| Головна » Статті » Хімія | [ Додати статтю ] |
Каучук
|
Вступ На початку ХХ ст. для швидкого розвитку таких галузей промисловості, як автомобільна, літакобудівна та інших, виникла настійна потреба значно збільшити виробництво каучуку, надати йому різноманітних властивостей – морозо- і теплостійкості, механічної міцності і т.д. Природний каучук далеко не у всіх випадках задовольняв ті вимоги, які ставила техніка. Тому перед ученими-хіміками постало питання про виробництво синтетичного каучука. Важлива роль в розробленні проблеми синтезу каучуку належить російським ученим О.М.Бутлєрову, О.Є.Фаворському, І.Л.Колдакову, С.В.Лєбєдєву, В.В.Бизову, М.Д.Зелінському та іншим, які вперше показали, що не тільки ізопрек, але й цілий ряд інших речовин мають здатність утворювати каучукоподібні речовини. Перші грами синтетичного каучуку добув у 1909 році С.В.Лєбєдєв в результаті полімерилізації бутадієну. Роботи С.В.Лєбєдєва мали винятково важливе значення, бо вони відкрили принципово новий шлях для промислового виробництва каучуку. Перші заводи синтетичного каучуку були пущені в СРСР в 1932 році. в капіталістичних країнах промислове виробництво синтетичного каучуку почалося значно пізніше (в Німеччині – в 1938, а в США тільки в 1942-1943 рр.). Отже, батьківщиною синтетичного каучуку є Радянський Союз. А 12 квітня 1960 року були одержані перші рулони синтетичного каучуку в Башкирстані, саме ця дата ввійшла в історію, як день його народження. Класифікація синтетичних каучуків Хімічна промисловість випускає на даний час 2 типи каучуків: загального (універсального) і спеціального призначення. Перший тип синтетичних каучуків використовують у виробництві автомобільних та авіаційних шин і багатьох гумових виробів. Каучуки спеціального призначення ідуть на виготовлення гумових виробів, що мають певні, специфічні властивості (морозо і теплостійкість, стійкість проти дії органічних розчинників…) залежно від умов їх застосування. Щодо технології виготовлення синтетичні каучуки поділяють на ті, що утворюються в розчинах, в емульсії, в маслі, під впливом високотемпературної і низькотемпературної полімеризації, наповнені і ненаповнені каучуки та ін. проте, найчастіше каучуки класифікують залежно від вихідних продуктів (на основі яких добувають). Добування та застосування бутадієнових каучуків. Типовим представником бутадієнових каучуків є натрійбутадієновий каучук (СКБ). Як вихідний продукт для синтезу бутадієнових каучуків використовують бутадієнт – 1,3 або дивініл (СН2 = СН – СН = СН2). Це газ з температурою кипіння 4,50С. Бутадієн можна добути з етилового спирту і продуктів переробки нафти – з так званої – бутан-бутиленової фракції. Найважливіші промислові види каучуків Види полімерів Промислова назва каучуків Мономери, використані при синтезі каучуків Структурна формула мономеру Галузі застосування Полімери бутадієну Полібутадієнові Бутадієн СН2 = СН – СН = СН2 Каучук загального призначення Співполімери бутадієну та стиролу Бутадієнстирольні Бутадієн Стирол СН2 = СН – СН = СН2 С6Н5 – СН = СН2 Каучук загального призначення Співполімери бутадієну і метилстиролу Бутадієн-нетил стирольні Бутадієн Метилстирол СН2 = СН – СН = СН2 С6Н5 – СН = СН2 СН3 Каучук загального призначення Співполімери бутадієну і акрилонітрилу Бутадієн-нетрильні Бутадієн Акрилонітрил СН2 = СН – СН = СН2 СН2 = СН – СN Каучук спеціального призначення з підвищеною бензо- і маслостійкістю Полімери хлопрену Поліхлоропренові (Неопрени) Хлорпрен СН2 = ССІ – СН = СН2 Каучук спеціального призначення. Можливе застосування, як каучуків загального призначення. Полісульфін Полісульфідні (Тіоколи) 1,2 – дихлоретан Полісульфіднатрію СН2Cl - СНCl Na2SO4 Каучук спеціального призначення – бензо- і маслостійкості Силоксалові полімери Кремнійкаучуки Діалкіксиладіол R HO – Si – OH R Каучук спеціального призначення підвищеної термостійкості Полімери ізопрену Поліізопренові ізопрен СН2 = С = СН = СН2 СН3 Каучук загального призначення У промисловості бутадієн добувають з етилового сприту за методом С.В. Лєбедєва. 2СН3 – СН2ОН → СН2 = СН – СН = СН2 +Н2 = 2Н2О У цьому процесі одночасно відбуваються дегідратація і дегідрогенізація етилового сприту. Реакція відбувається під час пропускання пари, етилового сприту над спеціальними каталізаторами. Найдешевшим і найперспективнішим є добування бутадієну з газів крекінгу наортибутану і бутилену. Основоположником добування бутадієну з нафти є Б.В. Бизов. Бутадієн добувають з бутану і бутилену методом каталітичного дегідрування. При дегідруванні бутану процес проходить за дві стадії: спочатку утворюються бутилени, а при дальшому дегідруванні бутиленів – бутадієн. На першій стадії реакція проходить при температурі 550-6000С в присутності каталізатора – окису хрому, нанесеного на окис амолінію. Як активатор застосовують КОН. На другій стадії дегідрування бутиленів у бутадієн проходить при температурі 600-6500С в присутності каталізаторів Fe2O3 i G2O3 і активатора – К2О.Водень, що виділяється під час дегідрування бутану, є цінним продуктом для синтезу аміаку. Бутадієн можна добувати також з ацетилену. Є два способи добування, бутадієну з ацетилену: 1) перетворення сустилену в оцтовий альдегід (за редакцією Кучерова), який далі піддають конденсації (за реакцією Бородіна) з утворенням альдомо. Альдоль потім піддають гідруванню до утворення будандіолу, з якого в результаті відщеплення води утворюється бутадієн: 2) в результаті взаємодії ацителен з муралленим альдегідом (за методом Репе) з утворенням бутин – 2 – діолу – 1,4, який при гідруванні перетворюється в бутандіол – 1,4. При дегідратації бутандіолу утворюється тетрагідрофуран, який в процесі дальшої дегідратації перетворюється в бутадієн: 3) Полібутадієн добувають за методом С.В. Лєбедєва на основі полімеризації бутадієну, яку проводять в присутності металічного натрію, як каталізатор, при температурі 40-600С і тиску 6-8 ат. Таким способом добувають натрійбутадієновий каучук. залежно від способу полімеризації натрійбутадієновий каучук поділяють на: а) стержневий, який добувають полімеризацію бутадієну в рідкій фазі; б) безстержневий, який добувають полімеризацію бутадієну в газовій фазі. Важливого значення в промисловості набуває тепер добування полібутадієну методом емульсійної радикальної полімеризації бутадієну. Радикальну полімеризацію проводять в присутності перекислих ініціаторів або діазосполук. Натрійбутадієновий каучук є каучуком загального призначення і в значній мірі використовується у виробництві пневматичних і масивних шин, різних гумово-технічних м’яких та совнітових виробів. Крім каучуків загального призначення, є каучуки спеціального типу – СКБМ; СКБВ. Каучук СКБМ порівняно з СКБ має значно більшу еластичність, підвищену морозостійкість. Його використовують для виробництва шин, транспортних стрічок, кабеля та інших виробів, призначених для роботи при низьких температурах. Дефектами бутадієнових каучуків, зокрема СКБ є відносно низькі: пластичність, міцність, морозостійкість і мала клейкість. Щоб усунути ці дефекти і створити полімери з новими цінними властивостями, добувають і застосовують співполімери бутадієну. Добування та застосування бутадієн-стирольних каучуків (СКС). Бутадієн-стирольні каучуки добувають в результаті спільної полімеризації бутадієну з стиролом або -метилстиролом: реакцію співполімеризації ведуть в емульсії “гарячим” або “холодним” способом, тобто при температурі відповідно 500С і 50С. Як емульгатори використовують натрієві солі бутилнафталінсульфокислот (НЕКАЛІ) і натрієві солі вищих жирних кислот (мила). Для виділення каучуку, з емульсії (латексу) додають такі коагулетори, як хлориди натрію, кальцію, оцтову кислоту. Каучуки, добуті від полімеризації при температурі +50С, мають значно кращі фізико-механічні властивості (термостійкі, стійкіші проти стирання), бо вони мають однорідну структуру ланцюга макромолекул. На даний час в промислових масштабах значну кількість як бутадієн-стирольних каучуків, так і бутадієн-мителстирольних (СКМС). Є такі марки каучуків, як СКС – 10, СКС – 30, СКМС – 30, СКС – 50 та інші. Цифрам в позначенні марок каучуків показують вміст стиролу або -метилстиролу в 100 вагових частинок полімеру. Для поліпшення фізикомеханічних властивостей бутадієн-стирольних каучуків використовують синтез потрійних співполімерів бутадієну і стиролу з невеликою кількістю (0,5-1,5%) метакрилової кислоти. Гума, виготовлена на основі таких каучуків краще зв’язується з текстильним волокном, стійка проти розстіскування при багаторазових деформаціях і теплостійкіша. Бутадієн-стирольні каучуки є каучуками загального призначення, які в багатьох галузях техніки можуть замінити натуральний каучук. на основі бутадієн-стирольних каучуків виготовляють покришки і камери для автомашин, літаків, транспортерні стрічки, різні технічні вироби, ебоніт та ін. Каучуки і СКМС-10 головним чином використовують для виготовлення морозостійких гумових виробів. Каучуки СКС-50 і СКМС-50 широко використовують для різних еболітових виробів і виробництва мікропористої гуми. Технології виготовлення та застосування синтетичних ізопренових каучуків. Синтетичний ізопреновий каучук (СКІ) синтезований у 1950 р. А.Л. Коротковим в результаті каталітичної полімеризації ізопрену. Вихідний продукт для синтезу каучуку-ізопрен, який можна добути із ізопентану, ізомілену, ацетону, ацетилену, ізобутилену і мурашиного альдегіду, а також піролізам терпенових вуглеводів. Добування ізопрену з ізопеитану з ізоаміленів можна зобразити такою схемою: Значну кількість ізопентану добувають з попутного газу каталітичною ізомеризацією н-пентану, а також при реатифікації бензину. Каталітичне дегідрування пентану проходить в умовах, близьких до умов дегідрування к-бутану. Перспективним є процес дегідрування ізопентану за одну стадію і ізопентан–ізопрен.Ізопреновий каучук належить до типу каучуків загального призначення. Синтетичний ізопреновий каучук використовують в основному для заміни натурального каучуку, зокрема у виробництві багатошарових шин для вантажних автомашин. Він відзначається високими електроізоляційними властивостями, тому його можна застосувати і в електротехніці. Висновок Як нам відомо, недавні успіхи управління в розпродажі вуглеводних ресурсів були покликані в наступний раз обнадіяти населення республіки перспективами наступаючого нафтового процвітання. Та ціна на сиру нафту, що ми прекрасно знаємо, не є високими, а проблеми транспортування залишаються і інвестори не поспішають збагачувати республіканський бюджет. Та експорт нафти і енергоносіїв – не єдиний спосіб країни. Глибока переробка нафти могла б значно розширити експортний потенціал республіки. Одним із продуктів такої переробки являється синтетичний каучук. в даний час цей ринок контролює вузький круг компаній, таких як Bayer AG, Nippon Zeon i Shell Chemical. В загальному, каучук використовується досить давно. Спочатку, це був натуральний каучук, який добувається із певних видів дерев. Пізніше із розвитком технічних технологій, почалося виробництво синтетичного каучука, який в даний час, як ми побачили по вище сказаному переважає по великій кількості параметрів натуральний. Область використання цього матеріалу досить широка. Це автомобільна і авіаційна промисловість, де із нього виробляють ризину для покришок, камер та шланги. Крім цього каучук, застосовуються в нафтодобувній і взагалі буровій техніці для виготовлення рукавів, трубопроводів в кабельній промисловості та машинобудуванні – для різних з’єднувачів і покриття і навіть в аерокосмічній та атомній галузях використовуються каучуки, володіючи високою стійкістю до дії високих температур і радіації. Для надання каучуку особливих якостей використовується процес гідрування і різні добавки – каталізатори. При цьому ціна його різко зростає: якщо звичайний каучук коштує близько 2 тис. доларів за тону, то модернізований – від 24 тис. доларів до 35 тисяч доларів. Об’єми його виробництва невеликі, що дозволяє виробникам стримувати високі ціни. Крім цього їх монопільний стан на ринку підтримується патентами на виробничі процеси і рецептуру. Література. [1] Г.А.Блох, Е.Н.Геверовська, Е.К.Лотакова, В.Н.Рейх, Н.А.Щаслива “Хімія і хімічна технологія” №4, К., 1973; 627-628 с. [2] Бойко “Хімія полімерів” – К., 58-69 с. [3] Д.П.Ємельянов, Н.Л.Сергієва, А.А.Капустіна, “Виробництво шин і РТІ і АІІ”, 1967. №3 с. 244 [4] М.М.Фамічева, М.П.Грінблат, Е.А.Суворова, Т.Г.Романих, Л.І.Дубовик, А.Є.Калаус “Властивості акрилатних каучуків і умови їх одержання”. Ленінград, 1970. С.-52 [5] “Енциклопедія з хімії” Т.-2, с.-387 | |
| Переглядів: 523 | |
| Всього коментарів: 0 | |