Кто изобрел каучук: Кто изобрёл первый промышленный синтетический каучук
alexxlab | 04.02.2023 | 0 | Разное
Из истории создания синтетического каучука
Библиографическое описание:Матвеева, Л. Ю. Из истории создания синтетического каучука / Л. Ю. Матвеева. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2014. — № 14.1 (73.1). — С. 1-3. — URL: https://moluch.ru/archive/73/12100/ (дата обращения: 03.12.2022).
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.
Лебедев Сергей Васильевич родился 13 (25) июля 1874г. в Люблине (Польша) в семье священника. Гимназическое образование получил в Варшаве, где увлёкся химией. В 1895 году он поступил на естественное отделение физико-математического факультета Петербургского университета. В 1897–1899 годах под руководством профессора, будущего академика А. Е. Фаворского Лебедев С.В. выполнил дипломную работу на тему «Исследование трихлорметил-о-метоксифенилкарбинола», а в 1899 году за участие в студенческих волнениях Лебедев был арестован и почти на год выслан из столицы.
Не имея возможности остаться в университете для продолжения научной работы, Лебедев был вынужден работать лаборантом на мыловаренном заводе А. М. Жукова. Затем он перешёл на работу в Комиссию по исследованию рельсовой стали при Институте инженеров путей сообщения, разработки которой были в 1907 году удостоены золотой медали на Международной железнодорожной выставке в Милане. В 1902 году Лебедев, продолжая работать в Комиссии по исследованию рельсовой стали, получил должность лаборанта отделения технической и аналитической химии Петербургского университета. Его научная работа была прервана в 1904 году мобилизацией на военную службу, но после окончания службы он продолжил заниматься химической наукой под руководством А. Е. Фаворского.
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.
Попытки осуществить промышленный способ получения синтетического каучука были предприняты накануне первой мировой войны. Бурно развивающиеся в тот период времени автомобильная, авиационная и военная промышленности требовали доступный и относительно недорогой материал для массового изготовления шин, покрышек, прорезиненных тканей, резиновых изделий и т.д. В годы первой мировой войны в России на фабрике «Треугольник» была организована лаборатория синтетического каучука.
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.
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.
Также, 30 апреля 1931 г. на опытном заводе «Резинообъединение» была получена первая партия искусственного каучука из нефти весом 500 кг по способу Б. В. Бызова. Таким образом, в начале 1931 г. советские ученые, инженеры и рабочие осуществили в заводском масштабе синтез каучука, как из спирта, так и из нефти.
Каучук был получен из этилового спирта, бутадиена с последующей анионной полимеризацией жидкого бутадиена в присутствии натрия. Позднее, в 1932 году в Ярославле был пущен завод «СК-1» работающий на основе этого метода, который и стал самым первым в мире заводом по производству синтетического каучука в промышленных масштабах.
В 1931 году С.В. Лебедев «за особо выдающиеся заслуги по разрешению проблемы получения синтетического каучука» был награждён орденом Ленина. Он один из немногих исследователей, внесших столь значительный вклад в развитие промышленности, в том числе оборонного значения. Научная деятельность учёного получила признание Академии наук СССР.
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.
В 1945 году имя С.В. Лебедева было присвоено Всесоюзному НИИ синтетического каучука, в котором он работал. В настоящее время это ФГУП «НИИСК» имени академика С.В. Лебедева.
За прошедшие годы в ФГУП «НИИСК» учениками школы С.
В. Лебедева разработан большой ассортимент специальных каучуков: хлоропреновых, силиконовых, фторкаучуков. Одновременно с созданием промышленности синтетических каучуков были налажены работы по изучению структуры, свойств и технологий применения синтетических каучуков.
Российская академия наук с 1995 года присуждает премию имени С. В. Лебедева «За выдающиеся работы в области химии и технологии синтетического каучука и других синтетических полимеров».
Литература:
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.
Изобретения России // Синтетический каучук
Природный каучук — это сок некоторых пород тропических деревьев. Индейцы, издревле обитающие на берегах Амазонки в Бразилии, дали ему весьма меткое название (в переводе с их наречия «као-чу» означает «слезы дерева»).
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. Наиболее подходящим для этой цели оказался бутадиен. Осуществляя полимеризацию бутадиена, в качестве катализатора (ускорителя реакции), С.
В. Лебедев использовал металлический натрий. 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.
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. Сегодня в мировой экономике до 30 % каучука добывается с плантаций. Гектар посадки бразильской гевеи дает в год от 950 до 2000 кг каучука (его собирают порционно, по 45—60 г). Это безусловно вредит деревьям-каучуконосам. Поэтому способ получения искусственного каучука, предложенный С.В. Лебедевым, имеет не только экономическое, но и природоохранное значение.
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.
100 великих русских изобретений, Вече 2008
Чарльз Гудиер | Lemelson
Благодаря многолетним исследованиям и единственной удаче Чарльз Гудиер спас обреченную резиновую промышленность, изобретя процесс, который сделал материал достаточно прочным и эластичным для промышленного использования.
Гудиер родился в 1800 году в Нью-Хейвене, штат Коннектикут, в семье владельца хозяйственного магазина. Когда в 1830 году бизнес его отца потерпел крах, Гудиер решил попытать счастья в новой области резиновых изделий.
Натуральный каучук (также известный как «индийский каучук» или «каучук») представляет собой млечный сок, который можно получить из различных тропических деревьев. После коагуляции кислотой он остается податливым, мягким и липким. В первой четверти 19 в.ХХ века десятки американских предпринимателей с «резиновой лихорадкой» импортировали это вещество (в основном из Бразилии) и открывали фабрики по производству резиновых изделий, таких как багаж и спасательные жилеты.
В 1834 году Гудиер представил изобретенный им уникальный спасательный воздушный клапан менеджеру резинового дилера в Филадельфии. Компания не заинтересовалась устройством Goodyear и, по сути, пожалела, что вообще пришла в отрасль. Необычайно жаркое лето превратило их инвентарь в вонючую бесполезную массу. Плавление было не единственным недостатком натурального каучука. От холода он твердеет и трескается, и даже при комнатной температуре он был слишком мягким, чтобы сохранять свою форму, и имел тенденцию прилипать ко всему, к чему прикасался.
Компания Goodyear, которая к тому времени была одержима каучуком, не растерялась. Он начал экспериментировать, подмешивая в резину сухие порошки, чтобы сделать ее менее мягкой и липкой. Goodyear добилась некоторого прогресса, но без денег. Его семья чуть не умерла от голода, а он по пути был заключен в тюрьму за свои долги. Его первый настоящий прорыв произошел в 1834 году, когда он обнаружил, что азотная кислота делает поверхность резины гладкой, сухой и нелипкой.
Благодаря его улучшенной резине компания Goodyear получила контракт от почтового отделения США в Бостоне. Но резиновые почтовые мешки Goodyear также превращались в липкое месиво, когда погода была слишком жаркой. Снова беда, Goodyear продолжала работать. Его следующий прорыв произошел, когда он попытался добавить серу в каучук. Это сделало вещество менее липким и более устойчивым к перепадам температуры. Однако резина оказалась слишком мягкой.
В 1839 году Гудиер посетил универсальный магазин в Вобурне, штат Массачусетс, чтобы попытаться продать там свой товар. Когда местные жители засмеялись над ним, он начал дико жестикулировать с куском резины в руке. Случайно часть пробы полетела на горячую поверхность буржуйки в комнате. Goodyear извиняясь начал соскребать резину и обнаружил, что она стала удивительно жесткой.
Это привело к еще пяти годам скромных экспериментов в доме Goodyear. Опять семья голодала, а отца посадили за долги; он также был так болен, что чуть не умер.
После нагревания усиленной серой резины в чайнике, духовке и утюге Гудиер, наконец, усовершенствовал процесс пропаривания под давлением, позже известный как «вулканизация» (названный в честь римского бога огня) каучука. В 1844 году он получил патент США № 3633, выставленный на Всемирной выставке в 19 веке.50-х годов и мечтал о мире, в котором практически все — банкноты, музыкальные инструменты, визитки и одежда — было сделано из резины.
Тем временем все ранее разочарованные каучуковые магнаты в США и за границей начали красть процесс Goodyear. В итоге Гудиер потратил большую часть своего времени и денег в суде. Он лишился европейских патентов на технику и даже провел две недели в тюрьме французского должника, прежде чем получил Крест Почетного легиона от Наполеона III. Когда он умер в 1860 году, американские долги Гудиера составили 200 000 долларов.
Только после его смерти жена и дети Гудьира начали зарабатывать достаточно денег от гонораров, чтобы жить хорошо. Goodyear также не имеет никакого отношения к Goodyear Tire & Rubber Company, названной в его честь при ее основании в Акроне, штат Огайо, в 1898 году.
Хотя половина производимого сегодня каучука является синтетическим, американские резиновые шины и другие продукция могла бы вообще не производиться, если бы не самоотверженность Чарльза Гудьира.
Компания Goodyear сочла бы этот успех достаточным. Однажды он написал: «Я не склонен жаловаться на то, что я посадил, а другие собрали плоды. У человека есть повод для сожаления только тогда, когда он сеет, а никто не пожинает».
составлен в Великобритании: резина: Томас Хэнкок 1843
| Умер | 26 марта 1865 г. | Возраст 78 лет Лондон |
|---|---|
Томас Хэнкок 1843
- Промышленность: 1800-е годы
Не изобретение каучука, а вулканизирует или делает его долговечным.
Содержание
Процесс вулканизации каучука обычно ассоциируется с Чарльзом Гудиером, но этот процесс использовался и был запатентован до того, как мистер Гудиер сделал свое «открытие».
Томас Хэнкок (1786-1865) родился в Мальборо в графстве Уилтшир, Англия, и был третьим из двенадцати детей торговца пиломатериалами и краснодеревщика. Примерно в 1815 году Хэнкок вместе с одним из своих братьев занялся дилижансом в Лондоне, Англия. Потребность в эффективном гидроизоляционном средстве для автобусов, водителей и пассажиров привлекла внимание Хэнкока к каучуку. В «апреле 1820 года» он запатентовал индийские резиновые пружины для различных типов одежды, таких как перчатки и «подтяжки». Затем братья Хэнкок начали «эластичную работу» по производству изделий с использованием резиновых пружин.
Жевание
В 1820 году Хэнкок изобрел свое самое важное устройство: «резиновый жеватель». Он разработал машину с вращающимися зубьями, которая рвала резиновые отходы. К удивлению Хэнкока, измельченные кусочки слиплись в твердую массу каучука, которую затем можно было спрессовать в формах в твердые блоки или скатать в листы. Жевательная машина Хэнкока, усовершенствованная в 1821 году, сделала производство каучука коммерчески практичным и положила начало резиновой промышленности.
Хэнкок называл свою машину «рассолом» и держал процесс жевания в секрете в течение 10 лет.
Преимущества жевательной резинки Hancock привлекли внимание Charles Macintosh (1766-1843), который в 1823 году запатентовал процесс гидроизоляции тканей с помощью каучука, обработанного нафтой. Хэнкок, в свою очередь, подал заявку на получение лицензии в 1825 году на использование процесса нафты Macintosh. Двое мужчин в конечном итоге стали партнерами в производстве водонепроницаемых изделий.
Патент
Томас Хэнкок Пластина для вулканизации каучука Томас Хэнкок запатентовано в 1843 , процесс, при котором нагревание каучука и серы вместе при 155°C в течение двух часов дает рогообразное твердое вещество, содержащее 30% серы. Хэнкок получил еще один патент 21 мая 1845 года, пытаясь защитить свои методы. Три недели спустя, 15 июня 1845 года, Гудиер получил патент в США.
Позднее, в 1851 году, Чарльз Гудиер получил еще один патент на усовершенствование производства индийского каучука. Это была переработка метода Хэнкока. Позже он разработал методы «изготовления формованных изделий любой желаемой формы с целью их использования в производстве таких изделий, к которым то же самое может быть применимо».
Но снова Хэнкок оказался первым, в 1846 году он уже запатентовал свое предположение, что его закаленная резина может быть использована для изготовления форм для изделий из более мягкой резины.
Многоцелевое использование
В период с 1820 по 1847 год Хэнкоку было выдано в общей сложности «16 патентов», касающихся каучука. В 1822 году он разработал резиновые трубки, которые можно было разрезать на «резиновые ленты» и «трубки для спасательных поясов». Он разработал множество медицинских применений резины и продвигал использование резины, а не кожаных «пожарных шлангов».
Ремень для чулок
Томас даже делал резиновые бутылки.