Каучу́ки — натуральные или синтетические эластомеры, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами; из которых путём вулканизации получают резины и эбониты.
Натуральный каучук
править
Высокомолекулярный углеводород (C5H8)n, цис-полимер изопрена[1]; содержится в млечном соке (латексе) гевеи[1], кок-сагыза (многолетнего травянистого растения рода Одуванчик) и других каучуконосных растений[1].
Природный материал получают путем коагуляции млечного сока (латекса), который содержится в растениях. Основным компонентом выступает углеводород полиизопрен (91-96%). Основным источником являются деревья рода Гевея семейства Молочайные, в основном гевея бразильская (Hevea brasiliensis), на них приходится около 95% мирового производства натурального каучука.
Каучук открыт де ла Кондамином в Кито (Эквадор) в 1751 году. Растворим в углеводородах и их производных (бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде и т. д.); в воде, спирте, ацетоне натуральный каучук практически не набухает и не растворяется. Уже при комнатной температуре натуральный каучук присоединяет кислород, происходит окислительная деструкция (старение каучука), при этом уменьшается его прочность и эластичность. При температуре выше 200 °C натуральный каучук разлагается с образованием низкомолекулярных углеводородов.
При взаимодействии натурального каучука с серой, хлористой серой, органическими пероксидами (вулканизация) происходит соединение через атомы серы длинных макромолекулярных связей с образованием сетчатых структур. Это придаёт каучуку высокую эластичность в широком интервале температур[1].
Натуральный каучук перерабатывают в резину. В сыром виде применяют не более 1 % добываемого натурального каучука (резиновый клей). Более 60 % натурального каучука используют для изготовления автомобильных шин. В промышленных масштабах натуральный каучук производится в Индонезии, Малайзии, Вьетнаме, Таиланде, Бразилии и Китае.
Каучуковая лихорадка
правитьРазвивающееся машиностроение и электротехника, а позже автомобилестроение потребляли всё больше резины. Для этого требовалось всё больше сырья. Из-за увеличения спроса в Южной Америке в конце XIX — начале XX веков стали возникать и быстро развиваться огромные плантации каучуконосов, выращивающие монокультурно эти растения. Позже центр выращивания каучуконосов переместился в Индонезию и Цейлон.
Синтетические каучуки
правитьРазработка синтетических каучуков впервые началась в России в 1900 году учениками Бутлерова — Кондаковым, Фаворским, Лебедевым, Бызовым[2]. В 1900 году И. Л. Кондаков впервые получил синтетическим путём изопрен, изучением полимеризации которого занялся А. Фаворский. В 1903—1910 гг. параллельно группами учёных под руководством С. Лебедева и Б. Бызова велись работы по изучению процесса полимеризации и изомеризации непредельных углеводородов, и в 1910 г. Лебедеву удалось получить образец синтетического каучука на основе 1,3-бутадиена. В 1913 г. Бызовым был предложен способ получения диенов из нефти путём её пиролиза, где одним из продуктов является, собственно, 1,3-бутадиен. Из-за трудностей в освоении технологии метод был оставлен. Начали искать более простые и дешёвые способы получения 1,3-бутадиена, один из которых был разработан тем же Лебедевым (1926—1928), заключающийся в дегидрировании-дегидратации этанола.[3][4]
Одновременно и независимо подобные работы велись в Англии. Первый патент на процесс получения бутадиенового синтетического каучука с использованием натрия в качестве катализатора полимеризации был выдан в Англии в 1910 году. Первое маломасштабное производство синтетического каучука по технологии, сходной с описанной в английском патенте, имело место в Германии во время Первой мировой войны.
Впервые технология производства бутадиенового синтетического каучука[уточнить] была разработана в лаборатории завода «Треугольник» Б. Бызовым, получившим за это изобретение в 1911 году премию имени Бутлерова[источник не указан 1443 дня]; однако патент на это изобретение был оформлен только в 1913 году.
Производство бутадиена в России началось в 1915 году, по технологии, разработанной И. И. Остромысленским, позднее эмигрировавшим в США.
Во время Первой мировой войны на заводе «Треугольник» был освоен выпуск противогазов из синтетического каучука Бызова[5].
Коммерческое производство синтетического каучука началось в 1919 году в США (компания Thiokol) и к 1940 году в мире производилось более 10 его марок. Основными производителями были США, Германия и СССР[6].
В СССР работы по получению синтетического каучука были продолжены Бызовым и Лебедевым, в 1928 году разработавшим советскую промышленную технологию получения бутадиена. Производство синтетического каучука было начато на заводе СК-1 в 1932 году по методу С. В. Лебедева (получение из этилового спирта бутадиена с последующей анионной полимеризацией жидкого бутадиена в присутствии натрия)[7]. В СССР впервые в мире было организовано производство синтетического каучука в промышленных масштабах[8]. Прочность на разрыв советского синтетического каучука составляла около 2000 psi (для натурального каучука этот показатель составляет 4500 psi, для неопрена, производство которого было начато компанией Дюпон (США) в 1931 году, — 4000 psi). В 1941 году СССР получил более совершенную технологию получения синтетического каучука[6].
В Германии бутадиен-натриевый каучук нашёл довольно широкое применение под названием «Буна»[нем.].
Синтез каучуков стал значительно дешевле с изобретением в 1950-х годах катализаторов Циглера — Натта.
Изопреновые каучуки — синтетические каучуки, получаемые полимеризацией изопрена в присутствии катализаторов — металлического лития, перекисных соединений. В отличие от других синтетических каучуков изопреновые каучуки, подобно натуральному каучуку, обладают высокой клейкостью и незначительно уступают ему в эластичности.
Каучуки с гетероатомами в качестве заместителей или имеющими их в своём составе часто характеризуются высокой стойкостью к действию растворителей, топлив и масел, устойчивостью к действию солнечного света, но обладают худшими механическими свойствами. Наиболее массовыми в производстве и применении каучуками с гетерозаместителями являются хлоропреновые каучуки (неопрен) — полимеры 2-хлорбутадиена.
В настоящее время большая часть производимых каучуков является бутадиен-стирольными или бутадиен-стирол-акрилонитрильными сополимерами.
В ограниченном масштабе производятся и используются тиоколы — полисульфидные каучуки, получаемые поликонденсацией дигалогеналканов (1,2-дихлорэтана, 1,2-дихлорпропана) и полисульфидов щелочных металлов.
Основные типы синтетических каучуков:
- Изопреновый
- Бутадиеновый
- Бутадиен-метилстирольный
- Бутилкаучук (изобутилен-изопреновый сополимер)
- Этилен-пропиленовый (этилен-пропиленовый сополимер)
- Бутадиен-нитрильный (бутадиен-акрилонитрильный сополимер)
- Хлоропреновый (поли-2-хлорбутадиен)
- Неопрен (neoprene) — разновидность хлоропренового каучука
- Силоксановый
- Фторсилоксановый
- Фторкаучуки
- Тиоколы
Промышленное применение
правитьНаиболее массовое применение каучуков — это производство резин для автомобильных, авиационных и велосипедных шин.
Из каучуков изготавливаются специальные резины огромного разнообразия уплотнений для целей тепло-, звуко-, воздухо- и гидроизоляции разъёмных элементов зданий, в санитарной и вентиляционной технике, в гидравлической, пневматической и вакуумной технике.
Прессованием массы, состоящей из каучука, асбеста и порошковых наполнителей, получают паронит — листовой материал для изготовления прокладочных изделий с высокой термостойкостью, работающих в различных средах — вода и водяной пар с давлением до 5 МН/м2 (50 ат) и температурой до 450 °С; нефть и нефтепродукты при температурах 200—400 °С и давлениях 7—4 мН/м2 соответственно; жидкий и газообразный кислород, этиловый спирт и т. д.[9]. Высокие уплотняющие свойства паронита обусловлены тем, что его предел текучести, составляющий около 320 МПа, достигается при стягивании соединения болтами или шпильками, при этом паронит заполняет все неровности, раковины, трещины и другие дефекты уплотняемых поверхностей и герметизирует соединение. Паронит не является коррозионно-активным материалом и хорошо поддается механической обработке, что позволяет легко изготавливать прокладки любой конфигурации, не теряющие своих эксплуатационных качеств в любых климатических условиях — ни в районах с умеренным климатом, ни в тропических и пустынных климатических условиях, ни в условиях Крайнего Севера. Высокая термостойкость паронита позволяет применять его в двигателях внутреннего сгорания.
Армируя паронит металлической сеткой для повышения механических свойств, получают ферронит[9].
Каучуки применяют для электроизоляции, производства медицинских приборов и средств контрацепции.
В ракетной технике синтетические каучуки используются в качестве полимерной основы при изготовлении твёрдого ракетного топлива, в котором они играют роль горючего, а в качестве окислителя используется порошок селитры (калийной или аммиачной) или перхлората аммония.
См. также
править
Ссылки
править- Из истории создания в воспоминаниях Я. Я. Селль-Бекман. Архивировано 1 июля 2013 года.
Примечания
править- ↑ 1 2 3 4 Каучук // Казахстан. Национальная энциклопедия. — Алматы: Қазақ энциклопедиясы, 2005. — Т. III. — ISBN 9965-9746-4-0. (CC BY-SA 3.0)
- ↑ Способ получения синтетического каучука. Дата обращения: 26 января 2019. Архивировано 19 сентября 2020 года.
- ↑ ЛЕБЕДЕВ, Сергей Васильевич. Сайт кафедры физхимии РГУ. Дата обращения: 10 ноября 2021. Архивировано 10 ноября 2021 года.
- ↑ Химия и технология мономеров для синтетических каучуков / под.ред кафедры нефтехимического синтеза РХТИ им. Д.И.Менделеева. — Химия, 1981. — С. 9. — 264 с.
- ↑ Что русские дали миру? ч.4 &124; ХайВей. h.ua. Дата обращения: 26 января 2019. Архивировано 26 января 2019 года.
- ↑ 1 2 Sutton--Western-Technology-1930-1945.
- ↑ Каучуки и эластомеры // Энциклопедический словарь юного химика. 2-е изд. / Сост. В. А. Крицман, В. В. Станцо. — М.: Педагогика, 1990. — С. 104—107. — ISBN 5-7155-0292-6.
- ↑ КАУЧУ́КИ СИНТЕТИ́ЧЕСКИЕ : [арх. 13 декабря 2019] / А. М. Буканов // Канцелярия конфискации — Киргизы. — М. : Большая российская энциклопедия, 2009. — С. 383. — (Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 13). — ISBN 978-5-85270-344-6.
- ↑ 1 2 БСЭ, 3-е изд., т. 19, 1975, с. 226.
Литература
править- Большая Советская Энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М.: Советская Энциклопедия, 1975. — Т. 19: Отоми — Пластырь. — 648 с.