Синтетические каучуки история многообразие и перспективы реферат
Обновлено: 05.07.2024
Каучук – это вещество, которое обладает электроизоляцией, водонепроницаемостью и эластичностью. Выделяют следующие виды – это природный и синтетический каучук. Рассмотрим более подробно каждый из них.
Природный каучук. Он представляет высокомолекулярный углеводород. Содержание велико в латексе гевеи, одуванчике и других растениях. Он имеет свойство растворения в углеводородах, бензоле, бензине, хлороформе и других его производных. Природный каучук не растворяется и не увеличивается в воде и спирте. При средней температуры в комнате происходит окислительная деструкция, в ходе которой происходит соединение с кислородом и старение каучука. В результате снижается упругость материала. При высоких температурных режимах природный каучук разваливается. Начинают образовываться низкомолекулярные углеводороды. Эластичным становится благодаря взаимодействию с органическими пероксидами. В сыром виде очень редко используют природный (натуральный) каучук, в основном его переделывают в резину. Расширенное промышленное производство налажено в Индонезии и Вьетнаме.
Второй вид каучука – синтетический. Его промышленное название – полибутадиеновый. Получают путем полимеризации. Главное свойство синтетического каучука –высокая клейкость. Самые стойкие каучуки к растворителям, маслам, действию топлива и солнечному свету называют – гетеро атомами. Но вот механические свойства низкие. Первые каучуки начали выпускать в СССР. Синтетический каучук делят на следующие типы: бутадиеновый, изопреновый, бутилкаучук, хлопреновый, фторкаучуки, тиоколы и другие. Применяют каучук в авиации для изготовления шин. Так же из синтетического каучука производят специальные резиновые покрытия, у которых разные уплотнения. Их применяют в промышленности для вентиляционной, вакуумной, гидравлической и санитарной техники. Так же для используют в медицинской технике. Но стоит помнить что каучук является легко воспламеняемым и горючим материалом. Поэтому в ракетной технике производят твердое горючее топливо.
В настоящее время каучук получил широкое применение. Хотя ранее иго применение было достаточно скромным. Первоначальное его использование заключалось в стирании карандаша и очищение обоев.
Но позже, как только стал востребованным, даже произошла каучуковая лихорадка. Использование стало очень популярным.
В современной промышленности используется множество уникальных материалов, которые невозможно воспроизвести в любых условиях кроме как в природных самой природой. Такие материалы, как правило, очень ценятся и охраняются законом, так как если никто не будет контролировать добычу данного материала, то очень скоро он может попросту закончиться без возможности его воспроизводства, что делает вопрос об охране окружающей среды достаточно актуальным. Одним из таких материалов является каучук и каучуконосные деревья.
Каучук – это материал, из которого создаётся практически всё новое и инновационное в нашем мире, он применяется во всех отраслях, где есть электричество, так как служит изоляцией для проводов, в медицинских учреждениях, так как из него делают медицинские перчатки и прочую атрибутику, и ещё во множестве различных отраслях науки, промышленности, и техники.
Каучук был открыт человечеством очень и очень давно. Ещё древние окаменелые остатки говорят о том, что давним давно существовали деревья, которые имели сходство со своим современным родственником, и которые являлись его возможным прародителем, однако в то время люди даже не могли подумать о пользе каучука, так как добыть его, а тем более создать, было практически невозможно.
На данный момент каучук применяется во всех отраслях нашей жизнедеятельности и промышленности. Куда ни посмотри, везде используется каучук, и ведь правильно, резина сейчас используется везде, а резина создаётся из каучука, всё просто. Каучук используется везде, где только необходимы его свойства, и его свойствами являются:
- Износостойкость
- Водонепроницаемость
- Простота в создании
- Низкая электропроводимость
Однако даже у такого чудесного материала есть значительный ряд минусов, главный из которых – высочайшая неэкономичность. Хоть каучук и создаётся из природных материалов, но он всё равно после многочисленных обработок в процессе своего создания становится очень вредящим экологии продуктом. Период полураспада продуктов созданных на основе каучука, обычно превышает сотни лет, а некоторые доходят даже до тысячи.
Каучук
Интересные ответы
Африка – жаркая страна, но это совершенно не значит, что там обитает слишком мало животных. Наоборот, Африка заполнена различными экзотическими и опасными видами животных
Чтобы уметь находить дорогу в нужный момент, чувствовать себя уверенно даже в дебрях лесной чащи или попытаться пополнить свой багаж знаний интересным материалом, нужно безошибочно применять имеющиеся знания
В любой организации или учреждении есть бухгалтер. Это сердце рабочей жизни. Экономика – отношения людей. И бухгалтер будет существовать пока эти отношения есть в нашем мире.
Виктор Некрасов – советский писатель, являющийся лауреатом многих премий, входил в состав Академии искусств в Баварии. Биография Виктора Платоновича Некрасова началась 17 июня 1911
Разделы: Химия
Класс: 10
- Закрепить знания о химических свойствах диенов на примере реакции полимеризации. Познакомить учащихся с синтетическими и натуральными каучуками, их применением.
- Обучать учеников приемам сравнения и обобщения, умению высказывать свои суждения о свойствах веществ и о строении веществ по их свойствам.
- Использовать краеведческий материал при изучении предмета химии.
1. История открытия каучука
Каучуки … Откуда появилось это странное название?
История открытия, изучения и искусственного получения этого чудо-материала ярка и увлекательна.
Моряки второй экспедиции Колумба к берегам Америки, высадившиеся на острове Гаити в 1496 году, с удивлением наблюдали, как островитяне играли в мяч, который высоко подпрыгивал при ударе о землю. Жители Гаити делали свои мячи из каучука! Так назвали новый материал европейцы, прибавив одну букву к местному названию удивительного природного полимера. Мяч из каучука, подаренный Колумбом испанской королеве Изабелле Кастильской, долго служил развлечением ее двора.
Португальские мореплаватели привезли своему королю одежду, пропитанную каучуком. Короля, облаченного в нее, облили водой, но он (в буквальном смысле) вышел сухим из воды.
Участник астрономической экспедиции в Южную Америку Кондомин представил во Французскую Академию наук в 1739 году первое научное описание каучука, его свойств, способов добычи и обработки.
Известный английский химик Д.Пристли нашел каучуку первое применение, весьма важное для всех рисующих и пишущих: шарики и кубики из каучука прекрасно стирали надписи, сделанные карандашом.
2. Состав природного каучука
Состав каучука стал известен уже во второй половине XIX века. Французский химик Гюстав Бушарда в 1875 году выделил изопрен из продуктов термического разложения природного каучука, а также осуществил обратную полимеризацию: получил каучукоподобное вещество нагреванием изопрена и действием на него соляной кислоты (1879 год):
3. Вулканизация каучука
Промышленность изделий из каучука оказалась на краю гибели.
Однако вскоре стало все меняться. А началось с того, что американский изобретатель Чарльз Гудьир (1800–1860) неожиданно обнаружил интересное явление. Нагретый в присутствии серы каучук не размягчался, а приобретал высокую эластичность. Такой каучук легко деформировался под действием небольших нагрузок и легко восстанавливал свою форму после их снятия. Это произошло в 1839году, а в 1844 году изобретатель запатентовал полученный им вулканизированный каучук, который уже, собственно, не был обычным каучуком. Это был новый продукт – резина (от лат.resina – смола).
Превращение каучука в резину назвали вулканизацией, так как жар и сера – главные факторы отверждения каучука – согласно мифологии были атрибутами бога Вулкана…
Какова же химическая сущность процесса вулканизации?
При нагревании каучука с серой отдельные полимерные цепи сшиваются между собой за счет образования дисульфидных мостиков.
Резина содержит около 5% серы. Такой полимер имеет разветвленную пространственную структуру и менее эластичен, чем каучук, но обладает большей прочностью. Если содержание серы увеличить до 40% и выше, то такой каучук становится твердым, приобретая высокую прочность. Эта твердая резина называется эбонитом.
Лабораторная работа – изучение свойств каучука и резины (учащиеся заполняют таблицу).
Вывод: Каучук и резина – непредельные полимеры, резина эластичнее и прочнее каучука благодаря пространственной структуре.
4. Синтетический каучук
Благодаря своим свойствам резина завоевала всемирную популярность. Началась настоящая каучуковая лихорадка. Но необходимый для изготовления резины натуральный каучук был достаточно дорогим и дефицитным материалом. Единственными поставщиками этого ценного природного полимера были тропические страны – Бразилия, английские и французские колонии в Юго-Восточной Азии. Для получения 1000 тонн растительного полимера необходимо было обработать 3 млн. каучуконосных деревьев и затратить на это в течение года труд 5,5 тыс. человек. Да и сам натуральный каучук не всегда удовлетворял промышленность: он растворялся в масле, в нефтепродуктах, имел плохую термостойкость и быстро терял свои качества.
Так возникла необходимость в получении каучука синтетическим путем.
Известно, что впервые синтетический изопрен был получен в 1897 году русским химиком В.Н.Ипатьевым. Спустя несколько лет изопрен синтезировали и другие химики. Однако все это было сложно и дорого.
В 1926 году Высший совет народного хозяйства СССР объявил международный конкурс на лучший промышленный способ получения синтетического каучука (СК). Одержала победу советская наука: в 1931 г. На опытном заводе был получен первый синтетический каучук. Получен он был полимеризацией дивинила, который синтезировали из этилового спирта. Эту реакцию успешно осуществил академик С.В.Лебедев:
Первый в мире завод по производству дивинилового каучука был пущен в 1932 г. в Ярославле. Вскоре такие же заводы начали работать в Воронеже, Казани и Ефремове. Только через несколько лет подобные заводы начали строить в Германии, в США.
Тем не менее синтетическому каучуку никак не удавалось достичь качества натурального полимера. Причину этого удалось только в 40-х годах XX в. Дело оказалось в том, что в синтетическом каучуке элементарные звенья с цис-, трансконфигурацией расположены хаотически. Кроме того, полимеризация протекает не только как 1,4-, но и как 1,2-присоединение, в результате чего образуется полимер с разветвленной структурой.
Оказалось, что природный полимер имеет цисрасположение заместителей при двойной связи в более чем 97% элементарных звеньев. Это стереорегулярный полимер.
Впервые получить бутадиеновый каучук стереорегулярного строения удалось в 1957г. группе советских ученых под руководством академика Б.А.Долгоплоска (СКБ) и А.А.Короткова – синтез цис-изопренового каучука.
Эти каучуки по качеству не уступают натуральному, а в некоторых отношениях превосходят его. Это лучшие и наиболее перспективные каучуки общего назначения.
В технологическом процессе получения стереорегулярных каучуков участвуют три основных вещества – мономер, катализатор и растворитель. Растворитель (н-пентан, циклогексан, бензол) обеспечивает текучесть реакционной смеси. Катализатор (смесь триизобутил алюминия Al(CH2CH(CH3)CH3)3)– ТИБА с TiCl4 – в отношении 1:1) берут в количестве около 2% к весу мономера. Процесс проводится при 30–50° в течение 4–6 часов.
5. Значение каучука
В наше время трудно представить, что в конце 20-х гг. XX в. Потребление каучука на одного человека в год в нашей стране составляло около 50г, а один автомобиль приходился на три тысячи жителей. Жизнь современного человека трудно представить без резиновых изделий. Мир резины не только удивительный, но подчас и неожиданный.
В настоящее время химикам известно более 25 тыс. видов искусственных каучуков. Но промышленность освоила около сотни из них.
Самые главные каучуки представлены в таблице:
Каучуки общего назначения
| Название каучука, | Область применения |
| Бутадиеновый (дивиниловый) СКД |
Предприятие имеет прочные партнерские связи более чем со ста потребителями России: синтетические каучуки поставляются на шинные предприятия и заводы резинотехнических изделий.
Описание презентации по отдельным слайдам:
Составитель: Пиялкина И.Н., учитель химии МБОУ СОШ №37 города Белово
Индейцы делали такие мячи из белого сока гевеи, растущего на берегах Амазонки. Этот сок темнел и затвердевал на воздухе.
Сбор латекса из гевеи
Добытчик каучука, коагулирующий собранный латекс, сначала собирая его на палку, а затем удерживая ее над чаном с дымом
Макинтош В Англии британский химик и изобретатель Чарльз Макинтош (Charles Macintosh) предложил класть тонкий слой каучука между двумя слоями ткани и из этого материала шить водонепроницаемые плащи.
Галоши или сапоги хорошо служили в дождь, но стоило выглянуть и припечь солнцу, как они растягивались, начинали прилипать. В мороз же такая обувь становилась хрупкой как стекло
Схема строения природного каучука
Свойства При температуре жидкого воздуха –195°C он жёсткий и прозрачный; от 0 ° до 10 °C — хрупкий и уже непрозрачный, а при 20 °C — мягкий, упругий и полупрозрачный. При нагреве свыше 50 °C он становится пластичным и липким; при температуре 80°C натуральный каучук теряет эластичность; при 120 °C — превращается в смолоподобную жидкость, после застывания которой уже невозможно получить первоначальный продукт. Если поднять температуру до 200—250 °C, то каучук разлагается с образованием ряда газообразных и жидких продуктов.
Чарльз Гудьир в 1834 г. открыл процесс вулканизации резины.
Вулканизация В 1939 г.американец Чарльз Нельсон Гудьир обнаружил, что каучук-сырец, смешанный при нагревании с небольшим количеством серы, превращается в эластичную резину. В зависимости от содержания серы и состава наполнителей получают различные сорта резины, отвечающие любым требованиям: устойчивости к истиранию, к действию органических растворителей и других веществ. Уже при введении 0,15% серы каучук меняет свойства. Вообще же количество вводимой при вулканизации серы колеблется от 2 до 5%. Сущность вулканизации (нагревание с серой) заключается в образовании новых поперечных связей между полимерными цепями. При вулканизации серой мостики образуют дисульфидные группы, а при радикальной вулканизации появляются поперечные связи между полимерными цепями. Свойства синтетического каучука в значительной степени зависят от длины составляющих его молекулярных цепей.
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.
Синтетические каучуки представляют собой синтетические полимеры, способные перерабатываться в резину путем вулканизации. Составляют основную массу эластомеров. Поскольку натуральный каучук — полимер диенового углеводорода, то для получения синтетического каучука первоначально ученые также воспользовались диеновым углеводородом, только более простым и доступным — бутадиеном:
Сырьём для получения бутадиена служит этиловый спирт. Получение бутадиена основано на реакциях дегидрирования и дегидратации спирта. Эти реакции идут одновременно при пропускании паров спирта над смесью соответствующих катализаторов:
Бутадиен очищают от непрореагировавшего этилового спирта, многочисленных побочных продуктов и подвергают полимеризации.
Для того чтобы заставить молекулу мономера соединиться друг с другом, их необходимо предварительно возбудить, то есть привести их в такое состояние, когда они становятся способными, в результате раскрытия двойных связей, к взаимному присоединению. Это требует затраты определённого количества энергии или участия катализатора.
В качестве катализатора полимеризации 1,3-бутадиена первоначально был выбран металлический натрий (метод академика С.В. Лебедева). Для избирательного или, так называемого, стереоспецифического цис-1,4-присоединения в настоящее время используют металлорганические катализаторы (например, бутил-литий C4H9Li, катализаторы на основе комплексных соединений титана, кобальта, никеля, неодима).
Отличительной особенностью процесса полимеризации является то, что при этом молекулы исходного вещества или веществ соединяются между собой с образованием полимера, не выделяя при этом каких-либо других веществ.
Виды синтетических каучуков
Общепринятой считается классификация по областям применения:
1) каучуки общего назначения – применяемые в массовом производстве изделий, в которых реализуется основное свойство резины — эластичность (шины, транспортерные ленты, резиновая обувь и др.);
2) каучуки специального назначения – применяемые в производстве изделий, которые наряду с эластичностью должны обладать стойкостью к воздействию различных агентов (растворителей, кислот, щелочей и др.), тепло– и морозостойкостью или другими уникальными свойствами.
Все известные в настоящее время каучуки являются полимерами – высокомолекулярными соединениями с повторяющимися одной или несколькими структурными единицами (звеньями). Поведение и свойства каучуков определяются строением, химическим составом, молекулярной массой, взаимным расположением макромолекул.
Эластомеры специального назначения очень важны для резиновой промышленности. Они придают резинам уникальные свойства, которые не могут обеспечить каучуки общего назначения.
Рубрики: Каучуки
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.
Читайте также: