Этилен-пропиленовый каучук

Этилен-пропиленовый каучук (ЭПК, EPM) — это синтетический каучук, представляющий собой сополимер этилена и пропилена. Относится к классу насыщенных углеводородных каучуков, что определяет его высокую стойкость к старению, озону, кислороду и многим химическим реагентам. В зависимости от состава и структуры различают два основных типа: этилен-пропиленовый каучук (EPM), являющийся насыщенным линейным сополимером, и этилен-пропилен-диеновый каучук (EPDM), в состав которого дополнительно входит небольшое количество диенового мономера, обеспечивающего возможность вулканизации серой.

История

Разработка этилен-пропиленовых каучуков началась в 1950-х годах в ведущих химических лабораториях мира. Первые промышленные образцы были получены в 1962 году компанией Montecatini (Италия) и независимо от неё — компанией DuPont (США). Ключевым открытием стало использование катализаторов Циглера — Натта, позволивших проводить сополимеризацию этилена и пропилена с высокой степенью контроля над структурой макромолекул. В 1963 году был синтезирован первый тройной сополимер (EPDM), что значительно расширило область применения материала за счёт возможности серной вулканизации. В СССР промышленное производство ЭПК было освоено в 1970-х годах на базе Нижнекамского нефтехимического комбината и других предприятий.

Химическая структура и классификация

EPM (этилен-пропиленовый каучук)

EPM представляет собой статистический сополимер этилена и пропилена. Молекулярная цепь состоит из чередующихся звеньев -CH₂-CH₂- (этилен) и -CH₂-CH(CH₃)- (пропилен). Отсутствие двойных связей в основной цепи делает EPM химически инертным и устойчивым к окислению, но не позволяет вулканизировать его серой. Для сшивания EPM используются органические пероксиды, ионное излучение или другие методы.

EPDM (этилен-пропилен-диеновый каучук)

EPDM — тройной сополимер, в который помимо этилена и пропилена вводится небольшое количество (обычно 2–10 % по массе) диенового мономера. Наиболее распространённые диены:

Этилиденнорборнен (ENB) — обеспечивает быструю вулканизацию и хорошую совместимость с другими каучуками.
Дициклопентадиен (DCPD) — придаёт высокую прочность вулканизатов.
1,4-гексадиен (HD) — реже используется, но обеспечивает хорошую стойкость к подвулканизации.

Наличие двойных связей в боковых цепях (а не в основной) позволяет вулканизировать EPDM серой, что делает его более технологичным и распространённым в промышленности.

Свойства

Основные характеристики ЭПК зависят от соотношения этилена и пропилена, молекулярной массы и типа диена (для EPDM):

Плотность: 0,85–0,90 г/см³.
Температура стеклования: от −60 до −50 °C.
Рабочий диапазон температур: от −50 до +150 °C (кратковременно до +180 °C).
Стойкость к озону: высокая (значительно превосходит натуральный и бутадиен-стирольный каучуки).
Стойкость к атмосферным воздействиям: отличная.
Химическая стойкость: устойчив к кислотам, щелочам, спиртам, гликолям, водным растворам солей; нестоек к маслам, бензину, керосину и другим углеводородам.

Технология производства

Производство ЭПК осуществляется методом растворной или суспензионной полимеризации в присутствии катализаторов Циглера — Натта (на основе титана или ванадия) или металлоценовых катализаторов. Процесс включает следующие стадии:

Полимеризация: этилен, пропилен и (для EPDM) диен подаются в реактор с растворителем (например, гексаном) и катализатором при температуре 20–60 °C и давлении 5–15 атм.
Дезактивация катализатора: добавление воды или спирта для остановки реакции.
Отделение каучука: удаление растворителя и непрореагировавших мономеров.
Сушка: получение твёрдого каучука в виде гранул, брикетов или крошки.

Современные технологии позволяют получать ЭПК с узким молекулярно-массовым распределением и заданными свойствами.

Применение

Этилен-пропиленовые каучуки широко используются в различных отраслях промышленности благодаря сочетанию стойкости к старению, эластичности и термостойкости.

Автомобильная промышленность

Уплотнители: оконные и дверные уплотнители, прокладки радиаторов, шланги систем охлаждения и отопления.
Ремни: клиновые ремни, ремни ГРМ (в композиции с другими каучуками).
Тормозные системы: шланги и мембраны, устойчивые к тормозной жидкости на основе гликолей.
Амортизаторы: резиновые элементы подвески.

Строительство

Кровельные мембраны: однослойные и многослойные покрытия для плоских крыш (EPDM-мембраны).
Гидроизоляция: прудов, каналов, тоннелей, фундаментов.
Уплотнители: для окон, дверей, фасадных систем.

Электротехника

Изоляция кабелей: для силовых и контрольных кабелей, работающих при повышенных температурах и во влажной среде.
Высоковольтная изоляция: в трансформаторах и распределительных устройствах.

Прочие области

Спортивные покрытия: беговые дорожки, покрытия для игровых площадок (в виде резиновой крошки).
Медицина: прокладки и уплотнители для медицинского оборудования, не контактирующего с маслами.
Бытовая техника: уплотнители стиральных машин, посудомоечных машин, холодильников.

Преимущества и недостатки

Преимущества

Высокая стойкость к озону, ультрафиолету и атмосферным воздействиям.
Широкий диапазон рабочих температур (от −50 до +150 °C).
Хорошая эластичность и низкая остаточная деформация сжатия.
Устойчивость к большинству химических реагентов (кроме масел и топлива).
Длительный срок службы (до 20–30 лет в благоприятных условиях).

Недостатки

Низкая стойкость к углеводородам (нефтепродуктам, маслам, бензину).
Относительно высокая стоимость по сравнению с некоторыми другими каучуками (например, бутадиен-стирольным).
Сложность переработки (требует специальных добавок и режимов вулканизации).
Ограниченная адгезия к металлам и другим материалам (требует применения клеёв-грунтовок).

Экологические аспекты

ЭПК, как и другие синтетические каучуки, не подвергается биологическому разложению в естественных условиях. Однако он может быть переработан механическим или химическим способом. Механическая переработка включает измельчение отходов в крошку и использование её в качестве наполнителя для новых резиновых смесей или в строительных материалах. Химическая переработка (пиролиз, девулканизация) позволяет получать мономеры или вторичное сырьё, но на практике применяется ограниченно из-за высокой энергоёмкости.

Рынок и производители

Крупнейшими производителями ЭПК в мире являются:

ExxonMobil Chemical (США) — марка Vistalon.
Dow Chemical (США) — марка Nordel.
Lanxess (Германия) — марка Keltan.
SK Global Chemical (Южная Корея) — марка SKEP.
Sibur (Россия) — марка SIBUR EPDM, производится на заводе «Нижнекамскнефтехим».

Мировое производство ЭПК составляет около 1,5–2 миллионов тонн в год (данные на 2020-е годы). Основные потребители — автомобильная и строительная отрасли, на которые приходится более 70 % потребления.

Источники

Энциклопедия полимеров. Том 3. — М.: Химия, 1977.
Химия и технология синтетических каучуков / под ред. В. А. Кабанова. — М.: Химия, 1985.
Rubber Technology / M. Morton (ed.). — 3rd ed. — Springer, 1999.
Технические данные производителей (ExxonMobil, Dow, Lanxess, Sibur).
Отчёты аналитических агентств (Freedonia Group, Grand View Research).

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →