Искусственный каучук это: Синтетический каучук – Что такое Синтетический каучук?
alexxlab | 18.10.1995 | 0 | Разное
«Сделано в России: Синтетический каучук»
Стремясь найти способ производства искусственного каучука, С.В. Лебедев интуитивно пошел по пути подражания природе. Он изучая образцы природного каучука и пришел к выводу, что каучук — это полимер диенового углерода. В связи с этим для получения искусственного каучука он решил воспользоваться углеводородом из диеновой группы.
И все же искусственный каучук уступал натуральному по одной из
важнейших характеристик — эластичности. При изучении
пространственной структуры натурального каучука выяснилось, что
он имеет стереорегулярное строение: группы СН2 в макромолекулах
каучука держатся не хаотично, а по единую сторону двойной связи в
каждой цепи. Такое расположение и придает молекулам структуру,
обеспечивающую эластичность материала. Чтобы улучшить качество
каучука, С.В. Лебедев применил способ вулканизации, т.е. добавив
в каучук серу, подверг смесь нагреванию. В результате каучук стал
более мягким и приобрел пористую структуру.
Разработчик: Лебедев Сергей Васильевич
В настоящее время удалось получить катализаторы, которых не существовало при Лебедеве, и свойства каучука значительно улучшились. Решая проблему получения более дешевого и доступного каучука, С. В. Лебедев пришел к выводу, что для производства синтетического каучука следует использовать другое сырье. Ведь исходным веществом для производства бутадиена, из которого вырабатывался каучук, служил обычный этиловый спирт — этанол, образующийся в процессе брожения из зерновых культур и картофеля. Такой способ производства каучука обходился дорого. Поэтому С.В. Лебедев разрабатывал способ получения каучука из продуктов переработки нефти. В результате он получил жидкость молочно-белого цвета, столь же насыщенного, как и цвет древесного каучука.
В отличие от естественного каучука, который постепенно становится
густым, искусственный каучук нуждается в загустителях. Поэтому
С.В. Лебедев замешивал в один контейнер с белой жидкостью кислоту
и соляной раствор.
Первой страной, наладившей масштабное производство синтетического каучука, стал СССР.
В 1931 году был построен опытный завод в Ленинграде. 7 июля 1932 года был запущен первый промышленный завод по производству синтетического каучука — ярославский СК-1; в этот день была получена первая в мире промышленная партия синтетического (натрий-бутадиенового) каучука.
В 1932 году в СССР строились три крупных завода по производству синтетического каучука: СК-1 в Ярославле, СК-2 в Воронеже (запущен осенью 1932 года) и СК-3 в Ефремове (запущен в 1933 году).
В 1932 году начал производить синтетический каучук завод «Красный
Треугольник».
В 1961 на Куйбышевском заводе СК (ныне Тольяттикаучук) впервые в промышленном масштабе получили дивинил-альфа-метилстирольный каучук. Здесь его стали делать по новой технологии – не из пищевого сырья, а из нефтехимических продуктов.
В 1964 году на заводе впервые в мире в промышленном масштабе получили изопреновый каучук, аналогичный натуральному каучуку.
В 1982 году в Тольятти стали выпускать новую для страны марку – бутилкаучук.
Природный и синтетический каучуки. 10-й класс
Цели:
- 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.
Девиз урока:
|
«Синтез каучука – источник бесконечного многообразия. |
Теория не кладет границ этому многообразию».Ход урока
1. История открытия каучука
Каучуки … Откуда появилось это странное название?
История открытия, изучения и искусственного получения этого чудо-материала ярка и увлекательна.
Где-то в зарослях тропического леса Центральной и Южной Америки у ствола гигантского дерева гевеи сидит один из местных жителей. Из разреза в коре дерева он собирает млечный сок гевеи, быстро густеющий на воздухе. «Каучу» называют этот сок индейцы, что в переводе означает «слезы дерева».
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.
В Англии, когда в городах начали вводить газовое освещение, на газовых
заводах скопилось довольно много жидких побочных продуктов сухой перегонки
каменного угля. Шотландский химик Макинтош закупил их, чтобы использовать для
изготовления непромокаемой одежды.
Он растворял в этих продуктах каучук, а затем
покрывал таким раствором ткани (1823 год). С того времени плащ из непромокаемой
прорезиненной ткани по имени изобретателя носит название «макинтош». Однако
вскоре пришлось убедиться, что при всей своей полезности изготовленная таким
образом одежда имеет существенные недостатки: при низкой температуре ткань
становится жесткой и ломкой, а при нагревании, наоборот, делается липкой. Кроме
того, масла, жиры, скипидар и другие жидкости легко ее портили. Именно в 1823
году некий Томас Уэльс из Бостона привез как курьез несколько пар бразильских
галош. Они понравились американцам не сразу. При нагревании они растягивались,
чуть ли не до колен и вообще служили поводом для насмешек и карикатур.
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):
n CH2═C(CH3)─CH═CH2 → (─CH2─C(CH3)═CH─CH2─)n
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.
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).
| Сравниваемые свойства | Каучук | Резина |
| Эластичность, способность к деформации | низкая | высокая |
| Растворимость в бензоле | растворяется | «набухает» |
| Взаимодействие с бромной водой | обесцвечивается | обесцвечивается |
| Реакция разложения (для каучука) | жидкий продукт разложения обесцвечивает бромную воду | – |
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.
Ближайшим «родственником» изопрена оказался дивинил (бутадиен – 1,3).
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:
2С2Н5ОН → Н2С═СН─СН═СН2 + 2Н2О + Н2
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.
В Александро-Невской лавре в Санкт-Петербурге академику С.
В.Лебедеву
установлен гранитный памятник с барельефным портретом ученого и надписью:
«Сергей Васильевич Лебедев – изобретатель синтетического каучука».
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.
Интересна история автомобильной шины. Впервые пневматические шины на автомобиль установил в 1894г. француз А.Мишлен. Это произвело настоящий переворот в автомобилестроении. Вскоре появились цельнолитые толстые шины. Однако настоящим «виновником» широкого использования резиновых шин стал велосипед. Это двухколесное «чудо» впервые изобрел К.Макмиллан из Шотландии в 1839–1844гг. Только в 1865г. француз Тефонон установил на велосипед массивные резиновые шины. Позже, другой его соотечественник – Трюффо – сконструировал для велосипедного колеса трубчатую шину, которая впоследствии стала накачиваться насосом и «оделась» в специальные покрышки – толстые, ребристые, легко преодолевающие все неровности на дороге.
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 (-СН2-СН=СН-СН2-)n |
Резины обладают высокой износо- и морозостойкостью,
изготавливают из них шины, резинотехнические изделия, изоляцию для
кабелей. |
| Бутадиен-стирольный СКС (-СН2-СН=СН-СН2-)n– |
Производство шин, резинотехнических изделий, резиновой обуви, изделия отличаются повышенной морозостойкостью. |
| Бутадиен-нитрильный СКН (-СН2-СН=СН-СН2
-)n– |
Резины из этого каучука обладают масло-, бензо-, тепло– и износостойкостью. Применяют в производстве масло– и бензостойких изделий. |
| Изопреновый СКИ (-СН2-С(СН3)=СН-СН2-)n |
Используется в производстве шин, рассчитанных на
большие нагрузки (для самолетов, грузовых автомобилей, вездеходов,
гоночных машин), резинотехнических изделий, изоляции кабелей. |
Одним из крупнейших российских производителей сополимерных и полиизопреновых каучуков общего и специального назначения, используемых для изготовления шин, разнообразного ассортимента резинотехнических изделий, а также изделий пищевого, медицинского, бытового применения является Стерлитамакское ОАО «Синтез-Каучук».
Предприятие имеет прочные партнерские связи более чем со ста потребителями России: синтетические каучуки поставляются на шинные предприятия и заводы резинотехнических изделий.
Известна продукция ОАО «Синтез-Каучук» и за рубежом, потребителями
стерлитамакского каучука являются мировые производители шин – «Бриджстоун», «Нокиа»,
«Матадор», «Мишлен». На предприятии вырабатываются и внедряются уникальные
технологии, призванные улучшить качество продукции, снизить ее воздействие на
окружающую среду. В их числе производство неодимового цис 1,4-полиизопрена,
выпускаемого в виде двух марок: СКИ-5 и СКИ-5ПМ.
В настоящее время они не имеют
аналогов в мире. Это экологически чистые каучуки, изготовленные на
редкоземельном катализаторе, не имеют запаха, не токсичны, биологически инертны
к тканям живого организма, предназначены для использования в шинной, пищевой и
медицинской промышленности.
Искусственная резина – Scientific American
Share на Facebook
Share в Twitter
Share на Reddit
Share на Linkedin
- 9977777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777Н
- 777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777н ПРИМЕРНО сорок лет назад два молодых химика; объявили, что им удалось произвести достаточное количество индиго, чтобы быть уверенными, что оно у них есть. Используемый ими метод был совершенно независим от растений индиго. Выход был крайне мал, и казалось, что этот метод не обещает будущего коммерческого успеха.
Четверть века спустя или около того производитель поставлял миру искусственный индиго, и занятия плантаторов индиго, если не исчезли. шел. И теперь весь химический мир взбудоражен каучуком. В прошлом году в Берлине был выставлен образец искусственного каучука, идентичный по всем своим свойствам натуральному веществу. В настоящее время появляется, чтобы быть уверенным. мало шансов на скорый коммерческий успех в предложенном направлении, но уже достигнутые результаты представляют такой интерес, что побуждают к многочисленным усилиям по решению проблемы.
Сначала несколько слов о резине. Однако добывают это вещество в основном из Южной и Центральной Америки. В последние годы из-за значительного увеличения спроса на него были заложены плантации, особенно на Цейлоне, Малайском полуострове и архипелаге, и теперь они вносят свой вклад в мировые поставки. В 1909 производство каучука заявлено на уровне 70 000 тонн. Его получают из различных деревьев, таких как RC1Jra lrasiliensis, Manihat GlaziovU, Oastilloa elastica, Juntumia clast1ca, F!CU8 elustica, Hancornia speroso и т. д. У основания дерева делаются глубокие надрезы. Жидкость, вытекающая из этих надрезов, нагревается, чтобы удалить большую часть воды, а весь остаток представляет собой нечистый каучук, имеющийся на рынке. Ценным компонентом является каучук, бесцветное эластичное аморфное вещество. Это давно известно, но до недавнего времени мало что было известно о его химической природе.
В общих чертах можно сказать, что химики мало обращаются со смолистыми веществами, но предпочитают то, что кристаллизуется, или кипит без разложения, или образует определенные кристаллизующиеся продукты. «Таучук не кристаллизуется, он не кипит без разложения, и еще несколько лет назад не было известно, что он способен давать определенные продукты кристаллизации. Большой толчок к его изучению дало открытие Харриса, что он образует хорошо выраженный озон при обработке озоном и что полученный озонид при кипячении с водой разлагается с образованием левулинового альдегида, вещества, которое может быть легко идентифицирован. Было также показано, что каучук при обработке азотистой кислотой образует так называемый нитрозит, и этот нитрозит также легко идентифицировать. Синица!; Факты позволяют химику сказать, есть ли у него в руках каучук или нет, и, следовательно, научное изучение этого вещества существенно продвинулось вперед. как каучук», но на вопрос, тождественно ли оно каучуку или нет, нельзя было дать определенного ответа.
Определить каучук после того, как вы его получили, — это одно, а определить, что это такое — совсем другое. Первый шаг к решению этой проблемы был сделан несколько лет назад, когда Гревил Вильямс показал, что при нагревании каучука до разложения образуется очень летучее вещество, которое он назвал «изопреном». Это кипит при 36 град. C. и представляет собой углеводород формулы C)!,. Позднее Гаррис обнаружил, что тот же самый углеводород образуется при воздействии умеренного нагрева на масло скипидара и всех терпенов. Этот изопрен стал главным фактором при искусственном получении каучука, поскольку именно это вещество
при воздействии определенных условий превращается, по крайней мере, частично в каучук. Изопрен легко подвергается изменениям, которые заметил Тилден, объявивший в 189 г.2, что одним из продуктов является каучук. Позже он утверждал, что контакт с сильными кислотами, как, например, водная соляная кислота, вызывает превращение изопрена в каучук, по крайней мере, в незначительной степени. Еще позже он утверждает, что обнаружил, что изопрен спонтанно превращается в каучук. Он говорит: «Сперимены изопрена были изготовлены из нескольких тельпенов в ходе моей работы, и некоторые из них я сохранил. ‘ изменился внешне. Вместо прозрачной бесцветной жидкости в бутылке оказался густой сироп, в котором плавало несколько больших масс твердого вещества желтоватого цвета. При осмотре оказалось, что это индийский каучук».
Харрис попытался повторить работу Тилдена, но, хотя он продолжал ее в течение семи лет, не смог подтвердить свои результаты. Он говорит: «Таким образом, Тильден должен был случайно натолкнуться на условия, которые вызвали полимеризацию изопрена, но, и это главное, он не предоставил доказательства того, что он действительно произвел каучук». Клагес ранее публично заявлял о невозможности производства каучука методом, предложенным Тилденом. Таково было положение дел в отношении химической общественности до лета 19 г.09. Затем Гаррис получил от английской финны образец вещества, которое, как утверждалось, было получено искусственно с помощью процесса, запатентованного доктором Хайнеманном в Англии. Харрис фолли, что это вещество на самом деле было каучуком, но не верил, что оно было сделано искусственно. Метод Хайнемана заключался в пропускании ацетилена, этилена и хлористого метила через нагретую докрасна трубку. Гарри не смог справиться с этой задачей, и другие попытки Уилда также не увенчались успехом.
До этого времени опыт Гарриса был каким угодно, но только не обнадеживающим. В ноябре 1909, он получил от Эльберфельдской фабрики красок несколько образцов искусственного каучука, который был изготовлен из изопрена с помощью секретного процесса, разработанного доктором Фрицем Гофманом. Это побудило Харриса снова рассказать о своих собственных экспериментах по этому вопросу, и к концу января 1910 года он был в состоянии подать заявку на патент. Разработанный им метод заключается в нагревании изопрена с крепкой этиловой кислотой в закрытой трубке. Полученный таким образом продукт, несомненно, является каучуком.
С научной точки зрения проблема искусственного получения каучука, таким образом, решена, но до коммерческого успеха еще далеко. При наличии изизола в достаточном количестве и по достаточно низкой цене коммерческая проблема будет решена. В настоящее время искусственный каучук почти так же дорог, как алмаз, но в целом проблема находится в более обнадеживающем состоянии, чем проблема индиго в течение многих лет после того, как она была положена в основу. Фабриканты и те, кто проводит для них химические исследования, явно считают, что работа того стоит. Эта великая фирма, Baden Aniline and Soda Faetory (обычно называемая «Badische»), получила ряд патентов в этой области, и это очень важно. Именно эта фирма решила проблему индиго и теперь поставляет мира с искусственным индиго, потратив на предварительную работу миллионы долларов! Именно эта фирма ставит производство искусственных нитратов на прочную научную основу — вероятно, самую важную проблему, стоящую перед миром, поскольку она в конечном счете связана с поставками продовольствия. Можно с уверенностью предсказать, что не пройдет и многих лет, как каучук будет искусственно получен в количестве, достаточном для удовлетворения большого и растущего спроса на него.
для этого. Значит, время скудное: нет опасности голода, поскольку плантации вырастают, чтобы пополнить запасы дикого каучука.
Как уже отмечалось, первое, что нужно сделать, это получить достаточное количество изопрена из кучи. Единственный способ сделать это, который кажется наименее перспективным, состоит в том, чтобы сделать это из масла скипидара. Основным компонентом этого масла является терпен состава C, 0H”, в то время как изопрен имеет состав C, H. Таким образом, неотложной задачей является разрушение молекулы терпена, C, uH. , в более простые молекулы состава C:,H. Если бы это можно было сделать легко и дешево, проблема с каучуком была бы решена. В связи с этим интересно отметить, что, согласно только что попавшейся статье Штаудингеру и Клевену удалось увеличить выход изопрена, полученного из терпена, дипентена, путем нагревания до высокой температуры паров терпена при пониженном давлении. При достаточно низком давлении выход составляет около 60%. является очень важным наблюдением для этой цели.Сам дипентен, конечно, не встречается в природе в очень большом количестве, но главным компонентом американского скипидара является пинен, вещество того же состава, что и дипентен, и пинен превращается в дипентен с помощью h ест его до 2и0 до 270 град. C. Таким образом, выход может быть через скипидар. Резюмируя, скипидар содержит пинен. Пинен превращается в дипентен при умеренном нагревании. Дипентен при нагревании до высокой температуры при пониженном давлении дает изопрен. Изопрен можно превратить в каучук путем нагревания его с концентрированной уксусной кислотой и другими способами, которые нет необходимости здесь описывать.
Существуют и другие подобные изопрену углеводороды, претерпевающие изменения, подобные тем, при которых изопрен превращается в каучук, и поэтому имеется перспектива окончательного получения ряда продуктов, подобных каучуку, но в некоторых отношениях отличающихся от него. Коммерческий инстинкт уже привел к патентованию некоторых процессов. Однако этот аспект предмета имеет или кажется гораздо менее важным, чем основная проблема, кратко представленная в этой статье.
В химических лабораториях, связанных с крупными заводами, особенно в Германии, где на одном заводе часто работают несколько сотен хорошо подготовленных химиков, сейчас, несомненно, ведется большая работа. целью которого является решение проблемы искусственного каучука. Это относится и к лабораториям, не связанным с заводами. Время от времени в научном журнале будет появляться статья или будет объявлено о патенте, отражающем какой-либо результат работы. Как обычно, о неудачах и разочарованиях, которых всегда намного больше, чем успехов, мы услышим очень мало. Но когда-нибудь мы проснемся и узнаем, что искусственный каучук появился на рынке, и тогда нам искренне скажут, что научные исследования добились еще одного блестящего успеха. В глазах всего мира успех будет означать коммерческий успех. Но не следует забывать, что это, если и когда оно будет достигнуто, будет основано на бесчисленных результатах, не имеющих абсолютно никакого коммерческого значения. Гревилл Уильямс много лет назад нагрел каучук и получил изопрен. В то время никому и в голову не приходило, что этот простой факт может в конечном итоге стать основой великой индустрии. Гаррис обрабатывал каучук озоном и основал метод идентификации каучука, который доказал свою фундаментальную ценность во всех последующих работах по этому вопросу. Мы хотим знать, что такое каучук, изобретает ли кто-нибудь когда-нибудь метод его получения. искусственно или нет, и в высшем смысле знание будет столь же ценным, независимо от того, даст ли такой метод результат или нет, но это уже другая история.0005Эта статья была первоначально опубликована под названием «Искусственная резина» в журнале Scientific American 105, 12, 245 (сентябрь 1911 г.)
doi:10.1038/scientificamerican09161911-245
ОБ АВТОРЕ(АХ) 000
Президент Университета Джонса Хопкинса Значение синтетического каучука в современном мире Сообщение от: Сперри и Райс
Пятница, 18 мая 2018 г.Наше современное общество сильно зависит от использования каучука – как натурального, так и синтетического.
Изделия из каучука широко используются повсеместно. Вы найдете множество изделий из резины у себя дома, на работе, в различных видах транспорта, включая автомобили, велосипеды, поезда и самолеты и т. д.
Точно так же в промышленном секторе резина используется для изготовления шлангов, прокладок и ремней. Все эти изделия изготавливаются из натурального или синтетического каучука.
Прежде чем мы обсудим важность синтетического каучука, давайте сначала познакомимся с разницей между натуральным и синтетическим каучуком.
Натуральный и синтетический каучук
Натуральный каучук — это разновидность полимера, извлекаемого из сока каучукового дерева. После сбора этого сока он подвергается воздействию умеренного тепла и воздуха. Этот процесс дает нам натуральный каучук, который очень твердый, но становится мягким и эластичным после вулканизации — нагревания с серой.
С другой стороны, синтетический каучук представляет собой искусственный эластомер (также полимер), производимый на заводах с использованием в процессе различных катализаторов.Использование синтетического каучука
Каучук, производимый на заводах, должен обладать свойствами, соответствующими требованиям отраслей, в которых он будет использоваться. Его эластичность, прочность и гибкость лучше всего подходят для изготовления продуктов, которые используются в транспорте, потребительских товарах, промышленных продуктах и медицинском секторе. Многие области применения синтетического каучука обусловлены его следующими свойствами:
- Эластичность и водостойкость
- Стойкость к щелочам и другим слабым кислотам
- Прочность, клейкость, непроницаемость и устойчивость к электричеству
Преимущества использования синтетического каучука
Преимущества использования синтетического каучука в современной промышленности обусловлены его непревзойденными атмосферостойкими свойствами.
Синтетический каучук устойчив к растворителям, кислороду, маслам и некоторым другим химическим веществам. Это заставляет его стареть лучше, чем его альтернативы. Также синтетический каучук не теряет своей гибкости при воздействии широкого диапазона температур.Применение синтетического каучука
Большая часть каучука (натурального или синтетического) используется для изготовления шин. Тем не менее, он смешивается с наполнителем, таким как технический углерод, чтобы сделать шины прочными и прочными. После шин существует множество продуктов, в которых используется синтетический каучук, например, клеи и латексные перчатки. Чуть более твердая, более прочная и менее эластичная резина широко используется для изготовления авиационных шин, шлангов и даже водонепроницаемых прокладок.
Вот краткая информация об использовании синтетического каучука в отрасли:
- Транспортная отрасль является крупнейшим потребителем каучука для производства шин.
- Строительная промышленность использует резину в лифтовых лентах, шлангах, трубах, сейсмостойких подшипниках и т.
Четверть века спустя или около того производитель поставлял миру искусственный индиго, и занятия плантаторов индиго, если не исчезли. шел. И теперь весь химический мир взбудоражен каучуком. В прошлом году в Берлине был выставлен образец искусственного каучука, идентичный по всем своим свойствам натуральному веществу. В настоящее время появляется, чтобы быть уверенным. мало шансов на скорый коммерческий успех в предложенном направлении, но уже достигнутые результаты представляют такой интерес, что побуждают к многочисленным усилиям по решению проблемы.
Сначала несколько слов о резине. Однако добывают это вещество в основном из Южной и Центральной Америки. В последние годы из-за значительного увеличения спроса на него были заложены плантации, особенно на Цейлоне, Малайском полуострове и архипелаге, и теперь они вносят свой вклад в мировые поставки. В 1909 производство каучука заявлено на уровне 70 000 тонн. Его получают из различных деревьев, таких как RC1Jra lrasiliensis, Manihat GlaziovU, Oastilloa elastica, Juntumia clast1ca, F!CU8 elustica, Hancornia speroso и т.
д. У основания дерева делаются глубокие надрезы. Жидкость, вытекающая из этих надрезов, нагревается, чтобы удалить большую часть воды, а весь остаток представляет собой нечистый каучук, имеющийся на рынке. Ценным компонентом является каучук, бесцветное эластичное аморфное вещество. Это давно известно, но до недавнего времени мало что было известно о его химической природе.
В общих чертах можно сказать, что химики мало обращаются со смолистыми веществами, но предпочитают то, что кристаллизуется, или кипит без разложения, или образует определенные кристаллизующиеся продукты. «Таучук не кристаллизуется, он не кипит без разложения, и еще несколько лет назад не было известно, что он способен давать определенные продукты кристаллизации. Большой толчок к его изучению дало открытие Харриса, что он образует хорошо выраженный озон при обработке озоном и что полученный озонид при кипячении с водой разлагается с образованием левулинового альдегида, вещества, которое может быть легко идентифицирован.
Было также показано, что каучук при обработке азотистой кислотой образует так называемый нитрозит, и этот нитрозит также легко идентифицировать. Синица!; Факты позволяют химику сказать, есть ли у него в руках каучук или нет, и, следовательно, научное изучение этого вещества существенно продвинулось вперед. как каучук», но на вопрос, тождественно ли оно каучуку или нет, нельзя было дать определенного ответа.
Определить каучук после того, как вы его получили, — это одно, а определить, что это такое — совсем другое. Первый шаг к решению этой проблемы был сделан несколько лет назад, когда Гревил Вильямс показал, что при нагревании каучука до разложения образуется очень летучее вещество, которое он назвал «изопреном». Это кипит при 36 град. C. и представляет собой углеводород формулы C)!,. Позднее Гаррис обнаружил, что тот же самый углеводород образуется при воздействии умеренного нагрева на масло скипидара и всех терпенов. Этот изопрен стал главным фактором при искусственном получении каучука, поскольку именно это вещество
при воздействии определенных условий превращается, по крайней мере, частично в каучук.
Изопрен легко подвергается изменениям, которые заметил Тилден, объявивший в 189 г.2, что одним из продуктов является каучук. Позже он утверждал, что контакт с сильными кислотами, как, например, водная соляная кислота, вызывает превращение изопрена в каучук, по крайней мере, в незначительной степени. Еще позже он утверждает, что обнаружил, что изопрен спонтанно превращается в каучук. Он говорит: «Сперимены изопрена были изготовлены из нескольких тельпенов в ходе моей работы, и некоторые из них я сохранил. ‘ изменился внешне. Вместо прозрачной бесцветной жидкости в бутылке оказался густой сироп, в котором плавало несколько больших масс твердого вещества желтоватого цвета. При осмотре оказалось, что это индийский каучук».
Харрис попытался повторить работу Тилдена, но, хотя он продолжал ее в течение семи лет, не смог подтвердить свои результаты. Он говорит: «Таким образом, Тильден должен был случайно натолкнуться на условия, которые вызвали полимеризацию изопрена, но, и это главное, он не предоставил доказательства того, что он действительно произвел каучук».
Клагес ранее публично заявлял о невозможности производства каучука методом, предложенным Тилденом. Таково было положение дел в отношении химической общественности до лета 19 г.09. Затем Гаррис получил от английской финны образец вещества, которое, как утверждалось, было получено искусственно с помощью процесса, запатентованного доктором Хайнеманном в Англии. Харрис фолли, что это вещество на самом деле было каучуком, но не верил, что оно было сделано искусственно. Метод Хайнемана заключался в пропускании ацетилена, этилена и хлористого метила через нагретую докрасна трубку. Гарри не смог справиться с этой задачей, и другие попытки Уилда также не увенчались успехом.
До этого времени опыт Гарриса был каким угодно, но только не обнадеживающим. В ноябре 1909, он получил от Эльберфельдской фабрики красок несколько образцов искусственного каучука, который был изготовлен из изопрена с помощью секретного процесса, разработанного доктором Фрицем Гофманом. Это побудило Харриса снова рассказать о своих собственных экспериментах по этому вопросу, и к концу января 1910 года он был в состоянии подать заявку на патент.
Разработанный им метод заключается в нагревании изопрена с крепкой этиловой кислотой в закрытой трубке. Полученный таким образом продукт, несомненно, является каучуком.
С научной точки зрения проблема искусственного получения каучука, таким образом, решена, но до коммерческого успеха еще далеко. При наличии изизола в достаточном количестве и по достаточно низкой цене коммерческая проблема будет решена. В настоящее время искусственный каучук почти так же дорог, как алмаз, но в целом проблема находится в более обнадеживающем состоянии, чем проблема индиго в течение многих лет после того, как она была положена в основу. Фабриканты и те, кто проводит для них химические исследования, явно считают, что работа того стоит. Эта великая фирма, Baden Aniline and Soda Faetory (обычно называемая «Badische»), получила ряд патентов в этой области, и это очень важно. Именно эта фирма решила проблему индиго и теперь поставляет мира с искусственным индиго, потратив на предварительную работу миллионы долларов! Именно эта фирма ставит производство искусственных нитратов на прочную научную основу — вероятно, самую важную проблему, стоящую перед миром, поскольку она в конечном счете связана с поставками продовольствия.
Можно с уверенностью предсказать, что не пройдет и многих лет, как каучук будет искусственно получен в количестве, достаточном для удовлетворения большого и растущего спроса на него.
для этого. Значит, время скудное: нет опасности голода, поскольку плантации вырастают, чтобы пополнить запасы дикого каучука.
Как уже отмечалось, первое, что нужно сделать, это получить достаточное количество изопрена из кучи. Единственный способ сделать это, который кажется наименее перспективным, состоит в том, чтобы сделать это из масла скипидара. Основным компонентом этого масла является терпен состава C, 0H”, в то время как изопрен имеет состав C, H. Таким образом, неотложной задачей является разрушение молекулы терпена, C, uH. , в более простые молекулы состава C:,H. Если бы это можно было сделать легко и дешево, проблема с каучуком была бы решена. В связи с этим интересно отметить, что, согласно только что попавшейся статье Штаудингеру и Клевену удалось увеличить выход изопрена, полученного из терпена, дипентена, путем нагревания до высокой температуры паров терпена при пониженном давлении.
При достаточно низком давлении выход составляет около 60%. является очень важным наблюдением для этой цели.Сам дипентен, конечно, не встречается в природе в очень большом количестве, но главным компонентом американского скипидара является пинен, вещество того же состава, что и дипентен, и пинен превращается в дипентен с помощью h ест его до 2и0 до 270 град. C. Таким образом, выход может быть через скипидар. Резюмируя, скипидар содержит пинен. Пинен превращается в дипентен при умеренном нагревании. Дипентен при нагревании до высокой температуры при пониженном давлении дает изопрен. Изопрен можно превратить в каучук путем нагревания его с концентрированной уксусной кислотой и другими способами, которые нет необходимости здесь описывать.
Существуют и другие подобные изопрену углеводороды, претерпевающие изменения, подобные тем, при которых изопрен превращается в каучук, и поэтому имеется перспектива окончательного получения ряда продуктов, подобных каучуку, но в некоторых отношениях отличающихся от него.
Коммерческий инстинкт уже привел к патентованию некоторых процессов. Однако этот аспект предмета имеет или кажется гораздо менее важным, чем основная проблема, кратко представленная в этой статье.
В химических лабораториях, связанных с крупными заводами, особенно в Германии, где на одном заводе часто работают несколько сотен хорошо подготовленных химиков, сейчас, несомненно, ведется большая работа. целью которого является решение проблемы искусственного каучука. Это относится и к лабораториям, не связанным с заводами. Время от времени в научном журнале будет появляться статья или будет объявлено о патенте, отражающем какой-либо результат работы. Как обычно, о неудачах и разочарованиях, которых всегда намного больше, чем успехов, мы услышим очень мало. Но когда-нибудь мы проснемся и узнаем, что искусственный каучук появился на рынке, и тогда нам искренне скажут, что научные исследования добились еще одного блестящего успеха. В глазах всего мира успех будет означать коммерческий успех. Но не следует забывать, что это, если и когда оно будет достигнуто, будет основано на бесчисленных результатах, не имеющих абсолютно никакого коммерческого значения.
Гревилл Уильямс много лет назад нагрел каучук и получил изопрен. В то время никому и в голову не приходило, что этот простой факт может в конечном итоге стать основой великой индустрии. Гаррис обрабатывал каучук озоном и основал метод идентификации каучука, который доказал свою фундаментальную ценность во всех последующих работах по этому вопросу. Мы хотим знать, что такое каучук, изобретает ли кто-нибудь когда-нибудь метод его получения. искусственно или нет, и в высшем смысле знание будет столь же ценным, независимо от того, даст ли такой метод результат или нет, но это уже другая история.0005
С другой стороны, синтетический каучук представляет собой искусственный эластомер (также полимер), производимый на заводах с использованием в процессе различных катализаторов.
Синтетический каучук устойчив к растворителям, кислороду, маслам и некоторым другим химическим веществам. Это заставляет его стареть лучше, чем его альтернативы. Также синтетический каучук не теряет своей гибкости при воздействии широкого диапазона температур.