Синтетический каучук

Состав и строение натурального каучука

Натуральный (природный) каучук (НК)  представляет собой высокомолекулярный непредельный углеводород, молекулы которого содержат большое количество двойных связей; состав его может быть выражен формулой (C5H8)n (где величина n составляет от 1000 до 3000); он является полимером изопрена.

Природный каучук содержится в млечном соке каучуконосных растений, главным образом, тропических (например, бразильского дерева гевея). Другой природный продукт — гуттаперча — также является полимером изопрена, но с иной конфигурацией молекул.

Длинную молекулу каучука можно было бы наблюдать непосредственно при помощи современных микроскопов, но это не удаётся, так как цепочка слишком  тонка: диаметр её, соответствует диаметру  одной молекулы. Если макромолекулу каучука растянуть до  предела, то она будет иметь вид зигзага, что объясняется характером химических связей между атомами углерода, составляющими скелет молекулы.

Звенья молекулы каучука могут вращаться не беспрепятственно в любом направлении, а ограниченно — только вокруг одинарных связей. Тепловые колебания звеньев заставляют молекулу изгибаться, при этом концы её в спокойном состоянии сближены.

При растяжении каучука концы молекул раздвигаются и молекулы ориентируются по направлению растягивающего усилия. Если устранить усилие, вызвавшее растяжение каучука, то концы его молекул вновь сближаются и образец принимает первоначальную форму и размеры.

Молекулу каучука можно представить себе как круглую,  незамкнутую пружину, которую можно сильно растянуть, разведя её концы. Освобождённая пружина вновь принимает прежнее положение. Некоторые исследователи представляют молекулу каучука в виде пружинящей спирали. Качественный анализ показывает, что каучук состоит из двух элементов — углерода и водорода, то есть, относится к классу углеводородов.

Первоначально принятая формула каучука была С₅Н₈, но она слишком проста для такого сложного вещества как каучук. Определение молекулярной массы показывает, что она достигает нескольких сот тысяч (150 000 — 500 000). Каучук, следовательно, природный полимер.

Экспериментально доказано, что в основном макромолекулы натурального каучука состоят из остатков молекул изопрена, а сам натуральный каучук — природный полимер цис-1,4-полиизопрен.

Молекула натурального каучука состоит из нескольких тысяч исходных химических групп (звеньев), соединённых друг с другом и находящихся в непрерывном колебательно-вращательном движении. Такая молекула похожа на спутанный клубок, в котором составляющие его нити местами образуют правильно ориентированные участки.

Основной продукт разложения  каучука — углеводород, молекулярная формула которого однозначна с простейшей формулой каучука. Можно считать, что макромолекулы каучука образованы молекулами изопрена. Существуют подобные полимеры, которые не  проявляют такой эластичности, какую имеет каучук. Чем же объясняется это его особое свойство?

Молекулы каучука, хотя и имеют линейное строение, не вытянуты в линию, а многократно изогнуты, как бы свёрнуты в  клубки.  При  растягивании  каучука такие молекулы распрямляются, образец каучука от этого становится длиннее. При снятии нагрузки, вследствие внутреннего теплового движения, звенья молекулы возвращаются в прежнее свёрнутое состояние, размеры каучука сокращаются. Если же каучук растягивать с достаточно большой силой, то произойдёт не только выпрямление молекул, но и смещение их относительно друг друга — образец каучука может порваться.

Производство синтетического каучука

Производство синтетического каучука складывается из двух основных процессов:

1. получения мономеров (каучукогенов) и
2. полимеризации последних.

Источники каучукогенов в настоящее время:

• бутадиен (дивинил),
• хлоропрен,
• изопрен,
• изобутилен и др.

В качестве второго компонента при полимермзации применяют мономеры — стирол, нитрил акриловой кислоты и др. Сырьём для получения этих каучукогенов служат газы крекинга нефти, природный и попутный газы, ацетилен, этиловый спирт и др.

Наиболее важное промышленное значение имеет бутадиен, из которого получают 70% всей массы каучука. Процесс полимеризации каучукогенов заключается в нагревании мономеров в присутствии катализатора

Процесс может быть проведён в массе мономера, в растворе и в водной эмульсии, последний приём получил наибольшее распространение.

При полимеризации исходная эмульсия превращается в суспензию полимера, так например синтетический латекс, который далее коагулируют, а выделяющийся при этом каучук промывают и сушат.

Основные виды синтетического каучука получают полимеризацией бутадиена, качестве катализатора применяется металлический натрий (натрий-бутадиеновый каучук), а также бутадиена совместно с другими виниловыми производными (бутадиен-стирольный каучук, бутадиен-нитрил акриловый каучук).

Большое промышленное значение имеют также полихлоропреновый каучук, получаемый полимеризацией хлоропрена, и бутилкаучук, образующийся при полимеризации изобутилена и небольших количеств изопрена. В последнее время разработаны методы получения изопренового каучука, приближающегося по комплексу эластичных свойств к натуральному каучуку.

Основные виды каучука способны, подобно каучуку натуральному, вулканизоваться с образованием высокоэластичных или твёрдых продуктов.

К категории синтетического каучука относят также и др. эластичные каучукоподобные материалы, в основе которых лежат цепи из атомов кремния, углерода и кислорода (термостойкие силиконовые каучуки) или из атомов углерода и серы (полисульфидные каучуки), некоторые виды поливинилхлоридных смол и т. д.

Физические и химические свойства отдельных видов синтетических каучуков зависят от:

• состава полимеризуемой смеси,
• условий полимеризации и
• обработки полимера.

Некоторые виды, в например полиизобутилен, силиконовый каучук и т. п., представляют собой полностью насыщенные соединения и поэтому вулканизацию их осуществляют не с помощью серы, а с применением других веществ (органич. перекиси и т. д.). Их объединяет с другими видами каучука только одно общее свойство — высокая эластичность вулканизатов, наиболее характерная для каучука натурального и каучукоподобных материалов.

Каучуковые пластыри

Применение каучука в медицине также имеет место. Самое распространенное изделие медицинской промышленности, полученное с использование каучука, – это пластырь. Он является смесью каучука, лекарственных и сопутствующих веществ. Преимущества таких пластырей:

• длительное сохранение клейкости;
• сочетаемость со многими лекарственными средствами;
• безвредность;
• удобство в применении.

Процесс производства заключается в растворении 1 части каучука в 12 частях бензина. А затем в раствор вводят другие сопутствующие компоненты: терпентин (увеличивает липкость), ланолин (предохраняет от засыхания), окись цинка (ослабляет раздражение), лекарства (создают терапевтический эффект).

Масштабные проекты и новые цели

В 2019-м «Нижнекамскнефтехим» завершил реконструкцию завода изопрена-мономера. Изопрен необходим для выпуска синтетического каучука. Мощность установки после технического перевооружения составила 333 тыс. тонн в год. Уникальная технология производства призвана оптимизировать затраты производимой продукции благодаря малой стадийности производства и низким расходным коэффициентам по сырью, вспомогательным материалам и энергетике. Однако при текущем кризисе в мире эти меры не покрывают даже себестоимости производства изопрена.

В свою очередь, для производства изопрена и синтетических каучуков нужен метанол. В начале прошлого года «Нижнекамскнефтехим» заключил контракт с датской компанией Haldor Topsoe на предоставление лицензии и инжиниринговых услуг по проекту строительства производства метанола мощно­стью 500 тыс. тонн в год. Метанол является сырьем для производства изопрена и синтетических каучуков.

Ввод в эксплуатацию собственного производства метанола в перспективе позволит снизить себестоимость синтетического каучука и повысить экономическую эффективность его производства. Имея в активе собственное производство метанола, можно развивать множество новых продуктовых направлений, где метанол является одним из главных сырьевых компонентов. Выпуская собственный метанол, «Нижнекамскнефтехим» заместит покупное сырье, замкнув тем самым весь сырьевой цикл по производству синтетического изопренового каучука (СКИ). Разгрузится железнодорожное сообщение Нижнекамского узла, снизится экологическая нагрузка при сливо-наливных операциях, появятся новые рабочие места.

Компания также освоила выпуск нового марочного ассортимента бутадиен-стирольного каучука (ДССК) растворной полимеризации и улуч­шенной марки бутадиенового каучука (СКД-Н). Образцы проходят испытания у отечественных и зарубежных потребителей.

Помимо прочего, НКНХ ведет модернизацию действующих производств синтетических каучуков. Проведено техническое перевооружение комплекса по выпуску каучука марки СКД–777 на мощностях производства СКДЛ.

Перспективы развития предприятия в руководстве компании связывают с реализацией масштабных проектов — строительством нового комплекса по производству олефинов, созданием нового производства каучука ДССК, строительством производства метанола и строительством новой энергостанции ПГУ-ТЭС для энергообеспечения и повышения энергоэффективности действующих и будущих производств.

Стратегическая программа развития НКНХ предусматривает достижение следующих ключевых показателей к 2030 году — рост производства синтетических каучуков до уровня более 800 тыс. тонн, производство метанола до 500 тыс. тонн, рост производства этилена до 1,2 млн тонн, ввод собственного энергоисточника ПГУ-ТЭС мощностью 495 МВт (по данным из ГО ТАИФ и НКНХ).

Данные годового отчета ПАО «Нижнекамскнефтехим» по итогам 2019 г.

Для «Нижнекамскнефтехима» 2019-й стал годом реализации перспективных инвестиционных проектов и активной работы над повышением эффективности деятельности на фоне роста конкуренции и снижения цен на нефтехимическую продукцию. В результате рыночная ка­питализация НКНХ с 2019 года выросла на 56,2% и достигла рекордного показателя 174,9 млрд рублей. По итогам года компания выпустила 2,5 млн тонн товарной продукции, достигнув максимальных объемов произ­водства этилена, бензола, стирола, изопрена их изобутана. Была проведена большая работа по улучшению качества продуктов. По итогам 14-го открытого республиканского конкурса на соискание премии правительства Татарстана за качество «Нижнекамскнефтехим» удостоился диплома лауреата в номинации «Деловое совершенство». Два продукта — по­листирол общего назначения марки ПСОН-25FEB и бромбутилкаучук марки 232 — получили дипломы I степени республиканского конкурса «Лучшие товары и услуги — 2019».

Конъюнктура рынка СК в 2019 году ухудшилась, цены на каучуки упали. Однако высокое качество продукции «Нижнекамскнефтехима», статус гарантирующего поставщика, строгое соответствие требованиям покупателей и их заинтересованность в его каучуках обеспечили компании возможность в целом сохранить уровень цен на СК в 2019 году и продлить контракты на поставку синтетических каучуков с ключевыми потребителями на 2020 год. Вселяли надежду и другие наметившиеся позитивные факторы. Судя по всплеску продаж под конец года на региональных автомобильных рынках, рост предвещал и 2020-й. Однако мир стремительно охватила пандемия коронавируса и нанесла серьезный урон реальному сектору экономики.

Применение – синтетический каучук

Применение синтетических каучуков позволяет снизить стоимость резины. Сравнительная легкость получения синтетических каучуков, обладающих нужными свойствами, позволила создать резины, значительно превосходящие по своим свойствам резины, изготовленные на основе натурального каучука.
 

Применение синтетических каучуков в производстве лаков и красок быстро расширяется, так как их свойства представляют большую ценность для некоторых специальных целей.
 

Применение синтетических каучуков позволяет создать резины, обладающие нужными свойствами.
 

Применение саже-масляных синтетических каучуков дает возможность существенно повысить износостойкость резин, увеличить производительность труда, облегчить его условия, снизить себестоимость продукции.
 

Ввиду непрерывного роста применения синтетических каучуков, необходимо располагать данными относительно их температурных коэффициентов вулканизации. Желательно также иметь простые методы определения эквивалентного времени вулканизации.
 

Указаны технические свойства и области применения важнейших синтетических каучуков и латексов общего и специального назначения.
 

На рис. 1 и в табл. 1 приведены возможные области применения синтетических каучуков в антикоррозионной технике.
 

Таким образом, в СССР успешно была решена исключительно трудная техническая задача применения менее эластичных синтетических каучуков в производстве шин без ущерба для их эксплуатационного качества по сравнению с качеством шин старых конструкций и спецификаций, старой технологии и старых рецептур, в которые входило 30 – 45 % натурального каучука. Решение этой задачи имеет громадное народнохозяйственное значение.
 

Роль мягчителей в регенератной практике особенно возросла с переводом производства резиновых изделий на применение синтетического каучука, поскольку резины на синтетическом каучуке особенно трудно регенерируются.
 

Марки дивинил-нитрильного каучука, их свойства и применение описаны в разделе о свойствах и применении синтетических каучуков.
 

Марки дивинил-нитрильного каучука, их свойства и применение описаны в разделе о свойствах и применении синтетических каучуков.
 

К асборезиновым изделиям относятся формованные и вальцованные ушютнительные прокладки, вырабатываемые из асбестовой ткани с применением синтетического каучука.
 

За 1953 – 1956 гг. опубликовано большое число работ ( в основном патенты) , посвященных различным вопросам применения синтетических каучуков.
 

Водонейтральный метод регенерации применяют в настоящее время в отечественной промышленности вместо щелочного метода, оказавшегося неприемлемым в связи с применением синтетических каучуков в рецептуре шинных резин. Аппаратурное оформление производственного процесса регенерации по водонейтраль-ному методу в основном аналогично процессу регенерации щелочным методом. Основная отличительная особенность водонейтраль-ного метода состоит в условиях девулканизации.
 

Производство синтетического каучука + видео как делают

Синтетический каучук имеет большое количество разнообразных добавок, без которых он не будет иметь все то, что необходимо для нормальной работы с ним. Синтетический каучук производят чаще всего на специализированных предприятиях или заводах, так как именно там имеется все самое необходимое для такого производства. Самый первый каучук произвели достаточно давно.

Для производства каучука использовали полибутадиен. Сначала всем людям казалось, что он замечательный и подходит для использования. Но, через время было замечено, что данный вид имеет слишком низкие механические свойства. Для использования, причем длительного использования он совершенно не подходит. Конечно же, что синтетический каучук делается только из химических материалов, так как получить качественный материал только из безвредных материалов совершенно невозможно.

Синтетический каучук пользуется большой популярностью, и естественно, что его производство пользуется популярностью. Это все связано с тем, что производство синтетического осуществляется намного быстрее, чем природного каучука. Так как для синтетического вида используется большое количество техники и разнообразных технологий, которые упрощают все производство.

Подробное видео как делают синтетический:

Имеется большое количество разнообразных каучуков, но это касается только его химического состава. Достаточно часто любой вид каучука используется в основном в автомобильной промышленности. Так как там он пользуется популярностью. Из него очень легко произвести отличную шину для автомобиля. Каучук, как сказано ранее, совершенно неприхотливый материал, который может выдержать любое внешнее воздействие. Также его можно использовать для производства различных резиновых медицинских препаратов. Как видите, любой каучук считается совершенно безвредным.

Синтетический каучук

С изобретением автомобильных шин потребность в резине выросла настолько, что природного сырья стало не хватать для производства каучука. И вопросом получения синтетического каучука занялись учёные.

В 1879 г. французский химик Г.Бушарда, обработав вещество изопрен соляной кислотой, получил каучукоподобное вещество. А в 1901 г. русский химик  И. Кондаков создал эластичный полимер из диметилбутадиена. В 1910 г. впервые был получен синтетический полибутадиеновый (дивиниловый) каучук по методу русского учёного-химика Сергея Васильевича Лебедева. Началось промышленное производство каучука.

Изопреновый каучук: применение

По составу изопреновый каучук весьма схож с натуральным. Следовательно, спектр свойств этих веществ во многом совпадает.

К его недостаткам можно отнести плохую устойчивость к высоким температурам, озону и воздействию прямых солнечных лучей. Низкая когезионная прочность резины на их основе – это свойство, которое делает менее востребованным изопреновый каучук. Применение его затрудняется из-за повышенной липкости, недостаточной каркасности и текучести. Но в монолитных изделиях, которые не требуют соединения большого количества частей, изопреновые каучуки используются достаточно широко.

Промышленное применение [ править | править код ]

Наиболее массовое применение каучуков — это производство резин для автомобильных, авиационных и велосипедных шин.

Из каучуков изготавливаются специальные резины огромного разнообразия уплотнений для целей тепло-, звуко-, воздухо- и гидроизоляции разъёмных элементов зданий, в санитарной и вентиляционной технике, в гидравлической, пневматической и вакуумной технике.

Прессованием массы, состоящей из каучука, асбеста и порошковых наполнителей, получают паронит — листовой материал для изготовления прокладочных изделий с высокой термостойкостью, работающих в различных средах — вода и водяной пар с давлением до 5 мН/м 2 (50 ат) и температурой до 450 °С; нефть и нефтепродукты при температурах 200—400 °С и давлениях 7—4 мН/м 2 соответственно; жидкий и газообразный кислород, этиловый спирт и т. д. . Высокие уплотняющие свойства паронита обусловлены тем, что его предел текучести, составляющий около 320 МПа, достигается при стягивании соединения болтами или шпильками, при этом паронит заполняет все неровности, раковины, трещины и другие дефекты уплотняемых поверхностей и герметизирует соединение. Паронит не является коррозионно-активным материалом и хорошо поддается механической обработке, что позволяет легко изготавливать прокладки любой конфигурации, не теряющие своих эксплуатационных качеств в любых климатических условиях — ни в районах с умеренным климатом, ни в тропических и пустынных климатических условиях, ни в условиях Крайнего Севера. Высокая термостойкость паронита позволяет применять его в двигателях внутреннего сгорания. Армируя паронит металлической сеткой для повышения механических свойств, получают ферронит .

Каучуки применяют для электроизоляции, производства медицинских приборов и средств контрацепции.

В ракетной технике синтетические каучуки используются в качестве полимерной основы при изготовлении твёрдого ракетного топлива, в котором они играют роль горючего, а в качестве окислителя используется порошок селитры (калийной или аммиачной) или перхлората аммония.