Синтетичните каучуци са полимери, които могат да се вулканизират в каучук. Появата им беше предшествана от недостиг на естествен каучук и нарастващо търсене на еластомери. В момента на пазара има огромен брой марки синтетични каучуци с различни свойства и цели. Те могат условно да бъдат разделени на два големи класа: каучуци за общи и специални цели.
Синтетичният каучук с общо предназначение се използва при производството на автомобилни гуми и части, О-пръстени и други потребителски стоки. Като цяло каучуците с общо предназначение комбинират голям брой свойства, което ги прави по -универсални от каучуците със специално предназначение. Въпреки това, тесният обхват на приложение на един или друг синтетичен полимер се обяснява с идеалното балансиране на неговия състав с цел постигане на необходимите свойства.
Синтетичният каучук се получава чрез полимеризация на мономери, получени от фракции от суров петрол. В зависимост от реакционната среда се разграничават четири типа полимеризация: течнофазна, емулсионна, газова фаза и разтвор. Неговите свойства пряко зависят от метода на производство на каучук. Например, стирол-бутадиеновият синтетичен каучук, който заема повече от 50% от пазара за производство на синтетичен каучук, благодарение на своето въвеждане в автомобилната индустрия, се произвежда чрез високотемпературна емулсионна полимеризация. Този метод ви позволява да постигнете оптимални физични свойства на определен вид каучукови изделия. Производството на синтетичен каучук директно зависи от използваните мономери: бутадиен, стирен, изопрен, пропилен, бензол, изопрен, етилен. Тяхната комбинация и методът на полимеризация определят крайните свойства на каучука, както и неговото предназначение.
В сравнение с естествения каучук, неговият синтетичен аналог е по -печеливш и обещаващ материал. Първо, той е по -универсален. Съвременните производствени методи дават възможност да се получи материал с оптимални свойства за конкретно приложение. Освен това синтетичните каучуци са много по -евтини за производство.
През последните години синтетичните каучуци са намерили широко приложение не само в автомобилната индустрия, но и при звукова, топло-, хидро- и въздушна изолация на сгради, както и при производството на пневматично, хидравлично, медицинско и вакуумно оборудване. В допълнение, този материал се използва широко в ракетата като полимерна основа за производството на твърдо ракетно гориво с прах от амониева селитра като пълнител.
Промишленост на полимерни материали (полимери)
Това е основната нефтохимическа промишленост (производство на синтетични смоли, пластмаси, химически влакна, синтетичен каучук), където началните етапи на технологичния процес са обвързани с източници на суровини, а последващата обработка е ориентирана към потребителя и затова може да се извършва в други региони.
Промените в технологията и суровинната база на полимерната химия (преходът от използваните преди това отпадъци от преработката на дървесина и селскостопански суровини към нефт и газ), развитието на тръбопроводния транспорт доведоха до значителни промени в географията на индустрията.
Въглеводородните петролни и газови суровини се произвеждат в рафинерии за петрол и бензинови заводи, основната част от които е концентрирана в европейската част на страната. Те се намират в райони за производство на нефт и газ (Поволжието, Урал, Северен Кавказ, Западен Сибир) или са ориентирани към потребителите, разположени по маршрутите и крайните точки на нефтопроводи и газопроводи (Ярославъл, Рязан, Москва , Нижни Новгород, Омск, Тоболск и др.).
Има няколко направления в полимерната химия.
Производство на синтетични смоли и пластмаси най-голямото направление на химическата промишленост, исторически развито в Централна (Москва, Владимир), Волга (Казан, Дзержинск, Уфа), Урал (Нижни Тагил, Салават, Екатеринбург), Сибирска (Тюмен, Кемерово, Новосибирск), Северозапад (Санкт Петербург), Южни (Волгоградска, Ростовска област и Краснодарски край), Севернокавказки (Ставрополска територия) федерални области.
Най -големият руски производител на синтетични смоли и пластмаси е ОАО "Уралхимпласт", чиито основни производствени мощности се намират в Нижни Тагил (Свердловска област). Холдингът заема ключови позиции на пазарите за много видове химически продукти.
Отделни технологично зависими предприятия от индустрията обикновено са монополни доставчици и потребители на полуфабрикати и са свързани чрез продуктопроводи, например Саянскхимпласт и Ангарски полимерен завод (етилен), Казаноргсинтез и Нижнекамск нефтехим (етилен), Каустик (Стерлитамак) и Salavatnefteorgsintez "(етилен).
Индустрия на химически влакна и конци, които са изкуствени и синтетични, изисква голямо количество суровини, материали, гориво и вода. Изкуствените влакна от естествени полимери се използват за производството на ацетат и вискоза. Предприятия за тяхното производство се намират в Балаково, Рязан, Твер, Санкт Петербург, Красноярск, завод се възстановява в град Шуя (област Иваново).
Комбайни за производство на синтетични влакна (найлон, лавсан) работят в Курск, Саратов, Волжски. Съвместното производство на изкуствени и синтетични влакна се намира в градовете Клин, Серпухов, Енгелс, Барнаул. Основното количество химически влакна (повече от 2/3) се произвежда в европейската част на страната, като се фокусира върху местоположението на текстилната индустрия.
Производство на синтетичен каучук
Каучукът като суровина се използва за производството на гуми (65–70%) и каучукови изделия (около 25%).
Предприятията за производство на синтетичен каучук първоначално възникват въз основа на използването на етилов алкохол от хранителни суровини - картофи, зърно (градовете Ярославъл, Ефремов, Воронеж, Казан), след това хидролитичен алкохол (Красноярск). От 60 -те години на миналия век. те преминаха към въглеводородни суровини, получени от преработката на нефт, свързани петролни газове и природен газ. Основните региони за производство на синтетичен каучук са Поволжието (Толиати, Нижнекамск, Казан), Урал (Стерлитамак), Южен Сибир (Омск, Красноярск). Общият капацитет на заводите за синтетичен каучук в страната се оценява на повече от 2 милиона тона, а производството му през 2011 г. е било 1,4 милиона тона.
Водещата компания на пазара на синтетични каучуци е SIBUR, която представлява над 2/5 от тяхното производство в Русия. Компанията обединява най -големите производители на синтетичен каучук - Voronezhsintezkauchuk LLC, Togliattikauchuk LLC и Красноярския завод за синтетичен каучук OJSC.
Производството на синтетичен каучук е близо до центровете за производство на гуми и каучук. Съществуват цели комплекси от взаимосвързани индустрии: рафиниране на петрол - синтетичен каучук - производство на гуми (Омск, Ярославъл); хидролиза на дърво - етилов алкохол - синтетичен каучук - производство на гуми (Красноярск).
Химическият комплекс е най -развит в четири федерални области: Приволжски (делът на областта в общото производство на химическия комплекс на Руската федерация е 44%), Централен (24%), Сибирски (11%) и Южен (10%) .
В химическата промишленост процесите на териториална концентрация и комбиниране на производството са широко развити. Най -големите химически възли са образувани в редица региони на страната: в републиките Татарстан и Башкортостан, Алтай, Перм и Красноярск, Тула, Тюмен, Ярославъл, Нижни Новгород, Волгоград, Самара, Кемерово и Иркутска област, които, от една страна, допринесе значително за социално -икономическото развитие на тези региони, но от друга, значително влоши екологичната ситуация и качеството на живот на населението в тях. В крайна сметка химическият комплекс е основен замърсител на околната среда: по отношение на заустването на замърсени отпадъчни води той заема 2 -ро място (по общ обем на емисиите на вредни вещества в атмосферата - 10 -то място) сред индустриите.
През последния половин век химическата промишленост е преминала през труден път: от бързото развитие през 50-те и 80-те години на миналия век, когато индустрията създава значителен производствен потенциал, до спад в края на 80-те години, когато темповете на капиталовото строителство рязко спаднаха, и през 1990 -те години инвестициите в индустрията практически са спрели.
Днес позициите на Русия на световния пазар на химически продукти се различават значително за различните групи продукти. Така в производството на минерални торове местната химическа промишленост е един от световните лидери: тя държи третото място. По отношение на производството на синтетични каучуци Русия е на 4 -то място в света (10%от световното производство), но само на 13 -то място в производството на полипропилен (1-2%), а в нефтохимическите продукти - на 19 -то място (1%). Производството на много напреднали видове химически продукти, дори и тези, необходими за самата руска икономика, е незначително или отсъства изобщо.
В същото време производството на продукти с относително дълбока преработка застоя като цяло, което доведе до превземането на руския пазар от чуждестранни производители, в резултат на което от началото на 2000 -те години. Русия се превърна в нетен вносител на химически продукти.
Бъдещето на руската химическа промишленост е тясно свързано с перспективите за развитие на световния пазар на химически продукти. Според експерти до 2030 г. той може да надхвърли 4 трилиона долара, поради нарастването на световното население. Като се вземат предвид настоящите тенденции, средногодишният ръст на оборота на химически продукти се прогнозира до 2030 г. за Китай на ниво 13%, Индия - 11, Русия - 5, Европейският съюз (ЕС) - 4 и САЩ - 3%. По това време основната посока на развитието на химията ще бъде създаването на качествено нови високотехнологични материали. Решаването на този проблем и структурната модернизация на клоновете на химическия комплекс са свързани с активното участие на държавата в изпълнението на прокламираните от нея приоритети в Концепцията за социално-икономическо развитие на Русия до 2020 г.
Понастоящем основните фактори, ограничаващи развитието на индустрията, са: недостатъчна инвестиционна активност; ограничаване на достъпа на руски химически продукти до пазарите на някои чужди държави; висок дял на вносната зависимост от предлагането на химически продукти; несъответствие на съществуващата транспортна инфраструктура с експортния потенциал на индустрията; увеличение на цените (тарифите) на продуктите (услугите) на субекти на естествени монополи, което ще ограничи темповете на растеж на производството на азотни торове, амоняк, пластмаси и ще доведе до повишаване на техните цени; недостатъчни темпове на въвеждане на иновативни технологии, използващи химически продукти в сродни области (строителство, жилищно -комунални услуги, автомобилна индустрия и др.).
Основната цел на Стратегията за развитие на химическата и нефтохимическата промишленост на Русия до 2015 г., одобрена със заповед на Министерството на промишлеността и енергетиката на Русия № 119 от 14 март 2008 г., и проекта „План за развитие на Газ и нефтохимикали в Русия за периода до 2030 г. "(План -2030), разработен от Министерството на енергетиката на Русия, - повишаване на конкурентоспособността и обемите на производство на различни химически продукти от руските предприятия, главно чрез създаване и внедряване на ресурс -спестяващи технологии.
Развитието на капацитета на местната нефтохимическа промишленост в План-2030 се очаква да се извърши в рамките на шест клъстера: Волжски, Западно-Сибирски, Каспийски,
Източен Сибир, Далечен Изток и Северозапад. Те са създадени в близост до източници на суровини и пазари за продажби. Функционирането на клъстери предполага активно взаимодействие между предприятия от цялата нефтохимическа производствена верига, включително производители на крайни продукти, местни власти, научни институти и университети.
През 2015 г. се очаква делът на химическата промишленост в БВП да се увеличи от 1,7 на 3%. В същото време обемите на производство трябва да нараснат три до четири пъти, а делът на продуктите с висока добавена стойност да се увеличи от 30 на 70% със съответно намаляване на дела на суровините. Общо се планира да се инвестират около 4 трилиона рубли в нефтохимическата и химическата промишленост в рамките на стратегията, включително разходите за НИРД. Стратегията обаче трябва да обърне повече внимание на мерките, насочени към екологизиране на производството на химикали, въвеждане на иновативни технологии и опазване на ресурсите.
Стратегията определя основните направления на структурно преструктуриране на индустрията въз основа на държавна подкрепа: стимулиране на иновационната и инвестиционната дейност; прилагане на митническа и тарифна политика с цел защита на местните производители на вътрешния и външния пазар; извършване на инвестиционни трансформации за по -ефективно управление на химическия комплекс на Руската федерация; подобряване на руското законодателство с цел създаване на благоприятни условия за развитието на химическия сектор на икономиката.
Тези продукти от нефтопреработвателната промишленост също принадлежат към полимерни материали, въпреки че имат малко общо с предишните вещества. Основната физическа разлика между синтетичните каучуци и останалата група от полимери е, че те не са термопластични. Те принадлежат към групата еластомери, тоест вещества, които в нормалното си състояние са способни да се деформират под действието на товар. След освобождаване на налягането те се връщат към първоначалната си форма. В света има алтернатива на тези вещества. Нарича се естествен каучук и е направен от сока на дървото хевея. Мащабът на производство на естествени материали не е достатъчен, за да отговори на нуждите на пазара. Това беше особено ясно демонстрирано по време на Втората световна война, когато повечето от насажденията от хевея бяха под контрола на Япония. Това беше тласъкът за развитието на тази област на нефтохимията в западните страни. Днес синтетичните материали заемат почти 65% от общия пазар на каучук.
Конюгираните диени действат като мономери на гумени вериги. Те се различават по това, че имат две двойни връзки между въглеродните атоми. Най-популярният от тях е дивинил (1,3-бутадиен):
Вторият най -важен мономер е изопренът, вещество, което е много близко до дивинила, но има още един въглероден атом:
Интересна особеност на реакцията на полимеризация е, че между 2 и 3 атома на молекулата се образува двойна връзка, докато между 1 и 4 се образува единична връзка:
Благодарение на такива двойни връзки материалът има повишена еластичност, което е характерно само за този вид полимери.
Трябва също така да се разбере, че има много голяма разлика между оригиналните каучуци и готовата гума. Гумите се произвеждат на базата на каучук по време на процеса на вулканизация. По време на топлинна обработка с добавяне на специална съставка (вулканизатор), отделните молекулни вериги се преориентират в напречна посока, което придава на материала по -голяма здравина. Най -често сярата е допълнителен елемент.
История на синтетичните каучуци
Каучуците дължат широката си популярност на няколко открития наведнъж. Въпреки факта, че материалът е известен от хиляди години, той практически не се използва, тъй като няма достатъчна здравина. През 1840 г. Джон Гудиър успява значително да подобри свойствата на каучука, като открива процеса на вулканизация. В рамките на шест години неговата технология успя да намери практическо приложение. Робърт Томпсън патентова първата в света пневматична гума. Неговите значителни предимства бяха издръжливостта и комфорта. В сравнение с дървените колела на каретите по онова време, гумата беше истинска божи дар. За съжаление не беше възможно да се постави технологията върху индустриални релси, тъй като не беше възможно да се произвежда тънка гума.
Само четиридесет години по -късно шотландският изобретател Джон Дънлоп успя да подобри процеса на производство на каучук. Основаната от него компания произвежда гуми за велосипеди, вагони, а след това и автомобили. И тогава гумата стана наистина търсена в Европа. Милиони хора започнаха да идват в Бразилия, които искаха да добиват суровини и да ги продават в Стария свят.
Риболовът обаче не продължи дълго. Износът на семена от хевеа беше забранен от бразилските власти. Но в същото време те не можеха да се предпазят от кражба. Още през 1886 г. Хенри Уикъм успя да открадне около сто хиляди семена от това дърво. След като Hevea беше пренесена в Азия, отне известно време, за да се организират насажденията. За по -малко от десетилетие Азия се превърна в основен доставчик на естествен каучук на световния пазар. Цейлон и Малайзия предлагат по -ниски цени, като по този начин изтласкват Бразилия от пазара. Търсенето на каучук нарастваше всеки ден. Това се дължи на новите изобретения в производството на гуми и популяризирането на автомобилния транспорт. Още през 1891 г. първата брава за гума е изобретена от братята Мишлен. И само девет години по -късно Goodyear представи първите си гуми без камери. Бързото развитие на автомобилната индустрия доведе до значително увеличаване на нарастването на търсенето на каучукови каучуци. Но естественият материал не може да задоволи всички потребители - имаше сериозна нужда от алтернатива на естествения каучук.
Не можахме бързо да намерим синтетичен заместител. Проведени са много експерименти, които дават само частични резултати. Най -голям успех постигна руският учен Иван Кандаков. Той успя да синтезира еластичен полимер. Отвореният материал обаче не е намерил широко приложение. Едва през 1909 г. първият синтетичен каучук е получен в Германия. Тя се основава на постиженията на руски химик. Патентът за производство на синтетичен каучук е регистриран на името на германския химик Фринц Хофман.
През същата година в Русия беше представен доклад на изключителния химик Сергей Лебедев. Той показа на всички своето откритие. Той се състои в получаване на еластичен полимерен материал чрез термополимеризация. Интересна особеност на това откритие е, че именно този принцип е използван като основа за индустриалното производство на синтетичен каучук. Това беше първото по рода си предприятие не само в Русия, но и по целия свят.
Първата световна война и превратът, организиран от болшевиките, стават тласък за развитието на нова индустрия. Съветският съюз се сблъска със сериозен проблем. Не беше възможно да се получи естествен каучук, защото страната беше в блокада. Единственият вариант беше да създадат собствено производство на синтетичен каучук. Затова през 1926 г. се провежда конкурс за разработване на индустриален проект за производство на синтетичен каучук. Бяха предложени два варианта. В първия случай химикът Бизов предложи да се получи еластичен полимер от извлечени петролни суровини. Капацитетът на онова време обаче не позволява серийно производство. В тази връзка проектът на Лебедев спечели конкурса. Според неговата идея си струваше да се синтезира каучук на базата на бутадиен, който се получава чрез преработка на етилов алкохол. За своя проект Лебедев получава титлата академик на науките и ордена на Ленин. Продукцията се оказа толкова иновативна, че дълго време те не можеха да повярват в съществуването й в западните страни, наричайки я нищо повече от изобретение и измама.
Първото предприятие за този проект е открито в Ярославл през 1932 г. След него бяха основани предприятия във Воронеж, Казан и Ефремов. Всяко предприятие имаше еднакъв производствен капацитет. Като цяло страната може да получава 40 хиляди тона синтетичен каучук годишно. Предприятията бяха открити на близко място от суровинната база. Тъй като етилов алкохол е използван като основа, фабриките са разположени в близост до картофените насаждения. Натрият се използва като катализатор за производствения процес. Този метод на производство не може да се похвали с висока ефективност. Основното му предимство беше ниската му цена, която беше много важна за страната по това време.
Германия стана вторият по големина производител на синтетичен каучук в света. Интересното е, че страната имаше същите причини като СССР. След избухването на Втората световна война страната се оказа в икономическа блокада. Това беше тласъкът за откриването на собствени производствени мощности за производство на синтетичен каучук. Първото предприятие е завод в град Шкопау. Процесът на производство на полимер беше значително различен и подобрен. Синтетичният каучук се получава чрез реакция на съполимеризация. Използва се стирол и бутадиен. Всичко това се случи във водна среда, което направи възможно получаването на висококачествен полимер. Производството беше високоефективно и до края на войната групата предприятия можеше да произвежда почти 180 хиляди тона годишно.
Съединените щати също бяха принудени да открият собствено производство, тъй като всички плантации на Hevea в Азия попаднаха под японски контрол, а доставките спряха веднага след нападението над Пърл Харбър. В резултат на това правителството взе радикално решение да започне собствено производство на синтетичен каучук. Само за няколко години в страната са открити повече от петдесет завода за производство на този полимер. Интересен факт е, че след края на войната всички производствени мощности стават собственост на правителството.
Тъй като победата във войната беше спечелена от антихитлеристкия блок, производственият капацитет на Германия беше разделен между съюзниците. Съветският съюз успя да получи завода от град Шкопау. Той беше напълно демонтиран и отведен във Воронеж. След усвояването на нов производствен метод СССР става лидер в производството на синтетичен каучук.
В крайна сметка нашите собствени видове полимери са разработени на базата на стирен бутадиен каучук. В същото време никой не е забравил за по -традиционния метод за производство на полимери. Беше решено да се произвежда каучук на базата на изкуствен алкохол, а не на естествен, което допълнително намали цената му. Открити са няколко предприятия. След това бяха разработени технологии за производство на полимер с помощта на различни нефтохимични продукти. Производството започна да произвежда полиизопренов синтетичен каучук. Този материал е много близък по своите качества до естествените суровини.
Производство на синтетични каучуци
Опростена диаграма за производство на различни видове синтетична смола е показана по -долу:
Производството на синтетичен каучук има свои собствени характеристики и трудности. Основната е необходимостта от синтез на голямо разнообразие от мономери. Ето защо процесът на фракциониране на газ е толкова важен в нефтопреработвателната промишленост - позволява получаването на отделни фракции от необходимите леки въглеродни атоми на изхода. Най -интересните за тази индустрия са бутанът и изобутанът, които се получават и в рафинериите. След процедурата на пиролиза и разделяне, суровината се прехвърля за по -нататъшна обработка.
Първият етап от по -нататъшното производство е дехидрогенирането на веществата. По този начин е възможно да се получат двойни връзки на въглерода след отстраняване на излишните водородни атоми. След тази процедура е възможно да се извлекат изопрен и бутадиен. Това са най -важните материали за процеса на полимеризация на синтетичен каучук. Веществата се произвеждат по други начини. Например при пиролиза на течни газове е възможно да се получи изопрен. В допълнение, това вещество може да се получи на базата на изобутилен и формалдехид.
Тъй като синтетичният каучук е съполимер, стиролът и неговите производни често се използват като допълнителни вещества. Например, обичайна „добавка“ е метилстиролът, който се получава чрез добавяне на полипропилен вместо етилен. Акрилонитрилът също може да се превърне във важно вещество. Изработен е на основата на амоняк и пропилен. В зависимост от метода на производство е възможно да се получат няколко полимерни материала от гумената група. В Руската федерация е възприета класификация, според която полибутадиеновият каучук е маркиран като SKD, бутадиен-стирол съполимер може да бъде обозначен като BSK и DSSK. Разликата между всички тези материали се състои в метода на производство на полимер и използваните за това основи. В резултат на това може да се произведе огромно разнообразие от еластични полимери. Най -често срещаният е изопренов каучук (SKI), който е много близък до естествения по своите качества. Една от неговите разновидности е бутилкаучук (BK), химичното наименование на което е изопрен-изобутилен.
Съполимери на етилен и пропилен, към които се добавя малка част от диени, също се разграничават в отделни групи. Те не могат да бъдат класифицирани като чисти каучуци, но са намерили широко приложение в определени области. За да се получат определени качества, хром и бром често се добавят към полимери. Те са включени в полимерни вериги, за да им дадат желаните характеристики.
TPE е една от най -търсените съвременни групи гуми. Съкращението означава термопластични еластомери. Тоест тези вещества имат свойствата на всички полимери. Те са доста пластмасови в нормално състояние и могат да бъдат обработени по традиционни методи за термопласти.
Синтетични гуми в SIBUR
Няколко предприятия от холдинга, които се намират във Воронеж, Толиати и Красноярск, се занимават с производство на каучук. Холдингът е един от най -големите производители на еластични полимери в света, заемайки шестата позиция в списъка. Всички предприятия на холдинга произвеждат повечето от известните видове синтетичен каучук. Бутадиен, изопрен от нашето собствено производство се използва като суровина, а стирен, акрилонитрил и изобутилен се използват като съполимери.
Предприятията използват предимно собствени суровини. Доставя се в резервоари от SIBUR-Neftekhim, завод в Томск и някои предприятия на компанията Lukoil. Повечето от суровините идват под формата на вещества с различен състав, след което преминават през процес на фракциониране. Много съполимери се доставят от трети производители, което дава възможност да се осигурят постоянни товари на производствените мощности на холдинга. Един от партньорите на компанията е беларуският производител Polymir.
След като мономерите са преминали необходимото пречистване, те са податливи на полимеризация. За получаване на различни видове материали се използват различни вещества и производствена среда. Често се използва водна каша, към която могат да се добавят малки парченца завършен каучук. Около такива частици се събират останалите, което ви позволява да получите готови материали. Производството на изопрен има значителна разлика. За това се използва среда, направена от въглеводородни разтворители.
След реакцията на полимеризация, получените материали се пречистват от ненужни примеси (вода, разтворители и др.). Интересна особеност на производството е, че повечето от продуктите се изнасят в други страни. Основният потребител е Китай. Освен това на базата на някои видове гуми се произвеждат екологични гуми на компанията Continental. Също така, предприятието от Воронеж произвежда много видове термодвойки, които са намерили своето приложение в много специализирани области. СИБУР се занимава с производство на синтетичен каучук и въвеждане на голям брой съвременни технологии.
Използването на синтетични каучуци
Повечето продукти от каучуков тип са направени на базата на синтетични каучуци. Веществото се използва за производство на материали за всяка индустрия, включително за храни. На основата на каучук се произвеждат автомобилни гуми, изолационни материали, медицински костюми, водоустойчиви дрехи, обувки и др. Автомобилните компании са най -големите потребители на материали от синтетичен каучук. Именно гумите са най -търсеният продукт от синтетичен каучук. В момента в света има около петстотин завода за производство на автомобилни гуми, които произвеждат повече от един милиард единици стоки годишно.
TPE полимерите също са много важни материали. Те се използват при производството на голям брой строителни материали. Най -важното приложение за тези полимери е в пътното строителство. Положителните качества на материала правят възможно удължаването на експлоатационния живот на пътната настилка с почти три пъти. Днес използването на TPE в пътното строителство е предпоставка. В Китай почти сто процента от пътната настилка е направена от TPE полимери като свързващи вещества. Подобна технология би решила многогодишен проблем у нас.
Важно приложение на синтетичните каучуци е производството на латекс. Неговите добавки се добавят към строителни бои и лакове, импрегниращи течности, довършителни материали и много други. Освен това на базата на тази група се произвеждат потребителски стоки, играчки, медицински инструменти, дрехи, обувки и др. Във всяка област на човешката дейност, където има нужда от еластични материали, се използват синтетични каучуци. В същото време изкуствените полимери имат много по -голям набор от положителни качества, отколкото техните естествени аналози.
В опит да намери метод за производство на изкуствен каучук, С.В. Лебедев интуитивно следва пътя на имитирането на природата. Той изучава проби от естествен каучук и стига до извода, че каучукът е полимер на диенов въглерод. В тази връзка, за да получи изкуствен каучук, той реши да използва въглеводород от диеновата група.
И все пак изкуственият каучук отстъпваше на естествения каучук по една от най -важните характеристики - еластичността. При изследване на пространствената структура на естествения каучук се оказа, че той има стереорегуларна структура: СН2 групите в гумените макромолекули не се държат хаотично, а от една страна на двойна връзка във всяка верига. Това подреждане дава на молекулите структура, която осигурява еластичността на материала. За да подобри качеството на каучука, S.V. Лебедев прилага метода на вулканизация, т.е. добавяйки сяра към каучука, подлага сместа на нагряване. В резултат на това гумата стана по -мека и придоби пореста структура.
Понастоящем е възможно да се получат катализатори, които не са съществували при Лебедев, а свойствата на каучука са значително подобрени. Решавайки проблема с получаването на по -евтин и по -достъпен каучук, С. В. Лебедев стигна до заключението, че други суровини трябва да се използват за производството на синтетичен каучук. В края на краищата първоначалното вещество за производство на бутадиен, от което е произведен каучук, служи като обикновен етилов алкохол - етанол, образуван при ферментация от зърнени култури и картофи. Този метод за производство на каучук беше скъп. Следователно С.В. Лебедев разработи метод за производство на каучук от нефтопреработени продукти. В резултат на това той получил млечнобяла течност, богата като цвета на дървесен каучук.
За разлика от естествения каучук, който постепенно се сгъстява, изкуственият каучук се нуждае от сгъстители. Следователно С.В. Лебедев смесва разтвор на киселина и сол в един контейнер с бяла течност. Днес в световната икономика до 30% каучук се добива от насаждения. Хектар засаждане на бразилска хевея дава от 950 до 2000 кг каучук годишно (прибира се на порции, по 45-60 г всяка). Това със сигурност е вредно за гумените дървета. Следователно методът за производство на изкуствен каучук, предложен от S.V. Лебедев, има не само икономическо, но и екологично значение.
Първата страна, която установява мащабно производство на синтетичен каучук, е СССР.
През 1931 г. в Ленинград е построен опитен завод. На 7 юли 1932 г. стартира първият промишлен завод за производство на синтетичен каучук, Ярославският СК-1; на този ден е получена първата в света промишлена партида от синтетичен (натрий-бутадиен) каучук.
През 1932 г. в СССР са построени три големи завода за производство на синтетичен каучук: СК-1 в Ярославл, СК-2 във Воронеж (стартиран през есента на 1932 г.) и СК-3 в Ефремов (стартиран през 1933 г.).
През 1932 г. заводът на Красния триъгълник започва да произвежда синтетичен каучук.
През 1961 г. за първи път в промишлен мащаб се произвежда дивинил-алфа-метилстиролов каучук в завода в Куйбишевски на СК (сега Толиатикаучук). Тук те започнаха да го правят по нова технология - не от хранителни суровини, а от нефтохимични продукти.
През 1964 г., за първи път в света в индустриален мащаб, заводът произвежда изопренов каучук, подобен на естествения каучук.
През 1982 г. Толяти започва да произвежда чисто нов за страната - бутилов каучук.
Катедра по химическа технология на горивата.
Курсова работа за курса
„Обща химическа технология“
Производство на синтетичен каучук.
Завършено:
Студент 2 -ра година
гр.МАХ Старт-08-1
Шаферов Ю.А.
Проверено:
Кандидат хим. науки
Т. В. Раскулова
Ангарск 2011 г.
1. Въведение
2. Основни свойства на каучуците с общо предназначение
2.1 Сравнение на свойствата на основните видове каучуци
3. Технология и производство
3.1 Видове полимеризация
4. Стиролни бутадиенови каучуци
4.1 Физически характеристики на емулсионни стирол-бутадиенови каучуци с различно съдържание на стиролни единици
4.2 Свойства на вулканизатори за нискотемпературна емулсия метилстирол бутадиен каучук, съдържащ около 23% стиролни единици
5. Реактор-полимеризатор
6. Заключение
6. Препратки
1. Въведение
В момента на пазара има голямо разнообразие от каучуци, според техните свойства и характеристики те могат да бъдат разделени на два големи сегмента: каучуци с общо предназначение и каучуци със специално предназначение.
Редица събития повлияха на изобретението на синтетичен каучук: индустриалната революция, напредъкът в моторното строителство, две световни войни, нарастващото търсене на каучук и недостигът на естествен каучук предизвикаха глобалното търсене на еластомери. Синтетичните каучуци са се превърнали в необходима алтернатива на естествения каучук и са добавили допълнителни свойства към продуктите.
В момента на пазара има голямо разнообразие от каучуци по отношение на свойствата и характеристиките. Но в най -общата си форма те могат да бъдат разделени на два големи сегмента: каучуци с общо предназначение и каучуци със специално предназначение.
маса 1
Гумите с общо предназначение се използват в продукти, в които самата природа на каучука е важна и няма специални изисквания за крайния продукт. Каучуците със специално предназначение имат по-тесен обхват и се използват за придаване на гумено-технически продукт (гуми, колани, подметки за обувки и др.) На определено свойство, например износоустойчивост, маслоустойчивост, устойчивост на замръзване, повишено сцепление на мокро път и др. Най-често една гума съчетава няколко свойства, поради което изборът на каучуци при формулирането на каучуково-технически продукт за определени области е внимателна работа на технолозите.
В гумотехническата промишленост се използват специални каучуци в много по-малки количества от каучуците с общо предназначение. Областите на приложение на каучуци с общо предназначение и каучуци със специално предназначение също се различават. Следователно в този преглед ще бъдат разгледани подробно само каучуци с общо предназначение, които имат сходни методи за производство, обработка и употреба.
Свойствата на синтетичните каучуци определят тяхното приложение. Създаването на формулировка за каучуково-технически продукт е придружено от избор на различни видове каучуци, пълнители, омекотители и др. Правилното съчетаване на всички компоненти във формулировката дава възможност да се получи каучуково-технически продукт с желаните свойства .
2. Основните свойства на каучуците с общо предназначение
Стирол бутадиен каучук
Стирол-бутадиеновият каучук има отлична комбинация от функционални свойства в различни приложения. Този каучук се счита за най -добрия каучук с общо предназначение поради отличните си свойства, висока устойчивост на износване и висок процент на пълнене. С увеличаване на съдържанието на стиролни (α-метилстиролни) единици в съполимера, еластичността на каучука намалява, устойчивостта на замръзване се влошава, но показателите за якост се увеличават. Характерна особеност на стирол-бутадиеновите (α-метилстиролни) каучуци е ниската якост на опън на незапълнените вулканизати. Тези каучуци имат по -висока температура на стъклен преход от естествения каучук и отстъпват на естествения каучук по отношение на устойчивостта на замръзване. Важно предимство на стирол-бутадиеновите каучуци пред естествения каучук е по-малка склонност към напукване, по-висока износоустойчивост, паро- и водоустойчивост, по-добра устойчивост на топлина, озон и леко стареене. Гумите с високо съдържание на стирен имат добри диелектрични свойства (количеството стирен в мономерната смес е 50 тегл.% И по -високо).
Полибутадиен каучук
Повечето полибутадиенови каучуци в момента се произвеждат в тип 1,4-цис, но някои имат смесена единична структура. Като ненаситена гума, лекува лесно със сяра. Полибутадиеновият каучук има отлична устойчивост на ниски температури и износване. Но в същото време той няма висока якост на опън и обикновено се пълни с втвърдяващи добавки. Той също така има по -ниска якост на опън, лоша изработка и лошо сцепление в сравнение с естествения каучук. Следователно, във формулировките на промишлени каучукови изделия, той се смесва с естествен каучук или стирол-бутадиенов каучук.
Полибутадиеновите каучуци се използват в големи количества в смеси с други еластомери за придаване на добри свойства на хистерезис и устойчивост на износване. Смеси от полибутадиен със стирен бутадиен или естествен каучук се използват широко в гуми за леки автомобили и камиони за подобряване на устойчивостта на напукване. В допълнение, полибутадиеновият каучук се използва като модификатор в смеси с други еластомери за подобряване на устойчивостта на замръзване, топлинното стареене, износването и устойчивостта на напукване.
Бутилова гума
Бутиловият каучук има уникалната способност да задържа въздуха, което го прави абсолютен приоритет в индустрията на гумите за производството на тръби и диафрагми. Вътрешните тръби от бутилова гума поддържат първоначалното въздушно налягане 8-10 пъти по-дълго от подобни тръби от естествен каучук, което увеличава живота на гумите с поне 10-18% в сравнение с естествения каучук. Гумата е устойчива на озон и има добра устойчивост на полярни разтворители, водни разтвори на киселини и окислители. Той има добра устойчивост към животински и растителни масла, но бутиловият каучук не е устойчив на минерални масла.
Якостта на опън на бутиловия каучук е малко по -ниска от тази на естествения каучук, но при високи температури е еднаква и за двата каучука. Устойчивостта на износване е добра, когато каучукът е добре запълнен (както и комплектът за компресия), но устойчивостта все още е много ниска. Недостатъците на бутиловия каучук включват неговата ниска степен на вулканизация, лоша адхезия към метали, лоша съвместимост с някои съставки, ниска еластичност при обикновени температури и високо генериране на топлина при многократни деформации.
Някои от тези значителни недостатъци на бутиловия каучук (като ниска степен на втвърдяване, която предотвратява използването му в смеси с други каучуци, ниска адхезия към много материали, особено метали) се елиминират чрез частични промени в химичната природа на полимера. Например, въвеждането на малко количество халогенни атоми в каучукови макромолекули. Бромбутиловият каучук (1 до 3,5 тегл.% Бром) се обработва и смесва със съставките по същия начин като бутиловия каучук. Но бромобутиловата гума се втвърдява много по -бързо от бутиловата гума. Скоростта на вулканизация на бромобутилов каучук е сравнима със скоростта на вулканизация на естествени, бутадиен-стиролни и други каучуци, което прави възможно използването му в смеси с тези еластомери. Други халогенирани бутилови каучуци имат подобни свойства, например хлоробутилов каучук (1,1 - 1,3 тегл.% Хлор). Скоростта на вулканизация и свойствата на вулканизатите на хлоробутиловия каучук са малко по -ниски от тези на бромобутиловия каучук.
Етилен пропиленови каучуци
Етилен-пропиленовите каучуци са най-леките каучуци с плътност между 0,86 и 0,87. Свойствата зависят от съдържанието и вариацията на етиленовите единици в съполимерните единици. EPDM каучукът не съдържа двойни връзки в молекулата, безцветен, има отлична устойчивост на топлина, светлина, кислород и озон. За наситени етилен-пропиленови каучуци се използва пероксидна вулканизация. Етилен-пропилен-диеновият каучук, който съдържа частично ненасищане на връзките, позволява вулканизация със сяра. Той е малко по -малко устойчив на стареене от EPDM.
Наситеният характер на етилен-пропиленовия съполимер влияе върху свойствата на каучуците на базата на този каучук. Устойчивостта на тези каучуци към топлина и стареене е много по -добра от тази на стирен бутадиен и естествени каучуци. Готовите каучукови изделия също имат отлична устойчивост на неорганични или силно полярни течности като киселини, основи и алкохоли. Свойствата на каучука на основата на този тип каучук не се променят след като се държат 15 дни при 25 ° С в 75% и 90% сярна киселина и в 30% азотна киселина. От друга страна, устойчивостта на алифатни, ароматни или хлорирани въглеводороди е доста ниска.
Всички видове EPDM са пълни с подсилващи пълнители като сажди за придаване на добри механични свойства. Електрическите, изолационните и диелектричните свойства на чистия EPDM са изключителни, но също така зависят от избора на съставките за пълнене. Еластичните им свойства са по -добри от много синтетични каучуци, но те не достигат нивото на естествен каучук и стирен бутадиен каучук. Тези гуми имат два съществени недостатъка. Те не могат да се смесват с други обикновени каучуци и не са устойчиви на масло.