|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
HISTORIA TECHNOLOGII, TECHNOLOGII, OBIEKTÓW WOKÓŁ NAS
Kauczuk syntetyczny. Historia wynalazku i produkcji
Katalog / Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas Kauczuki to naturalne lub syntetyczne elastomery charakteryzujące się elastycznością, wodoodpornością i właściwościami elektroizolacyjnymi, z których na drodze wulkanizacji otrzymuje się kauczuki i ebonity.
Europa po raz pierwszy dowiedziała się o gumie w XVI wieku. Krzysztof Kolumb przywiózł go z Ameryki wraz z wieloma innymi ciekawostkami. Podczas gdy statki były zakotwiczone w pobliżu wyspy Haiti, Kolumb i jego towarzysze obserwowali tubylców bawiących się piłką wykonaną z jakiegoś elastycznego materiału, zupełnie nieznanego w Europie. Kulki z łatwością odbijały się, gdy uderzały o ziemię, ściskały się i ponownie przywracały swój pierwotny kształt. Po powrocie do Hiszpanii Kolumb zabrał ze sobą próbki tego wspaniałego materiału, który później znany był w Starym Świecie pod nazwą „guma”. W tłumaczeniu z indyjskiego „guma” oznacza „łzy drzewa”. Jak później okazało się, był to sok zebrany z nacięć w korze tropikalnego drzewa - brazylijskiego hevea. Zdjęto ją z drzewa, gdy hevea miała siedem lat: na wysokości pół metra zrobiono nacięcie na korze, a gdy spod niej zaczął wypływać sok biały jak mleko, zebrano go do wiszących kubków, a następnie wlał go do dużego naczynia. W powietrzu sok stosunkowo szybko zakrzepł i zamienił się w ciemny żywiczny produkt - gumę.
Europejczycy nie od razu docenili zalety tego materiału. Przez dwa stulecia gumę traktowali jako dziką ciekawostkę. Tymczasem podróżnicy, którzy przybyli do Ameryki Południowej, nadal dostarczali do Europy coraz więcej nowych przedmiotów wykonanych z gumy. Wśród nich były butelki, nieprzemakalne buty i ubrania przeciwdeszczowe. Wszystko to było bardzo ciekawe, ale nie miało praktycznego znaczenia. Dopiero po długim czasie Europejczycy znaleźli pierwsze zastosowanie gumy - zaczęli używać jej w postaci gumek, przypominających współczesne gumki szkolne. Pod koniec XVIII wieku angielski chemik Mackintosh uzyskał patent na produkcję wodoodpornych płaszczy przeciwdeszczowych z gumy. Nazywają się Macintosh. Płaszcze przeciwdeszczowe nie nadawały się jednak do klimatu europejskiego, w niskich temperaturach stały się twarde jak cyna, a w upale – lepkie. Po wielu eksperymentach znaleźli sposób na uniknięcie tych nieprzyjemnych cech gumy poprzez jej wulkanizację. (Tego ważnego odkrycia dokonał w 1839 roku amerykański chemik Goodyear.) Stwierdzono, że podgrzanie kauczuku siarką znacznie zmienia swoje właściwości – staje się bardziej giętki, sprężysty i mniej wrażliwy na zmiany temperatury. Ta nowa wulkanizowana guma stała się znana jako guma. Szybko zyskała popularność, ponieważ okazała się niezwykle wygodna pod wieloma względami. Zapotrzebowanie na nią rosło z roku na rok. Nie ma innego produktu o charakterze gumowym – jest wodoodporny, ma właściwości elektroizolacyjne, jest elastyczny i jest zdolny do bardzo dużych zmian kształtu. Pod działaniem siły zewnętrznej może się kilkakrotnie rozciągać i ponownie kurczyć. Żadna inna substancja nie ma takiej elastyczności. Jednocześnie jest mocna, trwała, odporna na ścieranie i łatwa w obróbce. Dlatego guma była i pozostaje idealnym materiałem do produkcji opon samochodowych, wszelkiego rodzaju pasków napędowych, taśm transportowych, tulei, amortyzatorów, uszczelek, elastycznej izolacji i wielu innych. Bez gumy życie nowoczesnego społeczeństwa przemysłowego jest po prostu niemożliwe. Od połowy XIX wieku rozpoczęto masową produkcję wyrobów gumowych. To wywołało prawdziwą gumową gorączkę. Tereny, na których rosły drzewa kauczukowe, stały się przedmiotem wojen i spekulacji. Dziki hevea wkrótce przestał zaspokajać potrzeby przemysłu. Ponadto wydobycie gumy w dżungli było trudne i kosztowne. Przeprowadzono udane eksperymenty, aby stworzyć plantacje kauczuku. Hevea przeniosła się w tropiki Jawy, Sumatry, Archipelagu Malajskiego. Produkcja gumy wzrosła kilkakrotnie, ale zapotrzebowanie na nią nadal rosło. Świat nauki od stu lat szuka odpowiedzi na zagadkę gumy, aby dowiedzieć się, jak ją sztucznie wytwarzać za pomocą środków chemicznych. Stopniowo stało się jasne, że kauczuk naturalny z soku hevea jest mieszaniną kilku substancji, ale 9/10 jego masy przypada na węglowodór poliizoprenowy o wzorze (C5H8) n, gdzie n jest bardzo duże - ponad tysiąc. Substancje o podobnej budowie należą do grupy produktów wielkocząsteczkowych – polimerów, które powstają z połączenia kilku, czasem bardzo wielu identycznych cząsteczek prostszych substancji monomerowych (w tym przypadku cząsteczek izoprenu C5H8). W sprzyjających warunkach poszczególne cząsteczki monomeru są połączone ze sobą w długie i elastyczne liniowe lub rozgałęzione łańcuchy włókien. Ta reakcja tworzenia polimeru nazywana jest polimeryzacją. Występuje tylko w przypadku substancji organicznych, które mają wielokrotne wiązania (podwójne lub potrójne). W wyniku rozdzielenia tych wiązań następuje połączenie poszczególnych cząsteczek ze sobą (z powodu uwolnionych wartościowości). Oprócz poliizoprenu kauczuk naturalny zawiera żywicopodobne białka i minerały. Czysty poliizopren, oczyszczony z żywic i białek, jest bardzo niestabilny i w powietrzu szybko traci swoje cenne właściwości techniczne: elastyczność i wytrzymałość. Tak więc, aby wyprodukować sztuczną gumę, trzeba było nauczyć się przynajmniej trzech rzeczy: 1) pozyskiwać izopren z innych substancji; 2) przeprowadzić reakcję polimeryzacji izoprenu; 3) potraktuj powstałą gumę odpowiednimi substancjami, aby zabezpieczyć ją przed rozkładem. Wszystkie te zadania okazały się niezwykle trudne. W 1860 r. angielski naukowiec Williams, drogą suchej destylacji gumy, wyizolował z niej izopren, który okazał się lekką, ruchliwą, bezbarwną cieczą o specyficznym zapachu. W 1879 r. francuski chemik Gustav Bouchard, ogrzewając izopren i działając na niego kwasem solnym, przeprowadził reakcję odwrotną - uzyskał produkt gumopodobny. W 1884 r. angielski chemik Tilden uzyskał izopren przez rozkład terpentyny w wysokiej temperaturze. Chociaż każdy z tych naukowców wniósł wkład w badanie właściwości gumy, tajemnica jego syntezy pozostała nierozwiązana w XIX wieku – wszystkie otwarte metody okazały się nieprzydatne do zastosowań przemysłowych albo ze względu na wysoki koszt surowców, albo dlatego, że niskich wydajności izoprenu lub z powodu złożoności procesów technicznych zapewniających reakcję. Ale czy izopren jest naprawdę niezbędny do produkcji gumy? Może makrocząsteczkę o podobnych właściwościach da się wytworzyć z innych węglowodorów? W 1901 roku rosyjski chemik Kondakow odkrył, że dimetylobutadien również zamienia się w gumowatą substancję, jeśli zostanie pozostawiony w ciemności lub w rozproszonym świetle przez około rok. (Podczas I wojny światowej w Niemczech, odciętych od źródeł kauczuku naturalnego, uruchomiono produkcję kauczuku syntetycznego z butadienu dimetylu. Produkty z niego wyszły jednak bardzo słabej jakości, ale ich cena okazała się zaporowa ze względu na trudności techniczne. Po wojnie ten kauczuk metylowy już nigdy nie był produkowany.) Później odkryto, że wszystkie węglowodory o szkielecie molekularnym można zsyntetyzować w substancje gumopodobne
Pierwszym członkiem tej serii jest butadien (lub diwinyl)
W 1914 Brytyjczycy Matthews and Strange uzyskali bardzo dobrą gumę z diwinylu w obecności metalicznego sodu. Ale ich praca nie wyszła dalej niż eksperymenty laboratoryjne, ponieważ po pierwsze nie znaleziono metody produkcji diwinylu, a po drugie nie było możliwe stworzenie instalacji, która mogłaby syntetyzować gumę w fabryce. Oba te problemy rozwiązał piętnaście lat później rosyjski chemik Siergiej Lebiediew. Przed I wojną światową rosyjskie fabryki wyprodukowały do 12 tysięcy ton gumy z importowanej gumy. Po rewolucji, kiedy rozpoczęła się industrializacja przemysłu, zapotrzebowanie Związku Radzieckiego na gumę wielokrotnie wzrosło. Jeden statek wymagał 68 ton gumy, każdy czołg - 800 kg, samolot - 600 kg, samochód - 160 kg. Z roku na rok coraz więcej gumy trzeba było kupować z zagranicy. Tymczasem w latach 1923-1924 cena kauczuku naturalnego osiągnęła 2400 rubli złotych za tonę. Konieczność płacenia tak dużych pieniędzy, aw jeszcze większym stopniu uzależnienie, w jakie popadło w ten sposób młode państwo sowieckie od dostawców, stwarzały poważne problemy dla kierownictwa kraju. Był tylko jeden sposób na ich rozwiązanie - poprzez opracowanie przemysłowej metody produkcji kauczuku syntetycznego. Pod koniec 1925 r. Najwyższa Rada Gospodarcza ogłosiła międzynarodowy konkurs na najlepszy sposób produkcji kauczuku syntetycznego. Warunki konkursu były dość surowe: guma musiała być wytwarzana w ZSRR z produktów wydobywanych w ZSRR, cena sztucznego kauczuku nie mogła przekroczyć średniej ceny światowej w ciągu ostatnich pięciu lat. Do 1 stycznia 1928 r. trzeba było dostarczyć 2 kg gotowej próbki do Moskwy. Lebiediew kierował wówczas Wydziałem Chemii Ogólnej Uniwersytetu Leningradzkiego. Jeszcze przed rewolucją przez kilka lat zajmował się problemem kauczuku syntetycznego i doskonale zdawał sobie sprawę z trudności, z jakimi borykali się wszyscy uczestnicy zawodów. Mimo to postanowił wziąć w nim udział. Kilku uczniów i studentów zgodziło się mu pomóc w pracy. Czasy były bardzo trudne. Wszyscy asystenci i sam Lebiediew pracowali całkowicie bezpłatnie poza godzinami pracy, wieczorami iw weekendy. Aby dotrzymać terminu, pracowali z największym wysiłkiem. Skomplikowane eksperymenty technologiczne musiały być przeprowadzane w najbardziej niesprzyjających warunkach. Dosłownie wszystkiego brakowało. Jak wspominali później uczestnicy tego niesamowitego przedsięwzięcia, własnymi rękami zrobili wszystko, czego potrzebowali. Lebiediew musiał pracować nie tylko jako chemik, ale także dmuchacz szkła, mechanik i elektryk. Do chłodzenia podczas procesów chemicznych potrzebny był lód - wszystko to zbierano razem nad Newą. A jednak sprawy szły dobrze. W poprzednich latach badań Lebiediew przekonał się, że uzyskanie kauczuku syntetycznego, który całkowicie odwzorowuje właściwości kauczuku naturalnego, jest bardzo trudnym zadaniem i w tych warunkach trudno osiągalnym. Natychmiast porzucił eksperymenty z izoprenem i postanowił wziąć diwinyl jako materiał wyjściowy. Po badaniach Matthewsa i Strange'a w procesie produkcji kauczuku diwinylowego (butadienowego) brakowało jeszcze jednego ogniwa - konieczne było opracowanie metody produkcji diwinylu z tanich i łatwo dostępnych surowców. Początkowo Lebiediew chciał wziąć ropę jako taką, ale potem całą swoją uwagę skupił na alkoholu. Alkohol był wtedy najbardziej realnym surowcem. Gdyby udało się rozwiązać problem syntezy diwinylu, możliwe byłoby natychmiastowe wyprodukowanie gumy w dowolnej wymaganej ilości, a tego właśnie potrzebował kraj. Istota reakcji, w której alkohol etylowy rozkłada się na diwinyl, wodę i wodór (ogólnie opisuje to równanie: 2CH3CH2OH = C4H6 + 2H2O + H2), była dla Lebiediewa jasna. Jednak duża trudność polegała na doborze odpowiedniego katalizatora. Po głębokim zrozumieniu istoty zachodzących procesów Lebiediew zasugerował, że jedną z aktywnych naturalnych glin może służyć jako taki katalizator. Podczas wakacji na Krymie i na Kaukazie latem 1927 roku stale zbierał i badał próbki gliny. W końcu znalazł odpowiednią glinę w Koktebel. Reakcja w jej obecności dała doskonały rezultat. Tak więc w połowie 1927 roku osiągnięto pierwszy sukces - reakcja poszła w dobrym kierunku, a diwinyl uzyskano z alkoholu. Kolejny proces - polimeryzację diwinylu - Lebedev postanowił przeprowadzić według metody Matthewsa i Strange'a. W tym celu sód w specjalnej instalacji był równomiernie rozprowadzany po diwinylu, po czym reakcja trwała 3-5 dni. Jednak jego końcowym produktem nie była jeszcze guma handlowa. Była nasycona gazami, sód był w niej nierównomiernie rozprowadzony, mieszanina była niestabilna i szybko utleniała się w powietrzu, tracąc elastyczność. Dlatego powstałą gumę przetwarzano w mieszalniku, gdzie ugniatano ją razem z zawartym w niej sodem. Następnie zmieszano go z ulepszaczami, sadzą, kaolinem, magnezją i innymi składnikami, które miały chronić gumę przed rozkładem. Gotową gumę otrzymywano w nieznacznych porcjach - zaledwie kilka gramów dziennie. Dlatego prace trwały dosłownie do ostatniej chwili. Pod koniec grudnia, gdy do terminu pozostało zaledwie kilka dni, zakończono syntezę 2 kg kauczuku, który w trybie pilnym został wysłany do Moskwy. W lutym 1928 r. jury, po rozważeniu wszystkich przesłanych próbek (nawiasem mówiąc, było ich bardzo mało), uznało gumę wyhodowaną w laboratorium Lebiediewa za najlepszą. To był jednak dopiero początek. Metody laboratoryjne są często nie do przyjęcia w warunkach fabrycznych. Lebiediew został poinstruowany, aby kontynuować badania i rozwijać technologię przemysłową dla swojej metody produkcji gumy. Ciężka praca zaczęła się ponownie. To prawda, że teraz Lebiediew miał znacznie więcej środków i możliwości. Dobrze znając wagę jego pracy, rząd zapewnił mu wszystko, czego potrzebował. Wkrótce na Uniwersytecie Leningradzkim powstało specjalne laboratorium kauczuku syntetycznego. W ciągu roku zaprojektowano i zbudowano w tym laboratorium pilotażową instalację, która produkowała 2-3 kg gumy dziennie. Do końca 1929 roku opracowano całą technologię procesu fabrycznego. W lutym 1930 r. w Leningradzie na wyspie Gutuevsky rozpoczęto budowę zakładu pilotażowego. Latem otwarto laboratorium fabryczne. Wyposażony zgodnie z osobistymi instrukcjami Lebiediewa, był jednym z najlepszych laboratoriów chemicznych tamtych czasów i przekształcił się w prawdziwe centrum naukowe dla kauczuku syntetycznego. Oprócz laboratorium Lebiediew miał do dyspozycji najlepszych specjalistów, jakich mogli znaleźć. W przypadku wszystkich pytań mógł osobiście skontaktować się z sekretarzem komitetu partii regionalnej Leningradu, Kirowem. Wielką trudnością było stworzenie niezbędnego sprzętu. Inżynieria chemiczna dopiero raczkowała. Zamówienia docierały do wszystkich leningradzkich fabryk, ale ich realizacja postępowała powoli, ponieważ brakowało im niezbędnego doświadczenia. Nawet sam Lebiediew miał czasem trudności z udzieleniem precyzyjnych porad technicznych. Mimo to budowa zakładu pilotażowego została zakończona w styczniu 1931 roku. W lutym uzyskano na nim pierwsze 250 kg gumy. Była to pierwsza na świecie tania, produkowana fabrycznie guma syntetyczna. W tym samym roku powstały trzy gigantyczne zakłady gumowe - w Jarosławiu, Woroneżu i Efremovie. Wszystkie zostały uznane za szokujące projekty budowlane Komsomola i zostały zbudowane z niesamowitą prędkością. W 1932 roku fabryka w Jarosławiu wyprodukowała już pierwszą gumę. Początkowo synteza diwinylu w fabryce była prowadzona z dużym trudem. Zamiast prostej mieszaniny produktów rozkładu alkoholu składającej się z diwinylu, wody i wodoru otrzymano złożony „vinegret” składający się z 30 składników, a wydajność diwinylu w tej masie nie przekraczała 20-25%. Lebiediew musiał pilnie udać się do Jarosławia z grupą swoich pracowników, aby pomóc w założeniu produkcji. Potem te same trudności pojawiły się w Woroneżu i Efremowie. Wiosną 1934 r. Lebiediew zachorował na tyfus i zmarł wkrótce po powrocie do Leningradu podczas podróży do fabryki w Efremowie. Ale sprawa, której położył tak ważny fundament, stała się silniejsza i rozwijała się. Po pierwszych trzech fabrykach kauczuku syntetycznego powstało kilka nowych. W 1934 r. wyprodukowano 11 tys. ton kauczuku syntetycznego, w 1935 r. – 25 tys., w 1936 r. – 40 tys. W 1937 r. udział kauczuku syntetycznego w całkowitej produkcji kauczuku wynosił już 73%. Z powodzeniem rozwiązano najbardziej złożony problem naukowo-techniczny. Jednak metoda produkcji kauczuku syntetycznego opracowana przez Lebiediewa nie była jedyną możliwą. On sam bardzo dobrze to rozumiał i w ostatnich latach dużo myślał o tym, jak zastąpić surowce spożywcze (z produktów spożywczych wytwarzano alkohol, a na wyprodukowanie 1 tony alkoholu wydano 12 ton ziemniaków) innymi, tańszymi, m.in. na przykład olej. Kolejną wadą kauczuku diwinylowego była jego niska przyczepność. W produkcji z niego wyrobów gumowych konieczne było poniesienie dodatkowych kosztów. Następnie opracowano kilka innych metod produkcji kauczuku syntetycznego, aw 1965 r. W ZSRR kauczuk syntetyczny po raz pierwszy otrzymano w warunkach przemysłowych z izoprenu. Autor: Ryzhov K.V.
▪ Robot
Hałas drogowy opóźnia rozwój piskląt
06.05.2024 Bezprzewodowy głośnik Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024
▪ Smartfon Intex Cloud String V2.0 z czytnikiem linii papilarnych ▪ Wyświetlacz LED będzie ostrzegał kierowcę o pojawieniu się pieszego ▪ Komputer przenośny HP Pavilion 10z
▪ sekcja serwisu Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki. Wybór artykułów ▪ artykuł A nić, trzykrotnie skręcona, wkrótce się nie zerwie. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Jaka jest różnica między królikami a zającami? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Praca z wciągarką ręczną i wciągarką ręczną. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy ▪ artykuł Sygnalizator nadprądowy. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ Artykuł jasnowidza. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony