Sintetične gume so polimeri, ki se lahko vulkanizirajo v gumo. Njihovemu pojavu je sledilo pomanjkanje naravnega kavčuka in vse večje povpraševanje po elastomerih. Trenutno je na trgu ogromno blagovnih znamk sintetičnih kavčukov različnih lastnosti in namenov. Pogojno jih lahko razdelimo v dva velika razreda: gume za splošne in posebne namene.

Sintetična guma za splošno uporabo se uporablja pri izdelavi avtomobilskih pnevmatik in delov, O-obročev in drugih potrošniških dobrin. Na splošno gume za splošno uporabo združujejo veliko število lastnosti, zaradi česar so bolj vsestranske kot gume za posebne namene. Ozek obseg uporabe enega ali drugega sintetičnega polimera je razložen z idealnim uravnoteženjem njegove formulacije za dosego zahtevanih lastnosti.

Sintetični kavčuk dobimo s polimerizacijo monomerov, pridobljenih iz frakcij surove nafte. Glede na reakcijski medij ločimo štiri vrste polimerizacije: tekočinsko, emulzijsko, plinsko in raztopinsko. Njegove lastnosti so neposredno odvisne od načina proizvodnje gume. Na primer, stiren-butadienski sintetični kavčuk, ki zahvaljujoč uvedbi v avtomobilsko industrijo zaseda več kot 50% trga za proizvodnjo sintetičnega kavčuka, se proizvaja z visokotemperaturno emulzijsko polimerizacijo. Ta metoda vam omogoča doseganje optimalnih fizikalnih lastnosti določene vrste gumijastih izdelkov. Proizvodnja sintetične gume je neposredno odvisna od uporabljenih monomerov: butadiena, stirena, izoprena, propilena, benzena, izoprena, etilena. 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, je bolj vsestranski. Sodobne proizvodne metode omogočajo pridobivanje materiala z optimalnimi lastnostmi za določeno uporabo. Poleg tega je sintetična guma veliko cenejša za izdelavo.

V zadnjih letih so sintetični kavčuk 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 pogosto uporablja v raketni tehniki kot polimerna osnova za proizvodnjo trdnega raketnega goriva z amonijevim nitratom v prahu kot polnilom.

Industrija polimernih materialov (polimerov)

To je glavna petrokemična industrija (proizvodnja sintetičnih smol, plastičnih mas, kemičnih vlaken, sintetičnega kavčuka), kjer so začetne stopnje tehnološkega procesa vezane na vire surovin, poznejša predelava pa je usmerjena v potrošnika, zato jo je mogoče izvesti v drugih regijah.

Spremembe tehnologije in surovinske baze kemije polimerov (prehod iz prej uporabljenih odpadkov pri predelavi lesa in kmetijskih surovin na nafto in plin), razvoj cevovodnega prometa so privedle do pomembnih premikov v geografiji industrije.

Ogljikovodikova olja in plinske surovine se proizvajajo v rafinerijah nafte in bencinskih tovarnah, katerih glavni del je koncentriran v evropskem delu države. Nahajajo se na območjih pridobivanja nafte in plina (Volga, Ural, Severni Kavkaz, Zahodna Sibirija) ali pa so usmerjeni k potrošnikom, ki se nahajajo na poteh in na končnih točkah naftovodov in plinovodov (Yaroslavl, Ryazan, Moskva , Nižnji Novgorod, Omsk, Tobolsk itd.).

V kemiji polimerov obstaja več smeri.

Proizvodnja sintetičnih smol in plastike največja smer kemične industrije, ki se je zgodovinsko razvijala v osrednji (Moskva, Vladimir), Volga (Kazan, Dzerzhinsk, Ufa), Ural (Nižni Tagil, Salavat, Jekaterinburg), sibirska (Tjumenj, Kemerovo, Novosibirsk), severozahodna (Sankt Peterburg), južna (Volgogradska, Rostovska regija in Krasnodarsko ozemlje), severnokavkaska (Stavropoljsko ozemlje) zvezna okrožja.

Največji ruski proizvajalec sintetičnih smol in plastičnih mas je Uralchimplast OJSC, katerega glavni proizvodni obrati se nahajajo v Nižnem Tagilu (regija Sverdlovsk). Gospodarstvo ima ključne položaje na trgih za številne vrste kemičnih izdelkov.

Ločena tehnološko odvisna podjetja v industriji so običajno monopolni dobavitelji in potrošniki polizdelkov in so povezani s cevovodi za proizvodnjo, 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 umetni in sintetični, 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 Balakovu, Ryazanu, Tveru, Sankt Peterburgu, Krasnojarsku, obrat se obnavlja v mestu Shuya (regija Ivanovo).

Kombini za proizvodnjo sintetičnih vlaken (najlon, lavsan) delujejo v Kursku, Saratovu, Volžskem. Skupna proizvodnja umetnih in sintetičnih vlaken se nahaja v mestih Klin, Serpukhov, Engels, Barnaul. Glavna količina kemičnih vlaken (več kot 2/3) se proizvaja v evropskem delu države, pri čemer se osredotoča na lokacijo tekstilne industrije.

Proizvodnja sintetične gume

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

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

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

Proizvodnja sintetičnega kavčuka je blizu centrov proizvodnje pnevmatik in gume. Obstajajo celi kompleksi medsebojno povezanih industrij: rafiniranje olja - sintetična guma - proizvodnja pnevmatik (Omsk, Yaroslavl); hidroliza lesa - etilnega alkohola - sintetične gume - proizvodnja pnevmatik (Krasnojarsk).

Kemični kompleks je bil najbolj razvit v štirih zveznih okrožjih: Privolžskem (delež okrožja v celotni proizvodnji kemičnega kompleksa Ruske federacije je 44%), osrednjem (24%), sibirskem (11%) in Južnem (10%) .

V kemični industriji so bili postopki teritorialne koncentracije in združevanja proizvodnje široko razviti. Največja kemična vozlišča so nastala v številnih regijah države: v republikah Tatarstan in Baškortostan, Altaju, Permskem in Krasnojarskem ozemlju, Tuli, Tjumeni, Jaroslavlju, Nižnjem Novgorodu, Volgogradu, Samari, Kemerovu in Irkutsku. na eni strani je močno prispeval k družbeno -gospodarskemu razvoju teh regij, po drugi strani pa je znatno poslabšal ekološke razmere in kakovost življenja prebivalcev v teh regijah. Konec koncev je kemični kompleks velik onesnaževalec okolja: glede na odvajanje onesnažene odpadne vode zaseda 2. mesto (po skupni količini emisij škodljivih snovi v ozračje - 10. mesto) med industrijami.

V zadnjih pol stoletja je kemična industrija prešla težko pot: od hitrega razvoja v petdesetih in osemdesetih letih prejšnjega stoletja, ko je industrija ustvarila pomemben proizvodni potencial, do nazadovanja v poznih osemdesetih letih, ko se je hitrost kapitalske gradnje močno zmanjšala, in v letih 1990 -e naložbe v industrijo so se praktično ustavile.

Danes se položaji Rusije na svetovnem trgu kemičnih izdelkov za različne skupine proizvodov močno razlikujejo. Tako je domača kemična industrija v proizvodnji mineralnih gnojil eden vodilnih v svetu: ima tretje mesto. Po proizvodnji sintetičnih kavčukov se Rusija uvršča na 4. mesto na svetu (10%svetovne proizvodnje), vendar le na 13. mestu v proizvodnji polipropilena (1-2%), v petrokemičnih izdelkih pa na 19. mestu (1%). Proizvodnja številnih naprednih vrst kemičnih izdelkov, tudi tistih, ki so potrebne za samo rusko gospodarstvo, je zanemarljiva ali pa je sploh ni.

Hkrati je proizvodnja sorazmerno globoke predelave kot celota stagnirala, kar je privedlo do zajetja ruskega trga s strani tujih proizvajalcev, zaradi česar so od začetka 2000 -ih. Rusija je postala neto uvoznik kemičnih izdelkov.

Prihodnost ruske kemične industrije je tesno povezana z obeti za razvoj svetovnega trga kemičnih izdelkov. Po mnenju strokovnjakov bi do leta 2030 zaradi rasti svetovnega prebivalstva lahko preseglo 4 bilijone dolarjev. Ob upoštevanju trenutnih trendov je povprečna letna rast prometa s kemičnimi izdelki predvidena do leta 2030 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 kemičnega kompleksa sta povezani z aktivnim sodelovanjem države pri izvajanju prednostnih nalog, ki jih je razglasila v Konceptu družbeno-ekonomskega razvoja Rusije do leta 2020.

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

Glavni cilj Strategije razvoja kemične in petrokemične industrije Rusije do leta 2015, odobrene z odredbo Ministrstva za industrijo in energijo 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 energetiko Rusije, - povečanje konkurenčnosti in obsega proizvodnje različnih kemičnih izdelkov v ruskih podjetjih, predvsem z ustvarjanjem in izvajanjem virov -varčevalne tehnologije.

Razvoj zmogljivosti domače petrokemične industrije v načrtu-2030 naj bi se izvajal v šestih grozdih: Volžskem, Zahodno Sibirskem, Kaspijskem,

Vzhodno -Sibirski, Daljni vzhod in severozahod. Ustvarjajo se v bližini virov surovin in prodajnih trgov. Delovanje grozdov predpostavlja aktivno interakcijo podjetij v celotni verigi petrokemične proizvodnje, vključno s proizvajalci končnih izdelkov, lokalnimi oblastmi, znanstvenimi inštituti in univerzami.

V letu 2015 naj bi se delež kemične industrije v BDP povečal s 1,7 na 3%. Hkrati bi se moral obseg proizvodnje povečati tri do štirikrat, delež izdelkov z visoko dodano vrednostjo pa bi se moral povečati s 30 na 70% z ustreznim zmanjšanjem deleža surovin. Skupno je v okviru strategije načrtovano vložiti približno 4 bilijone rubljev v petrokemično in kemično industrijo, vključno s stroški raziskav in razvoja. Vendar bi morala biti strategija bolj pozorna na ukrepe za ozelenitev proizvodnje kemikalij, uvajanje inovativnih tehnologij in ohranjanje virov.

Strategija opredeljuje glavne smeri strukturnega prestrukturiranja industrije na podlagi državne podpore: spodbujanje inovativnosti in naložbene dejavnosti; izvajanje carinske in tarifne politike za zaščito domačih proizvajalcev na domačem in tujih trgih; izvajanje naložbenih preoblikovanj za učinkovitejše upravljanje kemičnega kompleksa Ruske federacije; izboljšanje ruske zakonodaje za ustvarjanje ugodnih pogojev za razvoj kemičnega sektorja gospodarstva.

Tudi ti izdelki iz industrije rafiniranja nafte spadajo med polimerne materiale, čeprav nimajo veliko skupnega s prejšnjimi snovmi. Glavna fizikalna razlika med sintetičnimi gumami in preostalo skupino polimerov je v tem, da niso termoplastični. Spadajo v skupino elastomerov, to je snovi, ki se v svojem normalnem stanju lahko deformirajo pod vplivom obremenitve. Ko se tlak ustavi, se vrnejo v prvotno obliko. Na svetu obstaja alternativa tem snovem. Imenuje se naravni kavčuk in je narejen iz soka drevesa heveje. Obseg proizvodnje naravnih materialov ne zadošča za potrebe trga. To se je še posebej jasno pokazalo med drugo svetovno vojno, ko je bila večina nasadov heveje pod nadzorom Japonske. To je bil zagon za razvoj tega področja petrokemije v zahodnih državah. Danes sintetični materiali zasedajo skoraj 65% celotnega trga gume.

Konjugirani dieni delujejo kot monomeri gumijastih verig. Razlikujejo se po tem, da imajo med ogljikovimi atomi 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:

Zanimivost polimerizacijske reakcije je, da med 2 in 3 atomi molekule nastane dvojna vez, med 1 in 4 pa enojna vez:

Zaradi takšnih dvojnih vezi ima material povečano elastičnost, kar je značilno le za to vrsto polimerov.

Prav tako je treba razumeti, da je med prvotnimi gumijami in končno gumo zelo velika razlika. Med vulkanizacijo se guma proizvaja na osnovi gume. Med toplotno obdelavo z dodatkom posebne sestavine (vulkanizer) se posamezne molekularne verige preusmerijo v prečno smer, kar daje materialu večjo trdnost. Najpogosteje je žveplo dodaten element.

Zgodovina sintetičnega kavčuka

Svojo široko priljubljenost gume dolgujejo več odkritjem hkrati. Kljub temu, da je material znan že tisoč let, ga praktično niso uporabljali, ker ni imel dovolj moči. Leta 1840 je John Goodyear lahko z odkrivanjem procesa vulkanizacije znatno izboljšal lastnosti gume. V šestih letih je njegova tehnologija lahko našla praktično uporabo. Robert Thompson je patentiral prvo pnevmatiko na svetu. Njegove pomembne prednosti so bile vzdržljivost in udobje. V primerjavi z lesenimi kolesi takratnih vagonov je bila pnevmatika pravi božji dar. Na žalost tehnologije ni bilo mogoče postaviti na industrijske tirnice, saj ni bilo mogoče izdelati tanke gume.

Le štirideset let pozneje 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 postala resnično povpraševanje v Evropi. V Brazilijo so začeli prihajati milijoni ljudi, ki so želeli pridobivati ​​surovine in jih prodajati v starem svetu.

Vendar ribolov ni trajal dolgo. Brazilske oblasti so prepovedale izvoz semen heveje. Toda hkrati se niso mogli zaščititi pred krajo. Že leta 1886 je Henry Wickham lahko ukradel okoli sto tisoč semen tega drevesa. Potem, ko so Heveo prinesli v Azijo, je trajalo nekaj časa za organizacijo nasadov. V manj kot desetletju je Azija postala glavni dobavitelj naravnega kavčuka na svetovnem trgu. Cejlon in Malezija sta ponudili nižje cene, s čimer sta Brazilijo potisnili 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 sta brata Michelin izumila prvo nadomestno pnevmatiko. Le devet let kasneje je Goodyear predstavil svoje prve pnevmatike brez zračnic. Hiter razvoj avtomobilske industrije je privedel do znatnega povečanja rasti povpraševanja po gumijastih gumah. Toda naravni material ni mogel zadovoljiti vseh potrošnikov - obstajala je resna potreba po alternativi naravnemu kavčuku.

Sintetičnega nadomestka nismo mogli hitro najti. 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. Odprti material pa ni našel široke uporabe. Šele leta 1909 so v Nemčiji pridobili prvi sintetični kavčuk. Temeljilo je na dosežkih ruskega kemika. Patent za proizvodnjo sintetičnega kavčuka 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 v pridobivanju elastičnega polimernega materiala s termopolimerizacijo. Zanimivost 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 po vsem svetu.

Prva svetovna vojna in državni udar boljševikov sta postala zagon za razvoj nove industrije. Sovjetska zveza se je soočila z resnim problemom. Naravnega kavčuka ni bilo mogoče dobiti, 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 sintetičnega kavčuka. Predlagani sta bili dve možnosti. V prvem primeru je kemik Byzov predlagal pridobitev elastičnega polimera iz ekstrahiranih naftnih surovin. Vendar takratne zmogljivosti niso dopuščale serijske proizvodnje. V zvezi s tem je Lebedevov projekt zmagal na natečaju. Po njegovi zamisli je bilo vredno sintetizirati gumo na osnovi butadiena, ki je bil proizveden s predelavo etilnega alkohola. Za svoj projekt je Lebedev prejel naziv akademika znanosti in red Lenina. Produkcija se je izkazala za tako inovativno, da dolgo niso mogli verjeti v njen obstoj v zahodnih državah in jo imenovali nič drugega kot izum in prevaro.

Prvo podjetje za ta projekt je bilo odprto v Jaroslavlju leta 1932. Po njem so ustanovili podjetja v Voronežu, Kazanu in Efremovu. Vsako podjetje je imelo enako proizvodno zmogljivost. Na splošno bi država lahko prejela 40 tisoč ton sintetičnega kavčuka na leto. Podjetja so se odprla na bližnji lokaciji iz surovinske baze. Ker je bil za osnovo uporabljen etilni alkohol, so bile tovarne v bližini nasadov krompirja. Natrij je bil uporabljen kot katalizator v proizvodnem procesu. Ta metoda proizvodnje se ni mogla pohvaliti z visokim izkoristkom. Njegova glavna prednost je bila nizka cena, ki je bila takrat za državo zelo pomembna.

Nemčija je postala drugi največji proizvajalec sintetične gume 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 Shkopau. Postopek proizvodnje polimerov se je bistveno razlikoval in izboljšal. Sintetični kavčuk je bil pridobljen s kopolimerizacijsko reakcijo. Ta je uporabljal stiren in butadien. Vse to je potekalo v vodnem mediju, kar je omogočilo pridobivanje visoko kakovostnega polimera. Proizvodnja je bila zelo učinkovita in do konca vojne je skupina podjetij lahko proizvedla skoraj 180 tisoč ton letno.

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 za začetek lastne proizvodnje sintetičnega kavčuka. V samo nekaj letih je bilo v državi odprtih več kot petdeset obratov za proizvodnjo tega polimera. Zanimivo dejstvo je, da so po koncu vojne vsi proizvodni objekti postali last vlade.

Ker je zmago v vojni odnesel proti Hitlerjev blok, so bile proizvodne zmogljivosti Nemčije razdeljene med zaveznike. Sovjetski zvezi je tovarno uspelo pridobiti iz mesta Shkopau. Popolnoma so ga razstavili in odpeljali v Voronež. Po obvladovanju nove proizvodne metode je ZSSR postala vodilna v proizvodnji sintetične gume.

Na koncu so bile naše lastne vrste polimerov razvite na osnovi stiren butadienske gume. Hkrati pa nihče ni pozabil na bolj tradicionalno metodo proizvodnje polimerov. Odločeno je bilo, da se proizvede guma na osnovi umetnega alkohola in ne naravnega, kar je dodatno znižalo njene stroške. Odprlo se je več podjetij. Po tem so se razvile 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 sintetičnega kavčuka

Poenostavljeni diagram poteka za proizvodnjo različnih vrst sintetične smole je prikazan spodaj:

Proizvodnja sintetične gume 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 jih pridobivajo tudi v rafinerijah. Po postopku pirolize in ločevanja se surovine prenesejo v nadaljnjo predelavo.

Prva stopnja nadaljnje proizvodnje je dehidriranje snovi. Tako je mogoče po odstranitvi odvečnih atomov vodika pridobiti 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 je to snov mogoče dobiti na osnovi izobutilena in formaldehida.

Ker je sintetični kavčuk kopolimer, se stiren in njegovi derivati ​​pogosto uporabljajo kot dodatne snovi. Na primer, skupni "dodatek" je metil stiren, ki ga dobimo z dodajanjem polipropilena namesto etilena. Pomembna snov lahko postane tudi akrilonitril. Narejen je na osnovi amoniaka in propilena. Odvisno od načina proizvodnje je mogoče dobiti več polimernih materialov iz skupine gumijastih. V Ruski federaciji je bila sprejeta klasifikacija, po kateri je polibutadienska guma označena s SKD, kopolimer butadien-stiren pa z oznako BSK in DSSK. Razlika med vsemi temi materiali je v načinu proizvodnje polimera in osnovah, ki se za to uporabljajo. Posledično je mogoče proizvesti veliko različnih elastičnih polimerov. Najpogostejša je izoprenska guma (SKI), ki je po svojih lastnostih zelo blizu naravni. Ena od njegovih sort je butilna guma (BK), katere kemijsko ime je izopren-izobutilen.

Kopolimeri etilena in propilena, ki jim je dodan majhen del dienov, so prav tako ločeni v ločene skupine. Ne moremo jih uvrstiti med čiste gume, vendar so našli široko uporabo na določenih področjih. Za pridobitev določenih lastnosti se polimerom pogosto dodajata krom in brom. Vgrajeni so v polimerne verige, da jim dajo želene lastnosti.

TPE je ena najbolj zahtevnih sodobnih skupin gume. Kratica pomeni termoplastični elastomeri. To pomeni, da imajo te snovi lastnosti vseh polimerov. V normalnem stanju so precej plastične in jih je mogoče obdelati s tradicionalnimi metodami za termoplastiko.

Sintetične gume pri SIBUR

Več podjetij holdinga, ki se nahajajo v Voronežu, Togliattiju in Krasnojarsku, se ukvarja s proizvodnjo gume. Gospodarstvo je eden največjih proizvajalcev elastičnih polimerov na svetu in zaseda šesto mesto na seznamu. Vsa podjetja holdinga proizvajajo večino znanih vrst sintetičnega kavčuka. Kot surovina se uporabljajo butadien, izopren lastne proizvodnje, kot kopolimeri pa stiren, akrilonitril in izobutilen.

Podjetja uporabljajo predvsem lastne surovine. Dobavlja se v rezervoarjih iz tovarne SIBUR-Neftekhim v Tomsku in nekaterih podjetij družbe Lukoil. Večina surovin prihaja v obliki snovi z različno sestavo, nato pa poteka postopek frakcioniranja. Veliko kopolimerov dobavljajo tretji proizvajalci, kar omogoča, da se proizvodnim obratom holdinga zagotovi stalna obremenitev. Eden od partnerjev podjetja je beloruski proizvajalec Polymir.

Ko so monomeri podvrženi potrebnemu čiščenju, so podvrženi polimerizaciji. Za pridobivanje različnih vrst materialov se uporabljajo različne snovi in ​​proizvodno okolje. Pogosto se uporablja vodna gnojevka, ki ji lahko dodamo majhne koščke gotove gume. Okoli takšnih delcev se zbirajo 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 nastale materiale očistimo pred nepotrebnimi nečistočami (vodo, topili itd.). Zanimivost proizvodnje je, da se večina izdelkov izvaža v druge države. Glavni potrošnik je Kitajska. Poleg tega se na podlagi nekaterih vrst gumija proizvajajo ekološke pnevmatike podjetja Continental. Podjetje Voronezh proizvaja tudi številne vrste termoelementov, ki so našli svojo uporabo na številnih specializiranih področjih. SIBUR se ukvarja s proizvodnjo sintetičnega kavčuka in uvajanjem velikega števila sodobnih tehnologij.

Uporaba sintetične gume

Večina izdelkov iz gume je izdelanih na osnovi sintetičnih kavčukov. Snov se uporablja za proizvodnjo materialov za katero koli industrijo, vključno s hrano. Avtomobilske pnevmatike, izolacijski materiali, medicinske obleke, nepremočljiva oblačila, obutev itd. Se proizvajajo na osnovi gume. Avtomobilska podjetja so največji potrošniki materialov iz sintetične gume. Pnevmatike so najbolj zahtevan izdelek iz sintetične gume. Trenutno je v svetu približno petsto tovarn za proizvodnjo avtomobilskih pnevmatik, ki letno proizvedejo več kot milijardo enot blaga.

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

Pomembna uporaba sintetičnih gum je pri proizvodnji lateksa. Njegovi dodatki se dodajo gradbenim barvam in lakom, impregnacijskim tekočinam, zaključnim materialom in še veliko več. Poleg tega se na podlagi te skupine proizvajajo potrošniško blago, igrače, medicinski instrumenti, oblačila, obutev itd. Na katerem koli področju človeške dejavnosti, kjer obstaja potreba po elastičnih materialih, se uporabljajo sintetične gume. Hkrati imajo umetni polimeri veliko več pozitivnih lastnosti kot njihovi naravni kolegi.

V prizadevanju za iskanje metode za proizvodnjo umetnega kavčuka je S.V. Lebedev je intuitivno sledil poti posnemanja narave. Študiral je vzorce naravnega kavčuka in prišel do zaključka, da je guma polimer dien ogljika. V zvezi s tem se je za pridobitev umetnega kavčuka odločil uporabiti ogljikovodik iz skupine dienov.

Pa vendar je bil umetni kavčuk slabši od naravnega v eni najpomembnejših značilnosti - elastičnosti. Pri preučevanju prostorske strukture naravnega kavčuka se je izkazalo, da ima stereoregularno strukturo: CH2 skupine v gumijastih makromolekulah ne držijo kaotično, ampak 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, t.j. ko smo gumi dodali žveplo, smo zmes segreli. Zaradi tega je guma postala mehkejša in pridobila porozno strukturo.

Trenutno je bilo mogoče dobiti katalizatorje, ki jih pri Lebedevu ni bilo, lastnosti gume pa so se znatno izboljšale. S. V. Lebedev je pri reševanju problema pridobivanja cenejše in dostopne gume prišel do zaključka, da je treba za proizvodnjo sintetičnega kavčuka uporabiti druge surovine. Konec koncev je začetna snov za proizvodnjo butadiena, iz katerega je bila proizvedena guma, služila kot navaden etilni alkohol - etanol, ki je nastal med fermentacijo iz žitnih pridelkov in krompirja. Ta način proizvodnje gume je bil drag. Zato je S.V. Lebedev je razvil metodo za proizvodnjo gume iz izdelkov, rafiniranih z oljem. Posledično je prejel mlečno belo tekočino, bogato kot barva lesnate gume.

Za razliko od naravnega kavčuka, ki se postopoma zgošča, umetni kavčuk potrebuje zgoščevalce. Zato je S.V. Lebedev je zmešal raztopino kisline in soli v eni posodi z belo tekočino. Danes se v svetovnem gospodarstvu do 30% kavčuka pridobiva iz nasadov. Hektar sajenja brazilske heveje prinese od 950 do 2000 kg kavčuka na leto (pridelajo ga v obrokih, po 45-60 g). To je vsekakor škodljivo za gumijasta drevesa. Zato je metoda za proizvodnjo umetnega kavčuka, ki jo je predlagal S.V. Lebedev nima le gospodarskega, ampak tudi okoljskega pomena.

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

Leta 1931 je bil v Leningradu zgrajen poskusni obrat. 7. julija 1932 je bil ustanovljen prvi industrijski obrat za proizvodnjo sintetičnega kavčuka, Yaroslavl SK-1; na ta dan je bila sprejeta prva industrijska serija sintetičnega (natrijev-butadienskega) kavčuka na svetu.

Leta 1932 so v ZSSR zgradili tri velike tovarne za proizvodnjo sintetičnega kavčuka: SK-1 v Yaroslavlu, SK-2 v Voronežu (začetek jeseni 1932) in SK-3 v Efremovu (začetek leta 1933).

Leta 1932 je tovarna Krasny Triangle začela proizvajati sintetični kavčuk.

Leta 1961 je bil v tovarni Kuibyshevsky v SK (danes Togliattikauchuk) prvič v industrijski meri proizveden divinil-alfa-metilstiren kavčuk. Tu so začeli izdelovati po novi tehnologiji - ne iz živilskih surovin, ampak iz petrokemičnih izdelkov.

Leta 1964 je tovarna prvič na svetu v industrijskem obsegu proizvedla izoprensko gumo, podobno naravni.

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

Oddelek za kemijsko tehnologijo goriva.

Tečajno delo za tečaj

"Splošna kemijska tehnologija"

Proizvodnja sintetične gume.

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 gum za splošno uporabo

2.1 Primerjava lastnosti glavnih vrst kavčukov

3. Tehnologija in proizvodnja

3.1 Vrste polimerizacije

4. Stiren butadienske gume

4.1 Fizikalne značilnosti emulzij stiren-butadienskih kavčukov z različno vsebnostjo stirolnih enot

4.2 Lastnosti vulkanizerjev nizkotemperaturnih emulzijskih metilstiren butadienskih kavčukov, ki vsebujejo približno 23% stirenskih enot

5. Reaktor-polimerizator

6. Sklep

6. Reference

1. Uvod

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

Na izum sintetičnega kavčuka so vplivali številni dogodki: industrijska revolucija, napredek v gradnji motorjev, dve svetovni vojni, naraščajoče povpraševanje po gumi in pomanjkanje naravnega kavčuka so izzvali svetovno povpraševanje po elastomerih. Sintetični kavčuk je postal nujna alternativa naravnemu kavčuku in je izdelkom dodal dodatne lastnosti.

Trenutno je na trgu širok izbor gum v smislu lastnosti in lastnosti. Toda v svoji najobsežnejši obliki jih lahko razdelimo na dva velika segmenta: gume za splošno uporabo in gume za posebne namene.

Tabela 1

Gumije 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 uporabljajo za dajanje gumijasto-tehničnemu izdelku (pnevmatike, pasovi, podplati za čevlje itd.) Dane lastnosti, na primer odpornost proti obrabi, odpornost na olje, odpornost proti zmrzali, povečan oprijem na mokrem cesta itd. Najpogosteje ena guma združuje več lastnosti, zato je izbira kavčukov pri oblikovanju gumijasto-tehničnega izdelka za določena področja skrbno delo tehnologov.

Posebne gume se v gumarsko-tehnični industriji uporabljajo v precej manjših količinah kot gume za splošno uporabo. Tudi področja uporabe gum za splošno uporabo in gum za posebne namene se razlikujejo. Zato bodo v tem pregledu podrobno obravnavane le gume za splošno uporabo, ki imajo podobne načine proizvodnje, predelave in uporabe.

Lastnosti sintetičnega kavčuka določajo njihovo uporabo. Oblikovanje formulacije za gumijasto-tehnični izdelek spremlja izbor različnih vrst kavčukov, polnil, mehčalcev itd. Pravilna kombinacija vseh sestavin v formulaciji omogoča pridobivanje gumijasto-tehničnega izdelka z želeno lastnosti.

2. Glavne lastnosti gume za splošno uporabo

Stiren butadienska guma

Stiren-butadienska guma ima odlično kombinacijo funkcionalnih lastnosti v različnih aplikacijah. Ta guma velja za najboljšo gumo za splošno uporabo zaradi svojih odličnih lastnosti, visoke odpornosti proti obrabi in visokega odstotka polnjenja. S povečanjem vsebnosti stirenskih enot (α-metilstiren) v kopolimeru se elastičnost gume zmanjša, odpornost proti zmrzali se poslabša, vendar se povečajo kazalniki trdnosti. Značilnost stiren-butadienskih (α-metilstiren) kavčukov je nizka natezna trdnost nezapolnjenih vulkanizatov. Te gume imajo višjo temperaturo prehajanja stekla kot naravna guma in so glede na odpornost proti zmrzali slabše od naravnega kavčuka. Pomembna prednost stiren-butadienskih gum pred naravnim kavčukom je manjša nagnjenost k razpokanju, večja odpornost proti obrabi, odpornost na pare in vodo, boljša odpornost na toploto, ozon in svetlobo. Gume z visoko vsebnostjo stirena imajo dobre dielektrične lastnosti (količina stirena v monomerni mešanici je 50 mas.% In več).

Polibutadienska guma

Večina polibutadienskega kavčuka se trenutno proizvaja v tiru 1,4-cis, nekateri pa imajo mešano strukturo enot. Kot nenasičena guma se zlahka strdi z žveplom. Polibutadienska guma ima odlično odpornost proti nizkim temperaturam in obrabi. Hkrati pa nima visoke natezne trdnosti in je običajno napolnjen s trdilnimi dodatki. Ima tudi manjšo natezno trdnost, slabo izdelavo in slab oprijem v primerjavi z naravnim kavčukom. Zato se v formulacijah industrijske gume zmeša z naravnim kavčukom ali stiren-butadienskim kavčukom.

Polibutadienski kavčuki se v velikih količinah uporabljajo v mešanicah z drugimi elastomeri, da dajo dobre lastnosti histereze in odpornosti proti obrabi. Mešanice polibutadiena s stiren butadienom ali naravnim kavčukom se pogosto uporabljajo v pnevmatikah za osebna vozila in tovornjake za izboljšanje odpornosti proti razpokam. Poleg tega se polibutadienska guma uporablja kot modifikator v mešanicah z drugimi elastomeri za izboljšanje odpornosti proti zmrzali, toplotnemu staranju, odpornosti proti obrabi in razpokanju.

Butilna guma

Butilna guma ima edinstveno sposobnost zadrževanja zraka, zaradi česar je absolutna prioriteta v industriji pnevmatik za proizvodnjo cevi in ​​membran. Notranje cevi iz butilne gume vzdržujejo prvotni zračni tlak 8-10 krat dlje kot podobne cevi iz naravnega kavčuka, kar podaljša življenjsko dobo pnevmatik za vsaj 10-18% v primerjavi z naravnim kavčukom. Guma je odporna na ozon in ima dobro odpornost na polarna topila, vodne raztopine kislin in oksidante. Ima dobro odpornost na živalska in rastlinska olja, vendar butilna guma ni odporna na mineralna olja.

Natezna trdnost butilne gume je nekoliko manjša od trdnosti naravnega kavčuka, 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 odpornost še vedno zelo nizka. Pomanjkljivosti butilnega kavčuka so njegova nizka stopnja vulkanizacije, slaba oprijemljivost na kovine, slaba združljivost z nekaterimi sestavinami, nizka elastičnost pri običajnih temperaturah in visoka toplota med ponavljajočimi se deformacijami.

Nekatere od teh pomembnih pomanjkljivosti butilne gume (na primer nizka stopnja vulkanizacije, ki preprečuje njegovo uporabo v mešanicah z drugimi gumami, nizka oprijemljivost na številne materiale, zlasti kovine), se odpravijo z delno spremembo kemijske narave polimera. Na primer, vnos majhne količine atomov halogena v gumijaste makromolekule. Bromobutilna guma (1 do 3,5 mas.% Broma) se predela in pomeša s sestavinami na enak način kot butilna guma. Toda bromobutilna guma se strdi veliko hitreje kot butilna guma. Stopnja vulkanizacije bromobutilnega kavčuka je primerljiva s hitrostjo vulkanizacije naravnih, butadien-stiren in drugih kavčukov, kar omogoča njegovo uporabo v mešanicah s temi elastomeri. Druge halogenirane butilne gume imajo podobne lastnosti, na primer klorobutilna guma (1,1 - 1,3 mas.% Klora). Vendar so stopnja vulkanizacije in lastnosti vulkanizatov klorobutilne gume nekoliko nižje kot pri bromobutilni gumi.

Etilen propilenske gume

Etilen-propilenske gume so najlažje gume z gostoto od 0,86 do 0,87. Lastnosti so odvisne od vsebnosti in variacije etilenskih enot v kopolimernih enotah. EPDM guma ne vsebuje dvojnih vezi v molekuli, je 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.

Nasičen značaj etilen-propilenskega kopolimera vpliva na lastnosti kavčukov na osnovi te gume. Odpornost teh kavčukov na toploto in staranje je veliko boljša kot pri stiren butadienu in naravnih gumah. Končni izdelki iz gume imajo tudi odlično odpornost na anorganske ali zelo polarne tekočine, kot so kisline, lužine in alkoholi. Lastnosti gume na osnovi te vrste kavčuka se ne spremenijo, če jih 15 dni hranimo pri 25 ° C v 75% in 90% žveplovi kislini in v 30% dušikovi kislini. Po drugi strani pa je odpornost na alifatske, aromatske ali klorirane ogljikovodike precej nizka.

Vse vrste EPDM so napolnjene z ojačevalnimi polnili, kot je saja, kar daje dobre mehanske lastnosti. Električne, izolacijske in dielektrične lastnosti čistega EPDM so izjemne, vendar so odvisne 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 pomanjkljivosti. Ne moremo jih mešati z drugimi običajnimi gumami in niso odporne na olje.