Cao su tổng hợp | Khái niệm hoá học

Cao su thiên nhiên là những vật liệu polime vô cùng quan trọng trong kĩ thuật và đời sống. Tuy nhiên, cao su thiên nhiên không đáp ứng đủ nhu cầu ngày càng cao của đời sống. Hơn nữa, cao su thiên nhiên cũng còn những nhược điểm như khả năng chống dầu, chịu nhiệt kém. Vì vậy, các nhà khoa học đã tìm con đường tổng hợp cao su từ các chất hữu cơ đơn giản bằng phản ứng trùng hợp hay trùng ngưng. 

Có nhiều loại cao su tổng hợp, sau đây giới thiệu một số loại thông dụng

1. Cao su butadien

Từ đầu thế kí XX, người ta đã sản xuất loại cao su bằng phản ứng trùng hợp buta-1,3-dien có Na làm xúc tác, nên gọi cao su đó là cao su buna. Cao su buna kém cao su thiên nhiên về độ đàn hồi, vì sự trùng hợp buta-1,3-dien xảy ra không chỉ theo kiểu 1,4 mà còn theo kiểu 1,2 với cấu trúc không điều hòa. Hiện nay, để thu được cao su do sự trùng hợp chỉ xảy ra theo kiểu 1,4 khắc phục nhược điểm của cao su buna, người ta dùng xúc tác là hỗn hợp Al(C₂H₅)₃ và TiCl₄.

Cao su buna

2. Cao su buna-S

Cao su buna-S được điều chế bằng phản ứng đồng trùng hợp butadien và stiren

Khối lượng phân tử trung bình của copolime vào khoảng 150.000 - 300.000 đvC, Thay đổi tỉ lệ giữa buta-1,3-dien và stiren sẽ thu được những loại cao su khác nhau có tính chất khác nhau. Thí dụ, cao su buna-S điều chế bằng phương pháp đồng trùng hợp nhũ tương từ hỗn hợp 70%buta-1,3-dien và 30% stiren với chất nhũ hóa là dibutyl naphtalensunfonat và chất khơi mào là kali pesunfat sẽ có độ bền và tính đàn hồi cao, chịu cọ sát.

3. Cao su buna-N

Cao su buna-N là sản phẩm đồng trùng hợp của butadien và acrilonitrin. Phản ứng diễn ra theo sơ đồ

Cao su buna-N

Cao su buna-N thu được có tính chất cơ lí cũng phụ thuộc vào tỉ lệ giữa buta-1,3-dien và acrilonitrin. Copolime chứa acrilonitrin càng cao, cao su buna-N thu được càng bền đối với dầu mỡ và các dung môi không phân cực, vì CN là những nhóm có cực.

4. Cao su cloropren

Cao su cloropren là sản phẩm trùng hợp của cloropren

Cao su cloropren có nhiều tính chất quý báu như đàn hồi, không cháy, rất bền cơ học, bền với dầu và cả ozon. Đáng chú ý là khi lưu hóa cao su cloropren không cần vai trò của lưu huỳnh, chỉ dưới tác dụng của nhiệt cũng tạo thành cấu tạo mạng lưới không gian giữa các phân tử polime.

5. Cao su isopren

Cao su isopren là sản phẩm trùng hợp của isopren với xúc tác Al(C₂H₅)₃ và TiCl₄

Gía trị trung bình của n là khoảng 3000, có cấu tạo không gian điều hòa dạng cis giống như cao su thiên nhiên nên có tính chất gần giống như cao su thiên nhiên

6. Cao su butyl

Cao su butyl là sản phẩm đồng trùng hợp giữa một lượng nhỏ isopren (khoảng từ 1 đến 5%) với một lượng lớn của isobutilen (95-99%), chất xúc tác là AlCl₃ hay BF₃

Chuỗi mạch copolime có cấu trúc luân phiên không đều:

Khối lượng phân tử của copolime dao động trong khoảng từ 35000 đến 80000

Cao su butyl bền về mặt hóa học, được dùng để chế tạo đồ dùng bằng cao su có độ bền cơ học cao

8. Cao su silicon 

Cao su silicon là loại cao su tổng hợp, được điều chế bằng phản ứng trùng ngưng diankyl silandiol

Các loại cao su silicon có đặc tính rất bền với tác dụng của nước, oxi, ozon, tia tử ngoại, cũng như axit, rượu, dầu... Điểm nổi bật nữa là giới hạn nhiệt độ sử dụng rất rộng từ -80^oC đến 250^oC trong khoảng nhiệt độ đó nó duy trì tính đàn hồi, tính cách điện rất tốt, thường dùng để sản xuất cao su chịu nhiệt.