Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Синтетический каучук является любым искусственным эластомером . Это полимеры, синтезированные из побочных продуктов нефти . Ежегодно в США производится около 32 миллионов метрических тонн каучуков , из которых две трети - синтетические. Мировая выручка от синтетических каучуков, вероятно, вырастет примерно до 56 миллиардов долларов США в 2020 году. [1] Синтетический каучук, как и натуральный каучук , широко применяется в автомобильной промышленности для изготовления шин , дверных и оконных профилей, уплотнений, таких как уплотнительные кольца. и прокладки , шланги ,ремни , коврики и напольные покрытия . Они предлагают различный набор физических и химических свойств, поэтому могут повысить надежность данного продукта или приложения. Синтетические каучуки превосходят натуральные каучуки по двум основным параметрам: термическая стабильность и устойчивость к маслам и родственным соединениям. [2] Они более устойчивы к окислителям, например, таким как кислород и озон, которые могут сократить срок службы таких продуктов, как шины.

История синтетического каучука [ править ]

Джон Бойд Данлоп на велосипеде c. 1915 г.

Расширение использования велосипедов, и особенно их пневматических шин , начиная с 1890-х годов, привело к увеличению спроса на резину. В 1909 году группе под руководством Фрица Хофманна , работавшей в лаборатории Bayer в Эльберфельде , Германия, удалось полимеризовать изопрен , первый синтетический каучук. [3] [4]

Первый полимерный каучук, синтезированный из бутадиена, был создан в 1910 году российским ученым Сергеем Васильевичем Лебедевым . Эта форма синтетического каучука, полибутадиен , послужила основой для первого крупномасштабного промышленного производства в царской империи, которое произошло во время Первой мировой войны из-за нехватки натурального каучука. Эта ранняя форма синтетического каучука была снова заменена натуральным каучуком после окончания войны, но исследования синтетического каучука продолжались. Русский американец Иван Остромисленскийкоторый переехал в Нью-Йорк в 1922 году, провел важные ранние исследования синтетического каучука и пары мономеров в начале 20 века. Политические проблемы, возникшие в результате сильных колебаний стоимости натурального каучука, привели к принятию Закона Стивенсона в 1921 году. Этот закон, по сути, создал картель, который поддерживал цены на каучук путем регулирования производства, но недостаточное предложение, особенно из-за дефицита во время войны, также привело к поиску альтернативных форм синтетического каучука.

К 1925 году цена на натуральный каучук выросла до такой степени, что многие компании изучали методы производства синтетического каучука, чтобы конкурировать с натуральным каучуком. В Соединенных Штатах исследование было сосредоточено на материалах, отличных от материалов, используемых в Европе, на основе ранних лабораторных работ отца Юлиуса Ньивланда , профессора химии в Университете Нотр-Дам , который разработал синтез неопрена .

Исследования, опубликованные в 1930 году независимо друг от друга Лебедевым, американцем Уоллесом Карозерсом и немецким ученым Германом Штаудингером, привели в 1931 году к одному из первых успешных синтетических каучуков, известному как неопрен , который был разработан в DuPont под руководством Э. К. Болтона . Неопрен очень устойчив к нагреванию и химическим веществам, таким как масло и бензин , и используется в топливных шлангах и в качестве изоляционного материала в машинах. Компания ТЫоко применяется названием на конкурирующий тип каучука на основе дихлорэтана , [5] , который был коммерчески доступен в 1930 году.

Первый фикус в Европе SK-1 (от русского «Синтетический Каучук», русский : СК-1 ) была создана ( СССР ) по Сергеем Лебедевым в Ярославле под Иосифа Сталина «с первого пятилетнего плана на 7 июля 1932 года.

В 1935 году немецкие химики синтезировали первый из серии синтетических каучуков, известных как каучуки Buna . Это были сополимеры , то есть полимеры состояли из двух мономеров в чередующейся последовательности. Другие бренды включали Koroseal , который Вальдо Семон разработал в 1935 году, и Sovprene , созданную российскими исследователями в 1940 году [6].

Вторая мировая война [ править ]

Лист синтетического каучука, сходящий с прокатного стана на заводе Goodrich (1941 г.)
Плакат времен Второй мировой войны о шинах из синтетической резины

Ученый компании BF Goodrich Вальдо Семон в 1940 году разработал новую и более дешевую версию синтетического каучука, известного как америпол. Благодаря америполу производство синтетического каучука стало намного более рентабельным, помогая удовлетворить потребности Соединенных Штатов во время Второй мировой войны.

Производство синтетического каучука в Соединенных Штатах значительно расширилось во время Второй мировой войны, поскольку державы Оси контролировали почти все ограниченные в мире запасы натурального каучука к середине 1942 года после завоевания Японией большей части Азии (откуда большая часть мировых поставок каучука). натуральный каучук). [7] Военным грузовикам требовалась резина для шин, и резина использовалась почти во всех других военных машинах . Правительство США предприняло серьезные (и в основном секретные) усилия по улучшению производства синтетического каучука. Была задействована большая группа химиков из многих организаций, в том числе Кэлвин Саутер Фуллер из Bell Labs . Резина обозначенная GRS(Government Rubber Styrene), сополимер бутадиена и стирола , был основой производства синтетического каучука в США во время Второй мировой войны. К 1944 году его производили в общей сложности 50 заводов, что в два раза превышало объем производства натурального каучука в мире до начала войны. Он по-прежнему составляет около половины от общего мирового производства.

Цели операции Pointblank бомбардировки нацистской Германии включали завод в Шкопау (50 000 тонн в год) и завод синтетического каучука Hüls возле Реклингхаузена (30 000, 17%), [8] и завод шин и камер Kölnische Gummifäden Fabrik в Дойце на восточном берегу. Рейна. [9] Завод синтетического каучука в Ферраре (недалеко от моста через реку) подвергся бомбардировке 23 августа 1944 года. [1] Три других завода по производству синтетического каучука находились в Людвигсхафене / Оппау (15 000), Ганновере / Лиммере (рекультивация, 20 000), и Леверкузен (5 000). Завод синтетического каучука в г.Освенцим , в оккупированной нацистами Польше, строился 5 марта 1944 года [10], которым управлял IG Farben и снабжался рабским трудом СС из связанного лагеря Освенцим III (Моновиц) . [11] [12]

Послевоенное [ править ]

В твердотопливных ракетах во время Второй мировой войны в качестве топлива использовалась нитроцеллюлоза , но делать такие ракеты очень большими было непрактично и опасно. Во время войны исследователи Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт) разработали новое твердое топливо на основе асфальта, смешанного с окислителем (таким как перхлорат калия или аммония ), и алюминиевого порошка. Это новое твердое топливо сгорает медленнее и равномернее, чем нитроцеллюлоза, и его гораздо менее опасно хранить и использовать, но оно имеет тенденцию медленно вытекать из ракеты на складе, и ракеты, использующие его, приходилось складывать носом вниз.

После войны исследователи Калифорнийского технологического института начали исследовать использование синтетических каучуков для замены асфальта в своих твердотопливных ракетных двигателях. К середине 1950-х годов большие ракеты создавались с использованием твердого топлива на основе синтетического каучука, смешанного с перхлоратом аммония и алюминиевым порошком в больших количествах. Такое твердое топливо можно было отливать в большие однородные блоки, не имевшие трещин или других дефектов, которые могли бы вызвать неравномерное горение. В конечном итоге все большие твердотопливные военные ракеты и ракеты будут использовать твердое топливо на основе синтетического каучука, и они также будут играть значительную роль в гражданских космических усилиях.

Дополнительные усовершенствования процесса создания синтетического каучука продолжились и после войны. Химический синтез изопрена ускорил снижение потребности в натуральном каучуке, и в мирное время количество синтетического каучука превысило производство натурального каучука к началу 1960-х годов.

Синтетический каучук широко используется при печати на текстиле, в этом случае его называют резиновой пастой . В большинстве случаев диоксид титана используется с сополимеризацией и летучими веществами при производстве такого синтетического каучука для текстильного использования. Более того, этот вид препарата можно рассматривать как пигментный препарат на основе диоксида титана.

К 1960-м годам большинство производителей жевательной резинки перешли от использования чикла к синтетическому каучуку на основе бутадиена, который был дешевле в производстве.

Натуральный каучук против синтетического [ править ]

Химическая структура цис- полиизопрена , основного компонента натурального каучука. Синтетический цис-полиизопрен и природный цис-полиизопрен получают из разных предшественников разными химическими путями.

Натуральный каучук , исходя из латекса из гевея бразильского , в основном поли- цис - изопрен .

Синтетический каучук, как и другие полимеры , изготавливается из различных мономеров на нефтяной основе . Наиболее распространенным синтетический каучук является стирол-бутадиеновые каучуки (SBR) , полученные из сополимеризации из стирола и 1,3-бутадиена . Другие синтетические каучуки включают:

  • полиизопрен , полученный полимеризацией синтетического изопрена
  • хлоропрен , полученный полимеризацией 2-хлорбутадиена
  • нитрильный каучук из цианобутадиена или 2-пропеннитрила и бутадиена

Многие их варианты могут быть получены из смесей мономеров и с различными катализаторами, которые позволяют контролировать стереохимию . [13]

Некоторые синтетические каучуки менее чувствительны к растрескиванию озоном, чем NR. Натуральный каучук чувствителен из-за двойных связей в его цепной структуре, но некоторые синтетические каучуки не обладают этими связями, поэтому они более устойчивы к растрескиванию под действием озона. Примеры включают витоновый каучук, EPDM и бутилкаучук . Полиизобутилен или бутилкаучук обычно используется во внутренних камерах или накладках шин из-за их устойчивости к диффузии воздуха через прокладку. Однако это гораздо менее эластичный материал, чем цис- полибутадиен, который часто используется в боковинах шин для минимизации потерь энергии и, следовательно, накопления тепла. Действительно, он настолько эластичен, что его используют в супер-мячах.. Эластомер, широко используемый для внешнего листа, такого как кровельное покрытие, - это гипалон или хлорсульфированный полиэтилен . Новый класс синтетического каучука - это термопластичные эластомеры, которые можно легко формовать в отличие от обычного вулканизированного каучука NR . Их структура стабилизирована сшиванием с помощью кристаллитов в случае полиуретанов , или аморфных областей в случае SBS блок - сополимеров . Силиконовый каучук - это неорганический полимер, устойчивый как к очень низким, так и к высоким температурам, который широко используется для катетеров.и другое медицинское оборудование или устройства. Однако его предел прочности на разрыв низкий по сравнению с другими синтетическими каучуками.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Исследование рынка синтетического каучука , Ceresana, июнь 2013 г.
  2. ^ Threadingham, Десмонд; Обрехт, Вернер; Видер, Вольфганг (2011). Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a23_239.pub5 .
  3. ^ Движущие силы резины , Леверкузен, Германия: LANXESS AG : 20
  4. ^ Михалович, Марк (2000). «Пункт назначения - Германия: плохая замена» . История резины.
  5. ^ Эдвардс, Дуглас С. (2001). «Глава 5 - Жидкая резина». В Bhowmick, Anil K .; Стивенс, Ховард (ред.). Справочник эластомеров, второе издание (первое издание). Marcel Dekker Inc. стр. 135. ISBN 0-8247-0383-9. Проверено 8 февраля 2015 года .
  6. ^ Текущий Биография 1940, "Семон, WALDO LONSBURY" стр. 723-724
  7. ^ Гропман, Алан Л. (1996). Мобилизация промышленности США во Второй мировой войне . Институт национальных стратегических исследований. п. 115. ISBN 0788136461.
  8. ^ Stormont, John W. (март 1946) [лето 1945], AAFRH-19: Комбинированный Bomber Offensive; С апреля по декабрь 1943 г. Президентская библиотека Дуайта Д. Эйзенхауэра : Коллекция военных документов ХХ века, 1918–1950 гг. Серия I: Исторические исследования Вставка 35: Историческое бюро AAF; Штаб, ВВС армии, стр. 74–5, 81, СЕКРЕТНО ... Классификация отменена ... 10 ИЮНЯ 1959CS1 maint: location ( ссылка )
  9. ^ Герни, Джин (майор, ВВС США) (1962), Война в воздухе: наглядная история боевых действий ВВС Второй мировой войны , Нью-Йорк: Bonanza Books, стр. 215
  10. ↑ Уильямсон, Чарльз К. (5 марта 1944 г.), План завершения комбинированной бомбардировочной атаки (Приложения C и F) , Hughes, RD; Кабелл, КП; Назарро, Джей Джей; Бендер, ФП; И Криглсворт, WJ, Дуайт Д. Эйзенхауэр Президентская библиотека: СМИТ, УОЛТЕР БЕДЕЛЛ: Коллекция документов Второй мировой войны, 1941–1945; Номер ящика: 48: HQ, USSTAF, ДЕКЛАССИФИКАЦИЯ ... 24.04.74CS1 maint: location ( ссылка )
  11. ^ Steinbacher, Сибил (2005). Освенцим: история . Перевод Whiteside, Shaun (1-е изд. Ecco). Нью-Йорк: Ecco. С.  45 и далее . ISBN 978-0060825812.
  12. ^ Герберт, Вернон; Бизио, Аттилио (11 декабря 1985 г.). Синтетический каучук: проект, который должен был быть успешным . Вклад в экономику и экономическую историю. Гринвуд Пресс. п. 32ff. ISBN 978-0313246340.
  13. ^ Греве, Хайнц-Германн; Threadingham, Десмонд (2000). «Резина, 1. Обзор». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a23_221 .