2.2.1 Механизм пластикации каучуков

Повышение пластичности натурального каучука при его механической обработке было обнаружено в 1826 г. Т. Гэнкоком. Первоначально повышение пластичности каучука (пластикация) объяснялось разрушением глобулярной структуры в процессе механикой обработки. Однако это явление характерно не только для натурального каучука, но и для других каучуков, не имеющих глобулярной структуры. Кроме того, явления аналогичные пластикации, наблюдались и при термоокислительном воздействии на некоторые каучуки.

Пластикация объясняется деструкцией макромолекул каучука и снижением его молекулярной массы под действием механических напряжений и окислительных процессов.

Вследствие больших размеров молекулярных цепей энергия межмолекулярного взаимодействия макромолекул каучука превышает прочность отдельных химических связей. Поэтому при сдвиговых усилиях в молекулярных цепях могут возникнуть напряжения, способные преодолеть энергию валентных связей между атомами цепи.

Разрыв макромолекул каучука под действием механических напряжений возможен, если размер этих макромолекул превышает некоторое минимальное значение, определяемое природой и структурой полимера и скоростью деформации. Разрыву молекулярных цепей каучука при механической обработке способствует образование физических «зацеплений» и захлестов (переплетений) макромолекул, число которых повышается с увеличением молекулярно массы полимера и его разветвленности.

2.2.2 Механическая пластикация

При этом способе переработки могут происходить как деструкция, так и активирование химических связей в макромолекулах под влиянием механических напряжений. Соотношение между скоростями обоих процессов зависит от температуры, среды (воздух, кислород, азот), интенсивности механических воздействий, типа полимера. С повышением температуры скорость пластикации сначала уменьшается, а затем возрастает. Температура, соответствующая минимальной скорости пластикации, зависит от типа полимера; например, для натурального каучука она составляет 70 -80°С. Интенсивная пластикация при температуре ниже 70°С обусловлена в основном механическим разрывом цепей. Атмосферный кислород играет в этом случае роль/Оилизатора образующихся макрорадикалов и препятствует, таким образом, образованию в полимере разветвленных и сшитых структур. Ускорение пластикации выше 80°С связано с тем, что в этих условиях основным процессом становится окисление полимера, активированное тепловой и механической энергией. Чем выше температура, тем больше роль тепловой энергии и меньше роль механической.

Как и в случае окисления каучуков, при высокотемпературной пластикации происходят одновременно деструкция и сшивание. Соотношение между скоростями этих процессов зависит от типа полимера. Например, при пластикации натурального и синтетического изопренового каучуков превалирует деструкция, при пластикации бутадиен-нитрильных каучуков - сшивание.

Условия механической пластикации определяются как типом каучука, так и масштабами его переработки. Натуральный каучук пластицируют главным образом в резиносмесителях и в червячных пластикаторах; в случае переработки небольших количеств каучука - на вальцах. Для пластикации

синтетического изопренового каучука чаще всего используют резиносмесители и реже вальцы.

При пластикации на вальцах наибольшее повышение пластичности наблюдается в течение первых 10 - 15 мин обработки. Поэтому натуральный каучук пластицируют обычно в несколько приемов с «отдыхом» (~ 6 - 8 ч) и охлаждением после каждого цикла. В соответствии с этим различают каучук одно-, двух- и трехкратной пластикации — П-1, П-2, П-3.

Наиболее производительное оборудование — червячный пластикатор, в котором пластикаты П-1 и П-2 получают соответственно после одно- и двукратного (с промежуточным «отдыхом» и охлаждением) пропуска через машину при температуре в цилиндре 60 - 70°С, в головке 105^ "115°С. Сокращение продолжительности обработки натурального и синтетического изопренового каучуков в резиносмесителях в присутствии ускорителей позволяет в некоторых случаях совмещать пластикацию с приготовлением резиновой смеси.

Бутадиен-нитрильные каучуки, главным образом жесткие, пластицируют на вальцах (20 - 40 мин) при минимальном зазоре между валками. Так же, как и для натурального каучука, целесообразна двухстадийная пластикация. Однако даже в оптимальных условиях этого процесса жесткость каучука снижается не более чем на 4 - 5 н (400 - 500 гс). Скорость механической пластикации^ бутадиен-нитрильных каучуков возрастает с увеличением содержания в них акрилонитрила. Иногда пластицируют также и мягкие ^гадиен-нитрильные каучуки; благодаря этому получают смеси с более гладк утМюверхностью и с меньшей усадкой.

Хлоропреновые каучуки (получаемые с применением серы в качестве регулятора) пластицируют на вальцах (7 — 10 мин; 30 — 40°С) или в резиносмесителях. В последнем случае пластикацию можно совмещать с процессом смешения. Продолжительность обработки в отсутствие и в присутствии ускорителей составляет соответственно 5 — 6 и 3 — 4 мин, температура — не выше 100°С.