Sintetični kavčuki so polimeri, ki jih je mogoče vulkanizirati v gumo. Pred njihovim pojavom je prišlo do pomanjkanja naravnega kavčuka in naraščajočega povpraševanja po elastomerih. Trenutno je na trgu ogromno znamk sintetičnih kavčukov različnih lastnosti in namenov. Pogojno jih lahko razdelimo v dva velika razreda: gume za splošne in posebne namene.

Splošna sintetična guma se uporablja pri izdelavi avtomobilskih gum in delov, tesnilnih obročev in drugih izdelkov široke potrošnje. Na splošno kavčuki za splošno uporabo kombinirajo veliko število lastnosti, zaradi česar so bolj vsestranski kot gume za posebne namene. Vendar je ozko področje uporabe enega ali drugega sintetičnega polimera razloženo z idealno uravnoteženostjo njegove formulacije, da se dosežejo zahtevane lastnosti.

Sintetični kavčuk dobimo s polimerizacijo monomerov, dobljenih iz frakcij surove nafte. Glede na reakcijski medij ločimo štiri vrste polimerizacije: tekoča faza, emulzija, plinska faza in raztopina. Njegove lastnosti so neposredno odvisne od načina proizvodnje gume. Na primer, sintetični kavčuk stiren-butadien, ki zavzema več kot 50% trga proizvodnje sintetičnega kavčuka, je zaradi uvajanja v avtomobilsko industrijo proizveden z visokotemperaturno emulzijsko polimerizacijo. Ta metoda vam omogoča doseganje optimalnih fizikalnih lastnosti določene vrste izdelkov iz gume. Proizvodnja sintetičnega kavčuka je neposredno odvisna od uporabljenih monomerov: butadien, stiren, izopren, propilen, benzen, izopren, etilen. Njihova kombinacija in način polimerizacije določata končne lastnosti gume in njen namen.

V primerjavi z naravnim kavčukom je njegov sintetični analog bolj donosen in obetaven material. Prvič, bolj je vsestranski. Sodobne proizvodne metode omogočajo pridobitev materiala z optimalnimi lastnostmi za določeno uporabo. Poleg tega je sintetična guma veliko cenejša za izdelavo.

V zadnjih letih so sintetični kavčuki našli široko uporabo ne le v avtomobilski industriji, temveč tudi pri zvočni, toplotni, hidro- in zračni izolaciji stavb, pa tudi pri proizvodnji pnevmatske, hidravlične, medicinske in vakuumske opreme. Poleg tega se ta material v raketni industriji pogosto uporablja kot polimerna osnova za proizvodnjo trdnega raketnega goriva z amonijevim nitratom v prahu kot polnilom.

Industrija polimernih materialov (polimeri)

To je glavna petrokemična industrija (proizvodnja sintetičnih smol, plastike, kemičnih vlaken, sintetičnega kavčuka), kjer so začetne faze tehnološkega procesa vezane na surovinske vire, kasnejša predelava pa je usmerjena k potrošnikom in jo je zato mogoče izvajati v drugih regijah.

Spremembe v tehnologiji in surovinski osnovi polimerne kemije (prehod iz prej uporabljenih odpadkov iz predelave lesa in kmetijskih surovin v nafto in plin), razvoj cevovodnega prometa so privedli do pomembnih premikov v geografiji industrije .

Ogljikovodična nafta in plinske surovine se proizvajajo v rafinerijah nafte in v bencinskih obratih, katerih glavni del je skoncentriran v evropskem delu države. Nahajajo se na območjih pridobivanja nafte in plina (Povolžje, Ural, Severni Kavkaz, Zahodna Sibirija) ali pa so usmerjeni k potrošnikom, na trasah in na končnih točkah naftovodov in plinovodov (Jaroslavlj, Rjazan, Moskva , Nižni Novgorod, Omsk, Tobolsk itd.).

V kemiji polimerov je več smeri.

Proizvodnja sintetičnih smol in plastičnih mas največja smer kemične industrije, ki se je zgodovinsko razvila v osrednji (Moskva, Vladimir), Volgi (Kazan, Dzeržinsk, Ufa), Uralu (Nižni Tagil, Salavat, Jekaterinburg), sibirskem (Tjumen, Kemerovo, Novosibirsk), severno- Zahodno (Sankt Peterburg), Južno (Volgograd, Rostovska regija in Krasnodarsko ozemlje), Severnokavkaško (Stavropoljsko ozemlje) zvezna okrožja.

Največji ruski proizvajalec sintetičnih smol in plastike je OJSC Uralchimplast, katerega glavni proizvodni obrati se nahajajo v Nižnem Tagilu (regija Sverdlovsk). Holding ima ključne položaje na trgih številnih vrst kemičnih izdelkov.

Ločena tehnološko odvisna podjetja v industriji so običajno monopolni dobavitelji in potrošniki polizdelkov in so povezana s cevovodi za izdelke, na primer Sayanskkhimplast in Angarsk Polymer Plant (etilen), Kazanorgsintez in Nizhnekamsk neftekhim (etilen), Kaustik (Sterlitamak) in Salavatnefteorgsintez "(etilen).

Industrija kemičnih vlaken in niti, ki so umetne in sintetične, zahteva veliko količino surovin, materialov, goriva in vode. Umetna vlakna iz naravnih polimerov se uporabljajo za proizvodnjo acetata in viskoze. Podjetja za njihovo proizvodnjo se nahajajo v Balakovo, Ryazan, Tver, Sankt Peterburg, Krasnoyarsk, obrat se obnavlja v mestu Shuya (Ivanovo regija).

Kombani za proizvodnjo sintetičnih vlaken (najlon, lavsan) delujejo v Kursku, Saratovu in Volžskem. Skupna proizvodnja umetnih in sintetičnih vlaken se nahaja v mestih Klin, Serpukhov, Engels, Barnaul. Glavna količina kemičnih vlaken (več kot 2/3) je proizvedena v evropskem delu države, s poudarkom na lokaciji tekstilne industrije.

Proizvodnja sintetičnega kavčuka

Guma kot surovina se uporablja za izdelavo pnevmatik (65–70%) in izdelkov iz gume (približno 25%).

Podjetja za proizvodnjo sintetičnega kavčuka so prvotno nastala na podlagi uporabe etilnega alkohola iz prehrambenih surovin - krompirja, žita (mesta Yaroslavl, Efremov, Voronezh, Kazan), nato hidrolitičnega alkohola (Krasnoyarsk). Od šestdesetih let 20. stoletja. prešli so na ogljikovodikove surovine, pridobljene s predelavo nafte, pripadajočih naftnih plinov in zemeljskega plina. Glavne regije za proizvodnjo sintetičnega kavčuka so Povolžje (Togliatti, Nižnekamsk, Kazan), Ural (Sterlitamak), južna Sibirija (Omsk, Krasnojarsk). Skupna zmogljivost obratov sintetičnega kavčuka v državi je ocenjena na več kot 2 milijona ton, njegova proizvodnja v letu 2011 pa je bila 1,4 milijona ton.

Vodilno podjetje na trgu sintetične gume je SIBUR, ki v Rusiji predstavlja več kot 2/5 njihove proizvodnje. Podjetje združuje največje proizvajalce sintetičnega kavčuka - Voronezhsintezkauchuk LLC, Togliattikauchuk LLC in Krasnoyarsk Factory of Synthetic Rubber OJSC.

Proizvodnja sintetične gume je blizu centrov za proizvodnjo pnevmatik in gume. Obstajajo celi kompleksi med seboj povezanih industrij: rafiniranje nafte - sintetična guma - proizvodnja pnevmatik (Omsk, Yaroslavl); hidroliza lesa - etilni alkohol - sintetična guma - proizvodnja pnevmatik (Krasnojarsk).

Kemični kompleks je bil najbolj razvit v štirih zveznih okrožjih: Privolzhsky (delež okrožja v celotni proizvodnji kemičnega kompleksa Ruske federacije je 44%), Central (24%), Sibir (11%) in Yuzhny (10%) .

V kemični industriji so bili postopki teritorialne koncentracije in kombinacije proizvodnje zelo razviti. Največja kemična vozlišča so nastala v številnih regijah države: v republikah Tatarstan in Baškortostan, Altaj, Perm in Krasnojarsk, Tula, Tjumenj, Jaroslavlj, Nižni Novgorod, Volgograd, Samara, Kemerovo in Irkutsk, ki so po eni strani je močno prispeval k socialno-ekonomskemu razvoju teh regij, po drugi strani pa je znatno poslabšal ekološke razmere in kakovost življenja prebivalstva v njih. Navsezadnje je kemijski kompleks glavno onesnaževalo okolja: glede odvajanja onesnažene odpadne vode zaseda 2. mesto (glede na celotno količino emisij škodljivih snovi v ozračje - 10. mesto) med panogami.

V zadnjih pol stoletja je kemična industrija prešla težko pot: od hitrega razvoja v petdesetih in osemdesetih letih, ko je industrija ustvarila pomemben proizvodni potencial, do upada konec osemdesetih, ko je hitrost kapitalske gradnje močno upadla, in v 1990-ih letih naložbe v industrijo so praktično prenehale.

Danes se položaji Rusije na svetovnem trgu kemičnih izdelkov za različne skupine izdelkov bistveno razlikujejo. Tako je domača kemična industrija v proizvodnji mineralnih gnojil ena izmed svetovnih voditeljev: zaseda tretje mesto. Po proizvodnji sintetičnih kavčukov se Rusija uvršča na 4. mesto na svetu (10% svetovne proizvodnje), vendar šele na 13. mestu v proizvodnji polipropilena (1-2%), v petrokemičnih izdelkih pa na 19. mesto (1%). Proizvodnja številnih naprednih vrst kemičnih izdelkov, celo potrebnih za samo rusko gospodarstvo, je nepomembna ali pa je sploh ni.

Hkrati je proizvodnja izdelkov sorazmerno napredne predelave v celoti stagnirala, kar je privedlo do zavzetja ruskega trga s strani tujih proizvajalcev, zaradi česar so od začetka 2000-ih let. Rusija je postala neto uvoznica kemičnih izdelkov.

Prihodnost ruske kemijske industrije je tesno povezana z možnostmi za razvoj svetovnega trga kemičnih izdelkov. Po mnenju strokovnjakov naj bi do leta 2030 zaradi rasti svetovnega prebivalstva morda presegel 4 bilijone dolarjev. Ob upoštevanju trenutnih trendov je povprečna letna rast prometa s kemičnimi izdelki do leta 2030 predvidena za Kitajsko na ravni 13%, Indijo - 11, Rusijo - 5, Evropsko unijo (EU) - 4 in ZDA - 3%. V tem času bo glavna smer razvoja kemije ustvarjanje kakovostno novih visokotehnoloških materialov. Rešitev tega problema in strukturna posodobitev vej kemijskega kompleksa sta povezana z aktivnim sodelovanjem države pri izvajanju prednostnih nalog, ki jih je razglasila v konceptu socialno-ekonomskega razvoja Rusije do leta 2020.

Trenutno so glavni dejavniki, ki omejujejo razvoj industrije: nezadostna investicijska aktivnost; omejevanje dostopa ruskih kemičnih izdelkov na trge nekaterih tujih držav; visok delež uvozne odvisnosti od dobave kemičnih izdelkov; neskladnost obstoječe prometne infrastrukture z izvoznim potencialom industrije; zvišanje cen (tarif) za izdelke (storitve) subjektov naravnih monopolov, kar bo omejilo stopnje rasti proizvodnje dušikovih gnojil, amoniaka, plastike in povzročilo povišanje njihovih cen; nezadostne stopnje uvajanja inovativnih tehnologij z uporabo kemičnih izdelkov na sorodnih področjih (gradbeništvo, stanovanjske storitve, avtomobilska industrija itd.).

Glavni cilj Strategije razvoja kemijske in petrokemične industrije Rusije do leta 2015, odobrene z odredbo Ministrstva za industrijo in energetiko Rusije št. 119 z dne 14. marca 2008, in projekta "Načrt za razvoj Plin in petrokemikalije v Rusiji za obdobje do leta 2030 "(načrt-2030), ki ga je razvilo Ministrstvo za energijo Rusije, - povečanje konkurenčnosti in obsega proizvodnje različnih kemičnih izdelkov s strani ruskih podjetij, predvsem z ustvarjanjem in izvajanjem virov -varčne tehnologije.

Razvoj zmogljivosti domače petrokemične industrije v načrtu-2030 naj bi se izvajal v šestih grozdih: Volžski, Zahodni Sibir, Kaspij,

Vzhodni Sibir, Daljni vzhod in Severozahod. Ustvarjajo se v bližini virov surovin in prodajnih trgov. Delovanje grozdov predpostavlja aktivno interakcijo podjetij v celotni petrokemični proizvodni verigi, vključno s proizvajalci končnih izdelkov, lokalnimi oblastmi, znanstvenimi inštituti in univerzami.

Leta 2015 naj bi se delež kemične industrije v BDP povečal z 1,7 na 3%. Hkrati naj bi se obseg proizvodnje povečal trikrat do štirikrat, delež izdelkov z visoko dodano vrednostjo pa naj bi se povečal s 30 na 70% z ustreznim zmanjšanjem deleža surovin. V petrokemično in kemično industrijo naj bi v okviru strategije skupaj vključili približno 4 bilijone rubljev, vključno s stroški raziskav in razvoja. Vendar bi morala strategija nameniti več pozornosti ukrepom, namenjenim okolju prijaznejši proizvodnji kemikalij, uvajanju inovativnih tehnologij in ohranjanju virov.

Strategija opredeljuje glavne smeri strukturnega prestrukturiranja industrije, ki temelji na državni podpori: spodbujanje inovacij in naložbene aktivnosti; izvajanje carinske in tarifne politike za zaščito domačih proizvajalcev na domačem in tujem trgu; izvajanje naložbenih preobrazb za učinkovitejše upravljanje kemijskega kompleksa Ruske federacije; izboljšanje ruske zakonodaje, da bi ustvarili ugodne pogoje za razvoj kemičnega sektorja gospodarstva.

Tudi ti izdelki iz rafinerije spadajo med polimerne materiale, čeprav nimajo veliko skupnega s prejšnjimi snovmi. Glavna fizična razlika med sintetičnimi gumami in ostalo skupino polimerov je ta, da niso termoplastični. Spadajo v skupino elastomerov, to je snovi, ki se v normalnem stanju lahko deformirajo pod delovanjem obremenitve. Po sprostitvi pritiska se vrnejo v prvotno obliko. Na svetu obstaja alternativa tem snovem. Imenuje se naravni kavčuk in je narejen iz sokov drevesa hevea. Obseg proizvodnje naravnih materialov ne zadostuje za potrebe trga. To se je še posebej nazorno pokazalo med drugo svetovno vojno, ko je bila večina nasadov Hevee pod nadzorom Japonske. To je bil zagon za razvoj tega področja petrokemije v zahodnih državah. Danes sintetični materiali zavzemajo skoraj 65% celotnega trga gume.

Konjugirani dieni delujejo kot monomeri gumijastih verig. Razlikujejo se po tem, da imajo med ogljikovima atomoma dve dvojni vezi. Najbolj priljubljen med njimi je divinil (1,3-butadien):

Drugi najpomembnejši monomer je izopren, snov, ki je zelo blizu divinilu, vendar ima še en atom ogljika:

Zanimiva značilnost reakcije polimerizacije je, da med 2 in 3 atomoma molekule nastane dvojna vez, med 1 in 4 pa enojna vez:

Zaradi takšnih dvojnih vezi ima material večjo elastičnost, ki je značilna samo za tovrstne polimere.

Razumeti je treba tudi, da obstaja zelo velika razlika med prvotnimi gumami in končno gumo. V postopku vulkanizacije se guma proizvaja na osnovi gume. Med toplotno obdelavo z dodatkom posebne sestavine (vulkanizerja) se posamezne molekularne verige preusmerijo v prečni smeri, kar materialu da večjo trdnost. Najpogosteje je žveplo dodaten element.

Zgodovina sintetičnih gum

Svojo priljubljenost gumi dolguje več odkritjem hkrati. Kljub temu, da je material znan že tisoče let, ga praktično niso uporabljali, ker ni imel zadostne trdnosti. Leta 1840 je John Goodyear z odkritjem postopka vulkanizacije lahko znatno izboljšal lastnosti gume. V šestih letih je njegova tehnologija našla praktično uporabo. Robert Thompson je patentiral prvo pnevmatiko na svetu. Njegove pomembne prednosti so bile trajnost in udobje. V primerjavi z lesenimi kolesi takratnih kočij je bila guma prava božja dar. Na žalost tehnologije ni bilo mogoče postaviti na industrijske tirnice, saj ni bilo mogoče izdelati tanke gume.

Šele štirideset let kasneje je škotski izumitelj John Dunlop lahko izboljšal postopek proizvodnje gume. Podjetje, ki ga je ustanovil, je proizvajalo pnevmatike za kolesa, kočije in nato avtomobile. In potem je guma v Evropi resnično povpraševala. V Brazilijo so začeli prihajati milijoni ljudi, ki so želeli pridobivati ​​surovine in jih prodajati v starem svetu.

Vendar ribolov ni trajal dolgo. Izvoz semen Hevea so brazilske oblasti prepovedale. A hkrati se pred krajo niso mogli zaščititi. Že leta 1886 je Henry Wickham lahko ukradel približno sto tisoč semen tega drevesa. Ko so Heveo pripeljali v Azijo, je trajalo nekaj časa, da je uredil nasade. V manj kot desetletju je Azija postala glavni dobavitelj naravnega kavčuka na svetovni trg. Cejlon in Malezija sta ponudila nižje cene in s tem potisnila Brazilijo s trga. Povpraševanje po gumi je vsak dan naraščalo. To je bilo posledica novih izumov v proizvodnji pnevmatik in popularizacije cestnega prometa. Že leta 1891 so prvo nadomestno pnevmatiko izumili bratje Michelin. In le devet let kasneje je Goodyear predstavil svoje prve pnevmatike brez zračnic. Hiter razvoj avtomobilske industrije je povzročil znatno povečanje rasti povpraševanja po gumijasti gumi. Toda naravni material ni mogel zadovoljiti vseh potrošnikov - obstajala je resna potreba po alternativi naravni gumi.

Sintetičnega nadomestka niso mogli najti hitro. Izvedenih je bilo veliko poskusov, ki so dali le delne rezultate. Največji uspeh je dosegel ruski znanstvenik Ivan Kandakov. Uspelo mu je sintetizirati elastični polimer. Vendar pa odprti material ni našel široke uporabe. Šele leta 1909 so v Nemčiji dobili prvo sintetično gumo. Temeljila je na dosežkih ruskega kemika. Patent za proizvodnjo sintetične gume je bil registriran na ime nemškega kemika Frinza Hoffmanna.

Istega leta je bilo v Rusiji predstavljeno poročilo izjemnega kemika Sergeja Lebedeva. Vsem je pokazal svoje odkritje. Sestavljen je bil iz pridobivanja elastičnega polimernega materiala s termopolimerizacijo. Zanimiva lastnost tega odkritja je bila, da je bilo to načelo uporabljeno kot osnova za industrijsko proizvodnjo sintetičnega kavčuka. To je bilo prvo tovrstno podjetje ne samo v Rusiji, ampak tudi po vsem svetu.

Prva svetovna vojna in državni udar, ki so ga izvedli boljševiki, sta postala spodbuda za razvoj nove industrije. Sovjetska zveza se je soočala z resnim problemom. Do naravnega kavčuka ni bilo mogoče priti, ker je bila država v blokadi. Edina možnost je bila ustvariti lastno proizvodnjo sintetičnega kavčuka. Zato je leta 1926 potekal natečaj za razvoj industrijskega projekta za proizvodnjo sintetične gume. Predlagani sta bili dve možnosti. V prvem primeru je kemik Byzov predlagal pridobitev elastičnega polimera iz ekstrahiranih naftnih surovin. Vendar takratna zmogljivost ni omogočala serijske proizvodnje. V zvezi s tem je Lebedev projekt zmagal na natečaju. Po njegovi zamisli je bilo vredno sintetizirati gumo na osnovi butadiena, ki je bil pridobljen s predelavo etilnega alkohola. Za svoj projekt je Lebedev prejel naziv akademik znanosti in Leninov red. Izkazalo se je, da je bila produkcija tako inovativna, da dolgo niso mogli verjeti v njen obstoj v zahodnih državah, kar so ji rekli samo kot izum in zavajanje.

Prvo podjetje za ta projekt je bilo odprto v Yaroslavlu leta 1932. Po njem so bila ustanovljena podjetja v Voronježu, Kazanu in Efremovu. Vsako podjetje je imelo enake proizvodne zmogljivosti. Na splošno bi država lahko prejela 40 tisoč ton sintetičnega kavčuka na leto. Podjetja so bila odprta v neposredni bližini surovinske baze. Ker je bil za osnovo uporabljen etilni alkohol, so bile tovarne v bližini nasadov krompirja. Natrij je bil uporabljen kot katalizator za proizvodni postopek. Ta proizvodna metoda se ni mogla pohvaliti z visoko učinkovitostjo. Njegova glavna prednost je bila nizka cena, ki je bila takrat zelo pomembna za državo.

Nemčija je postala drugi največji proizvajalec sintetičnega kavčuka na svetu. Zanimivo je, da je imela država enake razloge kot ZSSR. Po izbruhu druge svetovne vojne se je država znašla v gospodarski blokadi. To je bil zagon za odprtje lastnih proizvodnih obratov za proizvodnjo sintetičnega kavčuka. Prvo podjetje je bila tovarna v mestu Škopau. Postopek proizvodnje polimerov je bil zelo drugačen in izboljšan. Sintetični kavčuk je bil pridobljen z reakcijo kopolimerizacije. Pri tem sta bila uporabljena stiren in butadien. Vse to je potekalo v vodnem mediju, kar je omogočilo pridobitev visokokakovostnega polimera. Proizvodnja je bila zelo učinkovita in do konca vojne je skupina podjetij lahko proizvedla skoraj 180 tisoč ton na leto.

Tudi ZDA so bile prisiljene odpreti lastno proizvodnjo, saj so vsi nasadi Hevee v Aziji padli pod japonski nadzor, zaloge pa so se ustavile takoj po napadu na Pearl Harbor. Posledično se je vlada radikalno odločila, da bo začela lastno proizvodnjo sintetičnega kavčuka. V samo nekaj letih je bilo v državi odprtih več kot petdeset obratov za proizvodnjo tega polimera. Zanimivo je dejstvo, da so po koncu vojne vsi proizvodni obrati postali last vlade.

Ker je zmago v vojni dobil antihitlerjevski blok, je bila nemška proizvodna zmogljivost razdeljena med zaveznike. Sovjetski zvezi je uspelo dobiti obrat iz mesta Škopau. Popolnoma so ga razstavili in odpeljali v Voronjež. Po obvladovanju novega načina proizvodnje je ZSSR postala vodilna v proizvodnji sintetičnega kavčuka.

Na koncu smo razvili lastne vrste polimerov na osnovi stiren butadienskega kavčuka. Hkrati nihče ni pozabil na bolj tradicionalni način proizvodnje polimerov. Odločili smo se, da bomo izdelovali gumo na osnovi umetnega alkohola in ne naravnega, kar je dodatno znižalo njene stroške. Odprtih je bilo več podjetij. Po tem so bile razvite tehnologije za proizvodnjo polimerov z uporabo različnih petrokemičnih izdelkov. Proizvodnja je začela proizvajati poliizoprenski sintetični kavčuk. Ta material je po svojih lastnostih zelo blizu naravnim surovinam.

Proizvodnja sintetičnih gum

Poenostavljen diagram poteka za proizvodnjo različnih vrst sintetičnih smol je prikazan spodaj:

Proizvodnja sintetičnega kavčuka ima svoje značilnosti in težave. Glavna je potreba po sintezi najrazličnejših monomerov. Zato je postopek frakcioniranja plina tako pomemben v industriji rafiniranja nafte - omogoča pridobivanje posameznih frakcij potrebnih lahkih ogljikov na izhodu. Za to industrijo sta najbolj zanimiva butan in izobutan, ki ju dobimo tudi v rafinerijah. Po postopku pirolize in ločevanja se surovina prenese v nadaljnjo predelavo.

Prva stopnja nadaljnje proizvodnje je dehidrogenacija snovi. Tako lahko po odstranitvi odvečnih atomov vodika dobimo dvojne vezi ogljika. Po tem postopku je mogoče ekstrahirati izopren in butadien. To so najpomembnejši materiali za postopek polimerizacije sintetične gume. Snovi se proizvajajo na druge načine. Na primer, pri pirolizi tekočih plinov je mogoče dobiti izopren. Poleg tega lahko to snov dobimo na osnovi izobutilena in formaldehida.

Ker je sintetični kavčuk kopolimer, se stiren in njegovi derivati ​​pogosto uporabljajo kot dodatne snovi. Na primer, pogost "dodatek" je metil stiren, ki ga dobimo z dodajanjem polipropilena namesto etilena. Tudi akrilonitril lahko postane pomembna snov. Izdelana je na osnovi amoniaka in propilena. Glede na način izdelave je mogoče dobiti več polimernih materialov gumijaste skupine. V Ruski federaciji je bila sprejeta klasifikacija, po kateri je polibutadien kavčuk označen s SKD, butadien-stiren kopolimer pa z oznako BSK in DSSK. Razlika med vsemi temi materiali je v načinu pridobivanja polimera in za to uporabljenih podlagah. Kot rezultat se lahko proizvede ogromno različnih elastičnih polimerov. Najpogostejša je izoprenska guma (SKI), ki je po svojih lastnostih zelo blizu naravni. Ena izmed njegovih sort je butilna guma (BK), katere kemijsko ime je izopren-izobutilen.

V ločene skupine ločimo tudi kopolimere etilena in propilena, ki jim dodamo majhen del diena. Ne moremo jih uvrstiti med čiste gume, vendar so na določenih področjih našli široko uporabo. Za pridobitev določenih lastnosti polimerom pogosto dodajamo krom in brom. Vgrajeni so v polimerne verige, da jim dajo želene lastnosti.

TPE je ena najbolj zahtevnih sodobnih skupin gum. Okrajšava pomeni termoplastične elastomere. To pomeni, da imajo te snovi lastnosti vseh polimerov. V običajnem stanju so precej plastični in jih je mogoče obdelati s tradicionalnimi metodami za termoplastiko.

Sintetična guma pri SIBUR

Številna podjetja s kmetijskega gospodarstva s sedežem v Voronježu, Togliattiju in Krasnoyarsku se ukvarjajo s proizvodnjo gume. Gospodarstvo je eden največjih proizvajalcev elastičnih polimerov na svetu in zaseda šesto mesto na seznamu. Vsa podjetja na gospodarstvu proizvajajo večino znanih vrst sintetičnega kavčuka. Kot surovinska osnova se uporabljajo butadien, izopren lastne proizvodnje, kot kopolimeri pa stiren, akrilonitril in izobutilen.

Podjetja večinoma uporabljajo lastne surovine. Dobavlja se v rezervoarjih iz tovarne SIBUR-Neftekhim v Tomsku in nekaterih podjetij podjetja Lukoil. Večina surovin je v obliki snovi z različno sestavo, po kateri se v postopku frakcioniranja. Veliko kopolimerjev je dobavljenih od tujih proizvajalcev, kar omogoča, da se proizvodne zmogljivosti gospodarstva zagotavljajo s stalno obremenitvijo. Eden od partnerjev podjetja je beloruski proizvajalec Polymir.

Po opravljenem potrebnem čiščenju monomerov se lahko polimerizirajo. Za pridobivanje različnih vrst materialov se uporabljajo različne snovi in ​​proizvodna okolja. Pogosto se uporablja vodna kaša, ki ji lahko dodamo majhne koščke gotove gume. Okoli takšnih delcev se naberejo ostali, kar vam omogoča, da dobite že pripravljene materiale. Proizvodnja izoprena ima pomembno razliko. Za to se uporablja medij iz ogljikovodikovih topil.

Po reakciji polimerizacije se nastali materiali očistijo od nepotrebnih nečistoč (voda, topila itd.). Zanimiva lastnost proizvodnje je, da večino izdelkov izvozijo v druge države. Glavni potrošnik je Kitajska. Poleg tega se na osnovi nekaterih vrst gum proizvajajo ekološke pnevmatike podjetja Continental. Podjetje Voronezh proizvaja tudi veliko vrst termočlenov, ki so našli svojo uporabo na številnih specializiranih področjih. SIBUR se ukvarja s proizvodnjo sintetičnega kavčuka in uvajanjem številnih sodobnih tehnologij.

Uporaba sintetične gume

Večina izdelkov iz gume je narejena na osnovi sintetičnih gum. Snov se uporablja za proizvodnjo materialov za katero koli industrijo, vključno z živili. Na osnovi gume se proizvajajo avtomobilske pnevmatike, izolacijski materiali, medicinske obleke, nepremočljiva oblačila, obutev itd. Avtomobilska podjetja so največji potrošniki materialov iz sintetične gume. Prav gume so najbolj zahtevan izdelek iz sintetične gume. Trenutno je na svetu približno petsto tovarn za proizvodnjo avtomobilskih gum, ki na leto proizvedejo več kot milijardo enot blaga.

TPE polimeri so tudi zelo pomembni materiali. Uporabljajo se pri proizvodnji velikega števila gradbenih materialov. Najpomembnejša uporaba teh polimerov je pri gradnji cest. Pozitivne lastnosti materiala omogočajo skoraj trikrat podaljšanje življenjske dobe površine ceste. Danes je uporaba TPE pri gradnji cest predpogoj. Na Kitajskem je skoraj sto odstotkov površine ceste narejeno iz polimerov TPE kot veziva. Takšna tehnologija bi rešila trajni problem pri nas.

Pomembna uporaba sintetične gume je pri proizvodnji lateksa. Njeni dodatki so dodani gradbenim barvam in lakom, impregnacijskim tekočinam, zaključnim materialom in še veliko več. Poleg tega se na podlagi te skupine proizvaja potrošniško blago, igrače, medicinski instrumenti, oblačila, obutev itd. Na katerem koli področju človekove dejavnosti, kjer obstajajo potrebe po elastičnih materialih, se uporabljajo sintetični kavčuki. Hkrati imajo umetni polimeri veliko večji nabor pozitivnih lastnosti kot njihovi naravni kolegi.

V prizadevanju, da bi našli metodo za proizvodnjo umetne gume, je S.V. Lebedev je intuitivno sledil poti posnemanja narave. Preučeval je vzorce naravnega kavčuka in prišel do zaključka, da je guma polimer dienskega ogljika. V zvezi s tem se je za pridobitev umetne gume odločil za uporabo ogljikovodika iz dienske skupine.

Pa vendar je bila umetna guma slabša od naravne gume v eni najpomembnejših lastnosti - elastičnosti. Pri preučevanju prostorske strukture naravnega kavčuka se je izkazalo, da ima stereoregalno strukturo: skupine CH2 v makromolekulah gume niso zadržane kaotično, temveč na eni strani dvojne vezi v vsaki verigi. Ta razporeditev daje molekulam strukturo, ki zagotavlja elastičnost materiala. Za izboljšanje kakovosti gume je S.V. Lebedev je uporabil metodo vulkanizacije, tj. dodajanje žvepla gumi, mešanico segrevamo. Posledično je guma postala mehkejša in dobila porozno strukturo.

Trenutno je mogoče dobiti katalizatorje, ki pod Lebedevom niso obstajali, lastnosti gume pa so se znatno izboljšale. Pri reševanju problema pridobivanja cenejše in dostopnejše gume je S. V. Lebedev prišel do zaključka, da je treba za proizvodnjo sintetične gume uporabiti druge surovine. Navsezadnje je začetna snov za proizvodnjo butadiena, iz katere je bila proizvedena guma, služila kot navadni etilni alkohol - etanol, ki je nastal med fermentacijo iz žitnih pridelkov in krompirja. Ta način izdelave gume je bil drag. Zato je S.V. Lebedev je razvil metodo za proizvodnjo gume iz naftno rafiniranih izdelkov. Kot rezultat je dobil mlečno belo tekočino, tako bogato kot barva lesene gume.

Za razliko od naravne gume, ki se postopoma zgosti, umetna guma potrebuje zgoščevalce. Zato je S.V. Lebedev je mešal raztopino kisline in soli v eni posodi z belo tekočino. Danes v svetovnem gospodarstvu iz nasadov pridobijo do 30% gume. Hektar brazilske zasaditve hevee letno obrodi od 950 do 2000 kg gume (pobere se po delih, po 45-60 g). To je vsekakor škodljivo za gumijasta drevesa. Zato je metoda za izdelavo umetne gume, ki jo je predlagal S.V. Lebedev, nima le gospodarskega, ampak tudi okoljski pomen.

Prva država, ki je ustanovila obsežno proizvodnjo sintetičnega kavčuka, je bila ZSSR.

Leta 1931 so v Leningradu zgradili poskusno tovarno. 7. julija 1932 je bil odprt prvi industrijski obrat za proizvodnjo sintetičnega kavčuka Yaroslavl SK-1; na ta dan je bila prejeta prva industrijska serija sintetičnega (natrijevega-butadienskega) kavčuka.

Leta 1932 so bili v ZSSR zgrajeni trije veliki obrati za proizvodnjo sintetičnega kavčuka: SK-1 v Jaroslavlju, SK-2 v Voronježu (začeli jeseni 1932) in SK-3 v Efremovu (začeli leta 1933).

Leta 1932 je tovarna Krasny Triangle začela proizvajati sintetično gumo.

Leta 1961 so v tovarni Kuibyshevsky v SK (danes Togliattikauchuk) v industrijskem obsegu prvič izdelali divinil-alfa-metilstirenski kavčuk. Tu so ga začeli izdelovati po novi tehnologiji - ne iz živilskih surovin, temveč iz petrokemičnih izdelkov.

Leta 1964 je obrat prvič na svetu v industrijskem obsegu izdelal izoprenski kavčuk, podoben naravnemu kavčuku.

Leta 1982 je Tolyatti začel proizvajati povsem novo za državo - butilno gumo.

Oddelek za kemijsko tehnologijo goriva.

Naloge za tečaj

"Splošna kemijska tehnologija"

Proizvodnja sintetičnega kavčuka.

Dokončano:

Študent 2. letnika

gr.MAH Start-08-1

Shaferov Yu.A.

Preverjeno:

Kandidat kem. znanosti

T. V. Raskulova

Angarsk 2011

1. Uvod

2. Osnovne lastnosti gume za splošno uporabo

2.1 Primerjava lastnosti glavnih vrst gum

3. Tehnologija in proizvodnja

3.1 Vrste polimerizacije

4. Stiren butadienske gume

4.1 Fizikalne značilnosti emulzijskih stiren-butadienskih kavčukov z različno vsebnostjo stirenskih enot

4.2 Lastnosti vulkanizerjev za nizkotemperaturne emulzije metil stiren butadienske gume, ki vsebujejo približno 23% stirenskih enot

5. Reaktor-polimerizator

6. Zaključek

6. Reference

1. Uvod

Trenutno je na trgu najrazličnejša guma, ki jo lahko glede na njihove lastnosti in značilnosti razdelimo na dva velika segmenta: gume za splošno uporabo in gume za posebne namene.

Številni dogodki so vplivali na izum sintetičnega kavčuka: industrijska revolucija, napredek v gradnji motorjev, dve svetovni vojni, naraščajoče povpraševanje po gumi in pomanjkanje naravnega kavčuka so sprožili globalno povpraševanje po elastomerah. Sintetični kavčuki so postali nujna alternativa naravnemu kavčuku in izdelkom dodali dodatne lastnosti.

Trenutno je na trgu zelo raznovrstna guma glede lastnosti in lastnosti. Toda v svoji najbolj splošni obliki jih lahko razdelimo na dva velika segmenta: gume za splošno uporabo in gume za posebne namene.

Preglednica 1

Gume za splošno uporabo se uporabljajo v izdelkih, pri katerih je pomembna sama narava gume in za končni izdelek ni posebnih zahtev. Gume za posebne namene imajo ožji obseg in se z njimi gumijasto-tehničnemu izdelku (pnevmatike, jermeni, podplati itd.) Da določena lastnost, na primer odpornost proti obrabi, odpornost na olje, zmrzal, večji oprijem na mokri podlagi cesta itd. Najpogosteje ena guma združuje več lastnosti, zato je izbira kavčukov v formulaciji gumeno-tehničnega izdelka za določena področja skrbno delo tehnologov.

V gumarsko-tehnični industriji se uporabljajo posebne gume v veliko manjših količinah kot gume za splošno uporabo. Prav tako se razlikujejo področja uporabe gum za splošno uporabo in gum za posebne namene. Zato bomo v tem pregledu podrobno obravnavali samo gume za splošno uporabo, ki imajo podobne metode proizvodnje, predelave in uporabe.

Lastnosti sintetične gume določajo njihovo uporabo. Ustvarjanje formulacije za gumeno-tehnični izdelek spremlja izbor različnih vrst gum, polnil, mehčalcev itd. Pravilna kombinacija vseh komponent v formulaciji omogoča pridobitev gumeno-tehničnega izdelka z želenimi lastnostmi .

2. Glavne lastnosti gume za splošno uporabo

Stiren butadienska guma

Stiren-butadienski kavčuk ima odlično kombinacijo funkcionalnih lastnosti v različnih aplikacijah. Ta guma zaradi svojih odličnih lastnosti visoke odpornosti proti obrabi in visokega odstotka polnjenja velja za najboljšo gumo za splošno uporabo. S povečanjem vsebnosti stiren (α-metilstiren) enot v kopolimeru se elastičnost gume zmanjša, odpornost proti zmrzovanju se poslabša, vendar se kazalci trdnosti povečajo. Značilna lastnost stiren-butadienskih (α-metilstirenskih) gum je nizka natezna trdnost neizpolnjenih vulkanizatov. Te gume imajo višjo temperaturo prehoda stekla kot naravna guma in so po odpornosti proti zmrzali slabše od naravnega kavčuka. Pomembna prednost stiren-butadienskih kavčukov pred naravnim kavčukom je manjša nagnjenost k razpokam, večja odpornost proti obrabi, odpornost na pare in vodo, boljša odpornost na vročino, ozon in svetlobo. Kavčuki z visoko vsebnostjo stirena imajo dobre dielektrične lastnosti (količina stirena v mešanici monomerov je 50 mas.% In več).

Polibutadien kavčuk

Trenutno se večina polibutadienskega kavčuka proizvaja v 1,4-cis tipu, nekateri pa imajo mešano enotno strukturo. Kot nenasičena guma se zlahka strdi z žveplom. Polibutadienska guma ima odlično odpornost na nizke temperature in obrabo. A hkrati nima visoke natezne trdnosti in je običajno napolnjen z dodatki za strjevanje. Ima tudi nižjo natezno trdnost, slabo izdelavo in slab oprijem v primerjavi z naravno gumo. Zato ga v formulacijah industrijskih izdelkov iz gume pomešamo z naravnim kavčukom ali stiren-butadienskim kavčukom.

Polibutadienski kavčuki se v velikih količinah uporabljajo v mešanicah z drugimi elastomeri, da bi zagotovili dobre lastnosti odpornosti na histerezo in obrabo. Mešanice polibutadiena s stiren butadienom ali naravnim kavčukom se pogosto uporabljajo v pnevmatikah za osebna in tovorna vozila za izboljšanje odpornosti proti razpokam. Poleg tega se polibutadienski kavčuk uporablja kot modifikator v mešanicah z drugimi elastomeri za izboljšanje odpornosti proti zmrzovanju, toplotnemu staranju, odpornosti proti obrabi in razpokam.

Butilna guma

Butilna guma ima edinstveno sposobnost zadrževanja zraka, zaradi česar je absolutna prednostna naloga v industriji pnevmatik za proizvodnjo zračnic in membran. Zračnice iz butilne gume vzdržujejo prvotni zračni tlak 8-10 krat dlje kot podobne cevi iz naravne gume, kar poveča življenjsko dobo pnevmatik za vsaj 10-18% v primerjavi z naravno gumo. Guma je odporna na ozon in ima dobro odpornost na polarna topila, vodne raztopine kislin in oksidativne snovi. Ima dobro odpornost na živalska in rastlinska olja, butilna guma pa ni odporna na mineralna olja.

Natezna trdnost butilne gume je nekoliko nižja od naravne gume, vendar je pri visokih temperaturah enaka za obe gumi. Odpornost proti obrabi je dobra, če je guma dobro napolnjena (kot tudi kompresijski set), vendar je prožnost še vedno zelo nizka. Pomanjkljivosti butilne gume vključujejo njeno nizko stopnjo vulkanizacije, slabo oprijemljivost na kovine, slabo združljivost z nekaterimi sestavinami, nizko elastičnost pri običajnih temperaturah in visoko toploto pri ponavljajočih se deformacijah.

Nekatere od teh pomembnih pomanjkljivosti butilne gume (na primer nizka stopnja vulkanizacije, ki preprečuje njeno uporabo v mešanicah z drugimi gumami, nizek oprijem na številne materiale, zlasti kovine) se odpravijo z delno spremembo kemijske narave polimera. Na primer, uvedba majhne količine atomov halogena v makromolekule gume. Bromobutilna guma (1 do 3,5 mas.% Broma) se predela in pomeša s sestavinami na enak način kot butilna guma. Toda brombutilna guma se strdi veliko hitreje kot butilna guma. Stopnja vulkanizacije brombutilne gume je primerljiva s hitrostjo vulkanizacije naravnih, butadien-stirenskih in drugih kavčukov, kar omogoča njeno uporabo v mešanicah s temi elastomeri. Podobne lastnosti imajo tudi drugi halogenirani butilni kavčuki, na primer klorobutilna guma (1,1 - 1,3 mas.% Klora). Vendar so stopnja vulkanizacije in lastnosti vulkanizatov klorobutilne gume nekoliko nižje kot pri brombutilni gumi.

Etilen propilenski kavčuki

Etilen-propilenski kavčuki so najlažji kavčuki z gostoto od 0,86 do 0,87. Lastnosti so odvisne od vsebnosti in variacije etilenskih enot v kopolimernih enotah. EPDM guma v molekuli ne vsebuje dvojnih vezi, brezbarvna, ima odlično odpornost na toploto, svetlobo, kisik in ozon. Za nasičene etilen-propilenske gume se uporablja vulkanizacija s peroksidom. Etilen-propilen-dienska guma, ki vsebuje delno nenasičenost vezi, omogoča vulkanizacijo z žveplom. Je nekoliko manj odporen proti staranju kot EPDM.

Nasičeni značaj etilen-propilenskega kopolimera vpliva na lastnosti gume na osnovi te gume. Odpornost teh gum na vročino in staranje je veliko boljša kot na stiren butadien in naravne gume. Končni gumijasti izdelki imajo tudi odlično odpornost na anorganske ali zelo polarne tekočine, kot so kisline, alkalije in alkoholi. Lastnosti gume na osnovi te vrste gume se ne spremenijo, če jo 15 dni držite pri 25 ° C v 75% in 90% žveplovi kislini in v 30% dušikove kisline. Po drugi strani pa je odpornost na alifatske, aromatske ali klorirane ogljikovodike precej majhna.

Vse vrste EPDM so napolnjene z ojačevalnimi polnili, kot so saj, za dajanje dobrih mehanskih lastnosti. Električne, izolacijske in dielektrične lastnosti čistega EPDM so izjemne, odvisne pa so tudi od izbire polnilnih sestavin. Njihove elastične lastnosti so boljše od mnogih sintetičnih gum, vendar ne dosegajo ravni naravnega kavčuka in stiren butadienskega kavčuka. Te gume imajo dve pomembni slabosti. Ni jih mogoče mešati z drugimi običajnimi gumami in niso odporne na olje.