Katedra za hemijsku tehnologiju goriva.
Kursni rad na kursu
"Opšta hemijska tehnologija"
Proizvodnja sintetičke gume.
Završeno:
Student 2. godine
gr.MAXStart-08-1
Shaferov Yu.A
Provjereno:
PhD chem. nauke
Raskulova T.V.
Angarsk 2011
1. Uvod
2. Glavna svojstva gume opće namjene
2.1 Poređenje svojstava glavnih tipova gume
3. Tehnologija i proizvodnja
3.1 Vrste polimerizacije
4. Stiren-butadien gume
4.1 Fizičke karakteristike emulzijskih stiren-butadienskih kaučuka s različitim sadržajem stirenskih jedinica
4.2 Svojstva vulkanizera niskotemperaturne emulzije metilstiren-butadien kaučuka koji sadrži oko 23% jedinica stirena
5. Reaktor-polimerizator
6. Zaključak
6. Reference
1. Uvod
Trenutno na tržištu postoji veliki izbor guma, koje se prema svojim svojstvima i karakteristikama mogu podijeliti u dva velika segmenta: gume opće namjene i gume specijalne namjene.
Brojni događaji utjecali su na pronalazak sintetičke gume: industrijska revolucija, napredak u proizvodnji motora, dva svjetska rata, rastuća potražnja za gumom i nedostatak prirodne gume pokrenuli su svjetsku potražnju za elastomerima. Sintetičke gume postale su neophodna alternativa prirodnoj gumi i dodale su dodatna svojstva proizvodima.
Trenutno na tržištu postoji veliki izbor gume u pogledu svojstava i karakteristika. Ali u najopštijem obliku, mogu se podijeliti u dva velika segmenta: gume opće namjene i gume posebne namjene.
Tabela 1
Gume opšte namjene koriste se u proizvodima gdje je važna sama priroda gume i ne postoje posebni zahtjevi za gotov proizvod. Gume specijalne namjene imaju uži opseg i koriste se da gumenom proizvodu (gume, kaiševi, potplati cipela, itd.) daju određeno svojstvo, na primjer, otpornost na habanje, otpornost na ulje, otpornost na mraz, povećano prianjanje na mokrim cestama itd. Najčešće jedna guma kombinira nekoliko svojstava, pa je odabir gume u formulaciji gumenog proizvoda za određena područja temeljit posao tehnologa.
Specijalne gume se koriste u gumarskoj industriji u znatno manjim količinama u odnosu na gumu opšte namjene. Područja primjene guma opće namjene i gume specijalne namjene se također razlikuju. Stoga će se u ovom pregledu detaljnije razmatrati samo gume opće namjene koje imaju slične metode proizvodnje, obrade i upotrebe.
Svojstva sintetičkih guma određuju njihovu primjenu. Kreiranje formulacije gumenog proizvoda je praćeno odabirom razne vrste gume, punila, omekšivača itd. Pravilna kombinacija svih komponenti u receptu omogućava da dobijete gumeni proizvod sa željenim svojstvima.
2.Osnovna svojstva gume opšte namjene
Stiren butadien guma
Stiren butadien guma ima odličnu kombinaciju funkcionalnih svojstava u različitim primjenama. Ova guma se smatra najboljom gumom opšte namene zbog svojih odličnih svojstava otpornosti na habanje i visokog procenta punjenja. S povećanjem sadržaja stirenskih jedinica (α-metilstiren) u kopolimeru, elastičnost gume se smanjuje, otpornost na mraz se pogoršava, ali se povećavaju pokazatelji čvrstoće. karakteristična karakteristika stiren-butadien (α-metilstiren) gume su niske vlačne čvrstoće nepunjenih vulkanizata. Ove gume imaju višu temperaturu staklastog prelaza od prirodne gume i inferiorne su od prirodne gume u otpornosti na mraz. Važna prednost stiren-butadien kaučuka u odnosu na prirodni kaučuk je manja sklonost pucanju, veća otpornost na habanje, otpornost na paru i vodu, bolja otpornost na termičko, ozonsko i svjetlosno starenje. Gume s visokim sadržajem stirena imaju dobra dielektrična svojstva (količina stirena u mješavini monomera je 50 tež.% i više).
Polibutadienska guma
Većina trenutno proizvedene polibutadienske gume je tipa 1,4-cis, ali neke imaju mješovitu jediničnu strukturu. Budući da je nezasićena guma, lako se vulkanizira sa sumporom. Polibutadienska guma ima odličnu otpornost na niske temperature i habanje. Ali u isto vrijeme, nema visoku vlačnu čvrstoću i obično je napunjen aditivima za ojačavanje. Takođe ima nižu vlačnu čvrstoću, lošu obradu i slabu vuču u odnosu na prirodnu gumu. Stoga se u formulacijama gumenih proizvoda miješa s prirodnom gumom ili stiren-butadien kaučukom.
Polibutadienske gume se koriste u velikim količinama u mješavinama s drugim elastomerima da daju dobra svojstva histereze i otpornost na habanje. Mješavine polibutadiena sa stiren-butadienom ili prirodnim kaučukom se široko koriste u automobilskim i kamionskim gumama za poboljšanje otpornosti na pucanje. Osim toga, polibutadienska guma se koristi kao modifikator u mješavinama s drugim elastomerima za poboljšanje svojstava otpornosti na hladnoću, otpornost na toplotno starenje, abraziju i pucanje.
Butil guma
Butil guma ima jedinstvenu sposobnost zadržavanja zraka, što je čini neospornim prioritetom u industriji guma za proizvodnju cijevi i dijafragmi. Unutarnje gume za automobile od butilne gume održavaju početni tlak zraka 8-10 puta duže od sličnih zračnica od prirodne gume, što produžava vijek trajanja guma za najmanje 10-18% u odnosu na prirodnu gumu. Guma je otporna na ozon i ima dobru otpornost na polarne rastvarače, vodene kiseline i oksidirajuća sredstva. Ima dobru otpornost na životinjska i biljna ulja, ali butil kaučuk nije otporan na mineralna ulja.
Vlačna čvrstoća butil gume je nešto manja od prirodne gume, ali na visokim temperaturama ista je za obje gume. Otpornost na habanje je dobra kada je guma temeljno napunjena (kao i kompresijski set), ali je otpornost i dalje vrlo niska. Nedostaci butilne gume uključuju njenu nisku stopu vulkanizacije, slabo prianjanje na metale, lošu kompatibilnost sa određenim sastojcima, nisku elastičnost pri normalnim temperaturama i visoko stvaranje topline tijekom ponovljenih deformacija.
Neki od ovih značajnih nedostataka butilne gume (kao što je niska stopa vulkanizacije, koja sprečava njenu upotrebu u mešavinama sa drugim gumama, niska adhezija na mnoge materijale, posebno metale) eliminišu se delimičnom promenom hemijske prirode polimera. Na primjer, uvođenjem male količine atoma halogena u makromolekule gume. Bromobutil kaučuk (od 1 do 3,5 tež.% broma) se prerađuje i miješa sa sastojcima na isti način kao i butilkaučuk. Ali u isto vrijeme, bromobutil guma vulkanizira mnogo brže od butil gume. Brzina vulkanizacije bromobutil kaučuka je uporediva sa brzinom vulkanizacije prirodnih, butadien-stirenskih i drugih kaučuka, što omogućava njegovu upotrebu u mješavinama s ovim elastomerima. Druge halogenirane butilne gume imaju slična svojstva, na primjer, hlorobutil kaučuk (1,1 - 1,3 tež. % hlora). Međutim, brzina vulkanizacije i svojstva vulkanizeta hlorobutil kaučuka su nešto niži od onih kod bromobutil gume.
Etilen propilen gume
Etilen-propilenske gume su najlakše gume, koje imaju gustinu od 0,86 do 0,87. Svojstva zavise od sadržaja i varijacije etilenskih jedinica u jedinicama kopolimera. Etilen propilen kaučuk ne sadrži dvostruke veze u molekuli, bezbojan je, ima odličnu otpornost na toplotu, svetlost, kiseonik i ozon. Za zasićene etilen-propilenske gume koristi se peroksidna vulkanizacija. Etilen-propilen-dienska guma, koja sadrži djelomičnu nezasićenost veza, omogućava vulkanizaciju sumporom. Nešto je manje otporan na starenje od EPDM-a.
Bogata priroda etilen-propilen kopolimera utiče na svojstva gume na bazi ove gume. Otpornost ovih guma na toplotu i starenje je mnogo bolja od stiren-butadiena i prirodnih kaučuka. Gotovi gumeni proizvodi takođe imaju odličnu otpornost na anorganske ili visoko polarne tečnosti kao što su kiseline, baze i alkoholi. Svojstva gume na bazi ove vrste gume ne mijenjaju se nakon 15 dana držanja na 25°C u 75% i 90% sumporne kiseline i 30% dušične kiseline. S druge strane, otpornost na alifatske, aromatične ili klorirane ugljikovodike je prilično niska.
Sve vrste EPDM-a punjene su ojačavajućim punilima kao što je čađa da daju dobro mehanička svojstva. Električna, izolacijska i dielektrična svojstva čistog EPDM-a su izvanredna, ali također zavise od izbora sastojaka punila. Njihova elastična svojstva su bolja od mnogih sintetičkih guma, ali ne dostižu nivo prirodne gume i stiren butadien gume. Ove gume imaju dva značajna nedostatka. Ne mogu se miješati s drugim jednostavnim gumama i nisu otporne na ulje.
Ovi proizvodi industrije prerade nafte također pripadaju polimernim materijalima, iako imaju malo zajedničkog s prethodnim tvarima. Glavna fizička razlika između sintetičkih guma i ostatka grupe polimera je u tome što one nisu termoplastične. Spadaju u grupu elastomera, odnosno tvari koje se u svom normalnom stanju mogu deformirati pod utjecajem opterećenja. Nakon što pritisak prestane, vraćaju se u prvobitni oblik. U svijetu postoji alternativa ovim supstancama. Zove se prirodna guma i pravi se od soka drveta hevee. Obim proizvodnje prirodnog materijala nije dovoljan da zadovolji potrebe tržišta. To se posebno jasno pokazalo tokom Drugog svjetskog rata, kada je većina plantaža hevee bila pod kontrolom Japana. To je bio poticaj za razvoj ove oblasti petrohemije u zapadnim zemljama. Danas sintetički materijali zauzimaju gotovo 65% ukupnog tržišta gume.
Konjugirani dieni djeluju kao monomeri gumenih lanaca. Njihova razlika je u tome što imaju dvije dvostruke veze između atoma ugljika. Najpopularniji od njih je divinil (1,3-butadien):
Drugi najvažniji monomer je izopren, supstanca koja je vrlo bliska divinilu, ali ima još jedan atom ugljika:
Zanimljiva karakteristika reakcija polimerizacije je da između 2. i 3. atoma molekule nastaje dvostruka veza, dok je između 1. i 4. jednostruka:
Zahvaljujući takvim dvostrukim vezama, materijal ima povećanu elastičnost, što je tipično samo za ovu vrstu polimera.
Također treba shvatiti da postoji velika razlika između originalne gume i gotove gume. Gume se proizvode na bazi gume u procesu vulkanizacije. Prilikom termičke obrade uz dodatak posebnog sastojka (vulkanizatora), pojedinačni molekularni lanci se preusmjeravaju u poprečnom smjeru, što materijalu daje veću čvrstoću. Najčešće je dodatni element sumpor.
Istorija sintetičkih guma
Gume duguju svoju široku popularnost nekoliko otkrića odjednom. Unatoč činjenici da je materijal poznat hiljadama godina, praktički se nije koristio jer nije imao dovoljnu čvrstoću. Godine 1840. John Goodyear je uspio značajno poboljšati svojstva gume otkrivanjem procesa vulkanizacije. U roku od šest godina, njegova tehnologija je uspjela pronaći praktična upotreba. Robert Thompson patentirao je prvu pneumatsku gumu na svijetu. Njegova suštinska prednost bila je otpornost na habanje i udobnost. U poređenju sa drvenim točkovima tadašnjih vagona, guma je bila pravi nalaz. Nažalost, tehnologija nije mogla biti postavljena na industrijske temelje, jer nije bilo moguće proizvesti tanku gumu.
Samo četrdeset godina kasnije, škotski izumitelj John Dunlop uspio je poboljšati proces proizvodnje gume. Kompanija koju je osnovao proizvodila je gume za bicikle, kočije, a zatim i automobile. A onda je guma postala veoma popularna u Evropi. Milioni ljudi počeli su dolaziti u Brazil koji su željeli vaditi sirovine i prodavati ih u Starom svijetu.
Međutim, ribolov nije dugo trajao. Brazilske vlasti zabranile su izvoz sjemena hevee. Ali u isto vrijeme, nisu se mogli zaštititi od krađe. Već 1886. Henry Wickham je uspio ukrasti oko stotinu hiljada sjemenki ovog drveta. Nakon što je hevea dovedena u Aziju, trebalo je neko vrijeme da se organiziraju plantaže. Manje od decenije kasnije, Azija je postala glavni dobavljač prirodne gume na svjetskom tržištu. Cejlon i Malezija ponudile su niže cijene, potiskujući Brazil sa tržišta. Potražnja za gumenim gumama raste iz dana u dan. To je bilo zbog novih izuma u proizvodnji guma i popularizacije cestovnog transporta. Već 1891. godine braća Michelin su izumila prvu izmjenjivu gumu. I samo devet godina kasnije, Goodyear je predstavio svoje prve gume bez zračnica. Brzi razvoj automobilske industrije doveo je do ozbiljnog povećanja potražnje za gumenom gumom. Ali prirodni materijal nije mogao zadovoljiti sve potrošače - postojala je ozbiljna potreba za alternativom prirodnoj gumi.
Nisu mogli brzo pronaći sintetičku zamjenu. Provedeni su mnogi eksperimenti sa samo djelomičnim rezultatima. Najveći uspjeh postigao je ruski naučnik Ivan Kandakov. Uspio je sintetizirati elastični polimer. Međutim, otvoreni materijal nije našao široku primjenu. Tek 1909. godine u Njemačkoj je nabavljena prva sintetička guma. Zasnovan je na razvoju ruskog hemičara. Registrovan je patent za proizvodnju sintetičkog kaučuka na ime njemačkog hemičara Frinza Hoffmanna.
Iste godine u Rusiji je predstavljen izvještaj istaknutog hemičara Sergeja Lebedeva. Svima je pokazao svoje otkriće. Sastojao se u dobijanju elastičnog polimernog materijala termopolimerizacijom. Zanimljiva karakteristika ovog otkrića je da je upravo ovaj princip bio osnova za industrijsku proizvodnju sintetičke gume. To je bilo prvo preduzeće te vrste, ne samo u Rusiji, već iu celom svetu.
Prvo Svjetski rat a revolucija koju su izveli boljševici postala je poticaj za razvoj nove industrije. Sovjetski Savez se suočio sa ozbiljnim problemom. Prirodnu gumu nije bilo moguće nabaviti jer je zemlja bila u blokadi. Jedina opcija bila je stvaranje vlastite proizvodnje sintetičke gume. Stoga je 1926. godine održan konkurs za razvoj industrijskog projekta za proizvodnju sintetičke gume. Predložene su dvije opcije. U prvom slučaju, hemičar Byzov je predložio da se dobije elastični polimer iz ekstrahovane sirovine nafte. Međutim, tadašnji kapaciteti nisu dozvoljavali uspostavljanje masovne proizvodnje. S tim u vezi, Lebedev projekat je pobedio na konkursu. Prema njegovoj zamisli, vrijedilo je sintetizirati gumu na bazi butadiena, koji je proizveden preradom etil alkohola. Za svoj projekat Lebedev je dobio titulu akademika nauka i orden Lenjina. Produkcija se pokazala toliko inovativnom da dugo nisu mogli vjerovati u njeno postojanje u zapadnim zemljama, nazivajući je ništa više od fikcije i obmane.
Prvo preduzeće u okviru ovog projekta otvoreno je u Jaroslavlju 1932. godine. Nakon njega osnovana su preduzeća u Voronježu, Kazanju i Efremovu. Svako preduzeće imalo je isti proizvodni kapacitet. Generalno, zemlja bi mogla dobiti 40 hiljada tona sintetičke gume godišnje. Preduzeća su otvorena u neposrednoj blizini sirovinske baze. Budući da je kao osnova korišten etilni alkohol, biljke su se nalazile u blizini plantaža krompira. Natrijum je korišten kao katalizator za proizvodni proces. Ova metoda proizvodnje ne može se pohvaliti visokom efikasnošću. Njegova glavna prednost je bila niska cijena, što je u tom trenutku bilo veoma važno za državu.
Njemačka je postala drugi proizvođač sintetičke gume u svijetu. Zanimljivo je da je zemlja imala iste razloge kao i SSSR. Nakon izbijanja Drugog svjetskog rata, zemlja se našla u ekonomskoj blokadi. To je bio poticaj za otvaranje vlastitih proizvodnih pogona za proizvodnju sintetičke gume. Prvo preduzeće je bila fabrika u gradu Schkopau. Proces proizvodnje polimera bio je ozbiljno drugačiji i napredniji. Sintetička guma je proizvedena reakcijom kopolimerizacije. U ovom slučaju korišteni su stiren i butadien. Sve se to odvijalo u vodenom mediju, što je omogućilo dobijanje visokokvalitetnog polimera. Proizvodnja je imala visoka efikasnost, a do kraja rata grupa preduzeća mogla je proizvoditi skoro 180 hiljada tona godišnje.
Sjedinjene Države su također bile prisiljene otvoriti vlastitu proizvodnju, budući da su sve plantaže hevee u Aziji pale pod japansku kontrolu, a isporuke su prestale odmah nakon napada na Pearl Harbor. Kao rezultat toga, vlada je donijela kardinalnu odluku da pokrene vlastitu proizvodnju sintetičke gume. U samo nekoliko godina u zemlji je otvoreno više od pedeset pogona za proizvodnju ovog polimera. Zanimljiva je činjenica da su nakon završetka rata svi proizvodni pogoni prešli u vlasništvo države.
Pošto je pobedu u ratu odneo antihitlerovski blok, proizvodni kapaciteti Nemačke su podeljeni među saveznicima. Sovjetski savez uspio nabaviti biljku iz grada Schkopaua. Potpuno je demontiran i odvezen u Voronjež. Nakon savladavanja nove metode proizvodnje, SSSR je postao lider u proizvodnji sintetičke gume.
Konačno, stiren-butadien guma je korištena za razvoj zaštićenih polimera. Istovremeno, niko nije zaboravio na tradicionalniju metodu proizvodnje polimera. Odlučeno je da se guma proizvodi na bazi vještačkog alkohola, a ne prirodnog, što je dodatno smanjilo njenu cijenu. Otvoreno je nekoliko preduzeća. Nakon toga su razvijene tehnologije za proizvodnju polimera korištenjem različitih petrokemijskih proizvoda. Počela je proizvodnja poliizopren sintetičke gume. Ovaj materijal je po kvaliteti vrlo blizak prirodnim sirovinama.
Proizvodnja sintetičkih guma
Pojednostavljeni dijagram toka za proizvodnju različitih vrsta sintetičkog polimera prikazan je u nastavku:
Proizvodnja sintetičke gume ima svoje karakteristike i poteškoće. Glavni među njima je potreba da se sintetiše veliki broj monomera. Zbog toga je proces frakcioniranja plina toliko važan u industriji prerade nafte - omogućava vam da na izlazu dobijete pojedinačne frakcije potrebnih lakih ugljika. Za ovu industriju najzanimljiviji su butan i izobutan, koji se takođe dobijaju iz rafinerija. Nakon postupka pirolize i separacije, sirovina se prenosi na dalju preradu.
Prva faza dalje proizvodnje je dehidrogenacija supstanci. Tako je moguće dobiti dvostruke veze ugljika nakon što se ukloni višak atoma vodika. Nakon takvog postupka moguće je ekstrahirati izopren i butadien. Ovo su najvažniji materijali za proces polimerizacije sintetičke gume. Supstance se proizvode na druge načine. Na primjer, tokom pirolize tečnih plinova moguće je dobiti izopren. Osim toga, ova tvar se može dobiti na bazi izobutilena i formaldehida.
Budući da je sintetička guma kopolimer, stiren i njegovi derivati se često koriste kao dodatne supstance. Na primjer, uobičajeni "aditiv" je metilstiren, koji se dobiva dodavanjem polipropilena umjesto etilena. Akrilonitril takođe može postati važna supstanca. Proizveden je na bazi amonijaka i propilena. U zavisnosti od načina proizvodnje moguće je dobiti nekoliko polimernih materijala grupe gume. IN Ruska Federacija usvojena je klasifikacija prema kojoj polibutadienska guma nosi oznaku SKD, kopolimer butadiena i stirena može biti označen kao BSK i DSSK. Razlika između svih ovih materijala leži u načinu proizvodnje polimera i bazama koje se za to koriste. Kao rezultat, moguće je proizvesti veliki izbor elastičnih polimera. Najčešća je izopren guma (ISR), koja je po svojim kvalitetima vrlo bliska prirodnoj. Jedna od njegovih varijanti je butilna guma (BK), čiji je hemijski naziv izopren-izobutilen.
Kopolimeri etilena i propilena se također razdvajaju u posebne grupe, kojima se dodaje mali dio diena. Ne mogu se svrstati u čiste gume, ali su našle široku primjenu u određenim područjima. Za postizanje određenih kvaliteta, hrom i brom se često dodaju polimerima. Uključeni su u lance polimera, dajući im željene karakteristike.
Jedna od najpopularnijih modernih grupa guma su TPE. Skraćenica označava termoplastične elastomere. Odnosno, ove supstance imaju svojstva svih polimera. Oni su dovoljno duktilni u svom normalnom stanju i mogu se obrađivati tradicionalnim termoplastičnim metodama.
Sintetičke gume u SIBUR-u
Gumu proizvodi nekoliko preduzeća holdinga, koja se nalaze u Voronježu, Toljatiju i Krasnojarsku. Holding je jedan od najvećih proizvođača elastičnih polimera u svijetu i zauzima šesto mjesto na listi. Sva preduzeća holdinga proizvode većinu poznatih vrsta sintetičke gume. Kao sirovinska baza koriste se butadien, izopren vlastite proizvodnje, a kao kopolimeri stiren, akrilonitril i izobutilen.
Preduzeća uglavnom koriste sopstvene sirovine. Isporučuje se u rezervoarima iz SIBUR-Neftekhima, fabrike u Tomsku i nekih preduzeća kompanije Lukoil. Većina sirovina dolazi u obliku supstanci različitog sastava, nakon čega se podvrgavaju procesu frakcioniranja na licu mjesta. Veliki broj kopolimera se isporučuje od proizvođača trećih strana, što omogućava da se proizvodni pogoni holdinga obezbede konstantnim opterećenjem. Jedan od partnera kompanije je bjeloruski proizvođač "Polymir".
Nakon što monomeri prođu neophodno prečišćavanje, oni su podložni polimerizaciji. Za dobijanje različitih vrsta materijala koriste se različite supstance i proizvodna okruženja. Vrlo često se koristi vodena suspenzija u koju se mogu dodati mali komadi gotove gume. Oko ovih čestica se ostatak skuplja, što omogućava dobijanje gotovih materijala. Proizvodnja izoprena ima značajnu razliku. Za to se koristi medij ugljikovodičnih rastvarača.
Nakon reakcije polimerizacije, dobijeni materijali se pročišćavaju od nepotrebnih nečistoća (voda, rastvarači, itd.). Zanimljivost proizvodnje je da se većina proizvoda otprema u druge zemlje. Glavni potrošač je Kina. Osim toga, ekološke gume kompanije Continental proizvode se na bazi nekih vrsta gume. Takođe u preduzeću Voronjež proizvode se mnoge vrste TEC-a, koji su svoju primenu našli u mnogim specijalizovanim oblastima. SIBUR se bavi proizvodnjom sintetičke gume i uvođenjem velikog broja savremenih tehnologija.
Upotreba sintetičkih guma
Većina proizvoda tipa gume napravljena je na bazi sintetičke gume. Supstanca se koristi za proizvodnju materijala za bilo koju industriju, uključujući hranu. Na bazi gume proizvode se automobilske gume, izolacioni materijali, medicinska odijela, vodootporna odjeća, obuća itd. Najveći potrošač materijala od sintetičke gume su automobilske kompanije. Gume su najpopularniji proizvod od sintetičke gume. Trenutno u svijetu postoji oko pet stotina fabrika guma koje proizvode više od milijardu jedinica robe godišnje.
TPE polimeri su takođe veoma važni materijali. Koriste se u proizvodnji velikog broja građevinskih materijala. Najvažnija primjena ovih polimera je izgradnja puteva. Pozitivne kvalitete materijala omogućavaju produženje vijeka trajanja površine ceste gotovo tri puta. Do danas, upotreba TEP-a u izgradnji puteva je preduslov. U Kini je gotovo sto posto pločnika već napravljeno korištenjem TPE polimera kao veziva. Takva tehnologija bi riješila trajni problem naše zemlje.
Važna primjena sintetičke gume je proizvodnja lateksa. Njegovi aditivi se dodaju građevinskim bojama i lakovima, tečnostima za impregnaciju, završnim materijalima i još mnogo toga. Osim toga, na osnovu ove grupe proizvode se roba široke potrošnje, igračke, medicinski instrumenti, odjevni predmeti, obuća i dr. U bilo kojoj oblasti ljudske djelatnosti gdje postoji potreba za elastičnim materijalima, koriste se sintetičke gume. U isto vrijeme, umjetni polimeri imaju mnogo veći skup pozitivnih kvaliteta od svojih prirodnih kolega.
Guma je prirodni i sintetički elastomer. Ima dobru vodootpornost, elastičnost i električnu izolaciju. Kao što vidite, ima mnogo pozitivnih karakteristika koje se koriste u raznim oblastima. Proizvodnja gume je trenutno jedna od najtraženijih vrsta poslovanja, jer se danas koristi u velikom obimu.
Proizvodnja prirodne gume + video kako to rade
Naravno, određeni dio prirodne gume nalazi se u raznim biljkama, ali, naravno, ne u svim. Ne znaju svi, ali čak i maslačak sadrži malu količinu gume, ali ona se mora pravilno ekstrahirati.
Tvar ekstrahirana u biljkama miješa se sa ugljovodonicima i njihovim marširajućim. Najzanimljivije je da prirodna guma praktički nema sposobnost rastvaranja bilo gdje. Ne bubri i ne reaguje na bilo koji način sa supstancama kao što su benzin, aceton, voda, alkohol. Ali dok je guma na sobnoj temperaturi, počinje da stari. Odnosno, smanjuje se i postaje potpuno neupotrebljiv. Sve se to događa jer na sobnoj temperaturi kisik počinje da se vezuje za gumu. Naravno, sa starenjem gume, njena elastičnost se smanjuje i, shodno tome, njena čvrstoća takođe postaje mnogo manja. A na visokim temperaturama (oko 200 stepeni), guma počinje da se raspada. Kada se kombinuje sa sumporom ili drugim rastvorima sumpora, daje mu veliku elastičnost i snagu. Pošto prirodna guma nema štetne materije, prilično se lako i brzo prerađuje u gumu. Od takvih sirovina može se dobiti dovoljno jaka i kvalitetna guma koja se može koristiti u raznim oblastima.
Prirodna guma ima veliki broj pozitivnih karakteristika i često se koristi za. Više od 60% ukupne gume koristi se u ovoj proizvodnji.
Proizvodnja sintetičke gume + video kako to rade
Sintetička guma ima širok izbor aditiva bez kojih neće imati sve što je potrebno za normalan rad s njom. Sintetička guma se najčešće proizvodi u specijalizovanim preduzećima ili fabrikama, jer je tamo dostupno sve što je potrebno za takvu proizvodnju. Prva guma proizvedena je davno.
Polibutadien je korišten za proizvodnju gume. U početku se svima činilo da je divan i pogodan za upotrebu. No, nakon nekog vremena uočeno je da ova vrsta ima preniska mehanička svojstva. Za upotrebu, i dugotrajnu upotrebu, apsolutno nije prikladan. Naravno, sintetička guma se proizvodi samo od hemijskih materijala, jer je apsolutno nemoguće dobiti visokokvalitetni materijal samo od bezopasnih materijala.
Sintetička guma je veoma popularna, a prirodno je da je njena proizvodnja popularna. To je sve zbog činjenice da je proizvodnja sintetičke gume mnogo brža od prirodne gume. Budući da se za sintetički izgled koristi veliki broj opreme i raznih tehnologija koje pojednostavljuju cjelokupnu proizvodnju.
Detaljan video o tome kako se sintetika pravi:
Postoji veliki broj različitih guma, ali to se odnosi samo na njega. hemijski sastav. Vrlo često se bilo koja vrsta gume koristi uglavnom u automobilskoj industriji. Jer je tamo popularno. Od nje je vrlo lako napraviti odličnu gumu za automobil. Guma, kao što je ranije spomenuto, potpuno je nepretenciozan materijal koji može izdržati svaki vanjski utjecaj. Može se koristiti i za proizvodnju raznih guma medicinski preparati. Kao što vidite, svaka guma se smatra potpuno bezopasnom.
Brzi razvoj svjetske automobilske industrije, zrakoplovstva, vojne opreme doveo je do činjenice da je guma, koja se iskopava u prirodi i namijenjena za proizvodnju gume, jako nedostajala. Plantaže raštrkane širom svijeta postale su nesposobne da zadovolje potrebe industrije. A onda je, uglavnom zahvaljujući ruskim naučnicima, sintetička guma ušla na tržište.
Uvod
Zapravo, naučnici i proizvodni radnici su se kretali ka industrijskoj proizvodnji sintetičkih sirovina oko stotinu godina. Guma je sintetizovana u drugoj polovini 19. veka. Ali tehnologija proizvodnje potrebnu opremu razvijena tek u 20. veku. Sve što je potrebno za proizvodnju sintetičke gume predstavio je S.V. Lebedev, ruski naučnik.
Od tada su naučnici - hemičari, proizvođači uložili mnogo truda u unapređenje ove sirovine, razvoj novih brendova ove sirovine itd.
Vrste sintetičkih guma
Prošlo je skoro sto godina od organizacije industrijske proizvodnje sintetičke gume. A stručnjaci iz oblasti organske hemije za to vreme razvili su i uveli u proizvodnju veliki broj vrsta ove sirovine. Ispod je kratka lista.
Butadienska guma - njeno glavno područje primjene je proizvodnja guma i kamera. Parametri ovog proizvoda napravljenog od butadienskih sirovina su znatno viši od proizvoda ove klase, ali od prirodnog (prirodnog) kvaliteta. Osim u automobilskoj industriji, butadienska guma se koristi za proizvodnju hemijski otporne gume i ebonita.
Butil guma ima jedinstvenu sposobnost zadržavanja zraka. To je ono što je osiguralo njegove prednosti u odnosu na druge materijale u proizvodnji guma, komora, dijafragmi itd. Na osnovu ponovljenih ispitivanja u pogonima za proizvodnju guma, može se tvrditi da komore napravljene od ove vrste sintetičke gume drže pritisak zraka od 8 - 10 puta više od sličnih proizvoda od prirodne gume. Butilna guma se razlikuje od prirodne gume po tome što je otporna na ozon, ne reagira na razne vrste ulja (životinjska, biljna), ali u isto vrijeme ovaj materijal mora biti zaštićen od kontakta s mineralnim uljima.
Ako uporedimo parametre čvrstoće, onda prirodni proizvod pobjeđuje sa značajnom razlikom. U međuvremenu, ovaj materijal ima nisku stopu vulkanizacije, slabo prianjanje na metalne površine. Brzo zagrijavanje pod naizmjeničnim deformacijama i, uz to, niska elastičnost pri normalnoj temperaturi i vlažnosti.
Polikloroprenska guma, ili kako se ponekad naziva hloropren, isporučuje se potrošaču u obliku svijetložute mase. Glavna svojstva ovog materijala uključuju:
- otpornost na vatru;
- prianjanje na tkanine, metal i mnoge druge materijale;
- otpornost na djelovanje ozona, atmosferske pojave, posebno na niske temperature.
Kloroprenska guma kristalizira kada se rastegne. Ovo njegovo svojstvo omogućava da gume proizvedene na njegovoj osnovi pokažu visoke karakteristike čvrstoće.
Hemijska industrija proizvodi mnoge vrste sintetičkih guma, od kojih su neke superiornije od prirodnih. Takozvana kopolimerna jedinjenja, dobijena zajedničkom reakcijom butadiena sa nezasićenim jedinjenjima, kao što je SCR stirenska guma, dobila su široku primenu.
Govoreći o sirovinama umjetnog porijekla, ne treba zaboraviti takvu tvar kao što je sintetički lateks. Ovo je, zapravo, otopina umjetne gume i drugih polimernih tvari, poput polistirena.
Sintetički lateksi se koriste za proizvodnju ljepila, boja na bazi vode. Koriste se i u građevinarstvu pri izradi polimer betona.
Formula strukture
Svaka vrsta sintetičke gume ima svoju hemijsku formulu.
Molekuli izoprena CH2=C(CH3)-CH=CH2 2-metilbutadien-1,3;
butadien CH2=CH-CH=CH2 butadien-1,3;
divinil CH2=CH-CH=CH2 butadien-1,3
Kloropren CH2=C(Cl)-CH=CH2 2-klorobutadien-1,3
Butadien-stiren se sastoji od molekula CH2=CH-CH=CH2 butadien-1,3 i C6H5-CH=CH2 stiren
Svojstva i primjena
Svojstva sintetičke gume na mnogo načina premašuju osnovne parametre prirodnog proizvoda. Dakle, njegova gustina je manja od gustine vode i stoga mirno pluta.
Hemijska svojstva sintetičke gume omogućavaju joj da se ne otapa u vodi, što joj omogućava da se koristi za proizvodnju premaza koji su nepropusni za vodu. Ovo svojstvo im omogućava da se koriste za šivenje odjeće, sportske opreme itd. Supstance kao što su benzin, benzol otapaju gumu. Ovo svojstvo im omogućava da se koriste za proizvodnju ljepljivih kompozicija. Guma je dielektrik koji se naširoko koristi za stvaranje izolatora za električnu i niskostrujnu opremu. Gume su fleksibilne, izdržljive i vrlo otporne na habanje. Osim toga, gume zadržavaju svojstva pri cikličnim deformacijama.
Sintetičke gume dijele se na opće i specijalne. Općenito uključuje:
- izopren;
- stiren butadien, itd.
Njihova glavna svojstva su otpornost na mraz, visoka otpornost na habanje. Osim toga, imaju visoku otpornost na ulje, benzo i ozon.
Butadienske gume (PB), koje se ponekad nazivaju i divinilne gume, klasificirane su kao gume opće namjene. Koriste se za izradu projektora i guma za pokrivanje guma (karkase, bočnice, itd.). Ovaj materijal se koristi za proizvodnju materijala koji se koriste u industriji kablova, alata za abrazivnu obradu metala i drugih materijala, antifrikcionih proizvoda.
Sirovine na bazi etilen-propilena koriste se za stvaranje polimera otpornih na udarce, biciklističkih guma, tkanina sa vodoodbojnim svojstvima, transportnih traka za rad u termički teškim uslovima.
Fluorosilikonske gume (fluorosilikoni ili fluorogume). Karakteristika ovih materijala je kombinacija otpornosti na temperaturu, nisku i visoku, i razna agresivna okruženja. Osim toga, sirovine ove klase otporne su na habanje i otvoreni plamen. Ne propušta gasove. Njegova dielektrična svojstva omogućavaju da se koristi za stvaranje izolacije i za strujne kablove i za niskostrujnu opremu. Ova sirovina se koristi za proizvodnju materijala koji se koriste za gumiranje kontejnera namenjenih za transport agresivnih materija.
Još jedno važno svojstvo ovih materijala je njihova otpornost na zračenje.
Razlika između umjetnog i prirodnog materijala leži u činjenici da mnogi kopolimeri i hemijski elementi, koji ovom materijalu dodaju nove karakteristike.
Stalna potražnja za sintetičkim kaučukom dovela je do pojave čitave industrije koja se bavi proizvodnjom ove sirovine. Na tržištu ove sirovine postoji konstantan rast potražnje za ovim proizvodima. Lider u potrošnji sintetičkih sirovina može se smatrati najdinamičnijom ekonomijom u svijetu - kineskom. Dinamika tržišta pokazuje da je nakon krize 2008-2009, i pada potražnje za ovim proizvodima unutar 4%, danas rast prodaje i do 7% u odnosu na prošlogodišnji nivo.
Među zemljama koje su vodeće u proizvodnji sintetičkih sirovina treba navesti NRK, Rusku Federaciju, SAD i niz drugih.
Gume - grupa tvari prirodnog ili sintetičkog porijekla koje se koriste u proizvodnji gume, koje se odlikuju takvim svojstvima: elastičnost, električna izolacija, vodootpornost. Izvor sirovine za prirodne gume je mliječni sok brojnih biljaka koje luče lateks (to je bijela tekućina sa posebnim svojstvima).
Izolacijom ovog soka iz biljaka stimuliše se proces njegove koagulacije kako bi se dobio čvrsti materijal. Guma se uglavnom sastoji od poliizoprena (91-96%). Istovremeno, lateks, koji mu služi kao sirovina, prilično je česta komponenta biljaka. Može se naći u predstavnicima različitih botaničkih grupa biljaka.
Guma se nalazi u različitim dijelovima biljke, a na osnovu toga se one (tj. biljke) svrstavaju u grupe:
- lateks - supstanca se akumulira u mlečnom soku;
- parenhimski - u stabljikama i korijenu;
- hlorenhim - u listovima i mladim zelenim izbojcima.
- zeljaste biljke iz lateksa porodice Asteraceae (Crimea-saghyz, kok-saghyz, itd.), gdje se guma akumulira u podzemnim organima u maloj koncentraciji, ne koriste se u industriji.
Šta je sintetička guma? Napravljen je od sintetičkih polimernih spojeva koji su vulkanizirani da postanu guma. Konkretno, u Rusiji se takve industrije bave u Krasnojarsku i Toljatiju.
Sintetička guma je visokopolimerno jedinjenje koje se dobija od butadiena, izoprena, stirena, neoprena, izobutilena, hloroprena, nitrila akrilne kiseline, koji su polimerizovani ili kopolimerizovani. Dobiveni materijal ima slična svojstva kao prirodni. Stoga su i njegovi molekuli dugi i djelomično razgranati lanci od više hiljada monomera. Prosječna molekularna težina je obično u stotinama hiljada do miliona. Tokom polimerizacije, neki lanci su međusobno povezani na mnogim mjestima pomoću dvostrukih veza. Dakle, vulkanizirana supstanca je hemijski visokomolekularna prostorna mreža sa odgovarajućim fizičko-hemijskim svojstvima.
Postoji mnogo vrsta gume, koje se klasifikuju prema vrsti monomera od kojih su napravljene (butadien, izopren). Također je moguće klasificirati prema prisustvu posebnih atoma ili funkcionalnih grupa (na primjer, polisulfid, uretan).
Što se tiče sintetičkih guma, oni imaju dodatnu klasifikaciju:
- prema sadržaju punila (nepunjenih i punjenih);
– konačni oblik (tečnost, čvrsta materija, prah);
- molekularna težina.
Na primjer, određeni broj sintetičkih lateksa izgledaju kao vodene disperzije, dok su drugi termoplastični elastomeri.
Postoje sintetičke gume koje u početnom stanju nemaju nezasićene veze (silikonska guma, poliizobutilen). Za njihovu vulkanizaciju koriste se organski amini, peroksidi i drugi spojevi. Kao rezultat, možete dobiti supstancu koja će čak biti bolja od prirodnog porijekla.
Ovisno o primjeni, sintetički materijali se dijele u dvije grupe: opće i specijalne gume. Prva kategorija uključuje tvari koje imaju odličnu elastičnost, čvrstoću i druge karakteristike koje omogućuju korištenje materijala za izradu predmeta različitih smjerova. Specijalne gume su stvorene da obezbede posebna svojstva materijala, pa se koriste u ograničenoj meri, samo za pojedinačne proizvode.
Uobičajene gume uključuju:
- butadien;
- butadien stiren;
- izopren.
Specijalne gume:
- etilen propilen;
- uretan;
- butilne gume;
— fluorne gume;
-hloroprena itd.
Guma se koristi za proizvodnju automobilskih i biciklističkih guma, šasija aviona, a od nje se pravi elektroizolacioni premaz. Također, ovaj materijal se aktivno koristi u proizvodnji medicinskih uređaja.
1. Prirodna guma
Prirodna guma postoji hiljadama godina. Naučnici pronalaze fosile koji sadrže ostatke kaučukovca koje datiraju milionima godina prije nove ere. Prvi put su predstavnici civilizacije saznali za takav materijal prije 500 godina, kada su otkrili Ameriku. A guma je postala zaista tražena tek nedavno, 30-ih godina. godine XIX stoljeća. Tada su Indijanci aktivno prodavali cipele i boce od gume bijelcima.
Godine 1839. Charles Goodyear je sintetizirao gumu izumom procesa vulkanizacije. Zagrijao je gumu sumporom i otkrio da je materijal poboljšao svoja svojstva. Čim je guma otkrivena, počela se aktivno koristiti. Dakle, do 1919. godine na tržištu je prodano više od 40.000 vrsta proizvoda koji koriste ovaj materijal.
Biljke prirodne gume
Na jeziku Tupi-Guarani, riječ "guma" je izvedena od "kau" (drvo) i "uchu" (plakati). Upravo su kombinaciju ovih riječi Indijanci nazvali mliječni sok hevee, koja je bila glavna kaučukova biljka tog vremena. Radi praktičnosti, u Evropi su dodali jedno slovo reči "guma", a ispalo je "guma". U Rusiji postoje i biljke koje sadrže mliječni sok - mlječika, maslačak, pelin.
Ali u industrijske svrhe možete koristiti samo one biljne materijale koji ne samo da sadrže lateks, već su spremni i lako ga dati u velikim količinama. Brazilska hevea je takva sirovina, od koje guma čini 90-96% količine koja se koristi u svijetu.
Drugi izvori gume su manje čisti jer sadrže smole i druge nečistoće koje je potrebno pročistiti. Na primjer, u brojnim stablima sapote nalazi se gutaperča u kaučuku.
Stabla gume rastu uglavnom u zoni ekvatora, ne krećući se više od 10 ° južno i sjeverno od njega, odnosno ovo je pojas širine 1300 km, koji se naziva "gumeni pojas". Ovdje se takva stabla uzgajaju u industrijske svrhe, a njihove sirovine se šalju na prodaju širom svijeta.
Fizička i hemijska svojstva gume
Ako govorimo o prirodnoj gumi, onda ona ima sljedeća svojstva:
- amorfna čvrsta supstanca, koja u nekim slučajevima može biti kristalizovana;
- u sirovom (ili sirovom) obliku je bijel, ponekad bezbojan;
- ne rastvara se u većini tečnosti, uključujući vodu i alkohol, ne bubri u njima;
- bubri samo u sličnim supstancama (benzin, eter, benzol, drugi aromatični ugljovodonici), postepeno se otapajući u njima.
Guma u rastvorima sličnim sebi može formirati koloidne rastvore. Našli su široku primjenu u tehnologiji.
Prirodna guma ima prilično homogenu molekularnu strukturu, što određuje njena jedinstvena fizička i tehnološka svojstva. Zapravo, zbog takve jedinstvene strukture, može se obraditi formiranjem gume.
Guma je cijenjena zbog svoje elastičnosti ili elastičnosti, odnosno proizvodi od ovog materijala mogu se vrlo brzo vratiti u prvobitni oblik, čim prestanu djelovati sile deformacije. Elastičnost gume je jedna od najboljih u svojoj klasi. Dakle, čak i ako se proizvod iz njega rastegne do 1000%, vratit će se u prvobitni oblik. Za klasične čvrste materije ova brojka je 1%. Istovremeno, guma ima ista svojstva i u zagrijanom i u ohlađenom stanju. Ali materijal ima nedostatak - s vremenom se stvrdne i gubi svojstva.
Ako se guma stavi u tečni vazduh (-195°C), tada će biti tvrda i providna, ali u temperaturnom opsegu od 0° - 10°C prozirnost i krutost nestaju. U normalnim uslovima (20 °C), materijal dobija svoja poznata svojstva - mekan je, proziran, prilično elastičan. Iznad 50°C, guma počinje da postaje ljepljiva i plastična. Ako se zagrijavanje nastavi do 80 °C, u ovoj fazi se gubi elastičnost, a na 120 °C guma u potpunosti postaje tečnost nalik smoli. Ako se ohladi, neće izgledati kao originalna supstanca. 200-250 °C je upravo temperatura na kojoj se guma nepovratno raspada na plinovite i tekuće tvari.
Guma ima izražena dielektrična svojstva, praktički je nepropusna za vodu i plin. Štoviše, kao što je spomenuto, ovaj materijal je nerastvorljiv u vodi, kiselinama i alkalijama, au alkoholu - samo u vrlo maloj količini. Ali benzin, hloroform i ugljični disulfid mogu otopiti ovu supstancu, prvo uzrokujući njeno bubrenje. Oksidacija gume hemijskim putem je laka, ali sa vazduhom je prilično teška. Guma ima izuzetno nisku toplotnu provodljivost - 100 manje od čelika.
Prednost gume je u tome što nije samo elastična, već ima i visoku duktilnost. A to znači da će ovaj materijal pod utjecajem vanjskih sila dobiti i zadržati željeni oblik. Prilikom grijanja, kao i mehaničke obrade, ovo svojstvo se posebno ispoljava. Dakle, guma se može smatrati plastičnoelastičnom tvari.
Još jedno svojstvo koje ima guma je kada se rasteže ili hladi. Ovo je kristalizacija supstance koja se dešava tokom dužeg vremenskog perioda. Tokom ovog procesa oslobađa se toplota koja se zagreva prirodna supstanca u trenutku istezanja. Guma ima male kristale bez karakterističnog oblika i jasnih rubova.
Ako se guma ohladi na -70°C, ona će prestati biti plastična i poprimiti neke od svojstava stakla.
Dakle, kao i većina polimera, guma postoji u tri stanja, ovisno o temperaturi - visokoelastična, viskozna i staklasta. U normalnim uslovima, guma je vrlo elastična.
Unatoč otpornosti na kiseline, guma prilično lako reagira s jednostavnim tvarima - kisikom, halogenima, sumporom, vodikom, što se objašnjava prisustvom nezasićenih veza u njoj. Da bi se naglasila slična kemijska svojstva ovog materijala, vrijedi ga prenijeti u koloidnu otopinu, gdje se pojačava interakcija.
Hemijske reakcije ne prolaze nezapaženo fizička svojstva supstance. Dakle, karakteristike čvrstoće, rastvorljivosti, elastičnosti se menjaju. Na primjer, kisik i ozon, koji djeluju s gumom čak i na sobnoj temperaturi, uzrokuju razgradnju velikih polimernih molekula tvari na manje, što dovodi do gubitka čvrstoće materijala. Osim toga, zbog oksidacije kisikom guma prelazi iz čvrstog u plastično stanje.
Hemijska struktura prirodne gume i njen sastav
Prirodna guma je polimerni nezasićeni ugljovodonik sa velikim brojem dvostrukih veza. Njegova univerzalna hemijska formula je sljedeća: (C5H8)n, gdje je n stepen polimerizacije, koji ima vrijednosti od 1000-3000). Kao što se može vidjeti, monomer prirodne gume je izopren.
Izvor prirodne gume je mliječni sok raznih tropskih biljaka (na primjer, brazilska hevea). Sadrže i gutaperču, koja je također izopren polimer, ali drugačije hemijske strukture. Da molekul gume nije atomski tanak, mogao bi se vidjeti mikroskopom jer je vrlo dugačak. A ako se i rastegne što je više moguće, onda će to biti velika linija nalik na cik-cak, što je zbog vrste ugljičnih veza.
Zbog činjenice da u izoprenu postoji izmjena jednostrukih i dvostrukih veza, čestice molekule mogu se rotirati isključivo oko jednostrukih veza. Zbog takvih vibracija, molekul se stalno savija, čak iu mirovanju ima zatvorene krajeve.
A činjenica da molekule gume imaju bliske krajeve u mirovanju određuje elastičnost tvari. Kada se materijal rasteže, njegovi molekuli se rastežu u istom smjeru. Čim efekat deformacije prestane, lanac ponovo postaje zakrivljen.
Dakle, molekuli prirodne gume su neka vrsta gotovo okruglih opruga koje se vrlo snažno rastežu i povećavaju veličinu kada se krajevi razdvoje. Brojni istraživači vjeruju da je ovaj polimerni lanac elastična spirala.
Ako se izvrši hemijska analiza prirodnog kaučuka, ustanovit će se da se tvar sastoji samo od vodika i ugljika, što omogućava da se pripiše ugljovodonicima. To potvrđuje primarna formula gume. Nekada je to bio C5H8. S vremenom su naučnici shvatili da tako jednostavan pravopis ne može odražavati složenost strukture molekula, jer molekularna težina pojedinačnih jedinica doseže pola miliona ili više. Dakle, prirodna guma je prirodni polimer izoprena, odnosno cis-1,4-poliizoprena.
Prirodna guma je splet mnogih hiljada hemijskih mikromolekula koje su međusobno čvrsto povezane, tako da mogu vršiti samo vibraciono-rotacione pokrete unutar makromolekula. Ove mikromolekule su čestice izoprena, najjednostavnijeg ugljovodonika koji formira gumu. Ali postoje i drugi polimeri na bazi izopren monomera, iako nemaju slična svojstva elastičnosti i plastičnosti. Sa čime je to povezano?
U gumi, kao iu drugim polimernim molekulama, atomi su raspoređeni u lanac, ali to nije neprekidna ravna linija, već se stalno omotava, formirajući, takoreći, loptu. Pod utjecajem mehaničke sile, materijal se rasteže zbog poravnanja pojedinih dijelova ovog namotaja. Čim se udar završi, molekul teži da zauzme svoj prirodni položaj i vraća se nazad u zavojnicu. I samo prevelika revnost vam omogućava da ispravite materijal toliko da se njegovi lanci molekula ne samo da se ne vraćaju, već se lome, deformišući ovo područje.
2. Sintetička guma
Ako se u Americi guma koristi barem u nekom obliku već 500 godina, onda u Rusiji stvari stoje drugačije. Kako u zemlji nema prirodnih sirovina, u početku nije ni bilo proizvodnje materijala. I nije bilo zaliha gotove gume. Ali 1927. godine, naime 30. decembra, sovjetski naučnici su dobili sintetički divinil kaučuk polimerizacijom natrijuma 1,3-butadiena. Ovo iskustvo je potaknulo industrijsku proizvodnju 1,3-butadiena, od kojeg su počeli proizvoditi gumu.
Butadien se sintetizira iz običnog etanola. To se događa istovremenom dehidrogenacijom i dehidracijom ove molekule. Da bi se to postiglo, alkohol se pretvara u paru i prelazi preko katalizatora koji pokreću obje reakcije odjednom. Zatim se dobiveni butadien pročišćava od polaznih materijala, proizvoda nuspojava i, nakon što se postigne potpuno pročišćavanje frakcije, koristi se za sintezu gume.
Kako učiniti da monomeri, koji savršeno postoje u ovom stanju, počnu polimerizirati? Prvo, željeni atomi ugljika moraju biti pobuđeni, odnosno dovedeni u stanje u kojem se dvostruke veze počinju kidati kako bi se formirao polimerni lanac. Da biste to učinili, morate ili koristiti jak katalizator ili potrošiti puno energije.
Upotreba katalizatora za polimerizaciju gume je prilično korisna, jer se ovaj materijal ne gubi tokom reakcije, već samo pobuđuje atome ugljika. Na kraju polimerizacije, katalizator ostaje u istoj količini kao i na početku. S. V. Lebedev je, razvijajući sintezu umjetne gume, koristio metalni natrij kao sličnu tvar, po uzoru na A. A. Krakaua, koji je ovaj katalizator koristio za polimerizaciju drugih nezasićenih ugljikovodika.
Istovremeno, polimerizacija butadiena ima prednost - kao rezultat toga, konačni proizvod je samo gotova guma bez drugih nusproizvoda, jer se tokom reakcije monomeri spajaju u polimer kao cjelinu, bez stvaranja dodatnih tvari. .
Glavne vrste sintetičke gume
Postoji mnogo vrsta sintetičke gume. Već spomenuti prvi materijal, sintetiziran na bazi butadiena, proizvodi se u obliku stereoregularne i nestereoregularne gume. Prvi je naša upotreba kao početni materijal za automobilske gume, jer je izdržljiviji i otporniji na habanje od prirodne gume. A nestereoregularni tip se koristi u proizvodnji ebonita, gume, otporne na agresivne tečnosti itd.
Naučnici neprestano sintetiziraju umjetnu gumu, koja je u svakom pogledu savršeniji materijal od prirodnih. Na primjer, odlične tvari u svojim svojstvima su kopolimeri butadiena i stirena, akrilonitrila. Tokom polimerizacije, lanac se gradi naizmjeničnim butadienom sa odgovarajućim drugim monomerom. To vam omogućava da postignete posebna svojstva koja nisu svojstvena klasičnim gumama.
Dakle, stiren-butadien guma ima odličnu otpornost na habanje, tako da je ovaj materijal veoma tražen u proizvodnji gume za automobile, pokretne trake i potplate za cipele.
Nitril butadien guma ne propada pod uticajem ulja i benzina, pa se koristi u proizvodnji uljnih brtvila.
Kada se butadien kopolimerizira sa vinilpiridinom (posebno sa 2-metil-5-vinilpiridinom), dobija se vinilpiridin kaučuk. Napravljen je za proizvodnju gume posebnog svojstva. Otporan je na benzin i ulje, izdržljiv kada se koristi po hladnom vremenu, dobro prianja na bilo koji materijal. Ova vrsta lateksa se koristi kao impregnacija za kord za gume.
U Rusiji se bave i proizvodnjom klasične sintetičke gume, čija su svojstva vrlo slična prirodnom materijalu. Kada se ova guma vulkanizira, dobija se guma čija se čvrstoća, plastičnost i elastičnost ne razlikuju mnogo od prirodnog proizvoda. Takva sintetička guma se također koristi za proizvodnju automobilskih guma, obuće, transportnih traka, od nje se izrađuju razni medicinski proizvodi.
Što se tiče gume, kod kojih su posebna svojstva određena heterogenim atomima ili funkcionalnim grupama, ovdje su vrijedne pažnje sljedeće podvrste:
1. Silikonske gume. Koriste se u proizvodnji medicinskih proizvoda, posebno cijevi za transfuziju krvi, umjetnih srčanih zalistaka, raznih kablova, žica.
2. Poliuretanske gume. Koriste se kao osnova za gume otporne na habanje.
3. Fluorirane gume. Odlikuje ih sposobnost rada na visokim temperaturama, čak i više od 200 ° C, kada je obična guma potpuno uništena.
4. Hloroprenske gume. Napravljene su od hloroprena, jer je ovaj monomer otporniji na dejstvo benzina, ulja i oksidacionih sredstava.
Postoje i druge vrste gume - ovo je pjenasta, neorganska (polifosfonitril hlorid) guma i druge.
Glavna upotreba prirodne i sintetičke gume je proizvodnja gume odgovarajuće vrste. To je zbog činjenice da je guma u svom čistom obliku prilično krhak i manje elastičan materijal, što se ne može reći za njen vulkanizirani proizvod.
Dakle, proizvodnja gume od gume ima sljedeće korake:
1. Stvaranje sirovinske baze:
— kačenje guma i komponenti od gume;
— plastificiranje gume;
– premazivanje tkanine gumom, kalandriranje, ekstruzija;
- rezanje rezultirajuće gumirane tkanine, kao i listova, podizanje gotovih proizvoda.
2. Vulkanizacija, čija je svrha dovođenje gume u proizvodu iz poluproizvoda u gotovo.
Dakle, da bi se napravio gumeni proizvod, guma se miješa s raznim punilima (na primjer, čađ) i sumporom, kalup se puni ovim komponentama i zagrijava. Zbog povećanja temperature, nezasićene veze gume postaju manje jake, pa se u njih unosi sumpor, povezujući makromolekule međusobno u mrežu disulfidnih mostova. Tako se dobija ogroman ceo molekul, formiran ne na ravni, već u svemiru. Mnogo je bolji od čiste gume po svim svojstvima.
Sada takav polimer postaje pouzdaniji. Na primjer, guma više nije rastvorljiva u benzinu, za razliku od gume koju ovaj rastvarač polako uništava.
Ako je potrebno dobiti ebonit, potrebno je dodati višak sumpora prilikom vulkanizacije, što će doprinijeti stvaranju većeg broja veza i dovesti do tvrdoće i gubitka elastičnosti. U stara vremena, ebonit je bio jedan od najboljih izolacijskih materijala.
Guma je mnogo elastičnija i jača od klasične gume. Osim toga, nije toliko podložan temperaturnim fluktuacijama, dejstvu gasova, mehaničkom razaranju, uticaju električne struje, ljetnim vrućinama i dejstvu raznih hemikalija. Osim toga, vulkanizirana guma ima visok stepen trenja klizanja na suvoj površini i nizak stepen trenja klizanja na mokroj površini.
Da bi se brže formirala guma, u fabrikama se koriste takozvani akceleratori vulkanizacije. Oni vam omogućavaju da proces konverzije učinite bržim, bez braka, koristeći manje sirovina. U pravilu, takve tvari su magnezijev oksid, olovo i druge anorganske soli. Osim toga, koriste se organske tvari - ditiokarbamati, tiurami, ksantati i drugi derivati koji djeluju ubrzavajuće.
Ali sami akceleratori neće raditi ako nisu aktivirani. To se postiže dodavanjem cink oksida.
Sljedeća obavezna komponenta gume su antioksidansi. Sprečavaju starenje.
Punila se dodaju radi poboljšanja karakteristika čvrstoće, otpornosti na habanje i povećanja otpornosti na habanje. Po nazivu se može shvatiti i da je zahvaljujući ovim supstancama moguće povećati ukupnu zapreminu sirovina tako što će se od manje količine gume napraviti što više gume, što će je učiniti dostupnijim i jeftinijim materijalom. Punila su kreda, talk, gips, barijum sulfat, kvarcni pesak, čađa.
Posljednja komponenta kvalitetne gume su plastifikatori ili omekšivači. Dizajnirani su tako da tvar učine manje viskoznom s velikim brojem punila. Zbog plastifikatora, guma postaje otpornija na različite dinamičke utjecaje, posebno na abraziju. Glavna lista plastifikatora je sljedeća:
- lož ulje;
- parafini;
- katran;
- kolofonij;
- stearinske i oleinske kiseline itd.
Svojstva gume, posebno otpornost na različite organske otapala, čvrstoća, direktno ovise o njenom sastavu. Dakle, ako je napravljen od prirodne gume, bit će otporan na ulje, benzin, imati dobru elastičnost, otpornost na habanje. Ali takav materijal će biti uništen pod djelovanjem agresivnih tvari. Ako vam je potrebna guma otpornija na habanje, napravite je od stiren-butadien gume. Upotreba izopren gume omogućava da se dobije elastičan proizvod koji će biti otporan čak i kada je jako rastegnut. Ali upotreba kloroprenskih sirovina doprinosi stvaranju gume koja je otporna na oksidaciju kisikom.
Dakle, u Rusiji se guma bavi dugo vremena, još od vremena carstva, kada je 1860. godine otvorena fabrika Triangle u Sankt Peterburgu (preimenovana 1922. u Crveni trokut). Tada su otvorena preduzeća "Kaučuk", "Explorer", "Bogatyr" i druga. Godine razvoja omogućile su uvođenje tehnologija za proizvodnju različite vrste guma, koja daje potrebna svojstva.
Upotreba gume u proizvodnji raznih proizvoda
Guma se široko koristi u industriji. Ali u pravilu se ova sirovina koristi za proizvodnju gume, koja se zauzvrat koristi za proizvodnju raznih gotovih proizvoda. Guma je tražena u sledećim oblastima proizvodnje:
- izolacija za žice;
- automobilske gume;
- cipele;
— specijalna odeća;
- Umjetna koža;
- medicinski proizvodi;
- vojni dijelovi i komponente.
Guma ima veću elastičnost od gume, ali manju duktilnost. To je dijelom zbog činjenice da ovo nije jednostavna supstanca, već mješavina gume s različitim komponentama.
Najviše od svega, automobilskoj i inženjerskoj industriji je potrebna guma. Što su različiti dijelovi u bilo kojem mehanizmu gumirani, to su udobniji u održavanju, pouzdani i izdržljivi. Za izradu jednog automobila potrebne su hiljade različitih vrsta gumenih dijelova, a broj raste.
Vrste gume, njihova primjena
Najjednostavnija klasifikacija dijeli gumu na monolitnu i poroznu. Dakle, prvi je napravljen od butadienske gume, zbog čega je vrlo otporan na habanje. Na primjer, ako koristite takvu gumu za đon, trajat će 2-3 puta duže od posebne kože za potplat. Osim toga, takav materijal će biti manje sklon pucanju kada se rastegne, neće propuštati vodu čak ni prekomjerno i neće se pokvariti pod utjecajem vlage.
Naravno, u gumenim cipelama će mrazevi biti uočljiviji i neće zadržati toplinu koliko koža. Također, ovaj materijal je nepropustan za zrak i paru, ali to ne umanjuje njegove performanse.
Neporozna guma se dijeli na kožnu, prozirnu i plantarnu. Koristi se za izradu potplata, potpetica, potpetica, navlaka i drugih komponenti cipela.
Ali porozna guma se koristi za izradu potplata i drugih dijelova ljetnih cipela.
Guma nalik koži koristi se za izradu donjeg dijela cipele. Da bi se smanjila debljina materijala na nekoliko milimetara, u proizvodnji takve gume koristi se velika količina stirena (oko 80-85% opšti sastav polimer), što povećava tvrdoću buduće gume.
Zbog jedinstvenog sastava gume nalik koži, njena svojstva su slična običnoj koži. Jednako je plastična i tvrda, pa se može koristiti za izradu cipela bilo koje vrste i oblika. U proizvodnji takve gume može se obojiti u bilo koju boju. Guma slična koži je prilično otporna na habanje, ima visoku otpornost na često savijanje. Ovo je najbolja opcija za jeftine cipele.
Cipele sa đonom nalik koži obično se nose 179-252 dana ako se prst ranije ne raspadne. Ali kada kupujete takve proizvode, treba imati na umu da oni imaju niz higijenskih nedostataka, a to su minimalna higroskopnost i prozračnost, kao i visoka toplinska vodljivost.
Postoje tri vrste gume nalik koži:
— neporozna struktura i gustina 1,28 g/cm3;
— porozna struktura i gustina 0,8-0,95 g/cm3;
— porozna struktura, vlaknasto punilo i gustina do 1,15 g/cm3.
Posljednja vrsta porozne gume naziva se i "koža". Imaju svojstva gotovo identična prirodnoj koži. Zbog dodatka vlakana, guma ima nešto bolje termoizolacione karakteristike. Osim toga, ovaj materijal je elastičniji, lakši, ugodniji izgled. Takva guma se koristi za izradu potpetica i potplata ljetnih i proljetnih cipela, koje se pričvršćuju ljepljivom metodom.
Prozirna guma je još jedan prirodni gumeni proizvod koji ima proziran izgled. Njegova glavna razlika je visoka otpornost na habanje i tvrdoća. Prozirna guma se koristi u proizvodnji obuće za izradu profiliranih potplata, čija je trna strana jako naborana. Jedna najčešće korišćena vrsta prozirne gume je stironip, koji ima visok sadržaj gume. Ovaj materijal je vrlo otporan na višestruko savijanje, pa se koristi za izradu obuće koja se sklapa ljepljivom metodom.
Porozna guma se odlikuje po tome što sadrži pore, koje mogu biti 20-80% ukupne zapremine materijala. Zbog toga se postiže visoka fleksibilnost proizvoda, elastičnost, mekoća i druga svojstva amortizacije. Ali ove vrste gume se s vremenom skupljaju, a također se lako zaprljaju (posebno u prstima cipele) prilikom udara o različite površine. Da bi se povećala tvrdoća porozne gume, dodaje joj se polistirenska smola.
Sada se aktivno koriste i proizvode takve vrste porozne gume kao što su vulkanit i porocrepe. Prvi materijal sadrži niz vlaknastih punila koji povećavaju otpornost proizvoda na habanje i poboljšavaju svojstva toplinske izolacije. Drugi se koristi za povećanje snage i elastičnosti, osim toga, ima ugodnu boju. Porozna guma našla je široku primjenu u proizvodnji zimskih i demi-sezonskih cipela.
