|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Синтетичний каучук. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас Каучуки - натуральні або синтетичні еластомери, що характеризуються еластичністю, водонепроникністю та електроізоляційними властивостями, з яких шляхом вулканізації отримують гуми та ебоніти.
Європа вперше дізналася про каучук у XVI столітті. Христофор Колумб привіз його з Америки разом з багатьма іншими диковинками. Під час стоянки кораблів біля острова Гаїті Колумб та його супутники спостерігали ігри тубільців у м'яч, зроблений із якогось пружного матеріалу, абсолютно невідомого у Європі. М'ячі легко підстрибували під час удару об землю, стискалися і знову відновлювали початкову форму. Повертаючись до Іспанії, Колумб взяв із собою зразки цього чудового матеріалу, який і був відомий у Старому Світі під назвою "каучук". У перекладі з індіанської "каучук" означає "сльози дерева". Як стало відомо пізніше, він був сік, що збирається з надрізів кори тропічного дерева - бразильської гевеї. Його брали від дерева, коли гевеї виповнилося сім років: на висоті півметра робили надріз на корі, і коли з-під неї починав текти білий, як молоко, сік, збирали його у підвішені філіжанки, а потім зливали у велику посудину. На повітрі сік порівняно швидко згортався і перетворювався на темний смолоподібний продукт – каучук.
Європейці не одразу оцінили переваги цього матеріалу. Протягом двох століть вони ставилися до каучуку як до дикунської дивини. Тим часом мандрівники, які потрапляли до Південної Америки, продовжували доставляти до Європи дедалі нові предмети, виготовлені з каучуку. Серед них були пляшки, непромокальні чоботи та одяг від дощу. Все це було дуже цікаво, але мало практичного значення. Лише згодом європейці знайшли для каучуку перше застосування - стали використовувати його у вигляді пральних гумок, що нагадують сучасні шкільні гумки. Наприкінці XVIII століття англійський хімік Макінтош узяв патент на виготовлення плащів з каучуку, що не промокають. Вони отримали назву макінтошів. Плащі, однак, виявилися недостатньо хорошими для європейського клімату при низьких температурах, вони ставали твердими як бляха, а в спеку - липкими. Після багатьох дослідів знайшли спосіб уникати цих неприємних особливостей каучуку шляхом його вулканізації. (Це важливе відкриття було зроблено в 1839 році американським хіміком Гудьїром.) Виявилося, що при нагріванні каучуку з сіркою він досить сильно змінює свої властивості - стає більш гнучким, пружним і не таким чутливим до зміни температури. Цей новий вулканізований каучук почали називати гумою. Він швидко завоював популярність, оскільки виявився надзвичайно зручним у багатьох відношеннях. Попит на нього зростав з кожним роком. Іншого схожого з каучуком продукту в природі не існує - він водонепроникний, має електричні ізоляційні властивості, гнучкий і здатний до дуже великих змін форми. Під дією зовнішньої сили він може розтягуватися кілька разів і знову стискатися. Подібної еластичністю не має жодна інша речовина. Разом з тим він міцний, міцний, стійкий до стирання та легко обробляється. Тому гума була і залишається ідеальним матеріалом для виготовлення автомобільних покришок, різноманітних приводних ременів, транспортних стрічок, рукавів, амортизаторів, ущільнюючих прокладок, гнучкої ізоляції та багато іншого. Без гуми життя сучасного індустріального суспільства просто неможливе. З середини ХІХ століття розгорнулося масове виробництво гумових виробів. Це породило справжню каучукову пропасницю. Місцевості, де виростали каучуконосні дерева, перетворилися на об'єкт воєн та спекуляцій. Дика гевея невдовзі перестала задовольняти потреби промисловості. Крім того, добувати каучук у джунглях було важкою та дорогою справою. Було зроблено вдалі досліди щодо створення каучуконосних плантацій. Гевея переселилася до тропіків Яви, Суматри, Малайського архіпелагу. Виробництво каучуку збільшилося у кілька разів, але попит на нього продовжував зростати. Протягом ста років вчений світ шукав розгадки таємниці каучуку, щоб навчитися робити його штучно хімічним шляхом. Поступово з'ясувалося, що натуральний каучук із соку гевеї є сумішшю кількох речовин, проте 9/10 його маси припадає на вуглеводень поліізопрен з формулою (C5H8)n, де n вельми велике - більше тисячі. Речовини з подібною будовою відносять до групи високомолекулярних продуктів - полімерів, які утворюються з'єднанням кількох, іноді дуже багатьох однакових молекул більш простих речовин-мономерів (в даному випадку молекул ізопрену C5H8). За сприятливих умов окремі молекули-мономери з'єднуються один з одним у довгі та гнучкі лінійні або розгалужені ланцюги-нитки. Ця реакція утворення полімеру називається полімеризацією. Вона відбувається лише з органічними речовинами, що мають кратні зв'язки (подвійні чи потрійні). В результаті роз'єднання цих зв'язків і відбувається (за рахунок валентностей, що звільнилися) з'єднання окремих молекул між собою. Крім поліізопрену в натуральний каучук входять смолоподібні білкові та мінеральні речовини. Чистий поліізопрен, очищений від смол та білків, дуже нестійкий і на повітрі швидко втрачає свої цінні технічні властивості: еластичність та міцність. Таким чином, щоб виробляти штучний каучук, необхідно було навчитися принаймні трьом речам: 1) отримувати ізопрен з інших речовин; 2) проводити реакцію полімеризації ізопрену; 3) обробляти отриманий каучук відповідними речовинами, щоб захистити його від розкладання. Всі ці завдання виявились надзвичайно складними. У 1860 році англійський вчений Вільямс шляхом сухої перегонки каучуку виділив із нього ізопрен, який виявився легкою рухомою безбарвною рідиною зі своєрідним запахом. У 1879 році французький хімік Густав Бушарда, нагріваючи ізопрен та діючи на нього соляною кислотою, здійснив зворотну реакцію – отримав каучукоподібний продукт. У 1884 році англійський хімік Тілден отримав ізопрен шляхом високотемпературного розкладання скипидару. Хоча кожен із цих вчених зробив свій внесок у вивчення властивостей каучуку, таємниця його синтезу так і залишилася в XIX столітті нерозгаданою - всі відкриті способи виявилися непридатними для промислового використання або внаслідок дорожнечі сировини, або через малі виходи ізопрену, або через складність технічних процесів, які забезпечують перебіг реакції. Але чи справді ізопрен такий необхідний для виробництва каучуку? Можливо, макромолекулу з подібними властивостями можна утворити з інших вуглеводнів? У 1901 році російський хімік Кондаков встановив, що на каучукоподібну речовину перетворюється також диметилбутадієн, якщо залишити його близько року стояти в темряві або на розсіяному світлі. (Під час Першої світової війни в Німеччині, відрізаній від джерел натурального каучуку, було налагоджено виробництво синтетичного каучуку з диметилбутадієну. Однак вироби з нього виходили дуже низької якості, ціна їх через технічні складності виявлялася непомірно високою. Після війни цей метил-каучук більше ніколи не вироблявся.) Пізніше було відкрито, що у каучукоподібні речовини можуть синтезуватися всі вуглеводні зі скелетом молекули
Першим членом цього ряду є бутадієн (або дивініл)
Ще в 1914 році англійці Метьюс та Стрендж отримали дуже непоганий каучук з дивінілу у присутності металевого натрію. Але далі лабораторних дослідів їхня робота не пішла через те, що, по-перше, не було знайдено способу виробництва дивінілу, а по-друге, не вдалося створити установку, яка могла б синтезувати каучук у заводських умовах. Обидві ці проблеми через п'ятнадцять років було вирішено російським хіміком Сергієм Лебедєвим. До Першої Першої світової російські заводи виробляли з привізного каучуку до 12 тисяч тонн гуми. Після революції, коли почалася індустріалізація промисловості, потреби Радянського Союзу в каучуку багаторазово зросли. Один корабель вимагав 68 т гуми, кожен танк – 800 кг, літак – 600 кг, автомобіль – 160 кг. З кожним роком доводилося закуповувати за кордоном дедалі більше каучуку. Тим часом у 1923-1924 роках ціна натурального каучуку сягала 2400 золотих рублів за тонну. Необхідність платити такі великі гроші, а ще більшою мірою залежність, в яку таким чином потрапляла від постачальників молода Радянська держава, ставили перед керівництвом країни серйозні проблеми. Вирішити їх можна було лише одним шляхом – розробивши промисловий спосіб виробництва синтетичного каучуку. Наприкінці 1925 року ВРНГ оголосив міжнародний конкурс на найкращий спосіб отримання синтетичного каучуку. Умови конкурсу були досить жорсткими: каучук мав бути виготовлений у СРСР із продуктів, які видобувають у СРСР, ціна штучного каучуку не могла перевищувати середньої світової ціни за останнє п'ятиріччя. До 1 січня 1928 року потрібно було доставити до Москви 2 кг готового зразка. Лебедєв на той час очолював кафедру загальної хімії в Ленінградському університеті. Ще до революції він кілька років займався проблемою синтетичного каучуку та добре уявляв собі труднощі, які стояли перед усіма учасниками конкурсу. Проте він вирішив взяти у ньому участь. Декілька учнів і студентів погодилися допомагати йому в роботі. Час був дуже важкий. Всі помічники і сам Лебедєв працювали абсолютно безоплатно у позаслужбовий час, вечорами та вихідними днями. Щоб устигнути до терміну, працювали з найбільшою напругою. Складні технологічні експерименти доводилося проводити у невигідних умовах. Бракувало буквально всього. Як згадували пізніше учасники цього дивовижного підприємства, все необхідне вони робили своїми руками. Лебедєву доводилося працювати не лише хіміком, але також склодувом, слюсарем та електромонтером. Для охолодження при хімічних процесах потрібна була крига - її всі разом заготовляли на Неві. І все-таки справа успішно рухалася вперед. Протягом попередніх багаторічних досліджень Лебедєв переконався, що отримати синтетичний каучук, який повністю відтворює властивості натурального, - завдання дуже складне і за тих обставин навряд чи досяжне. Він відразу відмовився від дослідів з ізопреном і як вихідний матеріал вирішив взяти дивініл. Після досліджень Метьюса і Стренджа в процесі виробництва дивінілового (бутадієнового) каучуку залишалася ще одна ланка, що бракувала, - необхідно було розробити спосіб виробництва дивінілу з дешевої і легкодоступної сировини. Спочатку як таке Лебедєв хотів узяти нафту, але потім всю увагу зосередив на спирті. Спирт тоді був найреальнішим вихідним сировиною. Якби проблема синтезу дивінілу була благополучно вирішена, з'явилася б можливість одразу виробляти каучук у будь-якій необхідній кількості, а це було саме те, чого потребувала країна. Суть реакції, при якій етиловий спирт розкладається на дивініл, воду і водень (вона в загальному вигляді описується рівнянням: 2CH3CH2OH = C4H6 + 2H2O + H2), була зрозуміла Лебедєву. Але велика складність полягала у підборі відповідного каталізатора. Глибоко розібравшись у суті процесів, що протікають, Лебедєв припустив, що таким каталізатором може служити одна з активних природних глин. Під час своєї відпустки в Криму та на Кавказі влітку 1927 року він постійно збирав та вивчав зразки глин. Зрештою, потрібну глину він знайшов на Коктебелі. Реакція у її присутності дала чудовий результат. Так, у середині 1927 року було досягнуто першого успіху - реакція пішла у потрібному напрямку, і зі спирту було отримано дивініл. Наступний процес - полімеризацію дивінілу - Лебедєв вирішив проводити за способом Метьюса та Стренджа. Для цього натрій у спеціальній установці рівномірно розподілявся по дивініл, після чого реакція тривала протягом 3-5 днів. Однак кінцевий продукт ще не був товарним каучуком. Він був просякнутий газами, у ньому нерівномірно розподілявся натрій, суміш була нестійкою і на повітрі швидко окислювалася, втрачаючи еластичність. Тому отриманий каучук обробляли у мішалці, де він розминався разом із включеним до нього натрієм. Потім його змішували з підсилювачами, сажею, каоліном, магнезією та іншими компонентами, які мали захищати каучук від розпаду. Готовий каучук отримували нікчемними порціями – лише по кілька грамів на день. Тому робота тривала буквально до останньої хвилини. Наприкінці грудня, коли до терміну залишалися вже лічені дні, синтез 2 кг каучуку закінчили, і його терміново відправили до Москви. У лютому 1928 року журі, розглянувши всі надіслані зразки (їх, до речі, надійшло зовсім небагато), визнало каучук, вирощений у лабораторії Лебедєва, найкращим. Однак це був лише початок. Лабораторні методи часто виявляються неприйнятними у заводських умовах. Лебедєву доручили продовжувати дослідження та розробити промислову технологію свого методу виробництва каучуку. Знову почалася копітка робота. Щоправда, тепер коштів та можливостей у Лебедєва було набагато більше. Добре розуміючи важливість його робіт, уряд надав йому все необхідне. Незабаром при Ленінградському університеті було створено спеціальну лабораторію синтетичного каучуку. Протягом року у цій лабораторії було сконструйовано та побудовано дослідну установку, яка видавала по 2-3 кг каучуку на добу. До кінця 1929 року було розроблено всю технологію заводського процесу. У лютому 1930 року у Ленінграді на Гутуївському острові розпочалося будівництво дослідного заводу. Влітку було відкрито заводську лабораторію. Обладнана за власними вказівками Лебедєва, вона була однією з найкращих хімічних лабораторій того часу і перетворилася на справжній науковий центр синтетичного каучуку. Окрім лабораторії, Лебедєв отримав у своє розпорядження найкращих фахівців, яких тільки змогли знайти. З усіх питань він міг звертатися особисто до секретаря Ленінградського обкому партії Кірова. Велика складність полягала у створенні необхідного устаткування. Хімічне машинобудування лише зароджувалося. Замовлення розподілялися по всіх ленінградських заводах, та їх виконання просувалося повільно, оскільки бракувало необхідного досвіду. Навіть сам Лебедєв часом важко дати точну технічну пораду. Проте будівництво дослідного заводу було завершено у січні 1931 року. У лютому на ньому було отримано перші 250 кг каучуку. Це був перший у світі дешевий синтетичний каучук, одержаний заводським шляхом. У тому ж році було закладено три каучукові заводи-гіганти - в Ярославлі, Воронежі та Єфремові. Всі вони були оголошені ударними комсомольськими будовами і зводилися з неймовірною швидкістю. 1932 року Ярославський завод уже дав перший каучук. Спочатку синтез дивінілу в заводських умовах проводився з великими труднощами. Замість простої суміші продуктів розкладання спирту, що складаються з дивінілу, води та водню, виходив складний "вінегрет" з 30 компонентів, причому вихід дивініла в цій масі не перевищував 20-25%. Лебедєву довелося терміново їхати до Ярославля із групою своїх співробітників допомагати налагоджувати виробництво. Потім такі ж складнощі виникли у Воронежі та Єфремові. Навесні 1934 року під час поїздки на завод до Єфремова Лебедєв заразився висипним тифом і помер невдовзі після повернення до Ленінграда. Але справа, якій він поклав таку важливу основу, міцніла і розвивалася. Після першими трьома заводами синтетичного каучуку було побудовано кілька нових. 1934 року було випущено 11 тисяч тонн синтетичного каучуку, 1935 року - 25 тисяч, 1936 року - 40 тисяч. 1937 року частка синтетичного каучуку в загальному обсязі гумового виробництва вже становила 73%. Найскладніше в науковому та технічному відношенні завдання було благополучно вирішено. Втім, спосіб виробництва синтетичного каучуку, розроблений Лебедєвим, не був єдиним можливим. Він сам чудово розумів це і в останні роки багато думав над тим, як замінити харчову сировину (спирт вироблявся з харчових продуктів, причому на отримання 1 тонни спирту витрачалося 12 тонн картоплі) іншим, дешевшим, наприклад, нафтою. Ще одним недоліком дивінілового каучуку була його мала клейкість. При виготовленні гумових виробів доводилося йти на додаткові витрати. Надалі було розроблено ще кілька способів виробництва синтетичного каучуку, а 1965 року в СРСР у промислових умовах було вперше отримано синтетичний каучук із ізопрену. Автор: Рижов К.В.
▪ Двигун газовий та бензиновий
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Нові кабельні шлюзи від Netgear ▪ Заряджання пристроїв від дихання користувача ▪ Морський смарт-годинник Garmin Quantix 5 ▪ ILD6070 та ILD6150 – нові імпульсні регулятори від Infineon для світлодіодів
▪ розділ сайту Обмежувачі сигналу, компресори. Добірка статей ▪ стаття Найчистішої принади найчистіший зразок. Крилатий вислів ▪ стаття Які розміри молекул? Детальна відповідь ▪ стаття Зашморг, що затягується. Поради туристу ▪ стаття Друге дихання холодильника. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Універсальна батарея 1,5-12 вольт. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page