Характеристика наиболее широко применяемых эластомеров

Эластомеры это - полимеры, обладающие при обычных температурах высокоэластичными свойствами, т. е. способные к огромным (до многих сотен процентов) обратимым деформациям растяжения. Типичные эластомеры - каучуки и резины.

Термином «каучук» обычно обозначают эластомер, состоящий из длинных гибких макромолекул, которые могут перемещаться друг относительно друга при повышенных температурах или действии механических напряжений. В отличие от пластических масс и волокон каучуки и после охлаждения сохраняют способность к течению, особенно, если прилагаемые напряжения действуют в течение длительного времени. Для устранения течения – необратимого скольжения макромолекул друг относительно друга, отдельные макромолекулы каучуков связывают в пространственную сетку. Для этого используют важнейший технологический процесс преобразования каучука в резину – вулканизацию – сшивание линейных макромолекул.

Соединенные в единую сетчатую структуру макромолекулы каучука не утрачивают способности к большим обратимым деформациям, что и является основанием для выделения резин вместе с каучуками в отдельный общий класс – эластомеры.

Название «пластмассы» означает, что эти материалы под действием нагревания и давления способны формоваться и сохранять после охлаждения или отверждения заданную форму. Процесс формования сопровождается переходом пластически деформируемого (вязкотекучего) состояния в стеклообразное. В зависимости от природы полимера и характера его перехода из вязкотекучего в стеклообразное состояние при формовании изделий пластмассы делят на термопласты и реактопласты.

Пластмассы характеризуются малой плотностью (0,85—1,8 г/см³), чрезвычайно низкой электрической и тепловой проводимостью, не очень большой механической прочностью. При нагревании (часто с предварительным размягчением) они разлагаются. Не чувствительны к влажности, устойчивы к действию сильных кислот и оснований, отношение к органическим растворителям различное (в зависимости от химической природы полимера). Физиологически почти безвредны. Свойства пластмасс можно модифицировать методами сополимеризации или стереоспецифической полимеризации, путём сочетания различных пластмасс друг с другом или с другими материалами, такими как стеклянное волокно, текстильная ткань, введением наполнителей и красителей, пластификаторов, тепло- и светостабилизаторов, облучения и др., а также варьированием сырья, например использование соответствующих полиолов и диизоцианатов при получении полиуретанов.

Термопласты (термопластичные пластмассы) при нагреве расплавляются, а при охлаждении возвращаются в исходное состояние.

Реактопласты (термореактивные пластмассы) отличаются более высокими рабочими температурами, но при нагреве разрушаются и при последующем охлаждении не восстанавливают своих исходных свойств.

Твёрдость пластмасс определяется по Бринеллю при нагрузках 50 — 250 кгс на шарик диаметром 5 мм.

К эластомерам относятся:

1.Ненасыщенные карбоцепные полимеры, элементарные звенья которых содержат двойные связи (полидиены):
Полибутадиен	[-CH2-CH=CH-CH2-]n
Полиизопрен	[-CH2-C=CH-CH2-]n CH3
Полидиметилбутадиен	CH3 [-CH2-C=C-CH2-]n CH3
2. Замещенные полидиены:
Полифторопрен	[-CH2-CH=C-CH2-]n F
Полихлоропрен	[-CH2-CH=C-CH2-]n CI
3. Сополимеры
Бутадиен-стирольный (СКС (СКМС))	[-CH2-CН=CH-CH2-]n-[-CH2-CH-]m C6H5
Бутадиен- нитрильный (СКН)	[-CH2-CН=CH-CH2-]n-[-CH2-CH-]m CN
Карбоксилатные (полимеры бутадиена и изопрена)	CH3 [-CH2-CН=CH-CH2-CH2-CH-]m-[-CH2-CH-]n-CH2-C~ CH C6H5 COOH CH2
Бутадиен-винилпиридиновые (двойные сополимеры бутадиена и 2-метил-5-винилпиридина в соотношениях 85:15 и 75:25; или тройной сополимер бутадиена, стирола и 2-метил-5-винилпиридина или 2-винилпиридина)	[-CH2-CH=CH-CH2-]m – [ - CH2- CH- ]n
Бутилкаучук (БК) – сополимер изобутилена с не более 3% изопрена	[ CH3 CH3 -C-CH2 - -CH2-C=CH-CH2- [ -C-CH2 - CH3 m CH3 n
Этилен-пропиленовый (СКЭП – сополимер этилена и пропилена; СКЭПТ – тройной сополимер – этилена, пропилена и небольшого количества ненасыщенного соединения с двумя изолированными двойными связями – дициклопентадиена и др.
Фторкаучуки:
сополимеры винилиденфторида с трифторхлорэтиленом (1)	[-CF2-CFCI-]n-[-CF2-CH2-]m М.м. - 3*105, связанный F – 52% термически стоек до 310-3200C
сополимеры винилиденфторида с гексафторпропиленом (11)	CF3 [-CF2-CF-]n-[-CF2-CH2-]m М.М. - 10-25*104, связанный F-65%. Нет блоков и разветвлений
Акрилатные каучуки – сополимеры сложных эфиров акриловой кислоты друг с другом или акрилонитрилом:
сополимеры этилакрилата с β-хлор-этитлвинилолвым эфиром (1)	[-CH2-CH-]n- [-CH2-CH-]m C=O O O-C2H5 CH2CH2CI ↓ вводят для повышения скорости вулканизации акрилатного каучука n:m =95:5
сополимеры этил- или бутилакрилата с акрилонитрилом, содержащие небольшое количество третьего мономера для облегчения вулканизации	[-CH2-CH-]р- [-CH2-CH-]q C=O СN O-C4H9 p:q=88:12
терполимер этилена, метилакрилата и мономера с карбоксильными группами	[-CH2-CH2-CH-CH2-]n- [ -R- ]m C=O C=O O-CH3 OH
Гетероцепные каучуки:
Силоксановые:
полидиметилсилоксан- основной полимер
диметилсилоксановый
фторсилоксановый
Полиуретановые каучуки – продукт взаимодействия полиэфиров линейного строения с диизоцианатами	O [ - R-NH-C-O-R’-]n
Полисульфидные каучуки (тиоколы) – продукты поликонденсации дигалогенпроизводных с полисульфидом натрия	[-R-Sx-]n
Хлорсульфированный полиэтилен	[[-CH2-CH2-CH2-CHCI-CH2-CH2-CH2-]12-CH2-CH-]17 SO2CI

Полибутадиен.

Наиболее широко используемыми являются стереорегулярные цис- 1,4 – бутадиеновые каучуки, содержащие в цепях более 85% мономерных звеньев в положении 1,4. Получают их методом ионно- координационной полимеризации на катализаторе Циглера-Натта (металлический Li и литийалкил) при температуре н/б 50⁰ С в среде инертного углеводородного растворителя н-пентана, циклогексана, бензола.

Строение макромолекул ПБ зависит от состава катализатора. Наибольшее число 1,4-цис звеньев образуется при использовании каталитических комплексов, содержащих Со или Ni. Если использовать металический Li в качестве катализатора, то число звенев 1,4- цис заметно уменьшается.

Изменение строения макромолекул ПБ сильно влияет на его температуру стеклования и кристаллизацию. Так температура стеклования изотактического 1,2 ПБ близка к 0⁰С , а для цис- 1,4 ПБ она равна -105÷-110⁰ С. Каучук содержащий менее 75% цис – 1,4 неспособен кристаллизироваться.

М.м ПБ зависит от условий полимеризации (М.м растворного ПБ больше молекулярной массы эмульсионного ПБ и имеет более узкое ММР). Для шинной промышленности используют ПБ с М.м 3,0÷3,5*10⁵ и ММР 2,5÷3,0.

Методом радикальной полимеризации в эмульсии получают ПБ, который содержит 69% транс 1,4 н/б 15% цис 1,4 и 17% 1,2 , имеет строение ММР и большую разветвлённость. Применение в производстве шин (повышает сцепление с дорогой) и РТИ.