Синтез каучука, происходящий в дереве, никогда не выполнялся в лаборатории. Синтетические каучуки являются эластичными материалами; они сходны с натуральным продуктом по химическим и физическим свойствам, но различаются от него структурой.
Синтез аналога натурального каучука (1,4-цис-полиизопрена и 1,4-цис-полибутадиена). Натуральный каучук, получаемый из гевеи бразильской, имеет структуру, состоящую на 97,8% из 1,4-цис-полиизопрена:
Синтез 1,4-цис-полиизопрена проводился несколькими различными способами с внедрением регулирующих стереоструктуру катализаторов, и это позволило сделать создание разных синтетических эластомеров. Катализатор Циглера состоит из триэтилалюминия и четыреххлористого титана; он принуждает молекулы изопрена объединяться (полимеризоваться) с образованием гигантских молекул 1,4-цис-полиизопрена (полимера). Аналогично, металлический литий либо алкил- и алкиленлитиевые соединения, к примеру бутиллитий, служат катализаторами полимеризации изопрена в 1,4-цис-полиизопрен. Реакции полимеризации с этими катализаторами проводятся в растворе с внедрением углеводородов нефти в качестве растворителей. Синтетический 1,4-цис-полиизопрен владеет качествами натурального каучука и может употребляться как его заместитель в производстве резиновых изделий.
Полибутадиен, на 90–95% состоящий из 1,4-цис-изомера, также был синтезирован посредством регулирующих стереоструктуру катализаторов Циглера, к примеру триэтилалюминия и четырехиодистого титана. Остальные регулирующие стереоструктуру катализаторы, к примеру хлорид кобальта и алкилалюминий, также дают полибутадиен с высоким (95%) содержанием 1,4-цис-изомера. Бутиллитий тоже способен полимеризовать бутадиен, но дает полибутадиен с меньшим (35–40%) содержанием 1,4-цис-изомера. 1,4-Цис-полибутадиен владеет очень высокой эластичностью и может употребляться как наполнитель натурального каучука.
Тиокол (полисульфидный каучук). В 1920, пытаясь получить новый антифриз из этиленхлорида и полисульфида натрия, Дж.Патрик заместо этого открыл новое каучукоподобное вещество, названное им тиоколом. Тиокол высокоустойчив к бензину и ароматическим растворителям. Он имеет отличные свойства старения, высокое сопротивление раздиру и низкую проницаемость для газов. Не будучи реальным синтетическим каучуком, он, тем не менее, находит применение для производства резин специального назначения.
Неопрен (полихлоропрен). В 1931 компания «Дюпон» объявила о разработке каучукоподобного полимера, либо эластомера, названного неопреном. Неопрен изготавливают из ацетилена, который, в свою очередь, получают из угля, известняка и воды. Ацетилен поначалу полимеризуют до винилацетилена, из которого методом добавления хлороводородной кислоты создают хлоропрен. Далее хлоропрен полимеризуют до неопрена. Кроме маслостойкости неопрен имеет высшую тепло- и химическую стойкость и употребляется в производстве шлангов, труб, перчаток, а также деталей машин, к примеру шестерен, прокладок и приводных ремней.
Буна S (SBR, бутадиенстирольный каучук). Синтетический каучук типа буна S, обозначаемый как SBR, делается в огромных реакторах с рубахой, либо автоклавах, в которые загружают бутадиен, стирол, мыло, воду, катализатор (персульфат калия) и регулятор роста цепи (меркаптан). Мыло и вода служат для эмульгирования бутадиена и стирола и приведения их в близкий контакт с катализатором и регулятором роста цепи. Содержимое реактора нагревается до приблизительно 50° С и перемешивается в течение 12–14 ч; за это время в итоге процесса полимеризации в реакторе появляется каучук. Получающийся латекс содержит каучук в форме малых частиц и имеет вид молока, совсем напоминающий натуральный латекс, добытый из дерева.
Латекс из реакторов обрабатывается прерывателем полимеризации для остановки реакции и антиоксидантом для сохранения каучука. Потом он очищается от избытка бутадиена и стирола. Чтоб отделить (методом коагуляции) каучук от латекса, он обрабатывается веществом хлорида натрия (пищевой соли) в кислоте или веществом сульфата алюминия, которые отделяют каучук в форме мелкой крошки. Далее крошка промывается, сушится в печи и прессуется в кипы.
Из всех эластомеров SBR употребляется более обширно. Больше всего его идет на создание авто шин. Этот эластомер сходен по свойствам с натуральным каучуком. Он не маслостоек и в большинстве случаев проявляет низкую химическую стойкость, но владеет высоким сопротивлением удару и истиранию.
Латексы для эмульсионных красок. Бутадиен-стирольные латексы обширно употребляются в эмульсионных красках, в которых латекс образует смесь с пигментами обыденных красок. В таком применении содержание стирола в латексе обязано превосходить 60%.
Низкотемпературный маслонаполненный каучук. Низкотемпературный каучук – особенный тип каучука SBR. Он делается при 5° С и обеспечивает лучшую износостойкость шин, чем обычный SBR, полученный при 50° С. Износостойкость шин еще более повышается, если низкотемпературному каучуку придать высшую ударную вязкость. Для этого в базовый латекс добавляют некие нефтяные масла, называемые нефтяными мягчителями. Количество добавляемого масла зависит от требуемого значения ударной вязкости: чем оно выше, тем больше вводится масла. Добавленное масло действует как мягчитель жесткого каучука. Остальные характеристики маслонаполненного низкотемпературного каучука такие же, как у обыденного низкотемпературного.
Буна N (NBR, бутадиенакрилонитрильный каучук). совместно с буна S в Германии был также разработан маслостойкий тип синтетического каучука под заглавием пербунан, либо буна N. Основной компонент этого нитрильного каучука – также бутадиен, который сополимеризуется с акрилонитрилом по существу по тому же механизму, что и SBR. Сорта NBR различаются содержанием акрилонитрила, количество которого в полимере варьирует от 15 до 40% в зависимости от назначения каучука. Нитрильные каучуки маслостойки в степени, соответствующей содержанию в них акрилонитрила. NBR употреблялся в тех видах военного оборудования, где требовалась маслостойкость, к примеру в шлангах, самоуплотняющихся топливных элементах и конструкциях транспортных средств.
Бутилкаучук. Бутилкаучук – еще один синтетический каучук – был открыт в 1940. Он замечателен собственной низкой газопроницаемостью; камера шины из этого материала удерживает воздух в 10 раз дольше, чем камера из натурального каучука. Бутилкаучук изготавливают полимеризацией изобутилена, получаемого из нефти, с малой добавкой изопрена при температуре -100° С.
Эта полимеризация не является эмульсионным действием, а проводится в органическом растворителе, к примеру метилхлориде. Характеристики бутилкаучука могут быть сильно улучшены термообработкой маточной смеси бутилкаучука и газовой сажи при температуре от 150 до 230° С. Не так давно бутилкаучук нашел новое применение как материал для протекторов шин ввиду его не плохих ходовых черт, отсутствия шума и прекрасного сцепления с дорогой. Бутилкаучук несовместим с натуральным каучуком и SBR и, означает, не может быть смешан с ними. Но после хлорирования до хлорбутилкаучука он становится совместимым с натуральным каучуком и SBR. Хлорбутилкаучук сохраняет низкую газопроницаемость. Это свойство употребляется при изготовлении смешанных товаров хлорбутилкаучука с натуральным каучуком либо SBR, которые служат для производства внутреннего слоя бескамерных шин.
Этиленпропиленовый каучук. Сополимеры этилена и пропилена могут быть получены в широких спектрах составов и молекулярных масс. Эластомеры, содержащие 60–70% этилена, вулканизуются с пероксидами и дают вулканизат с хорошими качествами. Этиленпропиленовый каучук имеет превосходную атмосферо- и озоностойкость, высшую термо-, масло- и износостойкость, но также и высшую воздухопроницаемость. Таковой каучук делается из дешевых сырьевых материалов и находит бессчетные внедрения в индустрии.
более обширно применяемым типом этиленпропиленового каучука является тройной этиленпропиленовый каучук (с диеновым сомономером). Он употребляется в основном для производства оболочек проводов и кабелей, однослойной кровли и в качестве присадки для смазочных масел. Его малая плотность и превосходная озоно- и атмосферостойкость обусловливают его применение в качестве кровельного материала.
Вистанекс. Вистанекс, либо полиизобутилен, – полимер изобутилена, также получаемый при низких температурах. Он подобен каучуку по свойствам, но в различие от каучука является насыщенным углеводородом и, означает, не может быть подвергнут вулканизации. Полиизобутилен озоностоек.
Коросил. Коросил, каучукоподобный материал, – это пластифицированный поливинилхлорид, приготовленный из винилхлорида, который, в свою очередь, получают из ацетилена и хлороводородной кислоты. Коросил замечательно стоек к действию окислителей, в том числе озона, азотной и хромовой кислот, и поэтому употребляется для внутренней облицовки цистерн с целью защиты их от коррозии. Он непроницаем для воды, масел и газов и в силу этого находит применение как покрытие для тканей и бумаги. Каландрованный материал употребляется в производстве плащей, душевых занавесок и обоев. Низкое водопоглощение, высокая электрическая крепкость, негорючесть и высокое сопротивление старению делают пластифицированный поливинилхлорид подходящим для производства изоляции проводов и кабелей.
Полиуретан. Класс эластомеров, узнаваемых как полиуретаны, находит применение в производстве пеноматериалов, клеев, покрытий и формованных изделий. Изготовление полиуретанов включает несколько стадий. Поначалу получают сложный полиэфир реакцией дикарбоновой кислоты, к примеру адипиновой, с многоатомным спиртом, в частности этиленгликолем либо диэтиленгликолем. Полиэфир обрабатывают диизоцианатом, к примеру толуилен-2,4-диизоцианатом либо метилендифенилендиизоцианатом. Продукт данной реакции обрабатывают водой и подходящим катализатором, в частности n-этилморфолином, и получают гибкий либо гибкий пенополиуретан. Добавляя диизоцианат, получают формованные изделия, в том числе шины. Меняя соотношение гликоля и дикарбоновой кислоты в процессе производства сложного полиэфира, можно изготовить полиуретаны, которые употребляются как клеи либо перерабатываются в твердые либо гибкие пеноматериалы или формованные изделия. Пенополиуретаны огнестойки, имеют высшую крепкость на растяжение, совсем высокое сопротивление раздиру и истиранию. Они проявляют только высшую несущую способность и не плохое сопротивление старению. Вулканизованные полиуретановые каучуки имеют высокие крепкость на растяжение, сопротивление истиранию, раздиру и старению. Был разработан процесс получения полиуретанового каучука на базе обычного полиэфира. Таковой каучук отлично ведет себя при низких температурах и устойчив к старению.
Кремнийорганический каучук. Кремнийорганические каучуки не имеют себе равных по пригодности к эксплуатации в широком температурном интервале (от -73 до 315° С). Для вулканизованных кремнийорганических каучуков была достигнута крепкость на растяжение около 14 МПа. Их сопротивление старению и диэлектрические свойства также очень высоки.
Хайпалон (хлорсульфоэтиленовый каучук). Этот эластомер хлорсульфонированного полиэтилена получают обработкой полиэтилена хлором и двуокисью серы. Вулканизованный хайпалон очень озоно- и атмосферостоек и имеет хорошую термо- и химическую стойкость.
Фторсодержащие эластомеры. Эластомер кель-F – сополимер хлортрифторэтилена и винилиденфторида. Этот каучук имеет хорошую термо- и маслостойкость. Он стоек к действию коррозионно-активных веществ, негорюч и пригоден к эксплуатации в интервале от -26 до 200° С. Витон А и флюорел – сополимеры гексафторпропилена и винилиденфторида. Эти эластомеры различаются превосходной стойкостью к действию тепла, кислорода, озона, атмосферных факторов и солнечного света. Они имеют удовлетворительные низкотемпературные свойства и пригодны к эксплуатации до -21° С. Фторсодержащие эластомеры употребляются в тех приложениях, где требуется стойкость к действию тепла и масел.
Специализированные эластомеры. Производятся специализированные эластомеры с разнообразными физическими качествами. Многие из них совсем дороги. Более принципиальные из них – акрилатные каучуки, хлорсульфонированный полиэтилен, сополимеры обычных и сложных эфиров, полимеры на базе эпихлоргидрина, фторированные полимеры и термопластичные блок-сополимеры. Они употребляются для производства уплотнений, прокладок, шлангов, оболочек проводов и кабелей и клеев.
Металлокера́мика — искусственный материал, представляющий собой гетерогенную композицию металлов или сплавов с неметаллами (керамикой).
Другие названия: керметы, керамико-металлические материалы, спеченные антифрикционные материалы.
Металлокерамики объединяют важные конструкционные и эксплуатационные свойства металлов и неметаллов. Они отличаются большой прочностью, высокими износо- и теплостойкостью, антикоррозионными свойствами. Применяются в качестве антифрикционных или защитных покрытий деталей и самостоятельных конструкционных материалов в авиастроении, автомобилестроении, транспортном и химическом машиностроении, электроприборостроении, турбостроении и других отраслях промышленности.