Металлосвязующие смеси для резиновых изделий¶

Металлосвязующие смеси (МС) — класс неорганических связующих, используемых для получения резинотехнических изделий с повышенной термостойкостью, огнестойкостью и химической стойкостью. В отличие от серосодержащих вулканизующих систем, МС формируют ионно-координационные связи между функциональными группами полимера и ионами многовалентных металлов, что обеспечивает принципиально иной механизм вулканизации и иные свойства материала.

¶Состав и механизм действия

Металлосвязующие смеси, как правило, состоят из двух компонентов:

• металлоорганического или неорганического соединения металла — оксида, соли или органического производного металла (например, оксид цинка, хлорид цинка, стеарат цинка, оксид магния, соли титана, циркония, алюминия);
• функционализованного полимера — каучука с кислородсодержащими, галогенсодержащими или другими группами, способными вступать в координационное взаимодействие с ионами металла.

Вулканизация МС основана на образовании ионно-координационных связей между полярными группами цепей каучука (карбоксильными, гидроксильными, галогенными, эфирными) и катионами металла. Такие связи формируют пространственную сетку, которая, в отличие от серной, обладает большей термической стабильностью: при нагреве выше 150—200 °C серные мостики дестабилизируются, тогда как ионно-координационные связи сохраняются до более высоких температур.

¶Виды металлосвязующих смесей

По типу используемого металла МС подразделяют на:

Наиболее распространёнными в промышленности являются цинксодержащие и магнийсодержащие связующие системы.

¶Область применения

Металлосвязующие смеси применяются там, где серная вулканизация неприемлема или недостаточна:

• огнестойкие и жаростойкие резины — уплотнения и прокладки для двигателей, печей, трубопроводов горячих сред;
• кислотостойкие и химически стойкие резины — мембраны, шланги, футеровки, работающие в контакте с кислотами, окислителями, органическими растворителями;
• резины для пищевой и фармацевтической промышленности — поскольку ионно-координационные сетки не содержат экстрагируемых серосоединений;
• электроизоляционные резины — диэлектрические свойства ионно-координационных сеток выше, чем у серновулканизированных;
• клеи и герметики — на основе хлоропреновых каучуков, вулканизируемых оксидом цинка.

¶Преимущества и ограничения

К достоинствам МС относят:

• рабочий диапазон температур до 200—250 °C и выше (у серновулканизированных резин — обычно до 100—120 °C);
• химическую стойкость к кислотам, окислителям и полярным растворителям;
• низкую токсичность компонентов и отсутствие сернистых побочных продуктов;
• хорошие диэлектрические свойства.

Ограничения связаны с более низкими по сравнению с серной вулканизацией механическими свойствами (прочность при растяжении, эластичность), а также с требованиями к функционализации полимера: не все каучуки способны образовывать прочные ионно-координационные сетки без предварительной модификации.

¶История и разработки в России

Исследования металлосвязующих смесей велись в СССР с 1950-х годов в институтах резиновой промышленности (НИИ резиновой промышленности — НИИРП, Ленинград; Московский институт резиновой промышленности — МИРП). Особое внимание уделялось фторсодержащим каучукам, вулканизация которых металлоорганическими системами обеспечивает высокую термостойкость и химическую инертность. Отечественные разработки в области МС для фторкаучуков и хлоропреновых каучуков применялись в авиационной, химической и нефтеперерабатывающей отраслях.

В современной российской промышленности металлосвязующие смеси используются при производстве технических изделий из хлоропреновых каучуков (клеи, герметики, уплотнители), а также резин, работающих в агрессивных средах.

¶См. также

• Вулканизация
• Хлоропреновый каучук
• Фторкаучук
• Серная вулканизация

¶История

Источники:

• Белов В. П. «Вулканизация каучуков металлоорганическими соединениями»
• Справочник по резиновым изделиям (НИИРП)
• Кучеренко Г. Е. «Химия и технология каучуков»
• Материалы журнала «Каучук и резина»