21. Бутадиен-стирольный каучук

Бутадиеновый каучук, с которым мы знакомились при изучении органической химии, был первым синтетическим каучуком, выпускавшимся промышленностью в массовом масштабе. В настоящее время, кроме бутадиенового, производятся и другие виды каучуков, обладающие по сравнению с ним более высокими качествами. Среди них по объему производства на первом месте стоит бутадиен-стирольный каучук, являющийся сополимером.

Сополимеры - это высокомолекулярные вещества, получаемые совместной полимеризацией двух или нескольких разных мономеров.

Если срполимер образуется из двух мономеров, то, обозначив соответствующие им элементарные звенья через А и В, строение макромолекулы сополимера можно выразЬ-ть следующей схемой:

Путем реакции сополимеризации удается получать вещества, совмещающие в себе свойства отдельных полимеров.

Уравнение реакции получения бутадиен-стирольного каучука можно представить в следующем виде:

Включение звеньев стирола в сополимерную цепь обеспечивает большую механическую прочность каучука по сравнению с бутадиеновым и высокую износостойкость, не уступающую натуральному каучуку.

Рис. 16. Батарея полимеризаторов эмульсионной полимеризации

Прочность бутадиен-стирольного каучука дает возможность готовить из него транспортерные ленты и разнообразные технические изделия; износостойкость важна для изготовления покрышек автомобильных шин, которые, как известно, истираются значительно раньше! чем потребует капитального ремонта автомобиль.

Рис. 17. Схема устройства полимеризатора

В промышленности сополимеризацию бутадиена и стирола проводят в водной среде. Бутадиен и стирол в воде нерастворимы, поэтому готовят их взвесь в воде - эмульсию. В эмульсию вводят инициатор реакции и стабилизирующие вещества, препятствующие расслоению эмульсии.

Эмульсия непрерывно подается насосом в батарею последовательно соединенных полимеризаторов (рис. 16). Схема устройства полимеризатора показана отдельно на рисунке 17. Полимеризатор имеет мешалку для непрерывного перемешивания эмульсии, термометр для контроля температуры полимеризации и манометр для наблюдения за давлением в аппарате. Снаружи полимеризатор оборудован водяной рубашкой для подогрева эмульсии в начале реакции и последующего охлаждения ее. В батарее бывает соединено до 12 таких полимеризаторов (на рисунке их приведено 4) емкостью до 20 м3 каждый. Общий вид батареи полимеризаторов показан на рисунке 18.

Рис. 18. Полимеризационный зал завода бутадиен-стирольного каучука

Во время прохождения эмульсии через полимеризаторы до 60% бутадиена и стирола вступают в реакцию. Сополимерный каучук сначала также образуется в виде эмульсии - латекса, по внешнему виду несколько похожего на молоко. Непрореагировавшие мономеры отгоняются и снова возвращаются на сополимеризацию. Латекс обрабатывается уксусной кислотой, под действием которой он коагулирует и поступает на лентоотливочную машину, где происходит отделение каучука от жидкости.

Лентоотливочная машина (рис. 19) представляет собой бесконечную вращающуюся на барабанах металлическую ленту с большим количеством отверстий - как бы подвижное сито. Латекс, подвергшийся коагуляции, поступает на такое сито, вода стекает сквозь него вниз, а полимер формуется в ленту при помощи валков. С сита лента каучука непрерывно поступает в сушилку, где сушится горячим воздухом, движущимся ей навстречу, затем припудривается тальком для устранения липкости и наматывается в рулоны. Рулоны каучука отправляются на дальнейшую переработку в изделия.

Рис. 19. Выделение каучука на лентоотливочной машине

Эмульсионный способ полимеризации широко применяется для промышленного синтеза различных полимеров.

В производстве каучука, как и всякой другой массовой продукции, очень важным является вопрос об источниках сырья.

На получение бутадиена расходуется огромное количество этилового спирта; спирт же до последнего времени в больших количествах получался при переработке зерна и картофеля. Нашей партией поставлена задача перевести производство каучука на новые источники сырья, с тем чтобы пищевые продукты могли быть всецело использованы по их прямому назначению. С этой целью расширяется производство гидролизного спирта. Кроме того, богатым источником сырья для синтеза каучуков оказались попутные нефтяные газы. Содержащийся в них наряду с другими газообразными углеводородами бутан может быть превращен каталитическим дегидрированием (в присутствии окислов некоторых металлов) в бутадиен:

По этому способу уже получают бутадиен в нашей стране.

Вопросы и упражнения

64. Приведите структурную формулу бутадиен-стирольного каучука.

65. Укажите основные стадии производства бутадиен-стирольного каучука.

66. Составьте уравнения следующих превращений:

При каких условиях идет каждая из этих реакций?

67. Сополимеризацией бутадиена и акрилонитрила получают бутадиен-нитрильный каучук; он характеризуется очень большой стойкостью к растворителям - бензину, керосину и другим углеводородам. Составьте уравнение сополимеризации бутадиена и акрило-нитрила и приведите структурную формулу этого каучука.

68. Сополимеризацией изопрена и изобутилена получают бутилкаучук, характеризующийся высокой газонепроницаемостью и химической стойкостью. Составьте уравнение реакции получения этого каучука.