Cauciucuri - elastomeri naturali sau sintetici , caracterizati prin elasticitate , rezistenta la apa si proprietati electroizolante ; din care se obtin prin vulcanizare cauciucul si ebonite .
Hidrocarbură cu greutate moleculară mare (C 5 H 8 ) n , polimer cis al izoprenului [1] ; conținut în sucul lăptos ( latex ) de hevea [1] , kok-saghyz (o plantă erbacee perenă din genul Păpădie) și alte plante de cauciuc [1] .
Cauciucul a fost descoperit de de la Condamine în Quito (Ecuador) în 1751. Solubil în hidrocarburi și derivații acestora ( benzină , benzen , cloroform , disulfură de carbon etc.); în apă , alcool , acetonă , cauciuc natural practic nu se umflă și nu se dizolvă. Deja la temperatura camerei, cauciucul natural atașează oxigenul , are loc degradarea oxidativă (îmbătrânirea cauciucului), în timp ce rezistența și elasticitatea acestuia scad . La temperaturi peste 200 °C, cauciucul natural se descompune pentru a forma hidrocarburi cu greutate moleculară mică.
Când cauciucul natural interacționează cu sulful , clorura de sulf, peroxizii organici ( vulcanizare ), legăturile macromoleculare lungi sunt conectate prin atomi de sulf pentru a forma structuri de rețea. Acest lucru conferă cauciucului o elasticitate ridicată într-un domeniu larg de temperatură [1] .
Cauciucul natural este transformat în cauciuc . În forma sa brută, nu se utilizează mai mult de 1% din cauciucul natural extras ( clei de cauciuc ). Peste 60% din cauciucul natural este folosit la fabricarea anvelopelor auto. La scară industrială, cauciucul natural este produs în Indonezia, Malaezia, Vietnam, Thailanda, Brazilia și China.
Ingineria mecanică și electrică în curs de dezvoltare și, mai târziu, industria auto, au consumat din ce în ce mai mult cauciuc. Acest lucru necesita din ce în ce mai multe materii prime. Datorită creșterii cererii în America de Sud la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea, au început să apară și să se dezvolte rapid plantații uriașe de plante de cauciuc, crescând aceste plante în monocultură. Mai târziu, centrul de creștere a cauciucului sa mutat în Indonezia și Ceylon .
Dezvoltarea cauciucurilor sintetice a început pentru prima dată în Rusia în 1900 de către studenții lui Butlerov - Kondakov, Favorsky, Lebedev, Byzov [2] . În 1900, I. L. Kondakov a fost primul care a sintetizat izoprenul , a cărui polimerizare a fost studiată de A. Favorsky . În 1903-1910. în paralel, grupuri de oameni de știință conduse de S. Lebedev și B. Byzov au studiat procesul de polimerizare și izomerizare a hidrocarburilor nesaturate, iar în 1910 Lebedev a reușit să obțină o probă de cauciuc sintetic pe bază de 1,3- butadienă . În 1913, Byzov a propus o metodă de obținere a dienelor din ulei prin piroliza acestuia , unde unul dintre produse este, de fapt, 1,3-butadiena. Din cauza dificultăților în stăpânirea tehnologiei, metoda a fost abandonată. Au început să caute modalități mai simple și mai ieftine de a obține 1,3-butadienă, dintre care una a fost dezvoltată de același Lebedev (1926-1928), care constă în dehidrogenare - deshidratarea etanolului. [3] [4]
Simultan și independent, lucrări similare au fost efectuate în Anglia . Primul brevet pentru un proces de cauciuc sintetic cu butadienă care utilizează sodiu ca catalizator de polimerizare a fost emis în Anglia în 1910 . Prima producție la scară mică de cauciuc sintetic folosind o tehnică similară cu cea descrisă în brevetul englez a avut loc în Germania în timpul Primului Război Mondial .
Pentru prima dată, tehnologia de producție a cauciucului sintetic butadien[ precizați ] a fost dezvoltat în laboratorul uzinei Triangle de către B. Byzov, care a primit Premiul Butlerov pentru această invenție în 1911 ; cu toate acestea, un brevet pentru această invenție a fost eliberat abia în 1913.
Producția de butadienă în Rusia a început în 1915, conform tehnologiei dezvoltate de I. I. Ostromyslensky , care mai târziu a emigrat în Statele Unite. În timpul Primului Război Mondial, fabrica Triangle a stăpânit producția de măști de gaz din cauciuc sintetic Byzov [5] .
Producția comercială de cauciuc sintetic a început în 1919 în Statele Unite ( compania Thiokol ) și până în 1940 mai mult de 10 tipuri erau produse în întreaga lume. Principalii producători au fost SUA, Germania și URSS [6] .
În URSS , lucrările la producția de cauciuc sintetic au fost continuate de Byzov și Lebedev, care în 1928 au dezvoltat tehnologia industrială sovietică pentru producerea de butadienă. Producția de cauciuc sintetic a început la uzina SK-1 în 1932 după metoda lui S.V.Lebedev (obținerea butadienei din alcoolul etilic urmată de polimerizarea anionică a butadienei lichide în prezență de sodiu) [7] . În URSS, pentru prima dată în lume, producția de cauciuc sintetic a fost organizată la scară industrială [8] . Rezistența la tracțiune a cauciucului sintetic sovietic a fost de aproximativ 2000 psi (pentru cauciucul natural, această cifră este de 4500 psi, pentru neopren , a cărui producție a fost începută de DuPont (SUA) în 1931, - 4000 psi). În 1941, URSS a primit o tehnologie mai avansată pentru producerea cauciucului sintetic [6] .
În Germania, cauciucul de sodiu butadienă și-a găsit o utilizare destul de largă sub denumirea de „Buna” .
Sinteza cauciucurilor a devenit mult mai ieftină odată cu inventarea catalizatorilor Ziegler-Natta în anii 1950 .
Cauciucuri izoprene - cauciucuri sintetice obținute prin polimerizarea izoprenului în prezența catalizatorilor - litiu metalic , compuși cu peroxid. Spre deosebire de alte cauciucuri sintetice, cauciucurile izopren, ca și cauciucul natural, au o aderență ridicată și sunt ușor inferioare acesteia ca elasticitate .
Cauciucurile cu heteroatomi ca substituenți sau care îi au în compoziția lor se caracterizează adesea prin rezistență ridicată la solvenți, combustibili și uleiuri, rezistență la lumina solară, dar au proprietăți mecanice mai slabe. Cele mai răspândite în producția și utilizarea cauciucurilor cu heterosubstituenți sunt cauciucurile cloropren (neopren) - polimeri de 2-clorobutadienă.
În prezent, majoritatea cauciucurilor produse sunt copolimeri stiren-butadienă sau stiren - butadienă - acrilonitril .
La scară limitată, se produc și se folosesc tiocoli - cauciucuri polisulfurate obținute prin policondensarea dihaloalcanilor (1,2-dicloretan, 1,2-diclorpropan) și polisulfurilor de metale alcaline .
Principalele tipuri de cauciucuri sintetice:
Cea mai răspândită utilizare a cauciucului este producția de cauciuc pentru anvelope de automobile , avioane și biciclete .
Cauciucurile sunt folosite pentru a realiza cauciucuri speciale pentru o mare varietate de etanșări în scopuri de căldură, sunet, aer și impermeabilizare a elementelor demontabile ale clădirilor, în tehnologia sanitară și de ventilație, în tehnologia hidraulică , pneumatică și de vid.
Prin presarea unei mase constând din cauciuc, azbest și materiale de umplutură cu pulbere , se obține paronita - un material de tablă pentru fabricarea produselor de garnitură cu rezistență ridicată la căldură, care funcționează în diferite medii - apă și abur cu o presiune de până la 5 MN / m 2 (50 atm) și o temperatură de până la 450 °C; petrol și produse petroliere la temperaturi de 200–400 °C și respectiv presiuni de 7–4 mN/ m2 ; oxigen lichid și gazos , alcool etilic etc. [9] . Proprietățile de etanșare ridicate ale paronitei se datorează faptului că limita sa de curgere , care este de aproximativ 320 MPa, este atinsă atunci când îmbinarea este strânsă cu șuruburi sau știfturi , în timp ce paronitul umple toate denivelările, cochiliile, fisurile și alte defecte ale suprafețe sigilate și etanșează îmbinarea. Paronitul nu este un material corosiv și se pretează bine prelucrării mecanice, ceea ce face ușoară producerea de garnituri de orice configurație care nu își pierd performanța în orice condiții climatice - nici în zonele cu un climat temperat , nici în condiții climatice tropicale și deșertice. , nici in conditii extreme.Nord . Rezistența ridicată la căldură a paronitei îi permite să fie utilizat în motoarele cu ardere internă. Prin întărirea paronitului cu o plasă metalică pentru a îmbunătăți proprietățile mecanice, se obține feronitul
[ 9 ] .
Cauciucurile sunt folosite pentru izolarea electrică , producția de dispozitive medicale și contraceptive .
În tehnologia rachetelor, cauciucurile sintetice sunt folosite ca bază polimerică la fabricarea combustibilului solid pentru rachete , în care joacă rolul de combustibil , iar pulberea de salpetru (potasiu sau amoniu) sau perclorat de amoniu este folosită ca agent oxidant .