Хлоркаучук (хлорированный каучук, аллопрен, пергут, торнезит, тегофон, дартекс) представляет собой хлорированный натуральный или синтетический изопреновый каучук с содержанием хлора не менее 64,5%.

Физические свойства хлоркаучука

По внешнему виду хлоркаучук представляет собой сыпучий белый порошок с содержанием золы не более 0,15%. При нагревании не плавится, а обугливается и разлагается при температуре выше 130⁰С. Содержание хлора 60-70%.

Хлоркаучук не взрывоопасен, не горюч, не токсичен, не имеет вкуса и запаха, не раздражает кожу.

Хлоркаучук хорошо растворяется в ароматических углеводах (бензоле и его гомологах), сложных эфирах (этил- и алкилацетатах), хлороформе, четыреххлористом углероде, трихлорэтилене, сероуглероде, метилэтилкетоне. Не растворяется в воде, спирте, петролейном эфире и в минеральных маслах. Влагопоглощение за 24 часа составляет 0,1-0,3%.

Хлоркаучук  вследствие своей насыщенности обладает высокой химической стойкостью; он стоек к действию кислот, солей, щелочей, минеральных масел, агрессивных газов.

Высокое содержание хлора придает хлоркаучуку огнестойкость.

Хлоркаучуковые покрытия 

Хлоркаучуковые покрытия малоэластичны и поэтому в состав лакокрасочных материалов на их основе добавляют пластификаторы. Пластификаты повышают эластичность и уменьшают хрупкость пленки хлоркаучуков.

Для покрытий, стойких к действию воды и химических реагентов в материалы чаще всего вводят хлорированные парафины (жидкие или их смеси с твердыми; в последнем случае улучшается блеск покрытий, повышается их твердость), а для получения атмосферостойких покрытий – фталаты.

Для получения эмалей и грунтовок используют различные органические и неорганические пигменты (в состав грунтовок вводят порошки металлов – Al, Pb, Zn).

Для улучшения адгезии, придания блеска и твердости в краски на основе хлоркаучука часто вводят смолы. Хлоркаучук можно легко смешивать с самыми разнообразными природными и искусственными смолами, но он не  совместим с нитро- и ацетилцеллюлозой.

Хлоркаучуковые покрытия отличаются хорошей адгезией к различным подложкам (металлу, бетону, дереву и др.), долговечностью (при эксплуатации не выше 40⁰С), атмосферо- и огнестойкостью, низкой водопроницаемостью, устойчивостью к действию минеральных кислот, щелочей, спиртов, алифатических углеводородов, минеральных масел, плесени, хорошими электроизоляционными свойствами. Они быстро сохнут и получаются достаточно твердыми.

Хлоркаучуковые лаки и эмали применяют для защиты металлических конструкций и машин, эксплуатируемых в агрессивных средах и в промышленной атмосфере, различной аппаратуры от действия химических реагентов. Для окраски подводной части судов и бассейнов, портовых сооружений, бетонных, кирпичных строительных конструкций. Используют их также при получении огнезащитных покрытий по дереву и для маркировки.

Получение хлоркаучука

Впервые хлорирование натурального каучука с целью получения твердого полимера было описано в 1859 г.

Хлорированные каучуки могут быть получены путем хлорирования как натурального каучука (НК), так и синтетического изопренового каучука (СКИ-3). Хлорирование производится в растворителях – хлорированных углеводородах, в частности в четыреххлористом углероде.

При действии хлора на каучук проходит реакция присоединения (по двойным связям) и реакция замещения (по α-СН₂-группам):

Чем больше молекулярный вес полимера, тем больше вязкость раствора, следовательно, появляется необходимость деструкции каучука, чтобы раствор легче перемешивался. Также чем меньше в каучуке примесей, тем меньше их будет в конечном продукте.

Требуемая вязкость растворов обычно достигается путем деструкции каучука перед хлорированием или во время хлорирования.

Деструкцию макромолекул НК проводят либо путем пластикации в резиносмесителях при повышенной температуре (до 140⁰С), либо путем озонолиза его раствора в четыреххлористом углероде до достижения определенной вязкости, так как вязкость прямо связана с молекулярной массой полимера.

Озон имеет свойство с большой скоростью присоединяться к двойным связям макромолекул каучука с образованием озонидов, дальнейший быстрый распад которых вызывает по этим местам их «разрезание» с уменьшением средней молекулярной массы.

После получения раствора каучука нужной молекулярной массы в четыреххлористом углероде в него барбатируют хлор при 20-60⁰С до полного химического насыщения, то есть, до содержания связанного хлора 64,5%. Ускорение хлорирования достигается использованием УФ-инициирования, радиации или – применением свободно-радикальных инициаторов.

Механизм хлорирования НК и СКИ-3 очень сложен и в настоящее время полностью не выявлен.

Существуют также другой способ получения хлоркаучука — хлорирование НК (СКИ-3) в хлороформе.

В этом способе взаимодействию подвергают насыщенный раствор хлора в хлороформе с раствором каучука.

Способ получения хлоркаучука осуществляют при минус 20-25⁰С, при этом взаимодействию подвергают 10-20,5%-й раствор каучука в хлороформе с насыщенным при температуре хлорирования раствором хлора в хлороформе. Процесс может быть осуществлен непрерывно или периодически. При этом повышение температуры на 10⁰С ускоряет реакцию в 10 — 15 раз.

Вследствие снижения температуры ниже -20⁰С возможны потери стабильности раствора полимера при достижении содержания хлора 45-50%. Повышение температуры свыше 25⁰С также нецелесообразно, так как сопровождается побочными процессами.

Использование хлороформа в качестве растворителя обусловлено тем, что вязкость растворов каучука в нем значительно меньше, чем в черыреххлористом углероде. Так, при 25⁰С вязкость 1%-ного раствора каучука в хлороформе и четыреххлористом углероде равна соответственно 6,8 и 74,7 МПас.

Применение хлоркаучука

Основная область применения хлоркаучука — лакокрасочная промышленность.

На основе хлоркаучука выпускаются краски трех основных типов:

— грунтовочные, обладающие хорошей адгезией, особенно к стальной поверхности и последующим кроющим слоям;

— тонкослойные, так называемого «классического» типа;

— краски для «толстослойных» покрытий.

При нанесении грунтовочных красок отсутствует необходимость тщательной подготовки поверхности, достаточно обработки проволочными щетками.

Краска так называемого «классического» типа — это краска на основе смеси хлоркаучука с инертным пластификатором. Краска в основном наносится кистью.

Толстослойные краски образуют толстую пленку с высокой химической стойкостью, очень эффективную при длительной защите стали от коррозии. Пленка получается однородной и быстро высыхает. Срок эксплуатации в достаточно суровых условиях — более десяти лет.

Химически стойкие краски применяются прежде всего для защиты стальных конструкций. Их преимущества заключаются в том, что они дешевы (в основном за счет возможности нанесения пленки большой толщины); долговечны в процессе эксплуатации; не требуют тщательной подготовки поверхности; представляют собой однокомпонентную систему; быстро высыхают, с успехом наносятся и в холодную погоду; отличаются хорошей адгезией, в том числе и к старой краске.

На химических заводах, атомных энергостанциях, морских и портовых сооружениях, судах, буровых вышках для бурения в море, канализационных установках, газовых заводах, мостах и в гальванических цехах используются толстослойные покрытия.

На предприятиях пищевой промышленности, а также для защиты трубопроводов, резервуаров для воды, корпуса судна применяются тонкослойные покрытия.

Дорожные цистерны, некоторые морские и портовые сооружения, надстройку судна, сельскохозяйственные машины защищают аллопрен- алкидными покрытиями.

Химическая стойкость хлоркаучука делает его одним из лучших покрытий для щелочных цементных поверхностей.

Особую область применения хлоркаучука составляют дорожные краски. Краски на основе хлоркаучука износостойки, быстро сохнут и хорошо заметны на поверхности бетонных и асфальтовых дорог. Они обладают хорошей адгезией и стойки к действию химикатов я абразивов, употребляемых во время снегопада и гололедицы. В маркировочных красках нуждаются не только шоссейные дороги, но и аэродромы, заводы, автомобильные стоянки и т. д.

Из-за высокого содержания хлора хлоркаучук не горит. Это делает его ценным материалом для огне — и коррозионностойких красок, нашедших широкое применение на нефтеочистительных заводах.

В огнестойкие краски добавляют триоксид сурьмы, которая при пожаре реагирует с хлоркаучуком. При этом выделяются летучие хлориды сурьмы и хлористый водород, которые заглушают пламя.

В клеях хлоркаучук как самостоятельный пленкообразователь практически не применяется, а используется в качестве модифицирующей добавки для улучшения свойств неопреновых, нитрильных и полиуретановых клеев.

Модификация хлоркаучуком повышает когезионную и адгезионную прочность клеевой пленки, улучшает длительную прочность адгезионных соединений при нормальной и повышенной температуре и повышает стойкость адгезионного соединения к действию химических реагентов.

Клеевая композиция хлоркаучука и неопрена особенно эффективна при использовании в качестве подслоя при креплении резин к металлам (стали, чугуну, алюминию, бронзе, меди и др.).

Модификация хлоркаучуком нитрильных клеев повышает их адгезионные свойства и стойкость к гелеобразованию.

Каучуки специального назначения