7.1 Натуральный каучук

В состав каучука входят: угле­водород каучука (основная часть), влага, вещества ацетонового экстракта, азотсодержа­щие вещества (главным образом протеины), зола (неорганические вещества). Содержа­ние этих веществ в каучуках колеблется в широких пределах в зависимости от многих причин, наибольшее значение из которых имеет способ приготовления каучука. Основные свойства технического каучука определяются наличием в нем вы­сокомолекулярного углеводорода состава (С₅Н₈)_n.Углеводород каучука содержит изопентеновые группы. Натуральный каучук представляет собой полиизопрен, в молекулах которого звенья соединены в положении 1,4-цис. Каучук из гевеи полностью является 1,4-цис-изомером. Непредельность каучу­ка - 95-98% от теоретической. В свежем каучуке имеются также альдегидные группы, количество которых значительно колеблется в зависимости от происхождения каучука; они вызывают сильное структурирование и увеличение вязкости каучука при хранении. Средняя молекулярная масса НК в латексе равна 1,3-10⁶ при бимодальном мо­лекулярно-массовом распределении, которое характеризуется слабовыраженными пиками в низкомолекулярной (10⁶) и высокомолекулярной (более 2·10⁶) областях. В каучуке содержится некоторое количество нерастворимого микрогеля. Молекулярная масса, молекулярно-массовое распределение и содержание мик­рогеля определяют вязкость каучука, которая является одним из важнейших параметров его технологических свойств.

Обычно при хранении, по-видимому, в результате реакций концевых альде­гидных групп и содержащихся в каучуке белков происходит структурирование каучука, приводящее к повышению его вязкости. Введение монофункциональ­ных аминов (например, гидроксиламина) на стадии латекса позволяет исклю­чить процесс структурирования и образования дополнительного количества микрогеля и таким образом увеличить стабильность каучука при хранении.

В каучуках, получаемых испарением воды из латекса, остается значитель­ная часть водорастворимых веществ и содержание белков больше, чем в каучу­

ках, полученных коагуляцией; вследствие присутствия гигроскопических ве­ществ эти каучуки всегда содержат большее количество влаги.

В состав веществ ацетонового экстракта входят: 61% жирных кислот (оле­иновая, линолевая и стеариновая), являющихся активаторами вулканизации резиновых смесей, 3% их эфиров, 7% глюкозидов, а также аминокислоты, фос­фор-, азотсодержащие и другие органические вещества.

В ацетоновом экстракте содержатся каротин и некоторые вещества основного характера, которые защищают каучук от светового старения, а также соединения С₂₇ Н₄₂О₃ и С₂₀Н₃₀О (0,08-0,16%), являющиеся ингибиторами окисления НК.

Азотсодержащие вещества - это в основном белки и продукты их разложе­ния (аминокислоты). Белки ускоряют вулканизацию каучука, защищают его от старения, повышают набухание резин в воде, резко снижая при этом диэлект­рические свойства.

В состав золы, который зависит от способов выделения каучука, входят со­единения натрия, калия, кальция, магния, фосфора, а также следы металлов переменной валентности - железа, меди, марганца, являющихся сильными ка­тализаторами процесса окисления каучука.

Основные физические характеристики натурального каучука приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1 – Основные физические свойства НК [1]

Плотность, кг/м3	913
1	2
Температура стеклования,°С	-70+ -72
Термический коэффициент объемного расширения (в интервале 0 - 85°С), 1/°С	656·10-6
Теплота сгорания, МДж/кгК	45,2
Теплопроводность, Вт/мК	0,14
Удельная теплоемкость, °С	1,88
Показатель преломления, светлый креп смокед-шитс углеводород каучука	1,519 – 1,525 1,519 – 1,521 1,519 – 1,522
Полупериод кристаллизации нерастянутого каучука при – 25 °С, ч	2 – 4
Диэлектрическая проницаемость(при частоте колебаний 1000 Гц/с) каучук различных сортов углеводород каучука	2,4 -2,7 2,37
Тангенс угла диэлектрических потерь	1,6·10-3
Удельное объемное электрическое cопротивление, Ом·м светлый креп смокед-шитс углеводород каучука	5·1012 3·1012 3·1015
Параметр растворимости, (МДж/м3)1/2	16,6

Натуральный каучук в случае длительного хранения при температуре от 10°C и ниже кристаллизуется. Максимальная скорость его кристаллизации наблюдается при -25°С. Внешне кристаллизация выряжается в том, что листы каучука теряют прозрачность и твердеют. Каучук плавится при температуре 40°С. Плавление закристаллизованного каучука сопровождается поглощением тепла (17 кДж/кг). Каучук кристаллизуется в условиях ком­натной температуры при растяжении образцов более чем на 70%, а его вулканизаты - при растяжении более чем на 200% [1].

В результате многократно повторяющихся замораживаний изменений фи­зических и химических свойств каучука не отмечается. При температуре 40°С и атмосферном давлении растворимость кислорода в 1 г смокед-шитса состав­ляет 17,8-10-5 г, что составляет приблизительно 13% (об.).

Звукоизоляционные свойства мягкой резины на основе НК, характеризуют­ся скоростью распространения звука в резине, равной 37 м/с при 25°С; при по­вышении температуры скорость распространения звука в резине уменьшается.

Каучук растворим в алифатических и ароматических углеводородах, хлоро­форме, четыреххлористом углероде, сероуглероде. Каучук выпадает из раство­ров при добавлении к ним спирта или ацетона.

Для НК обычных типов, качество которых оце­нивается в основном визуально, показатели пластоэластических свойств не нормируются и могут значительно колебаться. Помимо реакций структурирова­ния по альдегидным группам на вязкость оказывают влияние также окисли­тельные процессы, приводящие к деструкции или структурированию макромо­лекул каучука. Средние значения вязкости по Муни при 100°С колеблются от 95 усл. ед. для смокед-шитса 1-го сорта и SMB 5 до 75 единиц для SMR 50.

Обработка латекса перед выделением каучука солянокислым гидроксила-мином, препятствующим структурированию макромолекул по альдегидным группам, приводит к получению каучука (сорт SMR 5CV), имеющего при хране­нии постоянное значение вязкости по Муки 60±5 усл. ед.

Натуральный каучук, обычно применяемый в резиновом производстве, не­достаточно пластичен и, как правило, подвергается предварительной механи­ческой пластикации на вальцах (при 40-70°С) или термоокислительной дест­рукции в резиносмесителях или специальных червячных пластикаторах (при 100-150°С). Для сокращения продолжительности пластикации часто применя­ют специальные добавки-ускорители пластикации (некоторые меркаптаны, ди­сульфиды и др.).

Скорость пластикации НК, а также его стойкость к окислению под действи­ем солнечных лучей и высоких температур в значительной степени определя­ется составом некаучуковых компонентов, изменяющихся в зависимости от ус­ловий выделения каучука.

Натуральный каучук хорошо смешивается с ингредиентами в резиносмеси­телях или на вальцах. Резиновые смеси на его основе характеризуются высокой клейкостью, хорошими каландруемостью и шприцуемостью, высокой когезион-ной прочностью.

Основным вулканизующим агентом для НК является сера (до 3 масс. ч.). В качестве ускорителей серной вулканизации используются главным образом тиазолы, сульфенамиды, тиурамы.

Качество каучука оценивают по свойствам вулканизатов стандартной рези­новой смеси с меркаптобензтиазолом.

Склонность НК к кристаллиза­ции при температурах близких к нормальной, обусловливает высокую прочность при растяжении как ненаполненных резин из НК, так и резин на его основе, со­держащих неактивные наполнители. При введении активных наполнителей зна­чительно повышаются напряжения при удлинениях, твердость и сопротивление истиранию резины. Резины характеризуются высокой эластичностью, морозостой­костью, высокими динамическими свойствами, износостойкостью, но обладают малой, стойкостью к воздействию агрессивных сред, оильно набухают в углеводо­родах и вследствие высокой непредельности быстро подвергаются старению.

Сочетание хороших технологических свойств резиновых смесей с комплексом ценных технических свойств вулканизатов обусловило широкое применение НК как самостоятельно, так и в комбинации с другими каучуками для производства автомобильных шин и разнообразных резиновых технических изделий (амортиза­торов, прокладок, уплотнителей и других деталей). На основе НК изготовляют клеи, эбониты, губчатые изделия. Важные области применения НК - резиновые из­делия санитарии, медицинского, пищевого, бытового и спортивного назначения [9].