Синтетический каучук

Активное развитие автомобильной промышленности, авиационной и военной отраслей стало причиной того, что природного каучука, который выращивали специально для изготовления резины, стало крайне мало. Плантаций было довольно много в различных государствах, однако они больше не могли насытить растущие потребности промышленности. Российские ученые сделали научный прорыв, благодаря которому на рынке появился совершенно уникальный продукт - синтетический каучук. В этой статье мы расскажем о том, как делают синтетические каучуки. История их разработки довольно интересна.

История каучука

История этого материала началась еще в период Великих географических открытий. По возвращению в Испанию Колумб привез из Нового Света большое количество невиданных европейцами предметов. Одним из них был эластичный мяч из «древесной смолы». Их создавали индейцы из белого сока растения гевея, которое росло по берегам реки Амазонка. Испанцам очень понравилось играть такими мячами, что в дальнейшем привело к возникновению футбола.
Сок этого растения индейцы назвали «каучу», что дословно означает – «слезы млечного дерева». Помимо мячей индейцы создавали непромокаемую ткань, обувь, сосуды для воды, а также ярко окрашенные шарики - детские игрушки.
Тем не менее, на какое-то время о каучуке в Европе забыли, до 1738 года, когда французский ученый Ш. Кондамин показал членам Парижской академии наук образцы каучука. Именно после этого произошел всплеск активности по поискам возможных способов использования этого вещества. Однако, самой яркой стала идея прокладывать тонкий слой резины между двумя отрезками ткани. Созданные таким образом, непромокаемые плащи называли в честь их создателя «макинтошами». Они были очень популярными.
Люди быстро поняли, что эластичность каучука проявлялась только в незначительном интервале температур. Зимой резина становилась твердой, а летом размягчалась и ужасно пахла. Популярность резины стала снижаться, а после очень жаркого лета и вовсе настал кризис резиновой промышленности, поскольку вся она под палящим солнцем стала ужасно пахнущим киселем. Компании по созданию резины стали банкротами.
И только американец Чарльз Нельсон Гудьир не переставал верить, что из каучука возможно создать достойный материал. На реализацию своей идеи он потратит несколько лет и все свои деньги. Все его бесчисленные исследования однажды увенчались успехом. В 1839 он выяснил, что если смешать каучук с небольшим количеством серы и нагреть, то повышается уровень прочности, эластичности, а также тепло- и морозоустойчивости. Ему принадлежит изобретение процесса вулканизации каучука. С дальнейшим развитием резиновой промышленности, каучука стало катастрофически не хватать, несмотря на появление все новых плантаций.
Многие ученые всерьез задумались над созданием синтетического каучука. Его пытались синтезировать в лучших лабораториях планеты. Первое каучукоподобное соединение было получено в процессе обработки изопрена (2-метилбутадиена-1,3) соляной кислотой в 1879 году во Франции. Русский химик И. Кондаков осуществил успешный синтез эластичного полимера из диметилбутадиена в 1901. Первая промышленная партия синтетического каучука - диметилкаучука – была создана через 15 лет в Германии. Из полученных 3000 т синтетического каучука производили аккумуляторные коробки для подводных лодок. Но популярности этот метод не получил.
Первое самое крупное на планете производство синтетического каучука было открыто русским ученым С.В. Лебедевым, которому удалось синтезировать синтетический бутадиеновый каучук. За свою работу он был удостоен премии Российской Академии наук. Сырье для синтетического каучука получали методом полимеризации бутадиена металлическим натрием. Историческим открытием можно назвать одностадийный синтез бутадиена из этилового спирта на смешанном цинкалюминиевом катализаторе:
2CH₃CH₂OH + 2H₂O + CH₂=CH-CH=CH₂ + H₂
Эта работа имела колоссальное значение в деле оснастки отечественной техники шинами собственного производства, что очень помогло в победе над фашистской Германией.
На протяжении почти 50 лет, с 1932 по 1990 год, СССР был лидером по изготовлению синтетического каучука в мире. Сегодня Россия также занимает одно из лидирующих мест.

Виды синтетических каучуков

Технический прогресс не стоит на месте. Ученые постоянно работают над разработкой и внедрением новых видов каучука. Рассмотрим наиболее популярные из них:

• каучук бутадиеновый. Он используется главным образом для создания шин и камер. Характеристики бутадиеновой продукции значительно лучше, чем у изделий из натурального каучука. Также из этого вида каучука создают химически стойкую резину и эбонит
• бутилкаучук отличается уникальной способностью удерживать воздух. Благодаря этому свойству он используется для создания покрышек, камер, диафрагм и прочего. Бутилкаучук выгодно отличается от натурального тем, что стойко противостоит воздействию озона, не вступает во взаимодействие с маслами различного типа (животным, растительным). Однако, минеральное масло является для бутилкаучука губительным
• полихлоропреновый каучук (хлоропреновый), имеет желтый цвет. Он характеризуется стойкостью к действию огня, высокой адгезией к тканям, металлам, а также инертностью к действию озона, атмосферных явлений, а именно к понижению температур. Такой тип каучука кристаллизуется вследствие растяжения. Таким образом, резина на его основе демонстрирует высокую прочность.

Предприятиями химической промышленности осуществляется выпуск большого количества разных синтетических каучуков. Довольно популярными являются сополимерные вещества, которые синтезируют при помощи совместной реакции бутадиена и ненасыщенных соединений, к примеру, стирольный каучук СКС.
Рассказывая про промышленность синтетического каучука, стоит упомянуть и латекс синтетический – фактически раствор искусственного каучука с добавлением дополнительных компонентов, например, полистирола.

Свойства синтетического каучука

Получение синтетического каучука заканчивается образованием следующих веществ:

• изопреновый - CH₂=C(CH₃)-CH=CH₂ 2-метилбутадиен-1,3
• бутадиеновый - CH₂=CH-CH=CH₂ бутадиен-1,3
• дивиниловый - CH₂=CH-CH=CH₂ бутадиен-1,3
• хлоропреновый - CH₂=C(Cl)-CH=CH₂ 2-хлорбутадиен-1,3.

Практически все параметры синтетического каучука лучше таковых у природного материала. К примеру, уровень его плотности меньше плотности воды, вследствие чего он отлично держится на воде.
Химические добавки сделали его нерастворимым в воде, поэтому он активно применяется для создания покрытий не проницаемых для воды, к примеру, спортивной одежды и инвентаря. Растворителями для каучуков являются бензин и бензол, поэтому их них можно создавать клеевые составы.
Поскольку каучук является диэлектриком, то его активно используют в производстве изоляторов силовых и слаботочных устройств. Каучуки характеризуются высоким уровнем гибкости, прочности, и стойкости к истиранию.

Синтетический каучук - применение

Все синтетические каучуки делят на общие и специальные. Общие это:

• изопреновые
• бутадиен-стирольные.

Главные их качества:

• стойкость к низким температурам
• высокий уровень износостойкости
• высокая масло бензо- и озоностойкость.

Бутадиеновые каучуки еще называют дивиниловыми. Они относятся к группе материалов общего назначения. Используются они главным образом для создания протекторных и обкладочных резин для шин. Также они используются в кабельной промышленности, для создания инструмента абразивной обработки металла, антифрикционных изделий.
На базе этилен — пропилена создают ударопрочные полимеры, шины для велосипедов, водоотталкивающие ткани, конвейерные лент для работы в термически опасных условиях.
Фторокремнийорганические каучуки (фторсиликоны или фторкаучки) характеризуются высоким уровнем стойкости, как к низким, так и к высоким температурам. Они устойчивы даже к открытому пламени. Диэлектрические параметры дают возможность использовать его для производства изоляции силовых кабелей и слаботочных механизмов. Немаловажной характеристикой является и устойчивость к радиации.
Стабильный спрос на синтетический каучук стал причиной формирования полноценной отрасли, задействованной в изготовлении такого сырья. Лидирует по потреблению синтетического сырья китайская экономика. Динамические графики рынка демонстрируют, что по окончанию кризисных явлений 2008 – 2009 года, и снижения спроса на эту продукцию в пределах 4%, на сегодняшний день фиксируется прирост сбыта на уровне 7%, от прошлогодних показателей.