Полихлоропрен

Полихлоропрен — это синтетический каучук, получаемый полимеризацией хлоропрена (2-хлорбутадиена-1,3). Относится к классу эластомеров, обладающих высокой стойкостью к воздействию масел, растворителей, озона, атмосферных факторов и огня. В промышленности и быту полихлоропрен широко известен под торговой маркой «неопрен» (Neoprene), введённой компанией DuPont.

История

Полихлоропрен был впервые синтезирован в 1930 году американским химиком Уоллесом Карозерсом, работавшим в лаборатории компании DuPont. Карозерс стремился создать синтетический аналог натурального каучука, который был бы более устойчив к химическим воздействиям. Первый образец, названный «DuPrene», получали полимеризацией винилацетилена с последующим присоединением хлороводорода. Однако первоначальный материал имел неприятный запах и нестабильные свойства.

В 1931 году процесс был усовершенствован: вместо винилацетилена стали использовать чистый хлоропрен, а в качестве катализатора — пероксиды. В 1937 году продукт получил торговое название «неопрен» и начал массово выпускаться на заводе в Луисвилле (штат Кентукки, США). В СССР промышленное производство полихлоропрена было освоено в 1940 году на Ереванском заводе синтетического каучука (ЕЗСК). Советский аналог назывался «наирит» (по названию реки Раздан, протекающей через Ереван). В 1950-х годах технологию получения полихлоропрена внедрили также в Германии, Японии и Франции.

Химическое строение и получение

Мономер

Хлоропрен (C₄H₅Cl) — бесцветная жидкость с температурой кипения 59,4 °C. Его получают двумя основными способами:

• Из ацетилена: димеризация ацетилена в винилацетилен с последующим гидрохлорированием.
• Из бутадиена: хлорирование бутадиена с последующим дегидрохлорированием.

Второй метод, разработанный в 1960-х годах, более экономичен и экологичен, так как не требует использования ацетилена и ртутных катализаторов.

Полимеризация

Полимеризацию хлоропрена проводят в водной эмульсии при температуре от 5 до 50 °C в присутствии инициаторов (персульфат калия, органические пероксиды) и регуляторов молекулярной массы (например, диизопропилксантогенат). Реакция протекает по радикальному механизму. В отличие от многих других диенов, хлоропрен полимеризуется преимущественно в 1,4-положение, что обеспечивает регулярную структуру макромолекулы:

…—CH₂—C(Cl)=CH—CH₂—CH₂—C(Cl)=CH—CH₂—…

Атом хлора в боковой цепи придаёт полимеру особые свойства: он повышает полярность, снижает способность к кристаллизации и увеличивает стойкость к углеводородам.

Типы полихлоропренов

По свойствам и назначению полихлоропрены делят на несколько типов:

• Общего назначения (G-тип): высокая прочность, эластичность, маслостойкость. Используются для ремней, шлангов, уплотнителей.
• С улучшенной морозостойкостью (W-тип): сохраняют эластичность до −40 °C.
• С повышенной теплостойкостью (T-тип): выдерживают длительный нагрев до 120 °C.
• Специальные (S-тип): для клеёв, герметиков, адгезивов.

Физические и химические свойства

Физические свойства

• Плотность: 1,23–1,25 г/см³.
• Температура стеклования: от −45 до −35 °C.
• Температура разложения: около 250 °C.
• Прочность на разрыв: 15–25 МПа (в зависимости от рецептуры).
• Относительное удлинение при разрыве: 300–800 %.

Химическая стойкость

Полихлоропрен устойчив к:

• Нефтепродуктам (бензин, керосин, масла).
• Разбавленным кислотам и щелочам.
• Озону и ультрафиолетовому излучению.
• Горению (самозатухает после удаления источника огня).

Ограниченно стоек к ароматическим углеводородам (бензол, толуол) и кетонам (ацетон). При длительном контакте с концентрированными кислотами разрушается.

Применение

Промышленные изделия

• Ремни и приводные ремни: благодаря высокой износостойкости и маслостойкости применяются в автомобильной и станкостроительной промышленности.
• Шланги и рукава: для перекачки нефтепродуктов, сжатого воздуха, гидравлических жидкостей.
• Уплотнители и прокладки: в двигателях, насосах, компрессорах.
• Транспортёрные ленты: для горнодобывающей и химической промышленности.

Строительство и гидроизоляция

Полихлоропрен используется в составе мембран для гидроизоляции фундаментов, крыш, тоннелей. Вспененный неопрен (пенополихлоропрен) применяется в качестве теплоизоляции для трубопроводов и холодильного оборудования.

Одежда и защита

• Гидрокостюмы: неопрен — основной материал для дайвинга, сёрфинга, каякинга. Вспененная структура обеспечивает теплоизоляцию за счёт пузырьков воздуха, а также плавучесть.
• Защитные перчатки: устойчивы к порезам, маслам и химикатам.
• Обувь: подошвы из неопрена используются в спортивной и рабочей обуви.

Клеи и герметики

Полихлоропреновые клеи (например, «Момент» в России) обладают высокой адгезией к резине, коже, дереву, металлам. Они применяются в мебельной, обувной и автомобильной промышленности.

Медицина

Из полихлоропрена изготавливают эластичные бинты, ортопедические стельки, протезы сосудов, а также уплотнители для медицинского оборудования. Материал гипоаллергенен и не вызывает раздражения кожи.

Экологические аспекты и безопасность

Производство

При производстве полихлоропрена образуются побочные продукты — хлорированные углеводороды, в том числе винилхлорид (канцероген). Современные заводы оснащены системами очистки выбросов и замкнутыми циклами водоснабжения. В России крупнейшим производителем является ООО «Наирит-Каучук» (Ереван, Армения), однако после 2020 года предприятие практически остановлено из-за экономических проблем.

Утилизация

Полихлоропрен плохо разлагается в природе. При горении выделяет хлороводород, сажу и диоксины. Поэтому отходы рекомендуется перерабатывать или сжигать на специальных установках с фильтрацией. Вторичная переработка возможна путём дробления и добавления в новые композиции, но качество продукта снижается.

Токсичность

Сам по себе вулканизированный полихлоропрен нетоксичен. Однако при длительном нагреве выше 200 °C может выделять хлороводород и хлорированные органические соединения. Вдыхание пыли при шлифовке изделий может вызывать раздражение дыхательных путей.

Интересные факты

• Первый в мире гидрокостюм был изготовлен из неопрена в 1952 году американским изобретателем Хью Брэднером.
• Полихлоропрен используется в производстве гитарных медиаторов: они получаются упругими и долговечными.
• В СССР наирит применяли для изготовления противогазов и уплотнителей в авиационной технике.
• Неопрен способен выдерживать кратковременное воздействие температуры до 260 °C без воспламенения.

Источники

• Кирш Ю. Э. «Синтетические каучуки». — М.: Химия, 1985.
• Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1995. — Т. 4.
• ГОСТ 14924-84 «Каучуки синтетические хлоропреновые. Технические условия».
• Материалы компании DuPont Performance Elastomers: «Neoprene: A Technical Guide», 2003.
• «Industrial Polymers Handbook» / Ed. by E. S. Wilks. — Wiley-VCH, 2001.