Иконка заголовка

Синтетические каучуки: производство и технологии

Оставьте свои контактные данные

Наш менеджер свяжется с вами в ближайшее время и уточнит детали заказа

Впервые промышленное производство поливинилхлорида и синтетического каучука в России было запущено в 1915 году. Способ изготовления этого сырья разработал ученый И. И. Остромысленский. В то время получаемый материал использовали для выпуска противогазов, которыми снабжали солдат и офицеров Первой мировой войны.

Американские заводы принялись за производство синтетического каучука в 1919 году. К началу Второй мировой войны западные Америка, Германия и Советский Союз изготавливали десять марок такого сырья. Изначально советский полимер обладал прочностью на разрыв, равной 2 000 psi, к 41-му году показатель смогли повысить до 4 500 psi — то есть приблизить прочность к натуральному каучуку. Процесс производства синтетического каучука неоднократно модифицировался.

В 2023 году каучук на основе силоксана — единственная разновидность резины общего и специального назначения, в структуре которой нет углеродных атомов в главных молекулярных цепях. СКТН-каучуки и остальные полисилоксаны стоят дороже остального сырья этой группы, но, несмотря на это, темпы их выпуска в развитых странах растут. Популярность каучука синтетического происхождения объяснима его способностью оставаться эластичным при низких и высоких температурах, а также свойством химической и биологической инертности.

О структуре и синтезе кремнийорганических каучуков

Синтез сырья этой категории основан на образовании связей S1—О—Si. В процессе получения материала химические элементы конденсируются, подвергаются расщеплению и соединению в новые молекулярные структуры. Химическая структура силиконовых каучуков СКТН выделяется среди прочих отсутствием углеродных атомов в основных цепях макромолекул. СКТН-модификация отличается от остальных способом вулканизации. Для получения силоксановой модификации исходное сырье вулканизируют пероксидами. Чаще всего используют пероксид дикумила или дибензоилпероксид. Вулканизацию проводят в два этапа — в пресс-форме и в термостате.

Силиконовые каучуки СКТН прочнее модификаций карбоцепного строения. Они более устойчивы к морозам и жару, так как главные цепи их молекул состоят из чередующегося кремния и кислорода.

Также силоксановые каучуки прочнее модификаций с карбоцепным строением. В случае с СКТН деструкция сырья происходит при повышенной температуре. Такой способ получения связи S1—С делает ее более устойчивой, чем связь С—С.

При изготовлении синтетического каучука используют исключительно чистые мономеры. Особое внимание уделяют пониженному содержанию примесей триметил- и метилхлорсилана. Первый показатель не должен быть больше 0,5%, второй — не более 2%.

Основные методы получения силиконовых каучуков

Чаще всего для промышленного производства таких синтетических каучуков используют способ газофазной, жидкостной, эмульсионной и растворной полимеризации под влиянием катализаторов. Исходным мономером, который разделяют на фракции для получения каучука, служит изобутилен, изо- или хлоропрен, стирол или неопрен.

Газофазная и жидкостная полимеризация

Изначально в промышленных условиях бутадиен полимеризовали в присутствии металлического натрия (жидкофазный способ). Впоследствии массовое производство синтетических каучуков вели по газофазному методу полимеризации бутадиена. Этот способ предпочли жидкостному методу из-за того, что площадь поверхности пастообразного металлического натрия больше площади поверхности того же материала в жидком состоянии. Синтетический каучук, получаемый газофазным способом, приобретал более однородную текстуру. Благодаря этому технология получения полимера в промышленных масштабах стала более простой и безопасной. Использование пастообразного натрия позволило механизировать некоторые этапы получения синтетического каучука.

Помимо натриевого катализатора технологи также выбирают калий и литий. В двух последних случаях полимер получается наиболее морозостойким и эластичным. Когда катализатором делают литий, в полибутадиене уменьшается количество 1,2-звеньев. Если для полимеризации используют щелочные металлы, возрастает молекулярный вес каучука.

Более современным способом получения СКТН-модификаций считают эмульсионную полимеризацию.

Эмульсионная полимеризация

Главное отличие полимеризации в эмульсии, а не в жидком мономере — более высокая скорость процесса. Также технологам производства удается сделать процесс эмульсионной полимеризации непрерывным и регулировать его протекание на каждом этапе. При протекании такой химической реакции тепло отводится равными порциями, и каучук приобретает больший молекулярный вес. Кроме того, улучшается его структура: становится однородной, избавляет от необходимости бороться с уплотнениями.

Эмульсионная полимеризация синтетического каучука бывает высоко- и низкотемпературной. Когда температура протекания реакции низкая, материал получает хорошие физико-механические свойства.

Особенности растворной полимеризации

Если при производстве синтетического каучука используют органический раствор мономера, теплообмен в его массе получается равномерным. Полученный состав приобретает однородную структуру и высокие физико-механические показатели. Использование растворов открывает возможности для применения более эффективных катализаторов, позволяет добиваться создания высокомолекулярных соединений с определенной структурой.

Основная проблема, связанная с растворной полимеризацией — высокая реакционность катализаторов. Чтобы нивелировать проблему, предприятия тщательно готовят сырье: удаляют как можно больше примесей из мономеров и растворителей. Необходимость в таких действиях удлиняет производственный цикл и повышает стоимость готового продукта.

Промышленное пошаговое получение диметилсилоксанового каучука

В процессе изготовления материала исходное сырье проходит несколько стадий:

  1. Очистка мономера, гидролиз алкигалогенсиланов с нейтрализацией.
  2. Разделение гидролизата на фракции.
  3. Полимеризация циклосилоксанов.
  4. Избавление каучука от газов.
  5. Просушивание и упаковка готового продукта.

Очистка мономера и гидролизация диметилхлорсилана

Рассмотрим технологию производства с применением кремния и галогензамещенных углеводородов в качестве исходных мономеров. После выработки акрилзамещенных галогенсиланов их подвергают гидролизу. В процессе выделяется хлороводород и силанолы.

Чтобы получить максимально чистый исходный мономер, его прогоняют через ректификационные колонны. Для гидролиза дихлорсилана используют очищенную воду. В результате реакции поликонденсации образуются линейные и циклические молекулы.

Технически процесс гидролиза выглядит так:

  1. Мономер загружают со склада в специальный резервуар и перегоняют оттуда насосом в гидролизер с чистой водой.
  2. Сквозь центральную трубу гидролизированный диметилдихлорсилан перетекает в верхнюю зону промышленного агрегата. Теперь он представляет собой линейные и циклические силоксаны, перемешанные с раствором HCL.
  3. Гидролизат сливается в отстойник, где делится на слои. Верхний слой с минимальным содержанием HCL перегоняется в емкость кислого гидролизата.
  4. С помощью газа вещество выдавливается в следующую емкость, где обрабатывается кальцинированной содой. Далее реакционная смесь перемешивается до однородной консистенции, и из нее вымываются соли.
  5. Нейтрализованный состав еще раз отстаивается.

Для работы с мономерами, гидролизатами и кислотами используют эмалированное оборудование.

Деполимеризация гидролизата

Для расщепления нейтрализованного гидролизата на фракции используют концентрированный щелочной раствор. Вещества соединяют в резервуаре вакуумного деполимеризатора, постоянно перемешивают. Температура протекания реакции — 160-180 °С. Процесс занимает от недели до 12 дней. Конденсат полимера перегоняют на осушку, чтобы снизить содержание воды до 0,01%.

Полимеризация циклосилоксанов

Процесс протекает под воздействием пастообразного сульфата алюминия с добавлением SuSO4.

Деполимеризат помещают в шихту, добавляют катализатор, греют с помощью пара и перемешивают. Реакционную смесь перегоняют в нагреватель, повышают ее температуру до 140 °С, перемещают в полимеризатор, продолжают греть паром. Полимер пропускают через дегазатор и оставляют дозревать на день при температуре +25 °С.

Полимеризованные циклосилоксаны отправляются на приготовление шихты, не полимеризованные отделяются и остывают в холодной технической воде. Конденсат накапливается в резервуаре-сборнике и идут на производство шихты.

Низкомолекулярные синтетические каучуки марки СКТН изготавливают при температуре +180°С. В реакции участвует гидроксид калия. Для получения однородной структуры используют мешалки.

Официальные стандарты качества каучуков марки СКТН

Производство и контроль качества синтетических каучуков марки СКТН регулируют многочисленные ГОСТы и ТУ. Основной документ, которым пользуются предприятия — ГОСТ 13835-73. Это перечень технических условий изготовления термостойкого низкомолекулярного каучука из синтетического мономера. Производство и свойства модификации СКТ описаны в ГОСТ 14680-79.

Выводы

  • Силиконовый каучук марки СКТ и СКТН из силоксана не имеет атомов углерода в основных молекулярных цепочках.
  • Производство этого материала основано на получении устойчивых связей S1—О—Si.
  • Основные способы изготовления — газофазная, жидкостная, растворная и эмульсионная полимеризация.
  • Качество силоксановых каучуков марок СКТ и СКТН регулирует ГОСТ 13835-73 и ГОСТ 14680-79 соответственно.
Изображение новости
Смотреть всё
Товары
Присоединяйтесь к нам в мессенджерах
Мы рады сообщить вам, что теперь вы можете делать заказы в нашем сервисе, используя популярные мессенджеры. Это очень удобно и быстро, а главное - доступно для всех, кто предпочитает общение через мессенджеры.
Подробнее
Новое поступление2
Уважаемые покупатели! Спешим сообщить, что на наш склад поступил очередной контейнер с продукцией: вазелиновое масло, производство Индия.
Продукция в ассортименте. Вязкость 20, 30, 40, 50.
Подробнее

Возврат к списку

Появились вопросы?