Syntetické kaučuky sú polyméry, ktoré možno vulkanizovať na kaučuk. Ich vzniku predchádzal nedostatok prírodného kaučuku a rastúci dopyt po elastoméroch. V súčasnosti je na trhu obrovské množstvo značiek syntetických kaučukov rôznych vlastností a účelov. Môžu byť podmienene rozdelené do dvoch veľkých tried: gumy na všeobecné a špeciálne účely.
Syntetický kaučuk na všeobecné použitie sa používa pri výrobe automobilových pneumatík a dielov, O-krúžkov a iného spotrebného tovaru. Vo všeobecnosti gumy na všeobecné použitie kombinujú veľké množstvo vlastností, vďaka čomu sú všestrannejšie ako gumy na špeciálne účely. Úzky rozsah použitia toho či onoho syntetického polyméru sa však vysvetľuje ideálnym vyvážením jeho zloženia, aby sa dosiahli požadované vlastnosti.
Syntetický kaučuk sa získava polymerizáciou monomérov získaných z frakcií ropy. V závislosti od reakčného média sa rozlišujú štyri typy polymerizácie: kvapalná fáza, emulzia, plynná fáza a roztok. Jeho vlastnosti priamo závisia od spôsobu výroby gumy. Napríklad styrén-butadiénový syntetický kaučuk, ktorý zaberá viac ako 50 % trhu výroby syntetického kaučuku, sa vďaka jeho zavedeniu do automobilového priemyslu vyrába vysokoteplotnou emulznou polymerizáciou. Táto metóda umožňuje dosiahnuť optimálne fyzikálne vlastnosti určitého typu gumových výrobkov. Výroba syntetického kaučuku priamo závisí od použitých monomérov: butadién, styrén, izoprén, propylén, benzén, izoprén, etylén. Ich kombinácia a spôsob polymerizácie určuje konečné vlastnosti gumy, ako aj jej účel.
V porovnaní s prírodným kaučukom je jeho syntetický analóg výnosnejším a sľubnejším materiálom. Po prvé, je všestrannejší. Moderné výrobné metódy umožňujú získať materiál s optimálnymi vlastnosťami pre určitú oblasť použitia. Syntetické kaučuky sú navyše oveľa lacnejšie na výrobu.
Syntetické kaučuky našli v posledných rokoch široké uplatnenie nielen v automobilovom priemysle, ale aj pri zvukovej, tepelnej, hydroizolácii a vzduchovej izolácii budov, ako aj pri výrobe pneumatických, hydraulických, medicínskych a vákuových zariadení. Okrem toho je tento materiál široko používaný v raketovej technike ako polymérny základ na výrobu tuhého raketového paliva s práškom dusičnanu amónneho ako plnivom.
Priemysel polymérnych materiálov (polymérov)
Ide o hlavný petrochemický priemysel (výroba syntetických živíc, plastov, chemických vlákien, syntetického kaučuku), kde sú počiatočné fázy technologického procesu viazané na zdroje surovín a následné spracovanie je orientované na spotrebiteľa a preto je možné ho realizovať v iných regiónoch.
Zmeny v technológii a surovinovej základni polymérnej chémie (prechod od doteraz používaných odpadov zo spracovania dreva a poľnohospodárskych surovín na ropu a plyn), rozvoj potrubnej dopravy viedli k výrazným posunom v geografii priemyslu.
Uhľovodíkové ropné a plynové suroviny sa vyrábajú v ropných rafinériách a plynových benzínoch, ktorých hlavná časť je sústredená v európskej časti krajiny. Nachádzajú sa v oblastiach ťažby ropy a plynu (región Volga, Ural, Severný Kaukaz, Západná Sibír) alebo sú orientované na spotrebiteľa, nachádzajú sa na trasách a na koncových bodoch ropovodov a plynovodov (Jaroslavl, Riazan, Moskva). , Nižný Novgorod, Omsk, Tobolsk atď.).
V chémii polymérov existuje niekoľko smerov.
Výroba syntetických živíc a plastov najväčší smer chemického priemyslu, ktorý sa historicky rozvinul v strednom (Moskva, Vladimir), Volge (Kazaň, Dzeržinsk, Ufa), Urale (Nižný Tagil, Salavat, Jekaterinburg), sibírskom (Tjumen, Kemerovo, Novosibirsk), sev. Západný (Petrohrad), Juh (Volgograd, Rostovské regióny a Krasnodarské územie), Severný Kaukaz (Územie Stavropolu) federálne okresy.
Najväčším ruským výrobcom syntetických živíc a plastov je Uralchimplast OJSC, ktorého hlavné výrobné závody sa nachádzajú v Nižnom Tagile (región Sverdlovsk). Holding má kľúčové pozície na trhoch s mnohými druhmi chemických produktov.
Samostatné technologicky závislé podniky v tomto odvetví sú zvyčajne monopolnými dodávateľmi a spotrebiteľmi polotovarov a sú prepojené produktovodmi, napríklad Sayanskkhimplast a Angarsk Polymer Plant (etylén), Kazanorgsintez a Nizhnekamsk neftekhim (etylén), Kaustik (Sterlitamak) a Salavatnefteorgsintez "(etylén).
priemysel chemických vlákien a nití, ktoré sú umelé a syntetické, vyžaduje veľké množstvo surovín, materiálov, paliva a vody. Na výrobu acetátu a viskózy sa používajú umelé vlákna z prírodných polymérov. Podniky na ich výrobu sa nachádzajú v Balakovo, Ryazan, Tver, Petrohrad, Krasnojarsk, závod sa obnovuje v meste Shuya (región Ivanovo).
Kombajny na výrobu syntetických vlákien (nylon, lavsan) fungujú v Kursku, Saratove, Volžskom. Spoločná výroba umelých a syntetických vlákien sa nachádza v mestách Klin, Serpukhov, Engels, Barnaul. Hlavné množstvo chemických vlákien (viac ako 2/3) sa vyrába v európskej časti krajiny so zameraním na umiestnenie textilného priemyslu.
Výroba syntetického kaučuku
Guma ako surovina sa používa na výrobu pneumatík (65–70 %) a priemyselného gumárenského tovaru (asi 25 %).
Podniky na výrobu syntetického kaučuku pôvodne vznikli na základe používania etylalkoholu z potravinárskych surovín - zemiakov, obilia (mestá Jaroslavľ, Efremov, Voronež, Kazaň), potom hydrolytického alkoholu (Krasnojarsk). Od 60. rokov 20. storočia. prešli na uhľovodíkové suroviny získané zo spracovania ropy, súvisiacich ropných plynov a zemného plynu. Hlavnými regiónmi na výrobu syntetického kaučuku sú región Volga (Togliatti, Nižnekamsk, Kazaň), Ural (Sterlitamak), južná Sibír (Omsk, Krasnojarsk). Celková kapacita tovární na výrobu syntetického kaučuku v krajine sa odhaduje na viac ako 2 milióny ton a jej produkcia v roku 2011 bola 1,4 milióna ton.
Vedúcou spoločnosťou na trhu syntetických kaučukov je SIBUR, ktorý predstavuje viac ako 2/5 ich výroby v Rusku. Spoločnosť združuje najväčších výrobcov syntetického kaučuku - Voronezhsintezkauchuk LLC, Togliattikauchuk LLC a Krasnojarsk Synthetic Rubber Plant OJSC.
Výroba syntetického kaučuku je blízko centier výroby pneumatík a gumy. Existujú celé komplexy navzájom prepojených odvetví: rafinácia ropy - syntetický kaučuk - výroba pneumatík (Omsk, Jaroslavľ); hydrolýza dreva - etylalkohol - syntetický kaučuk - výroba pneumatík (Krasnojarsk).
Chemický komplex bol najviac rozvinutý v štyroch federálnych okresoch: Privolžský (podiel okresu na celkovej produkcii chemického komplexu Ruskej federácie je 44 %), Stredný (24 %), Sibírsky (11 %) a Južný (10 %). .
V chemickom priemysle sú procesy územnej koncentrácie a kombinovania výroby široko rozvinuté. Najväčšie chemické uzly sa vytvorili v niekoľkých regiónoch krajiny: v republikách Tatarstan a Baškirsko, Altaj, Perm a Krasnojarsk, Tula, Ťumen, Jaroslavľ, Nižný Novgorod, Volgograd, Samara, Kemerovo a Irkutsk, ktoré, na jednej strane výrazne prispela k sociálno-ekonomickému rozvoju týchto regiónov, na druhej strane však výrazne zhoršila ekologickú situáciu a kvalitu života obyvateľstva. Chemický komplex je napokon veľkým znečisťovateľom životného prostredia: z hľadiska vypúšťania znečistených odpadových vôd je na 2. mieste (v celkovom objeme emisií škodlivých látok do ovzdušia - 10. miesto) medzi odvetviami.
Chemický priemysel prešiel za posledné polstoročie náročnou cestou: od prudkého rozvoja v 50. – 80. rokoch 20. storočia, keď priemysel vytvoril značný produkčný potenciál, až po úpadok na konci 80. rokov, keď tempo investičnej výstavby prudko kleslo, až po úpadok na konci 80. rokov. a v 90-tych rokoch investície do priemyslu prakticky prestali.
Dnes sa pozície Ruska na svetovom trhu s chemickými výrobkami výrazne líšia pre rôzne skupiny výrobkov. Vo výrobe minerálnych hnojív je teda domáci chemický priemysel jedným zo svetových lídrov: patrí mu tretie miesto. Z hľadiska výroby syntetických kaučukov je Rusko na 4. mieste na svete (10 % svetovej produkcie), ale iba na 13. mieste vo výrobe polypropylénu (1–2 %) a na 19. mieste v petrochemických produktoch (1 %). Uvoľňovanie mnohých pokročilých typov chemických produktov, dokonca nevyhnutných pre samotnú ruskú ekonomiku, je bezvýznamné alebo úplne chýba.
Zároveň výroba produktov pomerne hlbokého spracovania ako celku stagnovala, čo viedlo k zabaveniu ruského trhu zahraničnými výrobcami, v dôsledku čoho od začiatku 2000-tych rokov. Rusko sa stalo čistým dovozcom chemických produktov.
Budúcnosť ruského chemického priemyslu úzko súvisí s perspektívami rozvoja svetového trhu s chemickými výrobkami. Podľa odborníkov môže do roku 2030 presiahnuť 4 bilióny dolárov v dôsledku rastu svetovej populácie. Pri zohľadnení súčasných trendov sa predpokladá priemerný ročný rast obratu chemických výrobkov do roku 2030 pre Čínu na úrovni 13 %, Indiu - 11, Rusko - 5, Európsku úniu (EÚ) - 4 a USA - 3 %. V súčasnosti bude hlavným smerom vývoja chémie vytváranie kvalitatívne nových high-tech materiálov. Riešenie tohto problému a štrukturálna modernizácia odvetví chemického komplexu sú spojené s aktívnou účasťou štátu na realizácii priorít, ktoré vyhlásil v Koncepcii sociálno-ekonomického rozvoja Ruska do roku 2020.
V súčasnosti sú hlavnými faktormi obmedzujúcimi rozvoj odvetvia: nedostatočná investičná aktivita; obmedzenie prístupu ruských chemických výrobkov na trhy niektorých cudzích krajín; vysoký podiel dovoznej závislosti od dodávok chemických produktov; nesúlad existujúcej dopravnej infraštruktúry s exportným potenciálom priemyslu; zvýšenie cien (tarify) za produkty (služby) subjektov prirodzených monopolov, ktoré obmedzí tempo rastu výroby dusíkatých hnojív, čpavku, plastov a povedie k zvýšeniu ich cien; nedostatočná miera zavádzania inovatívnych technológií využívajúcich chemické produkty v príbuzných oblastiach (stavebníctvo, bývanie a komunálne služby, automobilový priemysel a pod.).
Hlavným cieľom Stratégie rozvoja chemického a petrochemického priemyslu Ruska do roku 2015, schválenej nariadením Ministerstva priemyslu a energetiky Ruska č.119 zo dňa 14.3.2008 a projektu „Plán rozvoja tzv. Plyn a petrochémia v Rusku na obdobie do roku 2030“ (Plán-2030), ktorý vypracovalo Ministerstvo energetiky Ruska, - zvýšenie konkurencieschopnosti a objemov výroby rôznych chemických produktov ruskými podnikmi, predovšetkým na základe vytváranie a implementácia technológií šetriacich zdroje.
Rozvoj kapacít domáceho petrochemického priemyslu v Pláne 2030 sa má uskutočniť v rámci šiestich klastrov: Volžskij, Západosibírsky, Kaspický,
Východná Sibír, Ďaleký východ a severozápad. Vznikajú v blízkosti zdrojov surovín a odbytových trhov. Fungovanie klastrov predpokladá aktívnu interakciu podnikov celého petrochemického výrobného reťazca, vrátane výrobcov finálnych produktov, samospráv, vedeckých ústavov a univerzít.
V roku 2015 sa očakáva zvýšenie podielu chemického priemyslu na HDP z 1,7 na 3 %. Zároveň by mali objemy výroby vzrásť troj- až štvornásobne a podiel produktov s vysokou pridanou hodnotou by sa mal zvýšiť z 30 na 70 % so zodpovedajúcim znížením podielu surovín. Celkovo sa v rámci stratégie plánuje investovať približne 4 bilióny rubľov do petrochemického a chemického priemyslu vrátane výdavkov na výskum a vývoj. Stratégia by však mala venovať väčšiu pozornosť opatreniam zameraným na ekologizáciu chemickej výroby, zavádzanie inovatívnych technológií a šetrenie zdrojov.
Stratégia definuje hlavné smery štrukturálnej reštrukturalizácie priemyslu na báze štátnej podpory: stimulácia inovácií a investičná aktivita; vykonávanie colnej a colnej politiky s cieľom chrániť domácich výrobcov na domácom a zahraničnom trhu; vykonávanie investičných transformácií na efektívnejšie riadenie chemického komplexu Ruskej federácie; zlepšenie ruskej legislatívy s cieľom vytvoriť priaznivé podmienky pre rozvoj chemického sektora hospodárstva.
Tieto produkty priemyslu rafinácie ropy tiež patria k polymérnym materiálom, hoci s predchádzajúcimi látkami majú len málo spoločného. Hlavným fyzikálnym rozdielom medzi syntetickými kaučukami a zvyškom skupiny polymérov je to, že nie sú termoplastické. Patria do skupiny elastomérov, teda látok, ktoré sú v normálnom stave schopné deformácie pri pôsobení zaťaženia. Po uvoľnení tlaku sa vrátia do pôvodnej podoby. Vo svete existuje alternatíva k týmto látkam. Nazýva sa prírodný kaučuk a vyrába sa z miazgy stromu hevea. Rozsah výroby prírodných materiálov nestačí na uspokojenie potrieb trhu. Zvlášť jasne sa to ukázalo počas druhej svetovej vojny, keď bola väčšina plantáží Hevea pod kontrolou Japonska. To bol impulz pre rozvoj tejto oblasti petrochémie v západných krajinách. Syntetické materiály dnes zaberajú takmer 65 % celkového trhu s gumou.
Konjugované diény pôsobia ako monoméry kaučukových reťazcov. Líšia sa tým, že majú medzi atómami uhlíka dve dvojité väzby. Najpopulárnejší z nich je divinyl (1,3-butadién):
Druhým najdôležitejším monomérom je izoprén, látka, ktorá je veľmi blízka divinylu, ale má o jeden atóm uhlíka viac:
Zaujímavým znakom polymerizačnej reakcie je, že medzi 2 a 3 atómami molekuly sa vytvorí dvojitá väzba, zatiaľ čo medzi 1 a 4 sa vytvorí jednoduchá väzba:
Vďaka takýmto dvojitým väzbám má materiál zvýšenú elasticitu, ktorá je charakteristická len pre tento druh polymérov.
Treba tiež pochopiť, že medzi pôvodnými gumami a hotovými gumami je veľmi veľký rozdiel. Gumy sa vyrábajú na báze kaučuku v procese vulkanizácie. Pri tepelnom spracovaní s prídavkom špeciálnej prísady (vulkanizátora) sa jednotlivé molekulové reťazce preorientujú v priečnom smere, čo dáva materiálu väčšiu pevnosť. Síra je najčastejšie doplnkovým prvkom.
História syntetických kaučukov
Gumy vďačia za svoju veľkú popularitu niekoľkým objavom naraz. Napriek tomu, že materiál je známy už tisíce rokov, prakticky sa nepoužíval, pretože nemal dostatočnú pevnosť. V roku 1840 dokázal John Goodyear výrazne zlepšiť vlastnosti gumy objavením procesu vulkanizácie. Do šiestich rokov dokázala jeho technológia nájsť praktické uplatnenie. Robert Thompson si nechal patentovať prvú pneumatiku na svete. Jeho hlavnými výhodami boli trvanlivosť a pohodlie. V porovnaní s drevenými kolesami vtedajších kočov bola pneumatika skutočným darom z nebies. Žiaľ, technológiu nebolo možné umiestniť na priemyselné koľajnice, keďže nebolo možné vyrobiť tenkú gumu.
Len o štyridsať rokov neskôr dokázal škótsky vynálezca John Dunlop zlepšiť proces výroby gumy. Spoločnosť, ktorú založil, vyrábala pneumatiky pre bicykle, kočíky a potom aj autá. A potom sa guma stala v Európe skutočne žiadanou. Do Brazílie začali prichádzať milióny ľudí, ktorí chceli ťažiť suroviny a predávať ich v Starom svete.
Rybolov však netrval dlho. Vývoz semien Hevea zakázali brazílske úrady. No zároveň sa nedokázali ochrániť pred krádežou. Už v roku 1886 dokázal Henry Wickham ukradnúť asi stotisíc semien tohto stromu. Potom, čo Hevea bola privedená do Ázie, nejaký čas trvalo zorganizovať plantáže. Za menej ako desať rokov sa Ázia stala hlavným dodávateľom prírodného kaučuku na svetový trh. Cejlón a Malajzia ponúkli nižšie ceny, čím Brazíliu vytlačili z trhu. Dopyt po gume rástol každým dňom. Mohli za to nové vynálezy vo výrobe pneumatík a popularizácia cestnej dopravy. Už v roku 1891 vynašli bratia Michelinovci prvú náhradnú pneumatiku. A len o deväť rokov neskôr Goodyear predstavil svoje prvé bezdušové pneumatiky. Rýchly rozvoj automobilového priemyslu viedol k výraznému zvýšeniu rastu dopytu po gumových kaučukoch. Prírodný materiál však nemohol uspokojiť všetkých spotrebiteľov - existovala vážna potreba alternatívy k prírodnému kaučuku.
Nemohli rýchlo nájsť syntetickú náhradu. Uskutočnilo sa mnoho experimentov, ktoré poskytli len čiastočné výsledky. Najväčší úspech dosiahol ruský vedec Ivan Kandakov. Podarilo sa mu syntetizovať elastický polymér. Otvorený materiál však nenašiel široké využitie. Až v roku 1909 bol v Nemecku získaný prvý syntetický kaučuk. Vychádzal z úspechov ruského chemika. Patent na výrobu syntetického kaučuku bol zaregistrovaný na meno nemeckého chemika Frinza Hoffmanna.
V tom istom roku bola v Rusku predstavená správa vynikajúceho chemika Sergeja Lebedeva. Všetkým ukázal svoj objav. Spočíval v získaní elastického polymérneho materiálu termopolymerizáciou. Zaujímavosťou tohto objavu bolo, že práve tento princíp bol použitý ako základ pre priemyselnú výrobu syntetického kaučuku. Bol to prvý podnik svojho druhu nielen v Rusku, ale na celom svete.
Impulzom pre rozvoj nového priemyslu sa stala prvá svetová vojna a boľševikmi zinscenovaný prevrat. Sovietsky zväz čelil vážnym problémom. Prírodný kaučuk nebolo možné získať, pretože krajina bola v blokáde. Jedinou možnosťou bolo vytvorenie vlastnej výroby syntetického kaučuku. Preto sa v roku 1926 uskutočnila súťaž na vypracovanie priemyselného projektu na výrobu syntetického kaučuku. Boli navrhnuté dve možnosti. V prvom prípade chemik Byzov navrhol získať elastický polymér z vyťažených ropných surovín. Vtedajšia kapacita však neumožňovala sériovú výrobu. V tomto smere súťaž vyhral Lebedevov projekt. Podľa jeho predstavy stálo za to syntetizovať kaučuk na báze butadiénu, ktorý sa vyrábal spracovaním etylalkoholu. Za svoj projekt získal Lebedev titul akademik vied a Leninov rád. Produkcia sa ukázala byť taká inovatívna, že v západných krajinách dlho nemohli uveriť jej existencii a nenazývali ju ničím iným ako vynálezom a podvodom.
Prvý podnik v rámci tohto projektu bol otvorený v Jaroslavli v roku 1932. Po ňom boli založené podniky vo Voroneži, Kazani a Efremove. Každý podnik mal rovnakú výrobnú kapacitu. Vo všeobecnosti by krajina mohla dostať 40 tisíc ton syntetického kaučuku ročne. Podniky boli otvorené v tesnej blízkosti od surovinovej základne. Keďže ako základ sa používal etylalkohol, továrne sa nachádzali v blízkosti zemiakových plantáží. Vo výrobnom procese sa ako katalyzátor použil sodík. Tento spôsob výroby sa nemohol pochváliť vysokou účinnosťou. Jeho hlavnou výhodou bola nízka cena, ktorá bola v tom čase pre krajinu veľmi dôležitá.
Nemecko sa stalo druhým najväčším výrobcom syntetického kaučuku na svete. Zaujímavé je, že krajina mala rovnaké dôvody ako ZSSR. Po vypuknutí 2. svetovej vojny sa krajina ocitla v ekonomickej blokáde. To bolo impulzom pre otvorenie vlastných výrobných zariadení na výrobu syntetického kaučuku. Prvým podnikom bol závod v meste Schkopau. Proces výroby polyméru bol výrazne odlišný a vylepšený. Syntetický kaučuk bol vyrobený kopolymerizačnou reakciou. Použil sa styrén a butadién. To všetko prebiehalo vo vodnom prostredí, čo umožnilo získať kvalitný polymér. Výroba bola vysoko efektívna a do konca vojny mohla skupina podnikov produkovať takmer 180 tisíc ton ročne.
Spojené štáty boli tiež nútené otvoriť vlastnú výrobu, pretože všetky plantáže Hevea v Ázii sa dostali pod japonskú kontrolu a dodávky sa zastavili ihneď po útoku na Pearl Harbor. V dôsledku toho vláda urobila radikálne rozhodnutie začať vlastnú výrobu syntetického kaučuku. Len za pár rokov bolo v krajine otvorených viac ako päťdesiat závodov na výrobu tohto polyméru. Zaujímavosťou je, že po skončení vojny sa všetky výrobné zariadenia stali majetkom vlády.
Keďže víťazstvo vo vojne vybojoval protihitlerovský blok, výrobné kapacity Nemecka boli rozdelené medzi spojencov. Sovietskemu zväzu sa podarilo získať závod z mesta Shkopau. Úplne ho rozobrali a odviezli do Voronežu. Po zvládnutí novej výrobnej metódy sa ZSSR stal lídrom vo výrobe syntetického kaučuku.
Nakoniec boli naše vlastné typy polymérov vyvinuté na báze styrén-butadiénového kaučuku. Nikto zároveň nezabudol ani na tradičnejší spôsob výroby polymérov. Bolo rozhodnuté vyrábať kaučuk na báze umelého alkoholu a nie na prírodnom, čo ešte viac znížilo jeho náklady. Bolo otvorených niekoľko podnikov. Potom boli vyvinuté technológie na výrobu polymérov s použitím rôznych petrochemických produktov. Továrne začali vyrábať polyizoprénový syntetický kaučuk. Tento materiál je svojimi kvalitami veľmi blízky prírodným surovinám.
Výroba syntetických kaučukov
Zjednodušený vývojový diagram na výrobu rôznych typov syntetických živíc je uvedený nižšie:
Výroba syntetického kaučuku má svoje vlastné charakteristiky a ťažkosti. Hlavným z nich je potreba syntetizovať širokú škálu monomérov. Preto je proces frakcionácie plynu taký dôležitý v priemysle rafinácie ropy - umožňuje získať jednotlivé frakcie potrebných ľahkých uhlíkov na výstupe. Najzaujímavejšie pre tento priemysel sú bután a izobután, ktoré sa získavajú aj v rafinériách. Po pyrolýze a separácii sa surovina presunie na ďalšie spracovanie.
Prvým stupňom ďalšej výroby je dehydrogenácia látok. Takto je možné získať dvojité väzby uhlíkov po odstránení nadbytočných atómov vodíka. Po tomto postupe je možné extrahovať izoprén a butadién. Toto sú najdôležitejšie materiály pre proces polymerizácie syntetického kaučuku. Látky sa vyrábajú inými spôsobmi. Napríklad pri pyrolýze kvapalných plynov je možné získať izoprén. Okrem toho je možné túto látku získať na báze izobutylénu a formaldehydu.
Pretože syntetický kaučuk je kopolymér, styrén a jeho deriváty sa často používajú ako ďalšie látky. Bežným „aditívom“ je napríklad metylstyrén, ktorý sa získava pridaním polypropylénu namiesto etylénu. Dôležitou látkou sa môže stať aj akrylonitril. Vyrába sa na báze amoniaku a propylénu. V závislosti od spôsobu výroby je možné získať niekoľko polymérnych materiálov skupiny kaučukov. V Ruskej federácii bola prijatá klasifikácia, podľa ktorej je polybutadiénový kaučuk označený SKD, butadién-styrénový kopolymér môže byť označený ako BSK a DSSK. Rozdiel medzi všetkými týmito materiálmi spočíva v spôsobe výroby polyméru a použitých základoch. Výsledkom je, že je možné vyrobiť veľké množstvo elastických polymérov. Najrozšírenejší je izoprénový kaučuk (SKI), ktorý je svojou kvalitou veľmi blízky prírodnému kaučuku. Jednou z jeho odrôd je butylkaučuk (BK), ktorého chemický názov je izoprén-izobutylén.
Kopolyméry etylénu a propylénu, ku ktorým sa pridáva malá časť diénov, sa tiež rozlišujú do samostatných skupín. Nemožno ich zaradiť medzi čisté kaučuky, ale v určitých oblastiach našli široké uplatnenie. Na získanie určitých vlastností sa do polymérov často pridáva chróm a bróm. Sú začlenené do polymérnych reťazcov, aby im poskytli požadované vlastnosti.
TPE je jednou z najžiadanejších moderných skupín gúm. Skratka znamená termoplastické elastoméry. To znamená, že tieto látky majú vlastnosti všetkých polymérov. V normálnom stave sú celkom plastické a dajú sa spracovať tradičnými metódami na termoplasty.
Syntetické kaučuky v SIBUR
Niekoľko podnikov holdingu, ktoré sa nachádzajú vo Voroneži, Togliatti a Krasnojarsku, sa zaoberá výrobou gumy. Holding je jedným z najväčších výrobcov elastických polymérov na svete a v zozname je na šiestom mieste. Všetky podniky holdingu vyrábajú väčšinu známych druhov syntetického kaučuku. Ako surovinová základňa je použitý butadién, izoprén vlastnej výroby a ako kopolyméry styrén, akrylonitril a izobutylén.
Podniky využívajú hlavne vlastné suroviny. Dodáva sa v nádržiach zo závodu SIBUR-Neftekhim v Tomsku a niektorých podnikov spoločnosti Lukoil. Väčšina surovín prichádza vo forme látok s rôznym zložením, po ktorých prechádzajú na mieste frakcionačným procesom. Množstvo kopolymérov je dodávaných od tretích výrobcov, čo umožňuje zabezpečiť výrobné zariadenia holdingu konštantnou záťažou. Jedným z partnerov spoločnosti je bieloruský výrobca Polymir.
Po tom, čo monoméry prešli nevyhnutnou purifikáciou, sú prístupné polymerizácii. Na získanie rôznych druhov materiálov sa používajú rôzne látky a výrobné prostredia. Často sa používa vodná kaša, do ktorej sa môžu pridať malé kúsky hotovej gumy. Okolo takýchto častíc sa zvyšok zhromažďuje, čo vám umožňuje získať hotové materiály. Produkcia izoprénu má významný rozdiel. Na to sa používa médium vyrobené z uhľovodíkových rozpúšťadiel.
Po polymerizačnej reakcii sa výsledné materiály čistia od nepotrebných nečistôt (voda, rozpúšťadlá atď.). Zaujímavosťou výroby je, že väčšina výrobkov sa vyváža do iných krajín. Hlavným spotrebiteľom je Čína. Okrem toho sa na báze niektorých druhov gúm vyrábajú ekologické pneumatiky spoločnosti Continental. Voronežský podnik tiež vyrába mnoho typov termočlánkov, ktoré našli uplatnenie v mnohých špecializovaných oblastiach. SIBUR sa zaoberá výrobou syntetického kaučuku a zavádzaním veľkého množstva moderných technológií.
Použitie syntetických kaučukov
Väčšina výrobkov gumového typu je vyrobená na báze syntetických kaučukov. Látka sa používa na výrobu materiálov pre akýkoľvek priemysel vrátane potravinárstva. Na báze gumy sa vyrábajú automobilové pneumatiky, izolačné materiály, lekárske obleky, nepremokavé odevy, obuv atď. Automobilové spoločnosti sú najväčšími spotrebiteľmi materiálov zo syntetickej gumy. Práve pneumatiky sú najžiadanejším produktom zo syntetickej gumy. V súčasnosti je na svete asi päťsto tovární na výrobu automobilových pneumatík, ktoré ročne vyprodukujú viac ako jednu miliardu jednotiek tovaru.
TPE polyméry sú tiež veľmi dôležité materiály. Používajú sa pri výrobe veľkého množstva stavebných materiálov. Najdôležitejšie využitie týchto polymérov je pri stavbe ciest. Pozitívne vlastnosti materiálu umožňujú predĺžiť životnosť povrchu vozovky takmer trojnásobne. Dnes je použitie TPE pri stavbe ciest nevyhnutným predpokladom. V Číne je takmer sto percent povrchu vozovky vyrobených pomocou polymérov TPE ako spojiva. Takáto technológia by vyriešila večný problém našej krajiny.
Významné využitie syntetických kaučukov je pri výrobe latexu. Jeho prísady sa pridávajú do stavebných farieb a lakov, impregnačných kvapalín, dokončovacích materiálov a mnohých ďalších. Okrem toho sa na základe tejto skupiny vyrába spotrebný tovar, hračky, lekárske nástroje, časti odevu, obuv atď. V akejkoľvek oblasti ľudskej činnosti, kde sú potrebné elastické materiály, sa používajú syntetické kaučuky. Okrem toho majú umelé polyméry oveľa väčší súbor pozitívnych vlastností ako ich prirodzené náprotivky.
V snahe nájsť spôsob výroby umelého kaučuku S.V. Lebedev intuitívne šiel cestou napodobňovania prírody. Študoval vzorky prírodného kaučuku a dospel k záveru, že kaučuk je polymér diénového uhlíka. V tejto súvislosti sa na získanie umelého kaučuku rozhodol použiť uhľovodík zo skupiny diénov.
A predsa, umelý kaučuk bol horší ako prírodný kaučuk v jednej z najdôležitejších vlastností - elasticite. Pri štúdiu priestorovej štruktúry prírodného kaučuku sa ukázalo, že má stereoregulárnu štruktúru: skupiny CH2 v makromolekulách kaučuku nie sú držané chaoticky, ale na jednej strane dvojitej väzby v každom reťazci. Toto usporiadanie dáva molekulám štruktúru, ktorá zabezpečuje elasticitu materiálu. Na zlepšenie kvality gumy S.V. Lebedev aplikoval metódu vulkanizácie, t.j. pridaním síry do kaučuku sa zmes podrobila zahrievaniu. V dôsledku toho sa guma stala mäkšou a získala poréznu štruktúru.
V súčasnosti sa podarilo získať katalyzátory, ktoré za Lebedeva neexistovali a vlastnosti kaučuku sa výrazne zlepšili. Pri riešení problému získania lacnejšieho a dostupnejšieho kaučuku S. V. Lebedev dospel k záveru, že na výrobu syntetického kaučuku by sa mali použiť iné suroviny. Veď východiskovou látkou na výrobu butadiénu, z ktorej sa vyrábal kaučuk, bol obyčajný etylalkohol – etanol, vznikajúci pri fermentačnom procese z obilnín a zemiakov. Tento spôsob výroby gumy bol drahý. Preto S.V. Lebedev vyvinul metódu výroby kaučuku z ropných rafinovaných produktov. V dôsledku toho dostal mliečnobielu tekutinu, sýtu ako farba drevenej gumy.
Na rozdiel od prírodného kaučuku, ktorý postupne hustne, umelý kaučuk potrebuje zahusťovadlá. Preto S.V. Lebedev zmiešal roztok kyseliny a soli v jednej nádobe s bielou kvapalinou. Dnes sa vo svetovej ekonomike až 30 % kaučuku ťaží z plantáží. Z hektára brazílskej výsadby hevea sa ročne získa 950 až 2 000 kg kaučuku (zberá sa po častiach, každá po 45 – 60 g). To je určite škodlivé pre kaučukovníky. Preto spôsob výroby umelého kaučuku navrhnutý S.V. Lebedev, má nielen ekonomický, ale aj environmentálny význam.
Prvou krajinou, ktorá zaviedla veľkú výrobu syntetického kaučuku, bol ZSSR.
V roku 1931 bol v Leningrade postavený experimentálny závod. 7. júla 1932 bol spustený prvý priemyselný závod na výrobu syntetického kaučuku - Jaroslavľ SK-1; v ten deň bola prijatá prvá komerčná séria syntetického (butadiénového kaučuku) na svete.
V roku 1932 boli v ZSSR vybudované tri veľké závody na výrobu syntetického kaučuku: SK-1 v Jaroslavli, SK-2 vo Voroneži (spustený na jeseň 1932) a SK-3 v Efremove (spustený v roku 1933).
V roku 1932 závod Krasny Triangle začal vyrábať syntetický kaučuk.
V roku 1961 bol divinyl-alfa-metylstyrénový kaučuk prvýkrát vyrobený v priemyselnom meradle v závode Kuibyshevsky v SK (dnes Togliattikauchuk). Tu ho začali vyrábať novou technológiou – nie z potravinárskych surovín, ale z petrochemických produktov.
V roku 1964 závod prvýkrát na svete v priemyselnom meradle dostal izoprénový kaučuk, podobný prírodnému kaučuku.
V roku 1982 sa v Togliatti začala vyrábať nová značka pre krajinu, butylkaučuk.
Katedra chemickej technológie palív.
Kurz pre kurz
"Všeobecná chemická technológia"
Výroba syntetického kaučuku.
Dokončené:
študent 2. ročníka
gr.MAH Start-08-1
Shaferov Yu.A.
Skontrolované:
Kandidát chem. vedy
T.V.Raskulová
Angarsk 2011
1. Úvod
2. Základné vlastnosti gumy na všeobecné použitie
2.1 Porovnanie vlastností hlavných druhov kaučukov
3. Technológia a výroba
3.1 Typy polymerizácie
4. Styrén butadiénové kaučuky
4.1 Fyzikálne vlastnosti emulzných styrén-butadiénových kaučukov s rôznym obsahom styrénových jednotiek
4.2 Vlastnosti vulkanizérov nízkoteplotných emulzných metylstyrén-butadiénových kaučukov s obsahom cca 23 % styrénových jednotiek
5. Reaktor-polymerizér
6. Záver
6. Referencie
1. Úvod
V súčasnosti je na trhu široká škála gúm, podľa ich vlastností a charakteristík ich možno rozdeliť do dvoch veľkých segmentov: gumy na všeobecné použitie a gumy na špeciálne účely.
Celý rad udalostí ovplyvnil vynález syntetického kaučuku: priemyselná revolúcia, pokrok v konštrukcii motorov, dve svetové vojny, rastúci dopyt po kaučuku a nedostatok prírodného kaučuku vyvolali celosvetový dopyt po elastoméroch. Syntetické kaučuky sa stali nevyhnutnou alternatívou k prírodnému kaučuku a dodali výrobkom ďalšie vlastnosti.
V súčasnosti je na trhu široká škála kaučukov z hľadiska vlastností a charakteristík. Ale vo svojej najvšeobecnejšej forme ich možno rozdeliť do dvoch veľkých segmentov: gumy na všeobecné použitie a gumy na špeciálne účely.
stôl 1
Gumy na všeobecné použitie sa používajú vo výrobkoch, pri ktorých je dôležitá samotná povaha kaučuku a na hotový výrobok nie sú kladené žiadne špeciálne požiadavky. Špeciálne gumy majú užší rozsah a používajú sa na to, aby sa gumotechnickým výrobkom (pneumatikám, pásom, podrážkam topánok a pod.) pridelila určitá vlastnosť, napríklad odolnosť proti opotrebovaniu, odolnosť voči olejom, mrazuvzdornosť, zvýšená priľnavosť na mokrom povrchu. cesta atď. Jedna guma najčastejšie kombinuje niekoľko vlastností, preto je výber kaučukov vo formulácii gumárenského technického produktu pre určité oblasti starostlivou prácou technológov.
Špeciálne kaučuky sa v gumárenskom priemysle používajú v oveľa menšom množstve ako kaučuky na všeobecné použitie. Oblasti použitia gumy na všeobecné použitie a gumy na špeciálne účely sa tiež líšia. Preto sa v tomto prehľade budeme podrobne zaoberať iba kaučukami na všeobecné použitie, ktoré majú podobné spôsoby výroby, spracovania a použitia.
Vlastnosti syntetických kaučukov určujú ich použitie. Vytvorenie formulácie pre gumotechnický výrobok je sprevádzané výberom rôznych druhov kaučukov, plnív, zmäkčovadiel atď. Správna kombinácia všetkých zložiek vo formulácii umožňuje získať gumotechnický výrobok s požadovaným vlastnosti.
2. Hlavné vlastnosti gumy na všeobecné použitie
Styrén butadiénový kaučuk
Styrén-butadiénový kaučuk má vynikajúcu kombináciu funkčných vlastností v rôznych aplikáciách. Táto guma je považovaná za najlepšiu gumu na všeobecné použitie vďaka svojim vynikajúcim vlastnostiam vysokej odolnosti proti oderu a vysokému percentu plnenia. S nárastom obsahu styrénových jednotiek (α-metylstyrén) v kopolyméri klesá elasticita gumy, zhoršuje sa mrazuvzdornosť, ale zvyšujú sa ukazovatele pevnosti. Charakteristickým znakom styrén-butadiénových (α-metylstyrénových) kaučukov je nízka pevnosť v ťahu neplnených vulkanizátov. Tieto kaučuky majú vyššiu teplotu skleného prechodu ako prírodný kaučuk a z hľadiska mrazuvzdornosti sú horšie ako prírodný kaučuk. Dôležitou výhodou styrén-butadiénových kaučukov oproti prírodnému kaučuku je nižší sklon k praskaniu, vyššia odolnosť proti opotrebeniu, odolnosť voči pare a vode, lepšia odolnosť voči teplu, ozónu a starnutiu svetlom. Kaučuky s vysokým obsahom styrénu majú dobré dielektrické vlastnosti (množstvo styrénu v monomérnej zmesi je 50 % hmotn. a viac).
Polybutadiénová guma
Väčšina polybutadiénového kaučuku sa v súčasnosti vyrába v type 1,4-cis, ale niektoré majú zmiešanú jednotkovú štruktúru. Ako nenasýtená guma sa ľahko vytvrdzuje sírou. Polybutadiénová guma má vynikajúcu odolnosť voči nízkym teplotám a oderu. Zároveň však nemá vysokú pevnosť v ťahu a je zvyčajne plnený vytvrdzovacími prísadami. V porovnaní s prírodným kaučukom má tiež nižšiu pevnosť v ťahu, zlé spracovanie a zlú trakciu. Preto sa vo formuláciách priemyselného kaučuku mieša s prírodným kaučukom alebo styrén-butadiénovým kaučukom.
Polybutadiénové kaučuky sa používajú vo veľkých množstvách v zmesiach s inými elastomérmi, aby sa získali dobré vlastnosti hysterézie a odolnosti proti oderu. Zmesi polybutadiénu so styrénbutadiénom alebo prírodným kaučukom sa široko používajú v pneumatikách osobných a nákladných automobilov na zlepšenie odolnosti proti praskaniu. Okrem toho sa polybutadiénový kaučuk používa ako modifikátor v zmesiach s inými elastomérmi na zlepšenie mrazuvzdornosti, tepelného starnutia, odolnosti proti oderu a praskaniu.
Butylkaučuk
Butylkaučuk má jedinečnú schopnosť zadržiavať vzduch, čo z neho robí absolútnu prioritu v priemysle pneumatík pri výrobe duší a membrán. Butylkaučukové duše udržujú pôvodný tlak vzduchu 8-10x dlhšie ako podobné duše z prírodnej gumy, čo zvyšuje životnosť pneumatiky minimálne o 10-18% v porovnaní s prírodným kaučukom. Guma je odolná voči ozónu a má dobrú odolnosť voči polárnym rozpúšťadlám, vodným roztokom kyselín a oxidačným činidlám. Má dobrú odolnosť voči živočíšnym a rastlinným olejom, ale butylkaučuk nie je odolný voči minerálnym olejom.
Pevnosť v ťahu butylového kaučuku je o niečo nižšia ako u prírodného kaučuku, no pri vysokých teplotách je u oboch kaučukov rovnaká. Odolnosť proti oderu je dobrá, keď je guma dôkladne naplnená (rovnako ako kompresné nastavenie), ale pružnosť je stále veľmi nízka. Medzi nevýhody butylkaučuku patrí nízka rýchlosť vulkanizácie, zlá priľnavosť ku kovom, zlá kompatibilita s niektorými prísadami, nízka elasticita pri bežných teplotách a vysoký vývin tepla pri opakovaných deformáciách.
Niektoré z týchto významných nevýhod butylkaučuku (ako je nízka rýchlosť vulkanizácie, ktorá bráni jeho použitiu v zmesiach s inými kaučukami, nízka priľnavosť k mnohým materiálom, najmä kovom) sú eliminované čiastočnou zmenou chemickej povahy polyméru. Napríklad zavedenie malého množstva atómov halogénu do makromolekúl gumy. Brómbutylový kaučuk (1 až 3,5 % hmotn. brómu) sa spracuje a zmieša so zložkami rovnakým spôsobom ako butylový kaučuk. Brómbutylová guma však vytvrdzuje oveľa rýchlejšie ako butylová guma. Rýchlosť vulkanizácie brómbutylového kaučuku je porovnateľná s rýchlosťou vulkanizácie prírodných, butadiénstyrénových a iných kaučukov, čo umožňuje jeho použitie v zmesiach s týmito elastomérmi. Ostatné halogénované butylové kaučuky majú podobné vlastnosti, napríklad chlórbutylový kaučuk (1,1 - 1,3 % hmotn. chlóru). Rýchlosť vulkanizácie a vlastnosti vulkanizátov chlórbutylového kaučuku sú však o niečo nižšie ako u brómbutylového kaučuku.
Etylén-propylénové kaučuky
Etylén-propylénové kaučuky sú najľahšie kaučuky, ktoré majú hustotu 0,86 až 0,87. Vlastnosti závisia od obsahu a variácií etylénových jednotiek v kopolymérnych jednotkách. EPDM guma neobsahuje dvojité väzby v molekule, je bezfarebná, má výbornú odolnosť voči teplu, svetlu, kyslíku a ozónu. Pre nasýtené etylén-propylénové kaučuky sa používa peroxidová vulkanizácia. Etylén-propylén-diénový kaučuk, ktorý obsahuje čiastočnú nenasýtenosť väzieb, umožňuje vulkanizáciu sírou. Je o niečo menej odolný voči starnutiu ako EPDM.
Nasýtený charakter etylén-propylénového kopolyméru ovplyvňuje vlastnosti kaučukov na báze tohto kaučuku. Odolnosť týchto kaučukov voči teplu a starnutiu je oveľa lepšia ako u styrénbutadiénu a prírodných kaučukov. Hotové gumové výrobky majú tiež vynikajúcu odolnosť voči anorganickým alebo vysoko polárnym kvapalinám, ako sú kyseliny, zásady a alkoholy. Vlastnosti kaučuku na báze tohto typu kaučuku sa nemenia po 15-dňovom držaní pri 25°C v 75% a 90% kyseline sírovej a 30% kyseline dusičnej. Na druhej strane odolnosť voči alifatickým, aromatickým alebo chlórovaným uhľovodíkom je pomerne nízka.
Všetky typy EPDM sú plnené vystužujúcimi plnivami, ako sú sadze, aby sa získali dobré mechanické vlastnosti. Elektrické, izolačné a dielektrické vlastnosti čistého EPDM sú mimoriadne, ale tiež závisia od výberu zložiek plniva. Ich elastické vlastnosti sú lepšie ako u mnohých syntetických kaučukov, ale nedosahujú úroveň prírodného kaučuku a styrénbutadiénového kaučuku. Tieto gumy majú dve významné nevýhody. Nedajú sa miešať s inými bežnými gumami a nie sú odolné voči olejom.