Неопрен (также полихлоропрен ) — это семейство синтетических каучуков , которые производятся путем полимеризации хлоропрена . [1] Неопрен проявляет хорошую химическую стабильность и сохраняет гибкость в широком диапазоне температур. Неопрен продается либо в виде твердой резины, либо в форме латекса и используется в самых разных коммерческих приложениях, таких как чехлы для ноутбуков , ортопедические скобы (запястья, колени и т. д.), электроизоляция , медицинские перчатки , жидкие и листовые эластомерные мембраны или фартуки, а также автомобильные ремни вентиляторов . [2]
Неопрен получают путем свободнорадикальной полимеризации хлоропрена . В коммерческом производстве этот полимер получают путем свободнорадикальной эмульсионной полимеризации . Полимеризация инициируется с использованием персульфата калия . Бифункциональные нуклеофилы, оксиды металлов (например, оксид цинка) и тиомочевины используются для сшивания отдельных полимерных цепей. [3]
Неопрен был изобретен учеными DuPont 17 апреля 1930 года после того, как Элмер К. Болтон из DuPont посетил лекцию отца Юлиуса Артура Ниуланда , профессора химии в Университете Нотр-Дам . Исследования Ниуланда были сосредоточены на химии ацетилена , и в ходе своей работы он получил дивинилацетилен, желе, которое затвердевает в эластичное соединение, похожее на резину, при пропускании через дихлорид серы . После того, как DuPont выкупил патентные права у университета, Уоллес Карозерс из DuPont взял на себя коммерческую разработку открытия Ниуланда в сотрудничестве с самим Ниуландом и химиками DuPont Арнольдом Коллинзом , Айрой Уильямсом и Джеймсом Кирби. [4] Коллинз сосредоточился на моновинилацетилене и позволил ему реагировать с газообразным хлористым водородом , производя хлоропрен . [5]
Компания DuPont впервые выпустила это соединение на рынок в 1931 году под торговым названием DuPrene, [6] но его коммерческие возможности были ограничены оригинальным производственным процессом, который оставлял продукт с неприятным запахом. [7] Был разработан новый процесс, который устранил побочные продукты, вызывающие запах, и вдвое снизил себестоимость производства, и компания начала продавать материал производителям готовых конечных продуктов. [7] Чтобы не допустить, чтобы недобросовестные производители наносили вред репутации продукта, торговая марка DuPrene была ограничена и применялась только к материалу, продаваемому DuPont. [7] Поскольку сама компания не производила никаких конечных продуктов, содержащих DuPrene, торговая марка была отменена в 1937 году и заменена общим названием neoprene в попытке «обозначить, что материал является ингредиентом, а не готовым потребительским продуктом». [8] Затем DuPont активно работала над созданием спроса на свою продукцию, внедряя маркетинговую стратегию, которая включала публикацию собственного технического журнала, в котором широко освещалось использование неопрена, а также рекламировалась продукция других компаний на основе неопрена. [7] К 1939 году продажи неопрена приносили компании прибыль более 300 000 долларов США (что эквивалентно 6 600 000 долларов США в 2023 году). [7]
Высокая прочность неопрена на разрыв является результатом его очень регулярной структуры основы, которая заставляет неопрен подвергаться кристаллизации деформации под действием растягивающей нагрузки. [9] Двухпараметрическая (скорость деформации и температура) гиперупругая модель может точно охватить большую часть механической реакции неопрена. [10]
Было показано, что воздействие ацетона и тепла ухудшает прочность на разрыв и предельное удлинение неопрена, вероятно, из-за потери пластификаторов , а также увеличения сшивки во время воздействия тепла. [11] Реакция неопрена на термическое старение зависит не только от самой высокой температуры, которой он подвергается, но и от точного температурно-временного профиля; это является результатом конкурирующих факторов разрыва основной полимерной цепи и окислительного сшивания. [12] Разрыв цепи приводит к деградации, охрупчиванию и потере прочности. [13] Реакции окисления при нагревании приводят к увеличению сшивания, что, в свою очередь, вызывает затвердевание. [12] Взаимодействие обоих этих факторов определяет результирующее воздействие на механические свойства материала; считается, что для неопрена преобладает сшивание. [12] [14]
Поскольку неопрен используется для изготовления оболочек электрических кабелей на атомных электростанциях, также было исследовано влияние гамма-излучения на механические свойства неопрена. Разрыв цепи, возможно, вызванный свободными радикалами из облученного кислорода, как было замечено, ухудшает механические свойства неопрена. [15] Аналогичным образом, прочность на разрыв, твердость и предельное удлинение неопрена также могут ухудшаться под воздействием микроволнового излучения , что представляет интерес для процесса девулканизации [16] Наконец, ультрафиолетовое излучение , как было замечено, ухудшает механические свойства неопрена, что важно для применения неопрена на открытом воздухе. [17]
Неопрен более устойчив к деградации, чем натуральный или синтетический каучук . Эта относительная инертность делает неопрен хорошо подходящим для таких сложных применений, как прокладки , шланги и коррозионно -стойкие покрытия . [1] Его можно использовать в качестве основы для клеев , шумоизоляции в установках силовых трансформаторов и в качестве прокладки во внешних металлических корпусах для защиты содержимого, обеспечивая при этом плотное прилегание. Он лучше противостоит горению, чем исключительно каучуки на основе углеводородов , [20] что привело к его появлению в уплотнителях для противопожарных дверей и в боевой одежде, такой как перчатки и маски для лица. Из-за своей устойчивости к экстремальным условиям неопрен используется для облицовки свалок. Температура возгорания неопрена составляет около 260 °C (500 °F). [21]
В своем естественном состоянии неопрен представляет собой очень пластичный резиноподобный материал с изоляционными свойствами, аналогичными резине или другим твердым пластикам.
Неопреновая пена используется во многих приложениях и производится либо в форме с закрытыми ячейками, либо в форме с открытыми ячейками. Форма с закрытыми ячейками водонепроницаема , менее сжимаема и более дорога. Форма с открытыми ячейками может быть воздухопроницаемой . Она производится путем вспенивания резины с помощью азота , где крошечные замкнутые и разделенные пузырьки газа также могут служить изоляцией. Азот чаще всего используется для вспенивания неопреновой пены из-за его инертности, огнестойкости и большого диапазона температур обработки. [22]
Неопрен используется в качестве компонента эластомерных мостовых опор , чтобы выдерживать большие нагрузки и при этом допускать небольшие горизонтальные перемещения. [23]
Неопрен — популярный материал для изготовления защитной одежды для водных видов спорта. Вспененный неопрен обычно используется для изготовления вейдерсов для нахлыста , гидрокостюмов и сухих костюмов , поскольку он обеспечивает отличную изоляцию от холода. Пена довольно плавучая, и дайверы компенсируют это, надевая грузила. [24] Поскольку вспененный неопрен содержит газовые карманы, материал сжимается под давлением воды, становясь тоньше на больших глубинах; 7-миллиметровый неопреновый мокрый костюм обеспечивает гораздо меньшую защиту от воздействия окружающей среды на глубине 100 футов, чем на поверхности. Недавним достижением в области неопрена для мокрых костюмов является разновидность «super-flex», в которой используется спандекс в трикотажной подкладочной ткани для большей гибкости и растяжимости. [25] [26] Сухой костюм похож на гидрокостюм, но использует более толстый и прочный неопрен для создания полностью водонепроницаемого костюма, который подходит для ношения в очень холодной или загрязненной воде. [ требуется ссылка ]
В последнее время неопрен стал популярным материалом для изготовления аксессуаров для дома и повседневной одежды, включая чехлы для ноутбуков , держатели планшетов , пульты дистанционного управления , коврики для мыши и велосипедную замшу.
В электропианино Rhodes использовались наконечники молоточков из неопрена, которые были заменены на фетровые молоточки примерно в 1970 году. [27]
Неопрен также используется для изготовления диффузоров динамиков и подкладок для барабанов. [28]
Гидропонные и аэрируемые системы садоводства используют небольшие неопреновые вставки для удержания растений на месте при размножении черенками или использовании сетчатых стаканчиков. Вставки относительно небольшие, размером от 1,5 до 5 дюймов (от 4 до 13 см). Неопрен является хорошим выбором для поддержки растений из-за своей гибкости и мягкости, что позволяет надежно удерживать растения на месте без риска повреждения стебля. Неопреновые корневые чехлы также помогают блокировать попадание света в корневую камеру гидропонных систем, что обеспечивает лучший рост корней и помогает сдерживать рост водорослей. [ необходима цитата ]
Во время глобальной пандемии COVID-19 некоторые эксперты в области здравоохранения определили неопрен как эффективный материал для изготовления самодельных масок для лица. [29] Некоторые производители коммерческих масок для лица, использующие неопрен, заявили о 99,9% фильтрации частиц размером до 0,1 микрона. [30] Установлено, что средний размер коронавируса составляет 0,125 микрона. [31]
Неопрен используется для изготовления масок на Хэллоуин и масок, используемых для защиты лица, для изготовления водонепроницаемых чехлов для автомобильных сидений, в жидких и листовых эластомерных кровельных мембранах или гидроизоляционных материалах, а также в смеси неопрена и спандекса для производства ремней для позиционирования инвалидных колясок .
В настольных военных играх неопреновые коврики с напечатанными травяными, песчаными, ледяными или другими природными особенностями стали популярными игровыми поверхностями. Они прочные, твердые и устойчивые, привлекательны на вид, а также популярны за их способность сворачиваться при хранении, но лежать плоско, когда их разворачивают.
Благодаря своей химической стойкости и общей долговечности неопрен иногда используется при производстве перчаток для мытья посуды, особенно в качестве альтернативы латексу .
В моде неопрен использовали такие дизайнеры, как Гарет Пью , [32] Баленсиага , [33] Рик Оуэнс , Ланвин и Вера Вонг .
Неопрен также использовался в качестве экспериментальной ткани для обивки зеркала дизайнером Флавией Брилли для ее бренда зеркал Jazz Frames . [ необходима ссылка ]
У некоторых людей аллергия на неопрен, а у других может возникнуть дерматит из-за остатков тиомочевины , остающихся при его производстве. [ необходимо разъяснение ]
Наиболее распространенным ускорителем вулканизации полихлоропрена является этилентиомочевина (ETU), которая была классифицирована как репродуктивный токсин . С 2010 по 2013 год европейская резиновая промышленность проводила исследовательский проект под названием SafeRubber, чтобы разработать более безопасную альтернативу использованию ETU. [34]
