyniku poliaddycji mają ten sam skład chemiczny co monomery, lecz różnią się od nich budową. Mechanizm reakcji polega najogólniej na przemieszczaniu (przeskoku) atomu wodoru w cząsteczce monomeru, umożliwiając tym samym wzrost łańcucha polimeru. Typowym przykładem poliaddycji jest reakcja otrzymywania poliuretanów lub żywic epoksydowych.


Zjawisko wysokiej elastyczności


Terminem „elastomery” określa się grupę polimerów zdolnych do dużych odwracalnych odkształceń zanikających natychmiast po usunięciu siły zewnętrznej. W przypadku naprężenia rozciągającego przyłożonego wzdłuż jednej osi odkształcenie próbki może sięgać 1000%. Elastomery zachowują się w taki sposób w granicach stanu elastycznego. Poniższy rysunek przedstawia mechanizm zjawiska wysokiej elastyczności na przykładzie pojedynczej, łańcuchowej makrocząsteczki.



 



Drgania w kierunku a powodują zmiany długości wiązań chemicznych i kątów między nimi, co wymaga dużego nakładu energii. Drgania poprzeczne wiążą się ze zmianą konformacji łańcucha. Ilość energii potrzebnej do ich wywołania jest znacznie mniejsza, ponieważ zużywa się ona jedynie na pokonanie barier swobodnego obrotu wokół wiązań pojedynczych makrocząsteczki. W konsekwencji wartość b >> a i łańcuch ulega skłębieniu. Energię fluktuacji termicznych makrocząsteczka czerpie z otoczenia, co zaznaczono symbolem T. Aby skłębiony łańcuch przeprowadzić ponownie w postać wyprostowanego „zygzaka” należałoby do jego końców przyłożyć siłę f. Końce skłębionego łańcucha nie zajmują ustalonego położenia w przestrzeni, lecz wykonują ruchy drgające o amplitudzie c. Odległość między nimi nie jest więc stała – charakteryzuje ją wartość średnia geometryczna z różnych położeń . Hipotetyczne maksymalne wydłużenie elastomeru . Wartość R można wyznaczyć rzutując na płaszczyznę długości poszczególnych ogniw łańcucha i sumując ich wektory. Wyprowadzono również wzory umożliwiające obliczanie odległości między końcami skłębionych łańcuchów, np. łańcuchów parafinowych
.

 


n – liczba ogniw w łańcuchu
l - długość pojedynczego ogniwa

 

Ściśle biorąc, w obliczeniach powinno się uwzględnić średnie wartości długości łańcuchów, odniesione do ich zbioru: (i ). Z wielu powodów wydłużenie względne elastomerów nie osiąga wartości obliczonych teoretycznie, lecz jest od nich znacznie mniejsze. Aby polimer mógł występować w stanie elastycznym musi spełniać warunki kinetycznej teorii elastyczności:

  • Makrocząsteczki mają budowę liniową (łańcuchową) i są obdarzone swobodą rotacji poszczególnych ogniw.
  • Energia oddziaływań cząsteczkowych jest niewielka.
  • Makrocząsteczki są połączone nielicznymi wiązaniami poprzecznymi.

    Natomiast statystyczna teoria elastyczności mówi nam, że:
  • Odkształcenie elastomeru jest związane jedynie ze zmianą entropii układu
  • Wzajemne położenie końców łańcucha przestrzeni można opisać za pomocą funkcji rozkładu prawdopodobieństwa identycznej z funkcją Gaussa.
  • Elastomer jest ciałem nieściśliwym.
  • Ciężar cząsteczkowy elastomeru jest nieskończenie wielki.
  • Węzły sieci są czterofunkcyjne, tj. każdy z nich stanowi punkt wyjścia czterech odcinków łańcuchów, czyli łańcuchów sieci.

 

Elastomery kauczukowe (polidieny)


 

Do polidienów zalicza się usieciowane kauczuki (wulkanizaty) oraz gumę. Są to polimery liniowe, zawierające wiązania podwójne, umożliwiające późniejsze ich sieciowanie. Połączenia te powstają w wyniku polimeryzacji butadienu i jego pochodnych. Polimeryzacja może przebiegać w dwóch kierunkach, dając polimery o strukturze 1,2 lub 1,4.


Istnieje kilka odmian izomerycznych polidienów. Polimery typu 1,2 mogą występować jako ataktyczne, izotaktyczne i syndiotaktyczne, a polimery typu 1,4 - w odmianach cis i trans.
Rodzaj powstałej struktury polimeru zależy od rodzaju monomeru dienowego, typu inicjatora (lub katalizatora) i warunków reakcji. Obniżenie temperatury polimeryzacji prowadzi na ogół do struktury 1,4, która jest bardziej pożądana niż struktura 1,2 ze względu na lepsze właściwości użytkowe otrzymanego polidienu. Ze wzrostem udziału struktury 1,2 w polimerze wzrasta temperatura zeszklenia, a przez to zmienia się temperaturowy przedział elastyczności.
Znaczące miejsce w przemyśle mają procesy koordynacyjnej polimeryzacji drenów sprzężonych, głównie 1,3-butadienu i izoprenu (2-metylo-1,3-butadienu).
Obecnie światowa produkcja kauczuków syntetycznych przekracza dwukrotnie dostawy kauczuku naturalnego, z czego ponad połowę obejmują kauczuki butadienowo-styrenowe mające zastosowanie przede wszystkim w produkcji opon.
Wzrost produkcji elastomerów dienowych o strukturze 1,4 jest związany z cennymi właściwościami użytkowymi tych polimerów. Polibutadien o takiej strukturze otrzymywany w obecności katalizatorów Zieglera-Natty jest stosowany przede wszystkim do produkcji opon, pasów transmisyjnych, węży, izolacji drutów i kabli, obuwia oraz uszczelek. Poliizopren natomiast z dużą zawartością merów o budowie cis-1,4 może charakteryzować się nawet lepszymi właściwościami użytkowymi niż kauczuk naturalny. Wytwarza się z niego: opony, węże, obuwie, tkaniny impregnowane i kleje; natomiast produkowany w mniejszych ilościach trans-1,4-poliizopren stosowany jest do wytwarzania wykładzin, części urządzeń, piłek golfowych i klejów.
W celu poprawy właściwości mechanicznych kauczuków poddaje się je procesowi wulkanizacji, który w tym przypadku polega na łączeniu poszczególnych łańcuchów polimeru w rzadką siatkę przestrzenna za pomocą atomów siarki. Sieciowanie polidienów za pomocą samej siarki przebiega bardzo powoli i dlatego stosuje się przyspieszacze. W celu uzyskania dobrego efektu przyspieszenia procesu wulkanizacji do przyspieszaczy dodaje się aktywatorów, którymi są tlenki metali (najczęściej tlenek cynku ZnO).
Kauczuk wulkanizowany siarką w ilości 1,5 do 3,5% jest zwany gumą lub wulkanizatem gumowym. Obecność w gumie pewniej liczby wolnych wiązań podwójnych powoduje, że jest ona mało odporna na działanie tlenu, który reagując z nią może powodować zmniejszenie jej elastyczności i zwiększenie kruchości, zwane starzeniem się gumy. W celu zapobiegania temu niekorzystnemu zjawisku stosuje się dodatek przeciwutleniaczy, co zahamuje proces utleniania kauczuku i powoduje przedłużenie okresu użytkowania wyrobów gumowych.
Do najważniejszych z technologicznego punktu widzenia kauczuków dienowych zalicza się polibutadien, kauczuki butadienowo-styrenowe, butadienowo-akrylonitrylowe oraz chloroprenowe. Otrzymywanie tych kauczuków przemyśle prowadzi się metodami: w masie, emulsji i roztworze.

 

Polimeryzacja w masie jest historycznie pierwsza techniczną, obecnie już rzadko używaną, metodą, za pomocą której otrzymano polibutadien w wyniku polimeryzacji anionowej butadienu w obecności metalicznego sodu z dodatkiem potasu. Na jej podstawie opracowano ciągły sposób polimeryzacji dienów sprzężonych metodą w masie w wytłaczarce ślimakowej, za pomocą którego otrzymuje się np. kauczuki butadienowe w obecności katalizatorów sodowo-potasowo-litowych, stosowane do produkcji ebonitu. Zaletą tej metody jest możliwość otrzymania polimeru o dużej czystości (nie zawierającego emulgatorów i innych pomocniczych dodatków).

Polimeryzacja w emulsji jest najbardziej rozpowszechnioną metodą przemysłowego otrzymywania elastomerów polidienowych, ze względu na takie zalety jak:

  • Niska temperatura przebiegu procesu, w obecności rozpuszczalnych w wodzie inicjatorów redoksowych
  • Otrzymanie polimeru o dużej masie cząsteczkowej, regularnej budowie i małej polidyspersyjności
  • Szybkie odprowadzanie ciepła reakcji i utrzymanie temperatury na stałym poziomie z powodu przebiegu reakcji w środowisku wodnym
  • Otrzymanie bardziej jednorodnego produktu poprzez wydzielenie kauczuku za pomocą jego koagulacji

    Metodą tą otrzymuje się kauczuki butadienowo-styrenowe, chloroprenowe, lateksy syntetyczne i inne.

    Polimeryzacja w roztworze charakteryzuje się tym, że koordynacyjna polimeryzacja sprzężonych dienów przebiega w środowisku nasyconych rozpuszczalników węglowodorowych obecności katalizatorów Zieglera-Natty. Z punktu widzenia aktywności i stereospecyficzności są to najbardziej efektywne katalizatory stosowane w procesach przemysłowych. Do najważniejszych katalizatorów Zieglera-Natty należą te, które są oparte na związkach tytanu, kobaltu, niklu i neodymu, litu.

     

  • Kauczuk naturalny

Kauczuk naturalny jest pod względem chemicznym cis-poliizoprenem o wzorze:


Źródłem handlowego kauczuku jest drzewo Hevea brasiliensis (znane jako drzewo kauczukowe lub kauczukowiec) oraz rośliny Kok-saghyz, Krym-saghyz i Tan-saghyz. Po nacięciu kory drzewa kauczukowego wypływa na zewnątrz mleczna, lepka ciecz zwana lateksem. Jest ona emulsją składającą się z zawiesiny koloidalnej cząstek kauczuku w wodzie. Koagulacja lateksu pod wpływem rozcieńczonego kwasu mrówkowego lub octowego powoduje, że wytrąca się on w postaci serowatej masy. Wytrącony polimer przemywa się wodą i przepuszcza przez walce, otrzymując w ten sposób jasną krepę kauczukową.
Cechą charakterystyczna kauczuku jest jego elastyczność, której nie mają izomery trans. Kauczuk naturalny w mieszaninie z wypełniaczami, stabilizatorami i aktywatorami poddaje się wulkanizacji siarką w celu otrzymania wyrobów gumowych. Roztwory nie wulkanizowanego kauczuku w węglowodorach aromatycznych służą jako kleje.
Wyroby gumowe można również otrzymać bezpośrednio z lateksu. Są to tak zwane wyroby maczane jak rękawice, baloniki, czepki kąpielowe itp. W tym celu formę wprowadza się do mieszaniny lateksu z siarką, przyspieszaczem i przeciwutleniaczem, a przylegającą do formy błonkę koaguluje się, suszy, a następnie wulkanizuje. Guma otrzymana z lateksu ma większą wytrzymałość mechaniczną oraz jest bardziej elastyczna od gumy otrzymywanej z kauczuku walcowanego, a ponadto wykazuje większą odporność na proces starzenia, co należy przypisać obecności naturalnych przeciwutleniaczy.

Gutaperka

 

Jest produktem otrzymywanym z roślin należących do rodziny Sapotacea oraz z liści drzewa Eukomma. W normalnej temperaturze jest ona twardą, rogowatą masą o temperaturze mięknienia 50-70°C, przy czym po ochłodzeniu zachowuje nadaną jej na gorąco postać.
Czysty węglowodór gutaperki jest trans-poliizoprenem, czyli izomerom kauczuku naturalnego. Ma ona doskonałe właściwości dielektryczne, jest niehigroskopijna i wykazuje większą odporność chemiczną niż kauczuk naturalny. Dzięki dobrej przyczepności do metali, drewna, skóry stosuje się ją jako środek wiążący. Ponadto gutaperkę stosuje się do wyrobu kabli podwodnych, artykułów chirurgicznych, uszczelek, piłek do gry w golfa itp.

Balata

Produkt ten uzyskuje się prawie wyłącznie w Gujanie, Wenezueli i Panamie z drzew Mimusops globosa. Głównym składnikiem balaty, podobnie jak gutaperki, jest trans-poliizopren. Właściwości fizyczne i zastosowanie jest podobne jak gutaperki.


Kauczuki butadienowe (polibutadieny)

 

Są one kauczukami produkowanymi pod nazwą kauczuków SKB w różnych odmianach różniących się plastycznością, ogólnego zastosowania, używanymi do produkcji opon, gumy, kabli oraz w przemyśle skórzanym i obuwniczym.
Nowoczesne metody przemysłowej produkcji kauczuków butadienowych są oparte głównie na polimeryzacji butadienu metodą w emulsji i w roztworze. Przemysłowy proces polimeryzacji butadienu w emulsji prowadzi się w szeregowo połączonych ze sobą reaktorach z mieszadłem i płaszczem grzewczo-chłodzącym. Do reaktora wprowadza się środek dyspersyjny, inicjator, emulgator i butadien, następnie regulator masy cząsteczkowej i stabilizatory i czeka na otrzymanie odpowiedniego produktu. Po usunięciu nieprzereagowanego monomeru otrzymuje się dyspersję wodną kauczuku, zwaną lateksem. Kauczuk wydziela się za pomocą koagulacji elektrolitami lub przez wymrażanie.
Otrzymany kauczuk charakteryzuje się stosunkowo dużym udziałem konfiguracji trans-1,4, co wpływa niekorzystnie na wytrzymałość i ścieralność wulkanizatów. Kauczuk butadienowy jest stosowany w mieszaninie innymi kauczukami do produkcji opon samochodowych.
Przemysłowy proces polimeryzacji butadienu w roztworze prowadzi się w niskowrzących rozpuszczalnikach węglowodorów alifatycznych i aromatycznych w temp 20-50°C w obecności katalizatorów Zieglera-Natty w sposób ciągły. Do pierwszego reaktora wprowadza się rozpuszczalnik, roztwór katalizatora i monomer (butadien lub izopren). Po przejściu mieszaniny reakcyjnej przez ostatni reaktor uzyskuje się ponad 90% konwersji monomeru; średni czas polimeryzacji wynosi od 0,5 do 4 h. W mieszalniku 3 następuje rozkład katalizatora i stabilizacja polimeru. Przechodząc do kolejnego mieszalnika mieszanina jest rozcieńczana wodą i przesyłana do oddzielenia nieprzereagowanego monomeru w azeotropowej destylacji z para wodną. Dyspersję polimeru oddziela się na sitach, poddaje przemywaniu, a następnie suszeniu i sprasowaniu w kostki.
Tak otrzymany polimer zawiera głównie cis-1,4-polibutadien, w wyniku czego charakteryzuje się on dużą regularnością budowy, małą polidyspersją masy cząsteczkowej i giętkością łańcuchów. Jego wulkanizaty wyróżniają się znaczną odpornością na ścieranie i korozję naprężeniową, dobrymi właściwościami dynamicznymi, dużym stopniem napełnienia sadzą i olejami. Do wad zalicza się niezbyt dużą wytrzymałość na rozdzieranie i rozciąganie, niezadowalającą przyczepność do wilgotnych nawierzchni. cis-1,4-Polibutadien stosuje się do produkcji opon, pasów transmisyjnych, węży, izolacji drutów i kabli, uszczelek i obuwia. W podobny sposób produkuje się cis-1,4-poliizopren.


Kauczuki butadienowo-styrenowe

Są najbardziej rozpowszechnioną grupą kauczuków syntetycznych. Otrzymuje się je w wyniku emulsyjnej kopolimeryzacji wolnorodnikowej butadienu ze styrenem , jak również polimeryzacji w roztworze prowadzonej w obecności katalizatorów Zieglera-Natty.
Przemysłowy proces kopolimeryzacji butadienu ze styrenem prowadzi się metodą ciągłą zwykle w 7-10 autoklawach o pojemności 12-16 m3 z mieszadłem i płaszczem grzewczo – chłodzącym.
Do pierwszego reaktora wprowadza się w sposób ciągły uprzednio przygotowane: wodny roztwór emulgatora, oba komonomery, regulator masy cząsteczkowej, stabilizator dyspersji, inicjatory oraz regulator pH środowiska. W przypadku polimeryzacji niskotemperaturowej proces prowadzi się w temperaturze 5°C, natomiast wysokotemperaturowej nieco powyżej 50°C. Z ostatniego autoklawu mieszanina poreakcyjna przechodzi do kolumny odgazowującej, w której następuje oddestylowanie nieprzereagowanego butadienu, a w drugiej kolumnie oddestylowanie z parą wodną nie przereagowanego styrenu. Otrzymany kauczuk poddaje się stabilizacji, a następnie koagulacji w przepływowym aparacie rurowym.
Dalsza obróbka odbywa się jedną z dwu metod. W pierwszej stosuje się urządzenie do formowania wstęgi, a następnie przemyte kłaczki koagulatu formuje się w taśmy i po wysuszeniu zwija się w rulon. W drugiej metodzie przemyty i odwodniony kauczuk rozdrabnia się w młynie młotkowym, suszy, jeszcze raz rozdrabnia, miele, prasuje w kosteczkowe porcje i pakuje w folię polietylenową.
Produkuje się wiele modyfikowanych odmian kauczuków butadienowo-styrenowych, różniących się właściwościami i zastosowaniem. Kauczuki te w wyniku obecności w ich strukturze wiązań podwójnych ulegają procesowi wulkanizacji. Przetwarzanie tych kauczuków na użytkowe wyroby gumowe prowadzi się najczęściej w procesie dwuetapowym. Najpierw sporządza się mieszankę kauczukową, w skład której wchodzą kauczuki, napełniacze wzmacniające, zmiękczacze, stabilizatory, barwniki i pigmenty. W drugim etapie dodaje się układ wulkanizujący i przyspieszacze. Proces wulkanizacji prowadzi się w temperaturze 140 – 180°C. Kauczuki butadienowo-styrenowe produkowane są w Polsce pod nazwą KER.


Kauczuki butadienowo-akrylonitrylowe

Kopolimery te, zwane zwyczajowo kauczukami nitrylowymi (NBR), otrzymuje się w procesie kopolimeryzacji wolnorodnikowej butadienu i akrylonitrylu w emulsji wodnej, w warunkach zbliżonych do warunków otrzymywania kauczuków butadienowo-styrenowych. W makrocząsteczkach tego kopolimeru występuje głównie addycja merów butadienu w pozycji 1,4 i w niewielkim stopniu 1,2 z akrylonitrylem.
Właściwości otrzymanego kopolimeru zależą przede wszystkim od stosunku molowego obu komonomerów, temperatury polimeryzacji, masy cząsteczkowej i jej rozkładu oraz rodzaju i stężenia użytych stabilizatorów. Zwiększenie udziału akrylonitrylu w kopolimerze powoduje wzrost odporności na działanie olejów i rozpuszczalników alifatycznych oraz odporność na starzenie cieplne: jednocześnie zmniejsza się elastyczność i odporność na niskie temperatury. Kauczuki nitrylowe wulkanizuje się siarką lub nadtlenkami organicznymi. Stosuje się je do wyrobu artykułów technicznych odpornych na oleje mineralne i paliwa (np. węże, uszczelki, podkładki, membrany i inne elementy używane w przemyśle samochodowym, lotniczym i chemicznym).


Kauczuki chloroprenowe

Kauczuki chloroprenowe (CR) występują pod zwyczajową nazwą kauczuków neoprenowych lub neoprenu. Otrzymuje się je w wyniku polimeryzacji chloroprenu (2-chloro-1,3-butadienu). Ulegają one łatwo samosieciowaniu i dlatego muszą być stabilizowane. Dodatek substancji stabilizujących nie może jednak hamować reakcji sieciowania w temperaturze 130-150°C.
Kauczuk chloroprenowy wulkanizuje się tlenkami metali, zwykle tlenkiem cynku i magnezu w ilości 10% w stosunku do całej masy polimeru. Wulkanizaty polichloroprenu różnią się znacznie od gumy z kauczuku naturalnego. Są one odporne na działanie tlenu, ozonu, rozpuszczalników, olejów i smarów. Są trudno palne i mniej rozpuszczalne dla gazów. Wadą ich jest duża gęstość, wysoka cena oraz mała stabilność w stanie surowym. Kauczuki chloroprenowe stosuje się do produkcji węży, uszczelek, klejów, farb do malowania jezdni itp.

 

Podsumowanie


Do elastomerów zalicza się usieciowane kauczuki (wulkanizaty) oraz gumę. Coraz powszechniej elastomerami nazywa się również kauczuki nie usieciowane, aczkolwiek nie jest to zupełnie ścisłe. Znaczenie praktyczne mają przede wszystkim różne odmiany gumy.

 



Do podstawowych składników mieszanek gumowych zalicza się:

  • Kauczuki, naturalny i syntetyczne - częstokroć mieszankę gumową sporządza się z dwóch lub trzech różnych kauczuków;
  • Napełniacze, głównie sadze oraz różne zdyspergowane substancje mineralne (krzemionki, glinokrzemiany, kaoliny, kredy i inne);
  • Substancje sieciujące - siarka, donory siarki, nadtlenki organiczne, tlenki metali, diizocyjaniany, tiaminy, diuretany i żywice reaktywne, zwłaszcza żywice fenolowo-formaldehydowe;
  • Przyspieszacze wulkanizacji, m.in. merkaptany (tiole), disulfidy, siuramy, ditiokarbaminiany, sulfonamidy, aminy aromatyczne;
  • Aktywatory przyspieszaczy, najczęściej tlenki metali (np. ZnO) i wyższe kwasy tłuszczowe (np. kwas stearynowy);
  • Zmiękczacze, węglowodory - produkty przerobu węgla lub ropy naftowej, estry kwasów dikarboksylowych i wyższych alkoholi, produkty suchej destylacji drewna (smoły), żywice syntetyczne;
  • Przeciwutleniacze, najczęściej drugorzędowe tiaminy lub podstawione fenole.


Poza tym, w zależności od warunków przetwarzania mieszanek gumowych i przeznaczenia wyrobów, stosuje się specjalne surowce pomocnicze, jak np. koagenty sieciowania, promotory adhezji, substancje chroniące przed działaniem ozonu, zmniejszające palność, barwniki nieorganiczne i organiczne, substancje spieniające i inne.
W skład mieszanki gumowej na ogół wchodzi od kilku do kilkunastu spośród wymienionych substancji, jest to więc układ nader złożony. Wśród kauczuków nadal ważną pozycje zajmuje kauczuk naturalny, który od swojego syntetycznego odpowiednika różni się przede wszystkim zawartością substancji naturalnych, zwłaszcza białek.
Współczesna wiedza o zasadach kierowania syntezą umożliwia uzyskanie kauczuków o z góry założonych, pożądanych właściwościach.
Artykuł napisała:
Kinia


Literatura:
  • Zbigniew Florjańczyk i Stanisław Pęczek „Chemia polimerów – podstawowe polimery syntetyczne i ich zastosowania”, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1997.
  • Jan Pielichowski, Andrzej Muszyński „Technologia tworzyw sztucznych” Wydawnictwo Naukowo – Techniczne
  • Włodzimierz Szlezyngier „Tworzywa sztuczne”, Rzeszów 1998
  • Mirosław Włodarczyk „Wprowadzenie do chemii polimerów”, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1983
  • Czytany 22352 razy Ostatnio zmieniany środa, 07 grudnia 2011 19:24
    Zaloguj się, by skomentować