Неопрен (также полихлоропрен ) — семейство синтетических каучуков , получаемых полимеризацией хлоропрена . [1] Неопрен обладает хорошей химической стабильностью и сохраняет гибкость в широком диапазоне температур. Неопрен продается либо в твердом каучуке, либо в форме латекса и используется в широком спектре коммерческих применений, таких как чехлы для ноутбуков , ортопедические корсеты (запястья, колени и т. д.), электроизоляция , медицинские перчатки , эластомерные материалы, наносимые жидкими и листовыми материалами. мембраны или прокладки, а также автомобильные ремни вентилятора . [2]
Неопрен получают путем радикальной полимеризации хлоропрена . В промышленном производстве этот полимер получают свободнорадикальной эмульсионной полимеризацией . Полимеризацию инициируют персульфатом калия . Бифункциональные нуклеофилы, оксиды металлов (например, оксид цинка) и тиомочевины используются для сшивания отдельных цепей полимера. [3]
Неопрен был изобретен учеными DuPont 17 апреля 1930 года после того, как Элмер К. Болтон из DuPont посетил лекцию отца Джулиуса Артура Ньюланда , профессора химии в Университете Нотр-Дам . Исследования Ньюланда были сосредоточены на химии ацетилена , и в ходе своей работы он произвел дивинилацетилен, желе, которое при пропускании над дихлоридом серы превращается в эластичное соединение, похожее на каучук . После того, как компания DuPont приобрела у университета права на патент , Уоллес Каротерс из компании DuPont взял на себя коммерческое развитие открытия Ньюланда в сотрудничестве с самим Ньюландом и химиками DuPont Арнольдом Коллинзом , Ирой Уильямс и Джеймсом Кирби. [4] Коллинз сосредоточился на моновинилацетилене и позволил ему взаимодействовать 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, из-за которого продукт имел неприятный запах. [7] Был разработан новый процесс, который устранил побочные продукты, вызывающие запах, и вдвое сократил производственные затраты, и компания начала продавать материал производителям готовой конечной продукции. [7] Чтобы не допустить нанесения ущерба репутации продукта некачественными производителями, товарный знак DuPrene был ограничен и распространялся только на материалы, продаваемые DuPont. [7] Поскольку сама компания не производила никаких конечных продуктов, содержащих дюпрен, товарный знак был исключен в 1937 году и заменен общим названием «неопрен», в попытке «подчеркнуть, что материал является ингредиентом, а не готовым потребительским продуктом». ". [8] Затем DuPont активно работала над созданием спроса на свою продукцию, реализуя 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 принесли компании прибыль более 300 000 долларов США (что эквивалентно 6 600 000 долларов США в 2023 году). [7]
Высокая прочность неопрена на растяжение является результатом его очень регулярной структуры основной цепи, которая заставляет неопрен подвергаться деформационной кристаллизации под растягивающей нагрузкой. [9] Гиперупругая модель с двумя параметрами (скорость деформации и температура) может точно отразить 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 теплового воздействия. [11] Реакция неопрена на термическое старение зависит не только от самой высокой температуры, которой он подвергается, но и от точного температурно-временного профиля; это результат действия конкурирующих факторов разрыва основной полимерной цепи и окислительной сшивки. [12] Разрыв цепи приводит к деградации, охрупчиванию и потере ударной вязкости. [13] Реакции окисления при нагревании приводят к усилению сшивки, что, в свою очередь, вызывает затвердевание. [12] Взаимодействие обоих этих факторов определяет результирующее влияние на механические свойства материала; Считается, что сшивка преобладает в неопрене. [12] [14]
Поскольку неопрен используется для изготовления оболочек электрических кабелей на атомных электростанциях, также исследовалось влияние гамма-излучения на механические свойства неопрена. Видно , что разрыв цепи, возможно, вызванный свободными радикалами облученного кислорода, ухудшает механические свойства неопрена. [15] Аналогично, прочность на разрыв, твердость и предельное удлинение неопрена также могут ухудшаться под воздействием микроволнового излучения , что представляет интерес для процесса девулканизации [16]. Наконец, видно, что ультрафиолетовое излучение снижает механические свойства неопрена. , что важно для применения неопрена на открытом воздухе. [17]
Неопрен более устойчив к разрушению, чем натуральный или синтетический каучук . Эта относительная инертность делает неопрен хорошо подходящим для таких требовательных применений , как прокладки , шланги и антикоррозийные покрытия . [1] Его можно использовать в качестве основы для клеев , шумоизоляции в установках силовых трансформаторов , а также в качестве прокладки во внешних металлических ящиках для защиты содержимого и обеспечения плотного прилегания. Он противостоит горению лучше, чем каучуки исключительно на углеводородной основе, [20] что приводит к его использованию в уплотнителях противопожарных дверей и в боевой одежде, такой как перчатки и маски для лица. Благодаря своей устойчивости к экстремальным условиям неопрен используется для облицовки свалок. Температура горения неопрена составляет около 260 °C (500 °F). [21]
В своем естественном состоянии неопрен представляет собой очень гибкий резиноподобный материал с изоляционными свойствами, подобными резине или другим твердым пластикам.
Неопреновая пена используется во многих областях и производится как с закрытыми, так и с открытыми порами. Форма с закрытыми порами водонепроницаема , менее сжимаема и более дорога. Форма с открытыми порами может быть воздухопроницаемой . Он производится путем вспенивания резины газообразным азотом , где крошечные закрытые и отделенные пузырьки газа также могут служить изоляцией. Газообразный азот чаще всего используется для вспенивания пенопрена из-за его инертности, огнестойкости и большого диапазона температур обработки. [22]
Неопрен используется в качестве компонента эластомерных опор мостов , чтобы выдерживать большие нагрузки, допуская при этом небольшие горизонтальные перемещения. [23]
Неопрен — популярный материал для изготовления защитной одежды для занятий водными видами спорта. Вспененный неопрен обычно используется для изготовления куликов, гидрокостюмов и сухих костюмов для нахлыста , поскольку он обеспечивает отличную изоляцию от холода. Пена довольно плавучая, и дайверы компенсируют это, надев утяжелители. [24] Поскольку вспененный неопрен содержит газовые карманы, материал сжимается под давлением воды, становясь тоньше на большей глубине; гидрокостюм из неопрена толщиной 7 мм обеспечивает гораздо меньшую защиту от воздействия на глубине 100 футов, чем на поверхности. Недавним достижением в области неопрена для гидрокостюмов является его «супергибкий» вариант, в котором в трикотажной подкладке используется спандекс для большей гибкости и растяжения. [25] [26] Сухой костюм похож на гидрокостюм, но в нем используется более толстый и прочный неопрен, что позволяет создать полностью водонепроницаемый костюм, пригодный для ношения в очень холодной или загрязненной воде. [ нужна цитата ]
В последнее время неопрен стал любимым материалом для образа жизни и других аксессуаров для дома, включая чехлы для ноутбуков , держатели планшетов , пульты дистанционного управления , коврики для мыши и замшу для езды на велосипеде.
В электропианино Rhodes использовались молоточки из неопрена после замены войлочных молоточков примерно в 1970 году .
Неопрен также используется для изготовления диффузоров динамиков и пэдов для занятий на барабанах. [28]
В гидропонных и аэрируемых садовых системах используются небольшие неопреновые вставки, которые удерживают растения на месте во время размножения черенками или использования сетчатых чашек. Вставки сравнительно небольшие, размером от 1,5 до 5 дюймов (от 4 до 13 см). Неопрен является хорошим выбором для поддержки растений из-за его гибкости и мягкости, позволяющих надежно удерживать растения на месте без риска повреждения стебля. Неопреновые покрытия для корней также помогают блокировать попадание света в корневую камеру гидропонных систем, обеспечивая лучший рост корней и помогая сдерживать рост водорослей. [ нужна цитата ]
Во время глобальной пандемии COVID-19 некоторые эксперты в области здравоохранения назвали неопрен эффективным материалом для изготовления самодельных масок для лица. [29] Некоторые коммерческие производители масок для лица, использующие неопрен, заявляют, что фильтрация частиц размером до 0,1 микрона составляет 99,9%. [30] Установлено, что размер коронавируса составляет в среднем 0,125 микрона. [31]
Неопрен используется для изготовления масок для Хэллоуина и масок, используемых для защиты лица, для изготовления водонепроницаемых чехлов автомобильных сидений, в эластомерных кровельных мембранах или накладках, наносимых жидкостью и листами, а также в смеси неопрена и спандекса для изготовления ремней для позиционирования инвалидных колясок .
В настольных варгеймах неопреновые коврики с изображением травы, песка, льда или других природных элементов стали популярными игровыми поверхностями. Они долговечны, прочны и стабильны, имеют привлекательный внешний вид, а также отличаются способностью сворачиваться при хранении, но лежать ровно в развернутом виде.
Из-за 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 , Баленсиага , Рик Оуэнс , Ланвин и Вера Ванг .
У некоторых людей аллергия на неопрен, в то время как другие могут заболеть дерматитом из-за остатков тиомочевины , оставшихся при его производстве. [ нужны разъяснения ]
Наиболее распространенным ускорителем вулканизации полихлоропрена является этилентиомочевина (ЭТУ) , которая классифицируется как репродуктивный токсин . С 2010 по 2013 год в европейской резиновой промышленности осуществлялся исследовательский проект под названием SafeRubber, направленный на разработку более безопасной альтернативы использованию ETU. [32]
