Kaučuky - přírodní nebo syntetické elastomery vyznačující se elasticitou , voděodolností a elektroizolačními vlastnostmi; z nichž se vulkanizací získává kaučuk a ebonity .
Vysokomolekulární uhlovodík (C 5 H 8 ) n , cis polymer isoprenu [1] ; obsažené v mléčné šťávě ( latexu ) hevea [1] , kok-saghyz (vytrvalá bylina rodu pampeliška) a dalších kaučukovníků [1] .
Kaučuk objevil de la Condamine v Quitu (Ekvádor) v roce 1751. Rozpustný v uhlovodících a jejich derivátech ( benzín , benzen , chloroform , sirouhlík atd.); ve vodě , alkoholu , acetonu , přírodním kaučuku prakticky nebobtná a nerozpouští se. Již při pokojové teplotě přírodní kaučuk váže kyslík , dochází k oxidační degradaci (stárnutí pryže), přičemž klesá jeho pevnost a elasticita . Při teplotách nad 200 °C se přírodní kaučuk rozkládá za vzniku nízkomolekulárních uhlovodíků.
Když přírodní kaučuk interaguje se sírou , chloridem sírovým, organickými peroxidy ( vulkanizace ), dlouhé makromolekulární vazby jsou spojeny přes atomy síry za vzniku síťových struktur. To dává pryži vysokou elasticitu v širokém teplotním rozsahu [1] .
Přírodní kaučuk se zpracovává na kaučuk . V surové formě se nepoužívá více než 1% extrahovaného přírodního kaučuku ( kaučukové lepidlo ). Více než 60 % přírodního kaučuku se používá k výrobě pneumatik pro automobily. V průmyslovém měřítku se přírodní kaučuk vyrábí v Indonésii, Malajsii, Vietnamu, Thajsku, Brazílii a Číně.
Rozvíjející se strojírenství a elektrotechnika a později automobilový průmysl spotřebovávaly stále více pryže. To vyžadovalo stále více surovin. Kvůli nárůstu poptávky v Jižní Americe koncem 19. a začátkem 20. století začaly vznikat a rychle se rozvíjet obrovské plantáže kaučukovníků, které tyto rostliny pěstovaly v monokultuře. Později se centrum pěstování kaučuku přesunulo do Indonésie a na Cejlon .
Vývoj syntetických kaučuků začali poprvé v Rusku v roce 1900 Butlerovovi studenti - Kondakov, Favorskij, Lebeděv, Byzov [2] . V roce 1900 I. L. Kondakov jako první syntetizoval isopren , jehož polymerací se zabýval A. Favorsky . V letech 1903-1910. paralelně skupiny vědců vedené S. Lebedevem a B. Byzovem studovaly proces polymerace a izomerace nenasycených uhlovodíků a v roce 1910 se Lebedevovi podařilo získat vzorek syntetického kaučuku na bázi 1,3 -butadienu . V roce 1913 Byzov navrhl způsob získávání dienů z ropy její pyrolýzou , kde jedním z produktů je ve skutečnosti 1,3-butadien. Kvůli potížím se zvládnutím technologie bylo od metody upuštěno. Začali hledat jednodušší a levnější způsoby, jak získat 1,3-butadien, z nichž jeden vyvinul stejný Lebedev (1926-1928), který spočívá v dehydrogenaci - dehydrataci ethanolu. [3] [4]
Souběžně a nezávisle probíhaly podobné práce v Anglii . První patent na proces butadienové syntetické pryže využívající sodík jako polymerizační katalyzátor byl vydán v Anglii v roce 1910 . První malosériová výroba syntetického kaučuku technikou podobnou té, která je popsána v anglickém patentu, proběhla v Německu během první světové války .
Poprvé technologie výroby butadienové syntetické pryže[ upřesněte ] vyvinul v laboratoři závodu Triangle B. Byzov, který za tento vynález v roce 1911 obdržel Butlerovovu cenu ; patent na tento vynález byl však vydán až v roce 1913.
Výroba butadienu v Rusku začala v roce 1915 podle technologie vyvinuté I. I. Ostromyslenským , který později emigroval do Spojených států. Během 1. světové války závod Triangle zvládl výrobu plynových masek z byzovského syntetického kaučuku [5] .
Komerční výroba syntetického kaučuku začala v roce 1919 ve Spojených státech ( společnost Thiokol ) a do roku 1940 se po celém světě vyrábělo více než 10 druhů. Hlavními producenty byly USA, Německo a SSSR [6] .
V SSSR pokračovali v práci na výrobě syntetického kaučuku Byzov a Lebeděv, kteří v roce 1928 vyvinuli sovětskou průmyslovou technologii na výrobu butadienu. Výroba syntetického kaučuku byla zahájena v závodě SK-1 v roce 1932 podle metody S.V.Lebedeva (získání butadienu z ethylalkoholu s následnou aniontovou polymerací kapalného butadienu v přítomnosti sodíku) [7] . V SSSR byla poprvé na světě organizována výroba syntetického kaučuku v průmyslovém měřítku [8] . Pevnost v tahu sovětského syntetického kaučuku byla asi 2000 psi (u přírodního kaučuku je to 4500 psi, u neoprenu , jehož výrobu zahájila společnost DuPont (USA) v roce 1931, - 4000 psi). V roce 1941 obdržel SSSR pokročilejší technologii výroby syntetického kaučuku [6] .
V Německu našel butadienový kaučuk poměrně široké použití pod názvem „Buna“ .
Syntéza kaučuků se stala mnohem levnější s vynálezem katalyzátorů Ziegler-Natta v 50. letech 20. století .
Isoprenové kaučuky - syntetické kaučuky získané polymerací isoprenu v přítomnosti katalyzátorů - kovové lithium , peroxidové sloučeniny. Na rozdíl od jiných syntetických kaučuků mají isoprenové kaučuky, stejně jako přírodní kaučuk, vysokou přilnavost a mají o něco horší elasticitu .
Kaučuky s heteroatomy jako substituenty nebo je mají ve svém složení se často vyznačují vysokou odolností vůči rozpouštědlům, palivům a olejům, odolností vůči slunečnímu záření, ale mají horší mechanické vlastnosti. Nejrozšířenější při výrobě a použití kaučuků s heterosubstituenty jsou chloroprenové kaučuky (neopren) - polymery 2-chlorbutadienu.
V současné době je většina vyráběných kaučuků tvořena kopolymery styren-butadien nebo styren -butadien- akrylonitril .
V omezeném měřítku se vyrábějí a používají thiokoly - polysulfidové kaučuky získané polykondenzací dihalogenalkanů (1,2-dichlorethan, 1,2-dichlorpropan) a polysulfidů alkalických kovů .
Hlavní typy syntetických kaučuků:
Nejrozšířenějším použitím pryží je výroba pryže pro pneumatiky automobilů , letadel a jízdních kol .
Z pryže se vyrábí speciální pryže pro širokou škálu těsnění pro účely tepelné, zvukové, vzduchové a hydroizolace demontovatelných prvků budov, v sanitární a ventilační technice, v hydraulické , pneumatické a vakuové technice.
Lisováním hmoty skládající se z pryže, azbestu a práškových plniv se získává paronit - plošný materiál pro výrobu těsnících výrobků s vysokou tepelnou odolností, pracující v různých prostředích - voda a pára o tlaku až 5 MN/m 2 (50 atm) a teplotou až 450 °C; ropa a ropné produkty při teplotách 200–400 °C a tlacích 7–4 mN/ m2 ; kapalný a plynný kyslík , ethylalkohol atd. [9] . Vysoké těsnící vlastnosti paronitu jsou dány skutečností, že jeho meze kluzu , která je asi 320 MPa, je dosažena při utahování spoje šrouby nebo svorníky , přičemž paronit vyplňuje všechny hrbolky, skořepiny, trhliny a jiné vady spoje. utěsní povrchy a utěsní spoj. Paronit není korozivní materiál a dobře se hodí k mechanickému zpracování, což usnadňuje výrobu těsnění jakékoli konfigurace, která neztrácejí svůj výkon za jakýchkoli klimatických podmínek - ani v oblastech s mírným klimatem , ani v tropických a pouštních klimatických podmínkách , ani v extrémních podmínkách . Vysoká tepelná odolnost paronitu umožňuje jeho použití ve spalovacích motorech. Zpevněním paronitu kovovou síťovinou pro zlepšení mechanických vlastností se získá feronit
[ 9 ] .
Kaučuky se používají k elektrické izolaci , výrobě zdravotnických prostředků a antikoncepce .
V raketové technice se syntetické kaučuky používají jako polymerní základ při výrobě tuhého raketového paliva , ve kterém hrají roli paliva , a jako oxidační činidlo se používá ledek (draselný nebo amonný) nebo chloristan amonný .