История создания синтетического каучука кратко
Обновлено: 12.05.2024
Учёный-химик Сергей Лебедев первым в мире получил промышленный синтетический каучук 93 года назад, 30 декабря 1927 года.
Натуральный каучук использовался ещё с 1820-х годов, но стоимость его производства была очень высока, к тому же, было практически невозможно добиться стандартного качества.
В 1926 году Высший совет народного хозяйства СССР объявил конкурс на лучшую работу по синтезу каучука с премией в сто тысяч рублей для победителя. По его условиям, необходимо было предоставить как минимум два килограмма нового продукта. Также нужно было разработать полную технологию его получения, а не только описание способа производства. Сырьё должно было быть дешёвым и доступным.
Лебедев заменил нефть на этиловый спирт, а в качестве катализатора предложил металлический натрий. В результате на суд жюри от него поступило два килограмма синтетического натрий-бутадиенового каучука, который был получен из спирта, а также полный свод технологической документации.
В конкурсе участвовали не только советские химики, но и учёные из Италии и Франции. Основная борьба развернулась между Сергеем Лебедевым и Борисом Бызовым, который сумел получить дивинил из нефти. Но оказалось, что вариант Бызова было труднее реализовать в промышленных масштабах.
По итогам конкурса лучшим признали разработанный в 1926-1927 годах Лебедевым с группой сотрудников метод получения натрий-бутадиенового каучука из этилового спирта. Осенью 1928 года учёный представил в Главхимпром план работ, необходимых для составления проекта опытного завода.
Натуральный каучук — это своего рода эталон, для создания синтетических материалов, таких же эластичных, упругих, прочных, легких, непроницаемых для воды и газов, обладающих другими полезными свойствами.
Впервые европейцы познакомились с каучуком в конце XV века. Членов второй экспедиции Колумба удивили темно-коричневые мячи, которыми играли гаитяне. При ударе о землю эти мячи упруго подпрыгивали. А делали их из древесного сока. Но в тот период никто не заинтересовался удивительным веществом. Испанских конквистадоров интересовали лишь золото и пряности.
Об этом заговорила вся Европа. Каучук начали скупать. Предприниматели привезли в Англию от индейцев Бразилии несколько тонн сока гевеи. А когда вскрыли сосуды, то в них оказался твердый каучук. Соприкасаясь с воздухом, латекс быстро густеет и свертывается, как прокисшее молоко. На помощь пришли химики. Они нашли жидкости, способные растворять каучук. Это позволило в короткий срок наладить производство трубок и резинок для карандашей.
В начале прошлого века английский инженер Чарлз Макинтош выпустил партию дождевиков. Они быстро завоевали популярность. Пока шли дожди, и стояла прохладная погода, изделия из каучука служили прекрасно. Но едва пригрело солнце, обладатели непромокаемых пальто всполошились. Теплый каучук становился мягким, распространяя неприятный запах. В тесном дилижансе пассажиры прилипали друг к другу, и к сиденьям. Их плащи делали платье непригодным к дальнейшей носке. В морозную погоду с макинтошами тоже творились чудеса: они становились жесткими и ломались в месте сгибов. Обладатели дождевиков требовали вернуть деньги. Производители разорялись. Предлагались большие премии тому, кто излечит новый материал от пороков. Однако все попытки сделать каучук невосприимчивым к колебаниям температуры, кончались неудачей.
Но поиски не прекращались. Соблазн разбогатеть побудил заняться решением труднейшей проблемы американца Чарлза Гудьира — владельца скобяной лавки. Дни шли за днями, а удача все не приходила. Он отчаялся: денег - нет, и осталась последняя пластинка каучука для экспериментов. Гудьир отрезал от нее крохотный кусочек для следующего опыта, а кинул не на стол, а по ошибке на горячий обогреватель. Поняв, что ошибся, изобретатель хотел схватить ценный материал: он знал, что каучук сейчас расплавится, как воск. Но что такое? Вместо липкого и клейкого куска каучука, он схватил необычайно упругий и эластичный каучук. Почему же он не расплавился?
Вспомнив, что, перед тем как начать опыт, он обвалял пластинку, в сере, Гудьир повторил эксперимент. То же самое. Изобретатель проделал ряд новых опытов, окончательно убедивших его, что им найден надежный способ превращения каучука в эластичную резину.
Поиск разделили на два направления. На изучение других растений, выделяющих каучукоподобный сок и на разработку способов получения его искусственным путем. Наступление велось с громадной целеустремленностью и размахом.
Блестящую победу одержали химики. Познав тайны строения молекул каучука, они научились создавать их искусственным путем из доступного сырья. Надо сказать, что получить искусственно каучук пытались долгие годы и зарубежные ученые. Первую тропинку проложил известный английский физик Михаил Фарадей, установивший, что сок гевеи — углеводороды, и определил даже его состав. Важные открытия сделал Вильямс, получивший изопрен — вонючую жидкость – основную часть сока гевеи. Французский химик Густав Бушард сделал новый шаг. Смешав изопрен с соляной кислотой, получил мелкие кусочки неизвестного каучукоподобного вещества.
Открытие Бушарда существенно продвинуло науку вперед. Вскоре Тильден получил синтетический каучук из скипидара. Но практического значения в его находке не было. Скипидар — слишком дорог. Кусочек каучука, полученный из него, стоит почти как небольшой бриллиант.
В конце XIX века в гонку за каучук вступили русские химики. Исключительно большое значение имело открытие академика И. Л. Кондакова. В 1888 году он, обработав триметилэтилен хлором и щелочью со спиртом, получил изопрен. Но это еще не все. Надо было заставить полученное вещество полимеризоваться (образовывать стойкие молекулы). Кондаков призвал на помощь солнечный свет. Опыт удался. Через несколько месяцев жидкость затвердела и стала похожа своим свойствам на каучук. Но от такого способа пришлось отказаться: слишком сложен был этот метод и слишком длителен.
В 1901 году Кондаков получил каучук уплотнением молекул диметилбутадиена — родственника изопрена. При хранении, а еще, скорее, при нагревании он образует вещество, которое имело главное свойство каучука — упругость.
Когда грянула первая мировая война, Германия, задыхавшаяся в блокаде, воспользовалась открытием Кондакова. В Ливеркузене был спешно сооружен завод для получения каучука из диметилбутадиена. Но вырабатываемый здесь материал не имел достойного качества и был слишком дорог. Завод после войны закрылся.
Создавая искусственные материалы, химики пользовались тогда лишь веществами, построенными из небольших молекул. Труды замечательных русских ученых Александра Михайловича Бутлерова и Дмитрия Ивановича Менделеева помогли им обрести почти безграничную власть над веществом. Человек научился многое брать от природы, не ожидая ее милостей. Ученые начали синтезировать небольшие молекулы из отдельных атомов. Углерод, водород и кислород в больших количествах использовались на заводах для получения газов ацетилена, метана и многих других веществ.
Чтобы молекулы-мономеры связать в одну большую цепь, нужны две операции: расковать звенья — не прочно связанные атомы — и соединить между собой маленькие молекулы-мономеры. Сковывают цепочки с помощью высокой температуры и давления. Жар ускоряет движение частиц, а давление сближает их.
Искусство химика-органика - нащупать слабые места в ненасыщенной молекуле, разорвать ее в этом месте и затем по-другому соединить обломки, сделать длиннее или соединить кольцом. При этом надо образовать гигантские молекулы, из миллионов атомов. В молекуле каучука, например, насчитывается до 26 тысяч атомов. В сравнении с нею молекула уксусной кислоты, состоящая из восьми атомов, похожа на крохотную утлую лодчонку рядом с океанским пароходом.
В двадцатых годах в связи с бурным ростом промышленности Советского государства проблема создания своего искусственного каучука стала особенно острой. Отечественная наука отметилась тогда многими блестящими открытиями и изобретениями. Труднейшую техническую проблему решил выдающийся ученый С. В. Лебедев. Глядя на его лицо, невольно вспоминаешь поздние портреты Чехова. Аккуратно подстриженная бородка. Та же серьезность во взгляде, особая грациозность и изящество в повороте головы, отсутствие какой бы то ни было позы.
Вся жизнь Лебедева — подвиг. Куда бы ни бросала его судьба, всюду он трудился самозабвенно, целиком отдавая себя делу. За участие в студенческих волнениях он был арестован и выслан, но воля его не была сломлена. Несмотря на блестящую защиту свой дипломной работы, выполненной под руководством знаменитого химика-органика А. Е. Фаворского, в университете его не оставили. Пришлось начинать с лаборатории мыловаренного завода. Вскоре он становится членом комиссии по исследованию стали для изготовления рельс. И хотя новое дело далеко отстояло от непредельных соединений углеводородов, интересовавших Лебедева, он и на этом поприще добился успеха. Жюри Международной выставки присудило ему золотую медаль за проведенные им исследования.
Потребовалось, однако, много лет упорного труда, прежде чем проблема была окончательно решена. Продолжающиеся исследования, Лебедева и его помощников привели к открытию способа, каким можно было получать дивинил из спирта. Он был и не самый дешевый, и не самый удобный. Но его было много.
А жизнь торопила: без каучука не могла развиваться промышленность молодой Советской республики.
Лебедев понял, что его час наступил тогда, когда был объявлен мировой конкурс на
разработку промышленного способа получения синтетического каучука. Вместе с группой своих учеников он с утроенной энергией принялся за работу. Прежде всего, надо было найти катализатор, который бы ускорил реакцию и увеличил выход дивинила. Опыты следовали один за другим. Меняли разные параметры, брали различные вещества. И все-таки результаты были малоутешительными.
Но терпение ученых не иссякало, уверенность в успехе не покидала ни на минуту. Работать приходилось в очень трудных условиях. В те годы страна только залечивала раны, нанесенные гражданской войной, оправлялась от разрухи. О каком бы то ни было планомерном снабжении аппаратурой и реактивами ученые и не помышляли. Если требовался какой-нибудь прибор, установка, их делали сами.
За день до окончания конкурса в Москву прибыла посылка с большим куском синтетического каучука, цветом липового меда, и описание промышленного метода его получения. Жюри признало способ Лебедева наиболее приемлемым. Было решено построить в Ленинграде предприятие, чтобы проверить его в заводских условиях.
Представляете, какой вой подняли наши враги: у большевиков есть каучук! А в Ленинграде уже действовал опытный завод синтетического каучука. И в проектных организациях сквозь паутину линий на чертежах проступали контуры новых мощных предприятий. Одно из них решено было возвести в Воронеже.
Летом 1931 года на песчаных холмах левобережья реки Воронежа, поросших чабрецом, запели пилы, застучали топоры. Все лучшее, что таилось в людях, воспрянуло в них: вся ненависть к рабству, моя вера в то, что партия ведет народ по верному пути. Всеобщий самоотверженный труд, на какой только был способен человек, закипел на окраине города, и не были для него препятствием ни морозы, ни снежные заносы, ни скудость пайка, ни дырявая одежда. Даешь завод!
На всю жизнь запомнили рабочие и инженеры знаменательный день — 19 октября 1932 года. В цехе полимеризации люди тесным кольцом окружили аппарат, где заканчивалось превращение крохотных молекул дивинила в большие молекулы синтетического каучука. Томительно медленно тянется время. Но вот крышка полимеризатора снята. На дне агрегата лежала прозрачная, словно льдина, глыба каучука. Бурная радость овладела людьми. Они обнимались, крепко жали друг другу руки.
Год спустя для сравнительного испытания шин из натурального и синтетического (в том числе и воронежского) каучуков был проведен автомобильный пробег Москва — Кара-Кумы — Москва. В нем участвовали разные типы машин — легковые, грузовые, почтовые. Пробег этот закончился настоящим триумфом натрийдивинилового каучука. Покрышки из него теряли в весе за каждые 100 километров пути на 20 граммов меньше, чем шины из сока тропической гевеи. Резинщики перестали смотреть на синтетический каучук как на суррогат. Это полноценный материал!
В Великую Отечественную войну гитлеровцы нанесли тяжелый урон заводу. Они разрушили дотла все производственные корпуса и жилой городок. Иным казалось, что эти раны не удастся залечить и за четверть века. Но после освобождения Воронежа от фашистов люди опять совершили подвиг. В непостижимо короткий срок они восстановили завод. Жилые дома вновь взметнули этажи в небо, откуда не должны больше падать бомбы и снаряды.
Непосвященному человеку, далекому от практической химии, может показаться, что сам по себе процесс создания больших молекул не так уж сложен. Эта простота обманчива. Чтобы получить посредством синтеза нужный материал, надо заставить исходные блоки или атомы соединяться между собой в определенных комбинациях. Этот процесс нуждается в более чутком обращении, чем спичка, горящая на ветру. Его приходится вести на тонкой грани: реакция готова потухнуть, прекратится, или, наоборот, идти на недозволенно высоких режимах.
Дальнейшие исследования показали, что, кроме дивинила, имеются и другие углеводороды, способные полимеризироваться в каучукоподобные вещества. К числу их относятся изопрен, стирол, нитрил акриловой кислоты. Наиболее дешевым из них является стирол. При добавлении его к дивинилу получается каучук, обладающий большой прочностью. К тому же совместный полимер дивинила и стирола может быть получен в виде латекса как натуральный каучук. Это достигается следующим образом. Дивинил и стирол смешиваются с водой, в которой растворено некоторое количество специального мыла — некаля. Этот химикат дает возможность сохранять оба продукта в виде эмульсии, то есть в равномерно смешанном состоянии. Не будь некаля, дивинил и стирол мгновенно всплыли бы наверх.
Полимеризация дивинила и стирола ведется под действием специальных возбудителей. В полученный латекс добавляются уксусная кислота и хлористый кальций. Под их влиянием образуются твердые частички каучука — глобулы. Они укрупняются и выпадают. Эта смесь подается на лентоотливочные агрегаты, где происходит формирование каучука в виде ленты. После сушки ее сматывают в рулоны, упаковывают в мешки и отправляют потребителю. Таким образом, на заводе получают дивинилстирольные (морозостойкий и маслонаполненный) каучуки. Они состоят из длинных нитевидных молекул, как и молекулы натурального каучука. Вместе с тем каждый из них имеет свои особенности. Это чрезвычайно важно. Ведь гевее было все равно, прочна ли резина изготовленная, не разлагаются ли шланги от бензина и масла. Но человеку не все равно. Он старается придать синтетическому каучуку нужные свойства, которых нет у натурального.
Паспорт инструкция на секции СПНРТ и маты МНПО
Сравнение стоимостных характеристик системы "Теплый пол"
Порядок приемо сдаточных испытаний продукции
Паспорт-инструкция на секции СНКО, СНКД и маты МНКО, МНКД
Техническое описание кабеля и секций ПКФ КД Теплый Пол и Нагревательные Системы.
Области применения в различных отраслях промышленности.
Установка секций и матов в жилых/нежилых помещениях.
Области применения и выбор мощности электрического теплого пола
Установка систем обогрева в теплицах, футбольных/травяных, спортивных полях.
Отличия напольного отопления от радиаторного
Длительно допустимый ток для гибких кабелей и проводов с резиновой изоляцией
Таблица по выбору толщины теплоизоляции для системы обогрева трубопроводов
Электрический Теплый Пол. Расход Электроэнергии
Монтаж электрического теплого пола
Преимущества кабельной системы обогрева перед водяными системами.
Нагревательные кабели, секции и маты (описание и характеристики)
Синтетический каучук: история, классификация, примеры.
История появления телых полов.
Натуральный каучук. История открытия и применения.
Для строительных и электромонтажных организаций СКИДКА
Для дизайнеров и проектантов СКИДКА
Основателем первого в мире крупномасштабного производства синтетического каучука по праву считается русский ученый С.В. Лебедев, посвятивший проблеме полимеризации диенов значительную часть своей научной деятельности. Он впервые получил синтетический бутадиеновый каучук в 1910. А магистерская работа Лебедева, посвященная исследованию кинетики полимеризации дивинила (бутадиена-1,3) и его производных, в 1914 была награждена премией Российской Академии наук. К процессу полимеризации бутадиена Лебедев вернулся в 1932, когда правительство СССР объявило конкурс на разработку промышленного производства синтетического каучука. Лебедевым и его сотрудниками был успешно разработан недорогой и эффективный метод. В качестве катализатора полимеризации бутадиена было предложено использовать металлический натрий, и полимер, полученный по данному методу, носит название натрий-бутадиеновый каучук. Настоящей находкой был одностадийный способ получения бутадиена из этилового спирта на смешанном цинкалюминиевом катализаторе: 2CH3CH2OH 2H2O + CH2=CH-CH=CH2 + H2
В условиях аграрного в то время Советского Союза использование в качестве исходного продукта этанола, получаемого из растительного сырья, значительно удешевляло производство. Благодаря работам Лебедева промышленное широкомасштабное производство синтетического каучука начато в Советском Союзе в 1932 - впервые в мире (следующей была Германия, которая начала производить синтетический каучук только в 1936). Значение этого события трудно переоценить: возможность оснастить отечественную технику шинами собственного производства сыграла важную роль в победе над фашистской Германией. С 1932 и вплоть до 1990 СССР по объемам производства синтетического каучука занимал первое место в мире. И сегодня Россия сохраняет позиции экспортера мирового значения. На внутреннем рынке остается примерно половина продукции. Основными потребителями синтетического каучука являются шинные заводы, а около 40 процентов каучука идет на широкий ассортимент резинотехнических изделий (более 50 000), среди которых наиболее заметное место занимают технические изделия из мягкой резины, подошвы для обуви, ленточные транспортеры, разнообразные трубы и шланги всех видов, электроизоляция, герметики, клеи, краски на латексной основе и т.д.
Синтетические каучуки. Классификация, получение и применение.
Сейчас производится широкий ассортимент синтетических каучуков, различных по составу и потребительским свойствам. Обычно каучуки классифицируют и называют по названию мономеров, использованных для их получения (изопреновые, бутадиеновые каучуки), или по характерной группе атомов, входящих в их состав (полисульфидные, кремнийорганические и т.д.). Основным методом получения синтетических каучуков является полимеризация диенов и алкенов. Наиболее широко в качестве мономеров для производства каучуков используются бутадиен, изопрен, стирол, хлоропрен, изобутен, этилен, акрилонитрил и др. Полисульфидные, полиуретановые и некоторые другие каучуки синтезируют с помощью реакции поликонденсации. По областям применения их принято разделять на каучуки общего и специального назначения.
Каучуки общего назначения обладают комплексом свойств, позволяющим применять их для производства широкого круга изделий, для которых необходимо основное свойство резин - высокая эластичность при обычных температурах (шины, транспортёрные ленты, обувь и др.). Каучуки специального назначения должны обладать свойствами, обеспечивающими работоспособность изделий в специфических, часто экстремальных условиях: стойкостью к действию растворителей, масел, кислорода, озона, тепло-и морозостойкостью (т. е. способностью сохранять высокую эластичность в широком диапазоне температур) и др. специфическими свойствами. Существуют особые группы синтетических каучуков, такие, как водные дисперсии каучуков - латексы; жидкие каучуки - отверждающиеся олигомеры; наполненные каучуки - смеси каучука с наполнителями или пластификаторами.
Примеры некоторых синтетических каучуков.
Среди каучуков общего назначения по-прежнему широко распространены бутадиеновые СКД (стереорегулярный 1,4-цис-полибутадиен)
(1,4-цис-полиизопрен) каучуки. Они обладают высокой прочностью, эластичностью, износостойкостью и невысокой стоимостью, что обуславливает их широкое применение в производстве разнообразных резиновых изделий. Для модификации потребительских свойств каучуков широко используют сополимеризацию - диен полимеризуют с добавлением какого-либо алкена. Такой полимер состоит из элементарных звеньев двух различных типов. Таким сополимером является еще один распространенный СК - бутадиенстирольный каучук (СКС), который применяется не только при производстве резиновых изделий, но также является основой строительного латекса и латексно-эмульсионных красок.
Бутилкаучук (БК) - сополимер 2-метилпропена с небольшим количеством изопрена - относится уже к каучукам специального назначения, т.к. обладает высокой стойкостью к различным воздействиям, поэтому его используют для электроизоляции, антикоррозионных и теплостойких покрытий.
Обладают высокой масло-, бензо-, озоностойкостью. С высокой масло-, бензо- и теплостойкостью связано также и применение бутадиенакрилонитрильного (СКН) каучука.
Высокая прочность при растяжении и стойкость к различным воздействиям полиуретанов обуславливает их разнообразное применение - от искусственной кожи для производства обуви до изготовления износостойких покрытий, клеев и герметиков.
Кремнийорганические каучуки - полиорганосилоксаны - кроме тепло- и морозостойкости и высоких электроизоляционных свойств обладают также физиологической инертностью, что обуславливает их применение в изделиях пищевого и медицинского назначения
Из прорезиненной ткани делали одежду, головные уборы, крыши фургонов и домов. Однако у подобных изделий был один недостаток – узкий температурный диапазон эластичности каучука. В холодную погоду такая ткань твердела и могла потрескаться, а в теплую, наоборот, размягчаясь, превращалась в зловонную липкую массу. И если одежду можно было убрать в прохладное место, то обладателям крыш из прорезиненной ткани приходилось мириться с неприятными запахами. Таким образом, увлечение новым материалом быстро прошло. А жаркие летние дни приносили разорение компаниям, наладившим производство резины, поскольку вся их продукция превращалась в дурно пахнущие кисели. И мир вновь на несколько лет забыл про каучук и все связанное с ним.
Пережить второе рождение резиновым изделиям помог случай. Живший в Америке Чарльз Нельсон Гудьир всегда верил, что каучук способен превратиться в хороший материал. Он вынашивал эту идею много лет, упорно смешивая его со всем, что попадалось под руку: с песком, с солью, даже с перцем. В 1939-ом году, потратив все свои сбережения и задолжав более 35 тысяч долларов, он добился успеха.
Ходит легенда, что открытый им химический процесс, получивший название вулканизации, появился благодаря забытому на печке куску плаща макинтоша. Так или иначе, но именно атомы серы объединили молекулярные цепи натурального каучука, превратив его в тепло- и морозоустойчивый, эластичный материал. Именно его и принято сегодня называть резиной. История этого упорного человека имеет счастливый конец, он продал патент на изобретение и оплатил все свои долги.
Вскоре разнообразные резиновые изделия завоевали весь мир. Из каучука изготавливались транспортерные ленты конвейеров, всевозможные приводные ремни, обувь, гибкая электроизоляция, бельевые резинки, детские воздушные шары, амортизаторы, уплотняющие прокладки, шланги и многое-многое другое. Другого похожего на каучук продукта просто не существует. Он обладает изоляционными свойствами, водонепроницаем, гибок, может растягиваться и сжиматься. При этом прочен, крепок, легко обрабатывается и устойчив к истиранию. Наследие индейцев оказалось куда более ценным, чем всё золото знаменитого Эльдорадо. Без резины невозможно представить всю нашу техническую цивилизацию.
Основное применение новый материал получил с открытием и распространением сначала резиновых экипажных, а потом уже автомобильных шин. Несмотря на то, что экипажи с шинами из металла были очень неудобны и издавали страшный шум и тряску, новое изобретение было встречено неохотно. В Америке даже запретили экипажи на массивных цельнолитых шинах, поскольку они слыли очень опасными из-за невозможности шумом предупредить прохожих о близости транспортного средства.
В России подобные конные экипажи тоже вызывали недовольство. Основная проблема крылась в том, что они зачастую обливали грязью не успевших отскочить пешеходов. Московским властям пришлось выпустить специальный закон об оснащении экипажей с резиновыми шинами особыми номерными знаками. Это делалось для того, чтобы горожане могли заметить и привлечь своих обидчиков к ответственности.
Производство каучука выросло во много раз, но потребность в нем продолжала расти. Около ста лет ученые люди по всему миру искали способ научиться изготавливать его химическим путем. Постепенно обнаружилось, что натуральный каучук представляет собой смешение нескольких веществ, но 90 процентов его массы представляет собой углеводород полиизопрен. Подобные вещества относятся к группе полимеров – высокомолекулярных продуктов, образующихся соединением очень многих, одинаковых молекул гораздо более простых веществ, называющихся мономерами. В случае каучука – это были молекулы изопрена. При благоприятных условиях молекулы-мономеры соединялись между собой в длинные, гибкие ниточки-цепи. Подобная реакция возникновения полимера получила название полимеризации. Остальные десять процентов в каучуке составили смолоподобные минеральные и белковые вещества. Без них полиизопрен становился очень неустойчивым, теряя на воздухе свои ценные свойства эластичности и прочности. Таким образом, чтобы научиться получать искусственный каучук, ученым было необходимо решить три вещи: синтезировать изопрен, полимеризовать его и защитить от разложения полученный каучук. Каждая из этих задач оказалась чрезвычайно сложна. В 1860-ом году английский химик Вильямс получил изопрен из каучука, который представлял собой бесцветную жидкость со специфичным запахом. В 1879-ом году француз Густав Бушард, нагрел изопрен и с помощью соляной кислоты смог осуществить обратную реакцию — получить каучук. В 1884-ом году британский ученый Тилден выделил изопрен, разложив скипидар в ходе нагрева. Несмотря на то, что каждый из этих людей внес свой вклад в изучение каучука, тайна его изготовления осталась неразгаданной в XIX-ом веке, потому что все обнаруженные способы были непригодны для промышленного изготовления вследствие малого выхода изопрена, дороговизны сырья, сложности технических процессов и ряда других факторов.
В начале двадцатого века исследователи задумались, а действительно ли изопрен нужен для изготовления каучука? Существует ли способ получить из других углеводородов необходимую макромолекулу? В 1901-ом году русский ученый Кондаков обнаружил, что диметилбутадиен, оставленный на год в темноте, превращается в каучукоподобное вещество. Этот способ позже использовала во время Первой мировой войны Германия, отрезанная от всех источников. Синтетический каучук получался очень плохого качества, процесс изготовления был очень сложен, а цена непомерно высока. После войны подобный метил-каучук нигде и никогда больше не производился. В 1914-ом году ученые-исследователи Мэтьюс и Стрендж из Англии получили очень неплохой каучук из дивинила используя металлический натрий. Но дальше опытов в лаборатории их открытие не пошло, потому что не было понятно, как в свою очередь производить дивинил. Также они не сумели создать установку для синтеза в заводских условиях.
Сергей Васильевич Лебедев появился на свет 25 июля 1874-го года в семье священника в Люблине. Когда мальчику исполнилось семь лет, его отец умер, а мать была вынуждена перебраться с детьми к родителям в Варшаву. Учась в Варшавской гимназии, Сергей подружился с сыном знаменитого русского ученого-химика Вагнера. Часто бывая в их доме, Сергей слушал увлекательные рассказы профессора о своих коллегах-друзьях Менделееве, Бутлерове, Меншуткине, а также о таинственной науке, занимающейся превращением веществ. В 1895-ом году, успешно окончив гимназию, Сергей поступил на физико-математический факультет Петербургского университета. Все свободное время молодой юноша проводил в доме Марии Остроумовой, являвшейся сестрой его матери. У нее было шестеро детей, но особенно Сергея интересовала кузина Анна. Она была многообещающим художником, училась у Ильи Репина. Когда молодые люди поняли, что их чувства далеки от родственных, то решили обручиться. В 1899-ом году Лебедев был арестован за участие в студенческих беспорядках и выслан на год из столицы. Однако это не помешало ему в 1900-ом блестяще закончить университет. Во время русско-японской войны Сергей Васильевич был призван в армию, а вернувшись в 1906-ом, всецело посвятил себя исследованиям. Он целые дни жил в лаборатории, соорудив себе ложе из хранящихся на случай пожара одеял. Анна Петровна Остроумова несколько раз обнаруживала Сергея в больнице, лечащегося от ожогов, полученных в результате опасных экспериментов, которые химик проводил всегда сам. Уже в конце 1909-го года он, работая практически один, сумел добиться впечатляющих результатов, продемонстрировав коллегам каучукоподобный полимер дивинила.
Сергей Васильевич Лебедев прекрасно представлял себе все трудности производства синтетического каучука, однако решил принять участие в конкурсе. Время было трудное, Лебедев возглавлял в Ленинградском университете кафедру общей химии, поэтому трудиться приходилось по вечерам, выходным дням и совершенно безвозмездно. К счастью несколько студентов решили помочь ему. Чтобы успеть к сроку, все работали с большим напряжением. Сложные эксперименты проводили в самых плохих условиях. Участники этого предприятия позже вспоминали, что абсолютно ничего не хватало и приходилось делать или находить самостоятельно. Например, лед для охлаждения химических процессов все вместе кололи на Неве. Лебедев помимо своей специальности освоил профессии стеклодува, слесаря и электромонтера. И все-таки дело двигалось. Благодаря предыдущим многолетним исследованиям Сергей Васильевич сразу отказался от экспериментов с изопреном и остановился на дивиниле в качестве исходного продукта. В качестве легкодоступного сырья для производства дивинила Лебедев попробовал нефть, но потом все же остановился на спирте. Спирт оказался самым реальным начальным сырьем. Основная проблема реакции разложения этилового спирта на дивинил, водород и воду состояла в отсутствии подходящего катализатора. Сергей Васильевич предположил, что им может являться одна из природных глин. В 1927-ом году, проводя отпуск на Кавказе, он постоянно искал и изучал образцы глин. Нужную он отыскал на Коктебеле. Реакция в присутствии найденной им глины дала отличный результат, и в конце 1927-го года был получен дивинил из спирта.
Полимеризацию дивинила Лебедев проводил по способу британских исследователей с присутствием металлического натрия. На конечном этапе полученный каучук смешивали с магнезией, каолином, сажей и некоторыми другими компонентами для предохранения от распада. Поскольку готовый продукт получался в мизерных количествах – пара грамм в сутки – работы шли почти до последних дней конкурса. В конце декабря синтез двух килограммов каучука был окончен, и его отправили в столицу.
Событие имело огромное значение для советской промышленности, позволив уменьшить потребление натуральных каучуков. Также синтетический продукт обладал новыми свойствами, например, стойкостью к бензину и маслам. Сергею Васильевичу было поручено продолжить исследования и изготовить промышленный способ производства каучука. Снова началась тяжелая работа. Однако теперь возможностей у Лебедева было хоть отбавляй. Понимая всю важность работ, правительство дало все нужное. В Ленинградском университете создали лабораторию синтетического каучука. За год в ней была построена экспериментальная установка, производившая по два-три килограмма каучука в сутки. В конце 1929-го года технология заводского процесса было закончена, а в феврале 1930-го в Ленинграде началось строительство первого завода. Заводская лаборатория, оборудованная по распоряжениям Лебедева, являлась настоящим научным центром синтетического каучука и одновременно одной из лучших химлабораторий того времени. Здесь прославившийся химик позже сформулировал правила, позволявшие его последователям правильно определять вещества для синтеза. Кроме этого, Лебедев имел право подбирать себе любых специалистов. По возникавшим вопросам он обращаться лично к Кирову. Постройка опытного завода было закончена в январе 1931-го года, а в феврале уже были получены первые дешевые 250 килограмм синтетического каучука. В этом же году Лебедева наградили орденом Ленина и избрали в Академию наук. Вскоре было заложено строительство еще трех заводов-гигантов по единому проекту – в Ефремове, Ярославле и Воронеже. А перед войной появился завод и в Казани. Мощность каждого из них составляла десять тысяч тонн каучука в год. Их строили возле мест, где производился спирт. Сырьем для спирта изначально служили пищевые продукты, в основном картофель. На одну тонну спирта требовалось двенадцать тонн картофеля, а для изготовления шины для автомобиля в то время уходило около пятисот килограммов картошки. Заводы объявили комсомольскими стройками и сооружали с ошеломительной быстротой. В 1932-ом первый каучук дал Ярославский завод. Изначально в производственных условиях синтез дивинила проходил с трудом. Требовалась наладка оборудования, поэтому Лебедев вместе со своими сотрудниками отправился сначала в Ярославль, а потом в Воронеж и Ефремов. Весной 1934-го года в Ефремове Лебедев подхватил сыпной тиф. Он умер вскоре после возвращения домой на шестидесятом году жизни. Его тело было похоронено в Александро-Невской лавре.
Однако дело, которому он дал такое значимое основание, развивалось. В 1934-ом году Советский Союз выпустил одиннадцать тысяч тонн искусственного каучука, в 1935-ом – двадцать пять тысяч, а в 1936-ом – сорок тысяч. Сложнейшая научная и техническая задача была успешно разрешена. Возможность оборудовать автотехнику шинами отечественного производства сыграла немаловажную роль в победе над фашизмом.
На втором месте по производству синтетических каучуков в то время были немцы, которые активно готовились к войне. Их производство было налажено на заводе в городе Шкопау, который СССР после победы по условиям репараций вывез в Воронеж. Третьим производителем стали Соединенные Штаты Америки после потери в начале 1942-го года рынков природных каучуков. Японцы захватили Индокитай, Нидерландскую Индию и Малайю, где добывалось более 90 процентов натурального продукта. После вступления Америки во Вторую Мировую продажа им была приостановлена, в ответ правительство США менее чем за три года построила 51 завод.
Наука также не стояла на месте. Совершенствовались способы изготовления и сырьевая база. Синтетические каучуки по применению разделились на общие и специальные со специфическими свойствами. Возникли особые группы искусственных каучуков вроде латексов, отверждающихся олигомеров, пластификаторных смесей. К концу прошлого века мировое производство этой продукции достигло двенадцати миллионов тонн в год, производимой в двадцати девяти странах. Вплоть до 1990-го года наша страна удерживала первое место по объемам производства синтетического каучука. Половина произведенных в СССР искусственных каучуков шла на экспорт. Однако после развала Советского Союза ситуация изменилась в корне. С лидирующих позиций наша страна попала сначала в число отстающих, а потом опустилась до категории догоняющих. В последние годы наблюдается улучшение ситуации в этой отрасли промышленности. Доля России на мировом рынке производства синтетического каучука сегодня составляет девять процентов.
Сначала каучук был только природным – высокомолекулярный углеводород (C5H8)n, цис-полимер изопрена, который содержится в млечном соке (латексе) растений гевеи, кок-сагыза (многолетнего травянистого растения рода одуванчиков) и других каучуконосных растений. Впервые образцы каучука, а также изделия из него, взятые у туземцев, доставил из Южной Америки (Эквадора) во Францию почетный член Петербургской Академии наук Шарль Мари де ла Кондамин в 1735 г. Сразу после этого события одновременно в нескольких странах ученые и исследователи начали работать с этим природным материалом. Постепенно ученые сами научились выделять каучук, растворять и перерабатывать его.
В 1823 г. английский фабрикант из Глазго Карл Макинтош организовал производство непромокаемых тканей для изготовления плащей, накидок и т.д., пропитывая обычные ткани раствором каучука.
В 1832 г. Людерсдорф и Гудьир независимо друг от друга получили не липкую, прочную и упругую резину путём нагревания смеси каучука с серой. Это химическое открытие вызвало переворот в технике и послужило мощным толчком к развитию массового производства резиновых изделий.
С этого времени натуральный каучук находил все более широкое применение. Однако его стоимость была довольно высока. Цена одной шины для легкового автомобиля составляла около 50 долларов, а большого автомобиля – более 100. К тому же качество натурального каучука было нестандартным.
В промышленных масштабах натуральный каучук до сих пор производится в Индонезии, Малайзии, Вьетнаме и Таиланде. Более 60 % добываемого в настоящее время натурального каучука используется для изготовления автомобильных шин.
Учеными разных стран были предприняты попытки заменить натуральный каучук синтетическим продуктом. В 1826 г. английский ученый Майкл Фарадей указал на углеводородную природу каучука.
В 1860 г. Вильямс выделил из каучука низкомолекулярный продукт С5Н8, который назвал изопреном, и установил его способность к полимеризации с образованием эластичного твердого вещества.
В 1884 г. Тильден получил изопрен из скипидара и обнаружил, что для получения синтетического каучука может быть использована склонность изопрена к наращиванию цепи.
Целым рядом ученых: Бушарду во Франции, Тильдену в Англии, Валлаху в Германии – удалось путем нагревания изопрена получить каучукоподобные продукты. Ряд научных работ и открытий, имеющих прямое отношение к проблеме получения синтетического каучука, принадлежит выдающимся русским химикам А. М. Бутлерову, А. М. Зайцеву, В. В. Марковникову.
Предпосылками создания синтетического каучука в 1885–1888 гг.. можно считать работы русского химика И. Л. Кондакова, который получил изопрен путем отщепления хлористого водорода от непредельного монохлорида и описал его строение, а также осуществил самопроизвольную полимеризацию 2,3-диметилбутадиена. Но до Кондакова И.Л. в 1863 г дивинил из сивушного масла был получен французским химиком Е. Кавенту.
Новую страницу в области синтеза дивинила открыл также русский химик – В. Н. Ипатьев в 1903 году, он осуществил синтез дивинила из этилового спирта. Честь первого промышленного способа синтеза синтетического каучука по праву принадлежит российским учёным – А. М. Бутлерову, А. Е. Фаворскому и их ученикам, и, в первую очередь, С.В. Лебедеву.
В 1909 г. на заседании отделения химии Русского физико-химического общества с докладом выступил молодой ученый – Сергей Васильевич Лебедев. Никому в то время не известный ученик А.Е. Фаворского впервые представил научной общественности каучукоподобный полимер дивинила – бутадиен, аналог изопрена. Дивинил оказался более доступным продуктом, чем изопрен. Именно на базе этого полимера и возникла впоследствии крупная промышленность синтетического каучука.
В декабре 1911 г. на одном из заседаний II Менделеевского съезда И. И. Остромысленский выступил с докладом о новом способе получения дивинила из спирта. В 1913 – 1915 гг. к этим работам были привлечены Б. В. Бызов, ученик А. Е. Фаворского, и Ю. С. Залькинд.
Следует упомянуть, что во время первой мировой войны в Германии выпускался в промышленных масштабах каучукоподобный полимер – 2,3 диметил-бутадиен-1,3. Но этот метилкаучук был настолько низкого качества, что сразу после окончания войны его производство было прекращено и больше не возобновлялось. В то же время, предложенный Лебедевым С.В. полибутадиеновый каучук и в настоящее время является во всем мире одним из важнейших промышленных каучуков.
В 1926 году Высший совет народного хозяйства СССР объявляет Международный конкурс на разработку промышленного получения синтетического каучука. Кроме описания способа, требовалось представить два килограмма синтетического каучука и разработанную схему его заводского получения. Сырьё для технологического процесса должно было быть доступным и дешёвым. Полученный каучук должен был не уступать натуральному каучуку по качеству и не быть более дорогим. По итогам конкурса лучшим был признан разработанный в 1926–1927 годах С.В. Лебедевым с группой сотрудников метод получения натрий-бутадиенового каучука из этилового спирта. А уже осенью 1928 года Лебедев С.В. представил в Главхимпром план работ, необходимых для составления проекта опытного завода.
В 1928–1931гг. Лебедев С.В. исследовал свойства натрий-бутадиенового каучука, нашёл для него активные наполнители и предложил рецептуру резиновых изделий из синтетического каучука.
В 1930 г. в Ленинграде был построен Опытный завод, на котором в 1931 году был получен первый блок синтетического каучука весом 260 килограммов. Таким образом, 15 февраля 1931 г. на опытном заводе в Ленинграде была получена первая крупная партия синтетического каучука по методу С. В. Лебедева. Этот день по праву считается днем рождения промышленности синтетического каучука не только в России, но и во всем мире.
В 1932 году были введены в эксплуатацию два завода по производству синтетического каучука в г. Ярославле и в г. Воронеже. В 1933 г. был пущен завод в г. Ефремове, а в 1936 г. – в Казани. Сырьем для получения дивинила служил этиловый спирт. Заслуга С.В. Лебедева заключалась и в том, что ему и его сотрудникам удалось разработать промышленный катализатор одностадийного получения дивинила из спирта с хорошим выходом.
После выхода первых советских заводов синтетического каучука на промышленный режим работы Лебедев С.В. скоропостижно скончался: он умер 2 мая 1934 г. от сыпного тифа.
Наряду с крупнотоннажными каучуками на основе полидиенов в настоящее время имеется широкий ассортимент каучуков разнообразного химического строения с широким спектром свойств. По производству стереорегулярного изопренового каучука, наиболее приближающегося по свойствам к натуральному каучуку. Россия занимает первое место в мире.
1. Волков В.А., Вонский Е.В., Кузнецова Г.И. Выдающиеся химики мира. – М.: ВШ, 1991. – 656 с.
2. Синтетический каучук/ Под ред. И.В. Гармонова. – Л.: Химия. – 1976.– 752 с.
3. Евстратов В.Ф. Освоение синтетических каучуков в шинной промышленности. /Журнал всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева. – 1981.– Том XXIV.– № 3. – С. 247–252.
4. Кормер В.А.. Высоцкий З.З. К 60-летию промышленности СК в СССР и Всесоюзного научно-исследовательского института синтетического каучука имени академика С.В.Лебедева. / Каучук и резина. – 1991. – №1. – С.3–7.
Основные термины (генерируются автоматически): синтетический каучук, натуральный каучук, каучук, опытный завод, этиловый спирт, время, мировая война, Петербургский университет, россия, натрий-бутадиеновый каучук.
Читайте также: