Сенсация в химическом производстве. Промышленность полимерных материалов (полимеров) В каком из городов производят синтетический каучук

Сенсация в химическом производстве. Промышленность полимерных материалов (полимеров) В каком из городов производят синтетический каучук

КАУЧУК натуральный (НК) – природный полимер 1,4-цис-полиизопрен, получаемый из натурального латекса коагуляцией (осаждением) кислотами. Синтетические каучуки (СК) – большая группа полимерных материалов разнообразного строения и назначения. Каучуки относятся к эластомерам – высокомолекулярным соединениям, обладающим в определенном температурном интервале способностью к большим обратимым деформациям. Натуральный каучук. История открытия и применения. История каучука началась со времен Великих географических открытий. Когда Колумб вернулся в Испанию, он привез из Нового Света множество диковин. Одной из них был эластичный мяч из «древесной смолы», который отличался удивительной прыгучестью. Индейцы делали такие мячи из белого сока растения гевея, растущего на берегах р.Амазонки. Этот сок темнел и затвердевал на воздухе. Мячи считались священными и использовались в религиозных обрядах. У племен майя и ацтеков существовала командная игра с использованием мячей, напоминающая баскетбол. Впоследствии испанцы полюбили играть вывезенными из Южной Америки мячами. Модифицированная ими индейская игра послужила прообразом современного футбола.

Сок гевеи индейцы называли «каучу» – слезы млечного дерева («кау» – дерево, «учу» – течь, плакать). От этого слова образовалось современное название материала – каучук. Кроме эластичных мячей индейцы делали из каучука непромокаемые ткани, обувь, сосуды для воды, ярко раскрашенные шарики – детские игрушки.

Однако в Европе забыли про южноамериканскую диковинку до 18 в., когда члены французской экспедиции в Южной Америке обнаружили дерево, выделяющее удивительную, затвердевающую на воздухе смолу, которой дали название «резина» (по латыни resina – смола). В 1738 французский исследователь Ш.Кондамин представил в Парижской академии наук образцы каучука, изделия из него и описание способов добычи в странах Южной Америки. С тех пор начались поиски возможных способов применения этого вещества. Во Франции изобрели удобные подтяжки и подвязки из сплетенных с хлопком резиновых ниток. А после 1823, когда шотландец Ч.Макинтош придумал прокладывать тонкий слой резины между двумя кусками ткани, начался настоящий «резиновый бум». Непромокаемые плащи из этой ткани, которые стали называть в честь их создателя «макинтошами», получили широкое распространение. Примерно в то же время в Америке стало модно в дождливую погоду поверх башмаков носить неуклюжую индейскую резиновую обувь – галоши.

Огромную, хоть и недолгую популярность в Европе и Северной Америке резиновые изделия получили после того, как англичанин Чаффи изобрел прорезиненную ткань. Он растворял сырую резину в скипидаре, добавлял сажу и, с помощью специально сконструированной машины, наносил тонкий слой смеси на ткань. Из такого материала делали не только одежду, обувь и головные уборы, но и крыши домов и фургонов.

Однако у изделий из прорезиненной ткани был большой недостаток. – эластичность каучука проявляется лишь в небольшом интервале температур, поэтому в холодную погоду резиновые изделия твердели и могли растрескаться, а летом размягчались, превращаясь в липкую, издающую зловоние массу. Одежду и обувь на лето приходилось прятать в прохладный погреб, с прорезиненными крышами было хуже – приходилось терпеть неприятные запахи. Энтузиазм по поводу нового материала быстро иссяк. А когда однажды в Северо-Американских Соединенных Штатах выдалось жаркое лето, наступил кризис резиновой промышленности – вся ее продукция превратилась в мерзко пахнущий кисель. Фирмы по производству резины разорились.

И все бы забыли про макинтоши и галоши, если бы не американец Чарльз Нельсон Гудьир, который верил, что из каучука можно создать хороший материал. Он посвятил этой идее несколько лет и потратил все свои сбережения. Современники смеялись над ним: «Если вы увидите человека в резиновом пальто, резиновых ботинках, резиновом цилиндре и с резиновым кошельком, а в кошельке ни единого цента, то можете не сомневаться – это Гудьир». Однако Гудьир упорно смешивал каучук со всем подряд: с солью, перцем, песком, маслом и даже с супом и, в конце концов, добился успеха. В 1839 он обнаружил, что добавляя в каучук немного серы и нагревая, можно улучшить его прочность, твердость, эластичность и тепло- и морозоустойчивость. Сейчас именно новый материал, изобретенный Гудьиром, принято называть резиной, а открытый им процесс – вулканизацией каучука.

История упорного изобретателя имеет счастливый конец: предложение о покупке патента на новый материал, обладающий отличными качествами, Гудьир получил, находясь в отчаянном финансовом положении – у него к этому времени был долг в 35 000 долларов, который вскоре он смог оплатить. С этого времени начинается бурный рост производства каучука. Еще при жизни Гудьира только в резиновой промышленности США работало больше 60 000 человек. Кстати, в России, в Санкт-Петербурге предприятие по производству резиновых изделий открылось в 1860.ne Вторая половина 19 в. – время процветания Бразилии, которая долгое время была монополистом по выращиванию деревьев-каучуконосов. Центр каучуконосных районов, Манаус, был богатейшим городом западного полушария. Достаточно упомянуть, что великолепный оперный театр в затерянном в джунглях Манаусе не только строили лучшие французские архитекторы, но даже стройматериалы для него привозились из Европы.

Неудивительно, что Бразилия берегла источник своего богатства. Вывоз семян гевеи был запрещен под страхом смертной казни. Однако в 1876 британский шпион Генри Уикхем в трюмах английского судна «Амазонас» тайно вывез 70 000 семян гевеи. В британских колониях Юго-Восточной Азии были заложены первые плантации каучуконосов. На мировом рынке появился натуральный английский каучук, более дешевый, чем бразильский.

А мир завоевывали разнообразные изделия из резины – транспортерные ленты конвейеров и электроизоляция, «резинки» для белья, резиновая обувь, детские воздушные шары и т.д. Но основное применение этот материал получил с изобретением и распространением резиновых экипажных, а затем автомобильных шин.

Изобретение резиновых шин вместо металлических сначала было встречено без энтузиазма, хотя экипажи с металлическими шинами были не слишком комфортны – за страшный шум и тряску в Англии их называли «истребителями воробьев». Новые тихие экипажи на цельнолитых массивных шинах в Америке были запрещены. Они считались опасными, так как не предупреждали прохожих о приближении экипажа. В России тихие конные экипажи на резиновом ходу также вызывали недовольство – они обдавали грязью не успевших посторониться пешеходов. Поэтому московские власти вынесли решение специально помечать такие экипажи: «Дабы обиженные шинниками обыватели могли заметить своих обидчиков, чтобы привлечь их к законной ответственности, экипажи на резиновом ходу должны снабжаться номерными знаками особого цвета, чем обычные номера извозчиков».

Природный каучук. Строение и свойства. С изобретением конвейерного метода сборки автомобилей потребность в резине стала настолько велика, что настоятельно возник вопрос об ограниченности производства природного сырья. Надо было искать другие источники каучука. Поэтому неудивительно, что в конце 19 – первой половине 20 в. во многих странах исследовались строение каучука, его физические и химические свойства, эластичность, процесс вулканизации. То, что при нагревании из каучука можно получить молекулы изопрена

долгое время объясняли с помощью теории К.Харриеса, который считал, что каучук состоит из множества колец-звеньев изопрена, которые составляют устойчивую мицеллу, т.е. он представляет собой обычную коллоидную частицу. Оппонентом К.Харриеса выступал Г.Штаудингер, доказавший, что каучук является высокомолекулярным соединением, т.е. состоит из обычных, хотя и гигантских молекул, атомы в которых связаны ковалентными связями. На основании своих исследований каучука и резины он выдвинул теорию цепного строения макромолекул, предположил существование разветвленных макромолекул и трехмерной полимерной сетки.

Для получения натурального каучука млечный сок гевеи (латекс) добывают методом подсечки, надрезая кору дерева. Натуральный латекс, представляющий собой водную эмульсию каучука, содержит 34–37% каучука, 52-60% воды, а также белки, смолы углеводы и минеральные вещества. Из латекса каучук коагулируют органическими кислотами, промывают водой и прокатывают в листы, которые сушат и коптят дымом. Копчение предохраняет каучук от окисления и действия микроорганизмов.

В натуральном каучуке содержится 91–96% углеводорода полиизопрена (C 5 H 8) n , а также белки и аминокислоты, жирные кислоты, каротин, небольшие количества солей меди, марганца, железа и др. примеси. Полиизопрен натурального каучука является стереорегулярным полимером. Практически все звенья изопрена 98–100% в макромолекуле присоединены в цис-1,4-положении:

Молекула натурального каучука может содержать 20–40 тыс. элементарных звеньев, его молекулярная масса составляет от 1 400 000–2 600 000, он нерастворим в воде, зато хорошо растворяется в большинстве органических растворителей.

Интересно, что существует природный геометрический изомер каучука – гуттаперча, представляющая собой транс-1,4-полиизопрен:


Различия в пространственном расположении заместителей у каучука и гуттаперчи приводят к тому, что и форма макромолекул этих веществ тоже различна. Молекулы каучука закручены в клубки. Если ленту из каучука растягивать, деформировать, то молекулярные клубки будут выпрямляться в направлении прилагаемой сил, и лента будет удлиняться. Однако молекулам каучука энергетически выгоднее находиться в первоначальном состоянии, поэтому, если натяжение прекратить, молекулы опять свернутся в клубки, и размеры ленты станут прежними. Конечно, нельзя увеличивать нагрузку на ленту до бесконечности – рано или поздно деформация будет необратимой, лента порвется.

Молекулы гуттаперчи не закручены в клубки так, как каучук. Они вытянуты даже без нагрузок, поэтому гуттаперча менее эластична.

Эластичность – это способность к обратимой деформации, особое свойство некоторых полимеров, характерное для лишь при определенных значениях температур. При нагревании каучук из эластичного состояния переходит в вязкотекучее. Силы взаимодействия между молекулами ослабевают, полимер не сохраняет форму и напоминает очень вязкую жидкость. При охлаждении каучук из эластичного переходит в стеклообразное состояние, становится похож на твердое тело. Такой полимер легко и обратимо не растягивается при приложении нагрузки. Он сразу рвется, если нагрузка слишком велика. Полимеры в стеклообразном состоянии могут быть хрупкими, их можно сломать или даже разбить, например, морозной зимой может растрескаться сумка из кожзаменителя, т.к. при низких температурах он переходит в стеклообразное состояние).

Что же происходит с каучуком при вулканизации? Когда каучук нагревают с серой, макромолекулы каучука «сшиваются» друг с другом серными мостиками. Из отдельных макромолекул каучука образуется единая трехмерная пространственная сетка. Изделие из такого материала (резины) прочнее, чем из каучука, и сохраняет свою эластичность в более широком интервале температур.

Сейчас известно много вулканизирующих агентов, однако при производстве резины по-прежнему широко используют серу. В качестве ускорителей вулканизации применяют 2-меркаптобензтиазол и некоторые его производные. Возможна и радиационная вулканизация и вулканизация с помощью органических пероксидов. Вулканизации обычно подвергают смесь каучука с различными добавками, придающими резине необходимые свойства, и наполнителями, снижающими стоимость резины (сажа, мел).

С появлением технологии производства синтетических каучуков, резиновая промышленность перестала быть всецело зависимой от природного каучука, однако синтетический каучук не вытеснил природный, объем производства которого по-прежнему возрастает, а доля натурального каучука в общем объеме производства каучука составляет 30%. Ведущие мировые производители натурального каучука – страны Юго-Восточной Азии (Таиланд, Индонезия, Малайзия, Вьетнам, Китай). Благодаря уникальным свойствам натурального каучука, он незаменим при производстве крупногабаритных шин, способных выдерживать нагрузки до 75 тонн. Лучшие фирмы-производители изготавливают покрышки для шин легковых автомобилей из смеси натурального и синтетического каучука, поэтому до сих пор главной областью применения натурального каучука остается шинная промышленность (70%). Кроме того, натуральный каучук применяется при изготовлении конвейерных лент высокой мощности, антикоррозийных покрытий котлов и труб, клея, тонкостенных высокопрочных мелких изделий, в медицине и т.д.

Во многих странах в начале 20 в. исследовались местные виды растений. В Советском Союзе систематический поиск растений-каучуконосов предпринимался в 1930-х, общий список таких растений составил 903 вида. Наиболее эффективные каучуконосы, в частности Тянь-Шанский одуванчик кок-сагыз, выращивали на полях России, Украины, Казахстана, работали заводы по выделению каучука, который по качеству считался не уступающим каучуку из гевеи. В конце 1950-х с увеличением производства синтетического каучука возделывание одуванчика-каучуконоса было прекращено.

Синтетический каучук. История создания. Исследованиями в области получения синтетического каучука на грани 19–20 вв. занимались многие научные лаборатории мира. Этому способствовал не только бурный рост потребления натурального каучука, но географические факторы. Страны, удаленные от т.н. «пояса каучука» – экваториальной зоны, попадали в зависимость от импорта.

Впервые каучукоподобное вещество при обработке изопрена (2-метилбутадиена-1,3) соляной кислотой получил в 1879 французский химик Г.Бушарда. Русский химик И.Кондаков (г.Юрьев) синтезировал эластичный полимер из диметилбутадиена в 1901. Первые промышленные партии синтетического каучука – диметилкаучука – были выпущены на основе разработок Кондакова в 1916 в Германии. Было получено около 3000 т синтетического каучука, из которого изготовляли аккумуляторные коробки для подводных лодок, однако широкого распространения диметилкаучук не получил и его производство было прекращено.

Основателем первого в мире крупномасштабного производства синтетического каучука по праву считается русский ученый С.В.Лебедев, посвятивший проблеме полимеризации диенов значительную часть своей научной деятельности. Он впервые получил синтетический бутадиеновый каучук в 1910. А магистерская работа Лебедева, посвященная исследованию кинетики полимеризации дивинила (бутадиена-1,3) и его производных, в 1914 была награждена премией Российской Академии наук. К процессу полимеризации бутадиена Лебедев вернулся в 1932, когда правительство СССР объявило конкурс на разработку промышленного производства синтетического каучука. Лебедевым и его сотрудниками был успешно разработан недорогой и эффективный метод. В качестве катализатора полимеризации бутадиена было предложено использовать металлический натрий, и полимер, полученный по данному методу, носит название натрий-бутадиеновый каучук. Настоящей находкой был одностадийный способ получения бутадиена из этилового спирта на смешанном цинкалюминиевом катализаторе:

2CH 3 CH 2 OH ® 2H 2 O + CH 2 =CH – CH=CH 2 + H 2 В условиях аграрного в то время Советского Союза использование в качестве исходного продукта этанола, получаемого из растительного сырья, значительно удешевляло производство.

Благодаря работам Лебедева промышленное широкомасштабное производство синтетического каучука начато в Советском Союзе в 1932 – впервые в мире (следующей была Германия, которая начала производить синтетический каучук только в 1936). Значение этого события трудно переоценить: возможность оснастить отечественную технику шинами собственного производства сыграла важную роль в победе над фашистской Германией.

С 1932 и вплоть до 1990 СССР по объемам производства синтетического каучука занимал первое место в мире. И сегодня Россия сохраняет позиции экспортера мирового значения. На внутреннем рынке остается примерно половина продукции. Основными потребителями синтетического каучука являются шинные заводы, а около 40 процентов каучука идет на широкий ассортимент резинотехнических изделий (более 50 000), среди которых наиболее заметное место занимают технические изделия из мягкой резины, подошвы для обуви, ленточные транспортеры, разнообразные трубы и шланги всех видов, электроизоляция, герметики, клеи, краски на латексной основе и т.д.

Синтетические каучуки (СК). Классификация, получение и применение. Сейчас производится широкий ассортимент синтетических каучуков, различных по составу и потребительским свойствам. Обычно каучуки классифицируют и называют по названию мономеров, использованных для их получения (изопреновые, бутадиеновые каучуки), или по характерной группе атомов, входящих в их состав (полисульфидные, кремнийорганические и т.д.).

Основным методом получения синтетических каучуков является полимеризация диенов и алкенов. Наиболее широко в качестве мономеров для производства каучуков используются бутадиен, изопрен, стирол, хлоропрен, изобутен, этилен, акрилонитрил и др.

Полисульфидные, полиуретановые и некоторые другие каучуки синтезируют с помощью реакции поликонденсации. По областям применения их принято разделять на каучуки общего и специального назначения. Каучуки общего назначения обладают комплексом свойств, позволяющим применять их для производства широкого круга изделий, для которых необходимо основное свойство резин – высокая эластичность при обычных температурах (шины, транспортёрные ленты, обувь и др.). Каучуки специального назначения должны обладать свойствами, обеспечивающими работоспособность изделий в специфических, часто экстремальных условиях: стойкостью к действию растворителей, масел, кислорода, озона, тепло-и морозостойкостью (т. е. способностью сохранять высокую эластичность в широком диапазоне температур) и др. специфическими свойствами. Существуют особые группы синтетических каучуков, такие, как водные дисперсии каучуков – латексы; жидкие каучуки – отверждающиеся олигомеры; наполненные каучуки – смеси каучука с наполнителями или пластификаторами.

Примеры некоторых синтетических каучуков. Среди каучуков общего назначения по-прежнему широко распространены бутадиеновые СКД. (стереорегулярный 1,4-цис-полибутадиен)

и изопреновые (1,4-цис-полиизопрен) каучуки.

Они обладают высокой прочностью, эластичностью, износостойкостью и невысокой стоимостью, что обуславливает их широкое применение в производстве разнообразных резиновых изделий. Для модификации потребительских свойств каучуков широко используют сополимеризацию – диен полимеризуют с добавлением какого-либо алкена. Такой полимер состоит из элементарных звеньев двух различных типов. Таким сополимером является еще один распространенный СК – бутадиенстирольный каучук (СКС),

который применяется не только при производстве резиновых изделий, но также является основой строительного латекса и латексно-эмульсионных красок.

Бутилкаучук (БК) – сополимер 2-метилпропена с небольшим количеством изопрена –

относится уже к каучукам специального назначения, т.к. обладает высокой стойкостью к различным воздействиям, поэтому его используют для электроизоляции, антикоррозионных и теплостойких покрытий.

Полихлоропреновые каучуки (наирит, неопрен) –

один из наиболее давно известных видов синтетических каучуков – разработаны компанией «Дюпон» в 1930-х. Обладают высокой масло-, бензо-, озоностойкостью. С высокой масло-, бензо- и теплостойкостью связано также и применение бутадиенакрилонитрильного (СКН) каучука.

Высокая прочность при растяжении и стойкость к различным воздействиям полиуретанов обуславливает их разнообразное применение – от искусственной кожи для производства обуви до изготовления износостойких покрытий, клеев и герметиков.

В экстремальных условиях «работают» фторкаучуки – сополимеры фторированных или частично фторированных алкенов. Высокая теплостойкость, инертность к воздействиям агрессивных сред – растворителей, кислот, сильных окислителей, негорючесть, стойкость к УФ-облучению позволяет использовать эти уникальные вещества для работы в условиях высоких температур, в агрессивных средах для изоляции проводов и антикоррозионной защиты аппаратуры.

А вот кремнийорганические каучуки – полиорганосилоксаны –

помимо тепло- и морозостойкости и высоких электроизоляционных свойств обладают еще и физиологической инертностью, что обуславливает их применение в изделиях пищевого и медицинского назначения.

Екатерина Менделеева

ЛИТЕРАТУРА Нобль Р. Дж. Латекс в технике , пер. с англ., Л., 1962
Агапов Б. Ак-Кой. Химия и жизнь , 1971, № 2

Несмотря на хорошую конъюнктуру, наши производители каучука все менее заметны на мировом рынке. Чтобы сохранить позиции, им надо срочно модернизировать производство. Денег для этого у них более чем достаточно, однако инвестиционный процесс упирается в дефицит сырья, вызванный сырьевой дуополией и нежеланием развиваться.

Российская промышленность синтетического каучука, наверное, является одной из наиболее конкурентоспособных и успешных частей нашей нефтехимии. Несмотря на то, что производители работают на советских активах, испытывают определенные трудности с сырьем, объемы отгружаемого на экспорт каучука год от года не сокращаются. Более того, ряд предприятий не так давно перешли на выпуск принципиально новой продукции, для которой открыты любые рынки. В других секторах химпрома, например в том же производстве полимеров, ситуация куда менее благоприятная - российские производители с трудом борются с импортом внутри страны и с большим запозданием пытаются реализовать крупные инвестпроекты. Тем не менее, индустрия синтезкаучука стагнирует. На фоне сокращения внутреннего спроса со стороны шинников производители не могут резко увеличить экспорт продукции. Рост цен на каучуки, которые с начала года подорожали примерно на четверть, с лихвой компенсирует производителям недополученную прибыль и позволяет на время забыть о техническом состоянии отрасли, повышении цен на сырье и усиливающихся конкурентах.

Сырьевая дуополия

Синтетический каучук в СССР, пожалуй, был главным продуктом для всей химической промышленности. Дело тут не в стратегических приоритетах (изначально советский каучук шел на оборонные нужды), а в том, что это чуть ли не единственный инновационный продукт нефтехимии, производство которого Страна Советов сумела наладить самостоятельно.

Хотя к концу 1980−х СССР был мировым лидером по производству каучуков, проверку рыночной экономикой отрасль проходила с трудом. Правда, обвального спада производства с последующим массовым закрытием предприятий, как это произошло, например, в индустрии химволокна, удалось избежать. Главная заслуга в этом принадлежит колоссальному технологическому потенциалу, созданному в советское время, часть которого оказалась бесполезной, а часть - более чем востребованной. Если предприятия могли получить доступ к дешевому газовому сырью, то спокойно продавали продукцию за рубеж. Однако именно проблема сырья, как это ни странно, сейчас значится в повестке дня отрасли и сдерживает ее развитие.

Если посмотреть на карту сырьевых потоков российской индустрии синтезкаучука, становится видно, что большая их часть так или иначе исходит от одного предприятия - нефтехимического комбината в Тобольске. Этот гигантский завод перерабатывает в год до трех миллионов тонн ШФЛУ (широкая фракция легких углеводородов - основное сырье нефтехимии, получается на газоперерабатывающих заводах из попутного нефтяного газа). В частности, он является крупнейшим в стране производителем бутадиена и изобутилена - главного сырья для производства каучуков. Тобольский НХК был первым и самым важным из приобретенных «собирателем» «Сибура» Яковом Голдовским активов. Всем, кто хоть немного знаком с отраслью, очевиден факт, что тот, кто контролирует Тобольский НХК, контролирует не только львиную долю индустрии синтезкаучука, но и значимую часть всей российской нефтехимии.

Сейчас под контролем «Сибура» находится производство порядка 60% всего синтетического каучука в России, если отнести к нему также зависящий от холдинга завод в Стерлитамаке. Основным конкурентом на этом рынке для теперь уже бывшей «дочки» «Газпрома» является «Нижнекамскнефтехим». На эти две компании приходится 100% всего выпуска каучуковых мономеров в стране. Производителей каучуковых полимеров, помимо указанных предприятий, существует еще четыре. Однако из-за сырьевого диктата российская индустрия синтезкаучука плавно движется к дуополии (см. график 1). В чем же выражается сырьевой диктат? Нижнекамское предприятие стремится максимально перерабатывать сырье на своих мощностях, что подтверждает его инвестиционная программа, поэтому на рынок оно поставляет все меньше и меньше бутадиена. «Сибур» же, торгующий товарным бутадиеном, ведет себя как заправский монополист, не стремясь к его переработке, но и не допуская его «переизбытка» на рынке.

Некоторое количество каучукового сырья можно получить с нефтехимических комбинатов и с НПЗ, где оно образуется в виде побочного продукта. Так, в частности, работает Омский завод синтезкаучука. Однако как объемы производства, так и качество этого сырья, которое требует предварительной доработки перед использованием, совершенно не подходят для того, чтобы заместить газовое сырье, на котором привыкли работать российские предприятия. Еще один вариант обойти сырьевую дуополию «Сибура» и «Нижнекамскнефтехима» - производить бутадиен самостоятельно из бутана. Традиционно бутан и бутадиен получают на больших и дорогих установках центрального газофракционирования на крупных нефтехимических комбинатах вроде Тобольского. Но эти установки производят и другие ключевые продукты нефтехимии. Существуют гораздо менее громоздкие и менее дорогие установки дегидрирования бутана. Производителей бутана в России немало (в частности, ими являются некоторые НПЗ). Чтобы избежать дуополии «Сибура»-«Нижнекамскнефтехима», не зависимые от них каучуковые заводы могли бы инвестировать в подобные установки. Правда, есть проблема. Когда рыночная конъюнктура спокойна, цены на бутан и бутадиен почти не отличаются, поэтому окупить такие установки почти нереально. Однако в последние годы цены на бутадиен значительно выше, чем на бутан (см. график 2), и технологии его производства из бутана становятся эффективными даже в Европе.

Есть такой опыт и в России. Не так давно на базе «Нижнекамскнефтехима» было создано совместное предприятие, реанимировавшее мощности комбината по дегидрированию бутана. В частности, именно оттуда получает бутадиен Ефремовский завод синтезкаучука. Впрочем, гендиректор завода Владимир Беликов скептически относится к идее дальнейшего развития этой технологии: «Для синтеза бутадиена из бутана в России нет ресурсов доступного бутана, в сырьевом обеспечении мы вынуждены полагаться на фракцию ББФ (бутан-бутадиеновая фракция), которую покупаем у нескольких нефтехимических комплексов». Следует заметить, что на этой фракции работает большинство мировых производителей синтетических каучуков, поскольку она образуется как побочный продукт при пиролизе, т. е. при производстве этилена и пропилена. Более того, по всему миру на таком сырье работает множество каучуковых заводов с неприлично малой по российским меркам мощностью 40–60 тыс. тонн, встроенных в комбинаты оргсинтеза и производящих наиболее массовые виды каучуков.

Тем не менее, при общем прогрессе российского органического синтеза (которого пока не наблюдается) ресурсы сырья для выпуска бутадиена могут значительно возрасти. С установки на 500 тыс. тонн этилена можно получать сырье для выпуска 60 тыс. тонн бутадиена, и большинство новых комбинатов оргсинтеза, например, в Иране такими установками оснащаются. При наличии инвестиций и желания даже с имеющейся сырьевой базой в России выпуск этилена легко может быть увеличен вдвое, до 4 млн тонн. Нетрудно посчитать, что при полном использовании всех продуктов пиролиза это увеличило бы предложение бутадиена почти на четверть миллиона тонн, то есть в полтора раза в сравнении с тем, сколько его производится в России сейчас.

Логистика, экспорт и инвестиции

Второй источник головной боли производителей каучуков - логистика. С экономико-географической точки зрения чем дальше от источника сырья (то есть, как мы выяснили выше, от Тобольска) находится завод, тем хуже, потому что каучук как твердое вещество гораздо транспортабельнее газового сырья, из которого он производится. Учитывая гигантские транспортные плечи, становится понятно, почему в структуре себестоимости каучука доля затрат на транспорт сырья превышает 15%. С другой стороны, построенные в 1930−х предприятия не виноваты, что спустя десятилетия оказались в столь невыгодном транспортном положении, потому что были переведены с картофеля на газ.

Поскольку большинство наших заводов находится в глубине европейской части страны, в том числе в Центральной России, проблемой для них является не только транспортировка сырья, но и вывоз самих каучуков за пределы страны. По словам Владимира Беликова, «каучук в Юго-Восточной Азии значительно дороже, чем в Европе, но довезти его туда непросто. Единственный вариант - экспорт через балтийские порты». Для предприятий Урало-Поволжья, где выпускается две трети российского каучука, проблема экспортной логистики стоит еще острее. Во многом именно из-за логистического барьера российские экспортеры ориентируются в основном на европейский, а не на более интересный азиатский рынок.

Основной вопрос, впрочем, не в том, по какому маршруту, а в том, имеет ли вообще смысл везти наш каучук за рубеж. Статистика дает уверенный ответ: имеет (см. график 3), более половины российского каучука экспортируется. Однако присутствие наших компаний на мировом рынке сокращается (см. график 4), причем в наибольшей степени это относится к самым массовым стирольным каучукам. Парадокс объясняется просто: развиваться дальше на советских активах российские производители уже не могут, а их обновление идет достаточно медленно (см. график 5). Лишь 40% бутадиеновых каучуков в России выпускаются на современных неодимовых или литиевых катализаторах, тогда как на Западе это давно является нормой. И хотя, по словам российских производителей, многие западные шинники сохранили в своих рецептурах старые типы каучуков, которые и покупают в России, очевидно, что будущее явно не за ними. Именно поэтому в последние годы наши производители каучуков спохватились и начали массово переводить мощности на новые катализаторы.

Примерно так же обстоят дела и с выпуском бутилкаучуков. Хотя мировой рынок этой продукции близок к олигополии (на нем доминируют американская ExxonMobil и германская Lanxess) и обеспечивает высокую маржу, инвестиции необходимы и здесь. Сейчас в мире три четверти всех произведенных бутилкаучуков - это галобутилкаучуки. Последние выгодно отличаются от традиционных каучуков, например, более быстрой вулканизацией (производство шины занимает меньше времени) и износостойкостью. В России, однако, около двух третей выпуска приходится на традиционные немодифицированные бутилкаучуки. И это при том, что наряду с бутадиеновыми бутилкаучуки сейчас основной объект инвестирования в каучуковую отрасль; их доля в общем выпуске растет, а стирольных, в которые почти ничего не вкладывается, - падает (см. график 6).

Что касается ценовой конкурентоспособности, то тут российским производителям в очередной раз сделала подарок мировая конъюнктура. При этом в самой России наиболее ходовые марки каучуков стоят либо столько же, сколько в Европе, либо не намного дешевле. В то же время, по оценкам представителя одного из российских производителей каучуков, себестоимость их выпуска в стране сейчас лишь на 10–20% ниже, чем в Европе. Впрочем, если европейские производители, по данным консалтинговой компании CMAI, работают с рентабельностью около 20%, у их российских конкурентов с учетом затрат на логистику этот показатель должен составлять не меньше 30%. Однако маржа наших поставщиков все в большей степени съедается за счет удорожания сырья. «За последние несколько лет на нашем заводе доля бутадиена в себестоимости каучука выросла с 40 до 60 процентов», - говорит Владимир Беликов. По его словам, сейчас бутадиен, предлагаемый к реализации на рыночных условиях, в России стоит дороже, чем в Европе.

Засучить рукава и работать

Что же делать российским производителям каучуков в такой ситуации? Главная проблема, на наш взгляд, в том, что большинство из них и не пытаются ответить на этот вопрос, не уделяя стратегическому планированию должного внимания и уповая лишь на дары конъюнктуры. Единственное исключение из данного правила - это, пожалуй, лишь «Нижнекамскнефтехим», обновивший за последние годы половину мощностей, вложивший средства в удешевление производства изопрена и вынашивающий амбициозные планы по дальнейшей модернизации каучукового бизнеса.

Может быть, у российской каучуковой индустрии банально нет денег на инвестиционное развитие? Однако при рентабельности в 30% (оцененной, заметим, только для экспортных поставок, где по производителям бьет логистика) и выручке в 3,5–4 млрд долларов общий объем прибыли в отрасли составляет около 1 млрд долларов ежегодно. Для строительства современного завода галобутилкаучуков мощностью 100 тыс. тонн «с нуля» нужно 600 млн долларов, для создания выпуска бутадиеновых каучуков на современных катализаторах мощностью 50 тыс. тонн - около 50 млн. Словом, годовой прибыли каучуковой отрасли вполне хватило бы на то, чтобы привести себя в относительно приемлемое состояние.

Но это только полдела. Чтобы вернуть позиции на мировом рынке, российским производителям уже недостаточно обновления оборудования - необходимо работать с конечными потребителями. Именно тесное сотрудничество с потребителями позволяет западным производителям каучуков относительно хорошо себя чувствовать, даже не имея такой сырьевой форы, какой располагает Россия. Это естественно, поскольку мировой рынок шин, а значит, и мировой рынок каучука определяется всего несколькими грандами. Другое дело, что им не очень выгодно предлагать нашим поставщикам такие же условия сотрудничества, какие они предлагают западным контрагентам. Например, они пытаются фиксировать в долгосрочных контрактах не формулу цены, а сами цены, что в условиях удорожания сырья делает такие поставки малоприбыльными. Дело тут не только в том, что наша индустрия выпускает, образно выражаясь, ширпотреб, а западные заводы предлагают более продвинутую продукцию. У шинников есть рычаги, на которые можно давить: они могут ссылаться на несоответствие российской продукции, выпускаемой на советском оборудовании, собственным стандартам, предлагать услуги по сертификации и продвижению на рынок в обмен на выгодные для себя контракты и т. д. и т. п.

Интересно, что у наших производителей каучуков большой опыт заключения долгосрочных контрактов по поставкам за рубеж, где, как мы отметили выше, есть серьезные логистические проблемы и ценовое давление западных шинных компаний. В то же время опыт заключения таких контрактов на внутреннем рынке почти отсутствует, хотя на российских заводах западных компаний производится уже примерно четверть всех легковых шин в стране. Западные шинные компании кровно заинтересованы в покупке местного сырья для местного производства, и проиграть здесь конкурентную борьбу нашим производителям каучука никак нельзя. Сейчас отсутствие таких контрактов имеет вескую причину. Ни Nokian, ни Michelin еще не имеют на российских заводах производства резиновых смесей, для которых, собственно, и нужен каучук. По имеющейся информации, завод Nokian во Всеволожске получает смесь из Финляндии, завод Michelin в Давыдово - из Польши. Но через несколько лет ситуация изменится (Nokian уже сейчас строит цех резиносмешения), и тогда потребление каучука в России снова начнет расти. Вопросы модернизации производства и улучшения переговорных позиций в дискуссии с шинными грандами станут к этому моменту делом чести и выживания для российских заводов синтезкаучуков.

Влас Рязанов, корреспондент журнала

Каучуки - группа веществ натурального или синтетического происхождения, используемых в производстве резины, которые отличаются такими свойствами: эластичность, электроизоляция, водонепроницаемость. Источником сырья для природных каучуков является млечный сок ряда растений, которые выделяют латекс (это белая жидкость с особыми свойствами).

Выделив этот сок из растений, стимулируют процесс его свертывания, чтобы получить твердый материал. Каучук в основном состоит из полиизопрена (на 91-96%). При этом латекс, служащий сырьем для него, является довольно распространенным компонентом растений. Его можно встретить в представителях разных ботанических групп растений.

Каучук находится в разных частях растения, и по этому признаку их (то есть растения) классифицируют на группы:
— латексные — вещество накапливается в млечном соке;
— паренхимные — в стеблях и корнях;
— хлоренхимные — в листьях и молодых зеленых побегах.
— травянистые латексные растения семейства сложноцветных (крым-сагыз, кок-сагыз и т. д), где каучук в небольшой концентрации накапливается в подземных органах — в промышленности не используются.

Что же представляет собой каучук синтетического происхождения? Производят его из синтетических полимерных соединений, которые вулканизируют до превращения в резину. В частности, в России подобными производствами занимаются в Красноярске и Тольятти.

Синтетический каучук — высокополимерное соединение, получаемое из бутадиена, изопрена, стирола, неопрена, изобутилена, хлоропрена, нитрила акриловой кислоты, которые полимеризуют или сополимеризуют. Получаемый материал имеет похожие свойства с натуральным. Так, его молекулы также представляют собою длинные и частично разветвленные цепи из многих тысяч мономеров. Средняя молекулярная масса, как правило, составляет от нескольких сотен тысяч до миллионов. Во время полимеризации некоторые цепи связываются друг с другом во многих местах с помощью двойных связей. Таким образом, вулканизируемое вещество химически представляет собой высокомолекулярную пространственную сетку с соответствующими физико-химическими свойствами.

Существует много видов каучуков, которые классифицируют по типу мономеров, из которых они сделаны (бутадиеновые, изопреновые). Также возможна классификация по наличию особых атомов или функциональных групп (например, полисульфидные, уретановые).

Что же касается, синтетических каучуков, то они имеют дополнительную классификацию:
— по содержанию наполнителей (ненаполненные и наполненные);
— выпускной форме (жидкие, твердые, порошкообразные);
— молекулярной массе.
К примеру, ряд синтетических латексов выглядят как водные дисперсии, другие же являются термоэластопластами.

Существуют синтетические каучуки, которые в исходном состоянии не имеют непредельных связей (силиконовый каучук, полиизобутиленовый). Чтобы их вулканизовать, используют органические амины, перекиси и прочие соединения. В результате, можно получить вещество, которое даже будет лучше натурального по происхождению.

В зависимости от применения, синтетические материалы делят на две группы: общие и специальные каучуки. В первую категорию попадают вещества, имеющие прекрасную эластичность, прочность и прочие характеристики, позволяющие материал применять для изготовления предметов разной направленности. Специальные же каучуки создаются для обеспечения особенных свойств материала, поэтому они применяются ограниченно, только для отдельных изделий.

К общим каучукам относят:
— бутадиеновые;
— бутадиенстирольные;
— изопреновые.

Специальные каучуки:
— этиленпропиленовые;
— уретановые;
— бутилкаучуки;
— фторкаучуки;
— хлоропреновые и т. д.

Каучук применяется для производства автомобильных и велосипедных шин, шасси для самолетов, из него делают электроизолирующее покрытие. Также этот материал активно используется при производстве медицинских изделий.

1. Натуральный каучук

Натуральный каучук существует тысячелетия. Ученые находят окаменелости, в которых содержатся остатки каучуконосных растений, датируемые миллионами лет до нашей эры. Впервые же представители цивилизации узнали о подобном материале 500 лет назад, когда открыли Америку. А действительно востребованным каучук стал только недавно, в 30-х годах XIX столетия. Тогда индейцы активно продавали белым людям обувь и бутылки, сделанные из резины.

В 1839 году Чарльз Гудьир (Charles Goodyear) синтезировал резину, изобретя процесс вулканизации. Он нагрел каучук с серой и обнаружил, что материал улучшил свои свойства. Как только резина была открыта, она начала активно применяться. Так, до 1919 года на рынке было реализовано более 40000 видов изделий с применением этого материала.

Природные каучуконосы

На языке тупи-гуарани слово «каучук» является производным от «кау» (дерево) и «учу» (плакать). Именно сочетанием этих слов индейцы называли млечный сок гевеи, которая была основным каучуконосным растением того времени. Для удобства в Европе добавили одну букву к слову «каучу», и получился «каучук». В России есть также растения, содержащие млечные сок — молочай, одуванчик, полынь.

Но для промышленных целей можно использовать только то растительное сырье, которое не просто содержит латекс, но и готово отдать его с легкостью в большом количестве. Таким сырьем является гевея бразильская, каучук из которой составляет 90-96% от используемых в мире объемов.

Другие источники каучука менее чистые, так как содержат смолы и другие примеси, которые нужно очищать. К примеру, в ряде деревьев из сапотовых в каучуке есть гуттаперча.

Каучуконосные деревья растут преимущественно в зоне экватора, не удаляясь от него более 10° на юг и север, то есть это пояс 1300 км шириной, который так и называют — «каучуковый пояс». Именно здесь выращиваются подобные деревья с промышленной целью, а их сырье направляется на продажу по всему миру.

Физико-химические свойства каучука

Если говорить о натуральном каучуке, то он имеет следующие свойства:
— аморфное твердое тело, которое в ряде случаев можно кристаллизовать;
— в необработанном (или сыром) виде имеет белый цвет, иногда бесцветен;
— не растворяется в большинстве жидкостей, включая воду и спирт, не набухает в них;
— набухает только в подобных себе веществах (бензин, эфир, бензол, прочие ароматические углеводороды), постепенно растворяясь в них.

Каучук в подобных себе растворах может образовывать коллоидные растворы. Они нашли широкое применение в технике.

У натурального каучука достаточно однородное молекулярное строение, а это обусловливает его уникальные физико-технологические свойства. Собственно, за счет столь уникальной структуры он и поддается обработке с образованием резины.

Каучук ценится из-за своей упругости или эластичности, то есть изделия из этого материала способны очень быстро возвращать себе исходную форму, как только деформационные силы перестают действовать. Эластичность у каучука одна из наилучших в своем классе. Так, даже если продукт из него будет растянут до 1000%, он вернется в исходную форму. Для классических твердых тел эта цифра составляет 1%. При этом каучук имеет те же свойства и в нагретом, и в охлажденном состоянии. Но у материала есть недостаток — со временем хранения он твердеет и теряет свои свойства.

Если каучук поместить в жидкий воздух (–195°C), то он будет жестким и прозрачным, а вот в температурном диапазоне 0 °- 10 °C прозрачность и жесткость исчезают. В нормальных условиях (20 °C) материал обретает свои знаменитые свойства — он мягкий, полупрозрачный, довольно эластичный. При более 50 °C каучук начинает быть липким и пластичным. Если нагрев продолжить до 80 °C, на этом этапе теряется эластичность, а при 120 °C каучук и вовсе становится жидкостью, похожею на смолу. Если ее охладить, она не будет похожа на первоначальное вещество. 200-250 °C — именно та температура, при которой каучук необратимо распадается на газообразные и жидкие вещества.

У каучука ярко выраженные диэлектрические свойства, он практически непроницаем для воды и газа. Более того, как упоминалось, этот материал не растворяется в воде, кислотах и щелочах, а в спирте — лишь в очень малом количестве. Но вот бензин, хлороформ и сероуглерод способны растворить это вещество, сначала вызвав его набухание. Окисление каучука химическими путями происходит легко, а вот воздухом — достаточно трудно. У каучука крайне низкая теплопроводность — в 100 меньше стали.

Преимущество каучука в том, что он не только эластичен, но и обладает высокой пластичностью. А это значит, что этот материал под воздействием внешних сил будет приобретать и сохранять нужную форму. Во время нагревания, а также механической обработки это свойство особо проявляется. Таким образом, каучук можно считать пласто-эластическим веществом.

Еще одно свойство, что имеет каучук, проявляется во время его растяжения или охлаждения. Это кристаллизация вещества, происходящая длительно во времени. При этом процессе выделяется теплота, которая нагревает природное вещество в момент растяжения. У каучука маленькие кристаллы без характерной формы и четких граней.

Если же каучук охладить до –70 °C, он перестанет быть пластичным и обретет некоторые свойства стекла.

Таким образом, как и большинство полимеров, каучук пребывает в трех состояниях, в зависимости от температуры — высокоэластическое, вязкотекучее и стеклообразное. При нормальных условиях каучук высокоэластичен.

Несмотря на стойкость к воздействию кислот, каучук довольно легко реагирует с простыми веществами — кислородом, галогенами, серой, водородом, что объясняется наличием у него ненасыщенных связей. Чтобы подчеркнуть подобные химические свойства этого материала, стоит перевести его в коллоидный раствор, где взаимодействие усиливается.

Химические реакции не проходят бесследно для физических свойств вещества. Так, меняются характеристики прочности, растворимости, эластичности. К примеру, кислород и озон, которые даже при комнатной температуре взаимодействуют с каучуком, вызывают распад крупных полимерных молекул вещества на более мелкие, что приводит к потере прочности материала. Кроме того, именно за счет окисления кислородом каучук переходит из твердого состояния в пластичное.

Химическое строение натурального каучука и его состав

Натуральный каучук — это полимерный ненасыщенный углеводород с большим количеством двойных связей. Его универсальная химическая формула выглядит следующим образом: (C5H8)n, где n — степень полимеризации, имеющая значения 1000-3000). Как видно, мономером натурального каучука является изопрен.

Источником природного каучука является млечный сок различных тропических растений (к примеру, бразильской гевеи). В них также содержится гуттаперча, которая тоже является изопреновым полимером, но другой химической структуры. Если бы молекула каучука не была атомарно тонкой, ее можно было бы увидеть в микроскоп, так как она очень длинная. А если ее еще и растянуть максимально, то это будет зигзагоподобная большая линия, что обусловлено типом углеродных связей.

За счет того, что в изопрене происходит чередование одинарных и двойных связей, частицы молекулы могут вращаться исключительно вокруг одинарных связей. За счет подобных колебаний молекула постоянно изгибается, даже в состоянии покоя у нее сближенные концы.

И то, что у молекул каучука сближенные концы в состоянии покоя, обусловливает эластичность вещества. Когда материал растягивается, молекулы его растягиваются в том же направлении. Как только деформационное влияние заканчивается, цепочка снова становится изогнутой.

Таким образом, молекулы натурального каучука — это некие почти круглые пружины, что очень сильно растягиваются и увеличиваются в размерах при разведении концов. Рядом исследователей принято считать, что эта полимерная цепочка — пружинящая спираль.

Если провести химический анализ природного каучука, то обнаружится что состоит вещество только из водорода и углерода, что позволяет его отнести к углеводородам. Подтверждением этому есть первичная формула каучука. Раньше она была С5Н8. Со временем ученые поняли, что таким простым написанием не отобразить сложность строения молекулы, ведь молекулярная масса отдельных единиц достигает полумиллиона и выше. Таким образом, натуральный каучук — это природный полимер изопрена, а именно цис-1,4-полиизопрен.

Натуральный каучук — это сборный клубок из многих тысяч химических микромолекул, которые прочно соединены друг с другом, поэтому могут осуществлять внутри макромолекулы лишь колебательно-вращательные движения. Этими микромолекулами являются частички изопрена, простейшего углеводорода, которым образован каучук. Но на основании мономера изопрена существуют и другие полимеры, правда, они не имеют подобных свойств эластичности и пластичности. С чем же это связано?

У каучука, как и у других полимерных молекул, атомы выстроены в цепочку, но она не является сплошной прямой линией, а постоянно заворачивается, образуя как бы клубок. При воздействии механической силы материал растягивается за счет выравнивания отдельных участков этого клубка. Как только воздействие заканчивается, молекула стремится занять свое природное положение и обратно возвращается в клубок. И только слишком большое усердие позволяет настолько сильно выпрямить материал, что его цепи молекул не просто не возвращаются назад, а рвутся, деформируя этот участок.

2. Синтетический каучук

Если в Америке каучук хоть в каком-то виде используется 500 лет, то в России дела обстоят иначе. Так как естественного сырья в стране нет, изначально производства материала не было. Да и поставок самого готового каучука не было. Но в 1927 году, а именно 30 декабря советскими учеными был получен синтетический дивиниловый каучук за счет натриевой полимеризации 1,3-бутадиена. Этот опыт побудил наладить промышленное производство 1,3-бутадиена, из которого начали делать каучук.

Бутадиен синтезируют из обычного этанола. Происходит это путем дегидрирования и дегидратации данной молекулы одновременно. Чтобы этого достичь, спирт превращают в пар и пропускают над катализаторами, которые запускают обе реакции сразу. Затем полученный бутадиен проходит очистку от исходных веществ, продуктов побочных реакций и, добившись полного очищения фракции, используют его для синтеза каучука.

Как же сделать так, чтобы мономеры, которые прекрасно существуют в таком состоянии, начали полимеризоваться? Сначала нужные атомы углерода следует возбудить, то есть привести в состояние, при котором начнут разрываться двойные связи для образования полимерной цепочки. Чтобы это сделать, необходимо либо использовать сильный катализатор, либо потратить много энергии.

Использование катализатора для полимеризации каучука достаточно выгодно, ведь этот материал не теряется во время реакции, а лишь возбуждает атомы углерода. В конце полимеризации катализатор остается в том же количестве, что был в ее начале. С. В. Лебедев, разрабатывая синтез искусственного каучука, использовал в качестве подобного вещества металлический натрий, следуя примеру А. А. Кракау, который применял этот катализатор для полимеризации других непредельных углеводородов.

При этом, полимеризация бутадиена имеет преимущество — в ее результате конечным продуктом является только готовый каучук без других побочных веществ, так как в ходе реакции мономеры соединяются в полимер цельно, без образования дополнительных веществ.

Основные виды синтетического каучука

Существует много видов синтетического каучука. Даже упомянутый первый материал, синтезированный на основе бутадиена, производится в виде стереорегулярного и нестереорегулярного каучука. Первый наше свое применение в качестве исходного материала для автомобильных покрышек, так как он более прочный и износостойкий, нежели натуральный каучук. А нестереорегулярный тип применяют в производстве эбонита, резины, стойкой к воздействию агрессивных жидкостей и т. д.

Ученые постоянно синтезируют искусственные каучуки, которые по всем характеристикам являются более совершенным материалом, нежели природные. К примеру, отличными веществами по своим свойствам являются сополимеры бутадиена и стирола, акрилонитрила. Во время полимеризации цепочка выстраивается путем чередования бутадиена с соответствующим вторым мономером. Это позволяет добиться особых свойств, которые не присущи классическим каучукам.

Так, у бутадиен-стирольного каучука отличная износоустойчивость, поэтому этот материал очень востребован при производстве резины для авто, конвейерных лент, а также подошвы для обуви.

Бутадиен-нитрильный каучук не портится под воздействием масла и бензина, поэтому его используют при изготовлении сальников.

При сополимеризации бутадиена с винилпиридинами (в частности, с 2-метил-5-винилпиридином) получается винилпиридиновый каучук. Он изготавливается для производства резины особого свойства. Она устойчива к воздействию бензина и масла, долговечна при эксплуатации на морозе, хорошо слипается с любым материалом. Этот вид латекса используют в виде пропитки для шинного корда.

В России также занимаются изготовлением классического синтетического каучука, свойства которого очень похожи на свойства натурального материала. При вулканизации этого каучука получается резина, прочность, пластичность и эластичность которой особо не отличается от таковых у природного продукта. Такой синтетический каучук применяют также для изготовления автомобильных шин, обуви, конвейерных лент, из него делают различные медицинские изделия.

Что касается каучуков, в которых особые свойства определяются гетерогенными атомами или функциональными группами, то здесь стоит отметить следующие подвиды:
1. Кремнийорганические каучуки. Их используют в производстве медицинских изделий, в частности, трубок для переливания крови, искусственных клапанов сердца, различных кабелей, проводов.
2. Полиуретановые каучуки. Применяются в качестве основы для износостойких резин.
3. Фторсодержащие каучуки. Отличаются способностью к эксплуатации в высокой температуре, даже более 200 °C, когда обычный каучук полностью разрушается.
4. Хлоропреновые каучуки. Производятся из хлоропрена, так как этот мономер более стойкий к воздействию бензина, масла и окислителей.

Различают также и другие виды каучука — это и вспененный, и неорганический (полифосфонитрилхлорид) каучук, и другие.

Основное применение как натурального, так и синтетического каучука — производство резины соответствующего типа. Связано это с тем, что каучук в чистом виде довольно хрупкий и менее эластичный материал, чего не скажешь о его вулканизированном продукте.

Итак, производство резины из каучука имеет следующие этапы:
1. Создание сырьевой базы:
— развеска каучуков и составляющих резины;
— пластификация каучуков;
— покрытие ткани резиной, каландрирование, шприцевание;
— раскрой полученной прорезиненной ткани, а также листов, собирание готовых изделий.
2. Вулканизация, цель которой — приведение резины в изделии из полуфабрикатного состояния в готовое.

Итак, чтобы сделать резиновое изделие, смешивают каучук с различными наполнителями (например, сажей) и серой, заполняют этими компонентами форму и нагревают ее. За счет повышения температуры ненасыщенные связи каучука становятся менее прочными, поэтому к ним внедряется сера, сшивая макромолекулы между собою в сетку дисульфидными мостиками. Таким образом получается огромная цельная молекула, сформированная не на плоскости, а в пространстве. Она значительно лучше чистого каучука по всем свойствам.

Теперь такой полимер становится более надежным. К примеру, резина уже не растворяется в бензине, в отличие от каучука, который медленно подвергается разрушению под действием этого растворителя.

Если же необходимо получить эбонит, нужно при вулканизации добавить избыток серы, что поспособствует образованию большего количества связей и приведет к твердости и потере эластичности. В былые времена эбонит был одним из лучших изолирующих веществ.

Резина значительно эластичнее и прочнее, чем классический каучук. Кроме того, она не так сильно подвержена колебанию температуры, воздействию газов, механическому разрушению, воздействию электрического тока, летней жары, действию разных химических реагентов. Кроме того, у вулканизированного каучука высокая степень трения скольжения на сухой поверхности и небольшая — на влажной.

Чтобы провести образование резины более быстро, на заводах применяют так называемые ускорители вулканизации. Они позволяют сделать процесс преобразования быстрее, без брака, с расходованием меньшего количества сырья. Как правило, подобными веществами являются оксид магния, свинца, прочие неорганические соли. Кроме того, применяются органические вещества — дитиокарбаматы, тиурамы, ксантогенаты и прочие производные, обладающие ускоряющим действием.

Но сами по себе ускорители действовать не будут, если их не активировать. Делают это с помощью добавления оксида цинка.

Следующий обязательный компонент резины — антиокислители. Они препятствуют ее состариванию.

Наполнители добавляют для улучшения характеристик прочности, сопротивления стиранию и для повышения износостойкости. По названию также можно понять, что за счет этих веществ можно увеличить общий объем сырья, сделав из меньшего количества каучука как можно больше резины, что сделает ее более доступным и дешевым материалом. Наполнителями служат мел, тальк, гипс, сульфат бария, кварцевый песок, технический углерод.

Последней составляющей качественной резины являются пластификаторы или смягчители. Они призваны сделать вещество менее вязким при большом количестве наполнителей. За счет пластификаторов резина становится более стойкой к различным динамическим воздействиям, в частности, ко стиранию. Основной список пластификаторов следующий:
— мазут;
— парафины;
— гудрон;
— канифоль;
— стеариновая и олеиновая кислоты и т. д.

Свойства резины, в частности, стойкость к воздействию разных органических растворителей, прочность, находятся в прямой зависимости от ее состава. Так, если ее делают из природного каучука, она будет стойкой к действию масла, бензина, иметь хорошую эластичность, износоустойчивость. Но такой материал будет уничтожаться под действием агрессивных веществ. Если же нужна более износоустойчивая резина, делают ее из бутадиен-стирольного каучука. Применение изопренового каучука позволяет получить эластичный продукт, который будет стойким даже при сильном растяжении. А вот использование хлоропренового сырья способствует созданию резины, устойчивой к окислению кислородом.

Итак, в России каучуками занимаются достаточно давно, еще со времен империи, когда в 1860 году в Петербурге был открыт завод «Треугольник» (переименованный в 1922 году в «Красный треугольник»). Затем открывались предприятия «Каучук», «Проводник», «Богатырь» и другие. Годы разработок позволили внедрить технологии по производству разных видов резин, обеспечивающих требуемые свойства.

Использование резины в производстве разных товаров

Каучук достаточно широко применяется в промышленности. Но как правило, это сырье применяют для производства резины, которая, в свою очередь, используется для изготовления различных готовых изделий. Резина востребована в следующих областях производства:
— изоляция для проводов;
— автомобильные шины;
— обувь;
— специальная одежда;
— искусственная кожа;
— изделия медицинского назначения;
— военные детали и компоненты.

Резина обладает большей эластичностью, чем каучук, но меньшей пластичностью. Отчасти это связано с тем, что это не простое вещество, а смесь каучука с различными компонентами.

Более всего в резине нуждается автомобильная и машиностроительная индустрия. Чем более прорезиненные различные детали в каких-либо механизмах, тем более комфортны они в обслуживании, надежные и долговечные. Для того, чтобы собрать один автомобиль, нужно применить тысячи различных типов резиновых деталей, и их количество растет.

Виды резин, их применение

Самая простая классификация делит резину на монолитную и пористую. Так, первую делают из бутадиенового каучука, за счет чего она очень износоустойчива. К примеру, если для подошвы использовать такую резину, она будет в 2-3 раза дольше служить, чем специальная подошвенная кожа. К тому же, подобный материал будет меньше подвержен разрыву при растягивании, не пропустит воду даже в избыточном количестве и не будет портиться под воздействием влаги.

Конечно, в резиновой обуви морозы будут более ощутимы, да и тепло она не так сохранит, как кожа. Также этот материал непроницаем для воздуха и пара, но это не умаляет ее эксплуатационных характеристик.

Непористую резину подразделяют на кожеподобную, транспарентную и подошвенную. Ее применяют для изготовления подошв, каблуков, набоек, накладок и прочих компонентов обуви.

А вот пористая резина используется для изготовления подошв и других частей летней обуви.

Кожеподобную резину используют для производства нижней части обуви. Чтобы уменьшить толщину материала до нескольких миллиметров, при производстве такого каучука используют большое количество стирола (около 80-85% от общего состава полимера), что увеличивает твердость будущей резины.

За счет уникального состава кожеподобная резина по своим свойствам похожа на обычную кожу. Она столь же пластичная и твердая, поэтому с ее помощью можно сделать обувь любого вида и формы. При изготовлении такую резину можно покрасить в любой цвет. Кожеподобная резина довольно износоустойчива, имеет высокую стойкость к частым изгибам. Это оптимальный вариант для бюджетной обуви.

Обувь с кожеподобной подошвой носят, как правило, 179-252 дня, если не выкрашивается раньше носовая часть. Но приобретая подобную продукцию, следует учитывать, что она имеет ряд гигиенических недостатков, а именно минимальную гигроскопичность и воздухопроницаемость, а также высокую теплопроводность.

Различают три типа кожеподобной резины:
— непористая структура и плотность 1,28 г/см3;
— пористая структура и плотность 0,8-0,95 г/см3;
— пористая структура, волокнистый наполнитель и плотность до 1,15 г/см3.

Последний тип пористых резин еще именуется «кожволон». Они имеют свойства, практически идентичные натуральной коже. За счет добавления волокна резина имеет чуть лучшие характеристики теплоизоляции. Кроме того, этот материал эластичнее, легче, имеет более приятный внешний вид. Такую резину применяют для изготовления каблуков и подошвы летней и весенней обуви, которую прикрепляют клеевым методом.

Транспарентная резина - еще один продукт натурального каучука, который имеет полупрозрачный вид. Основное его отличие — высокая износоустойчивость и твердость. Транспарентная резина используется в производстве обуви для изготовления формованной подошвы, ходовая сторона которой имеет сильное рифление. Один из часто применяемых типов транспарентной резины — стиронип, который отличается высоким содержанием каучука. Этот материал очень стойкий к многократному изгибу, поэтому его применяют для производства обуви, которую собирают клеевым методом.

Пористая резина отличается тем, что содержит поры, которые могут составлять 20-80% общего объема материала. За счет этого добиваются высокой гибкости изделия, упругости, мягкости, прочих амортизационных свойств. Но такие виды резины со временем дают усадку, а также их легко запачкать (в частности, в носочной части обуви) во время ударов о различные поверхности. Чтобы повысить твердость пористой резины, к ней добавляют полистирольную смолу.

Сейчас активно используются и производятся такие типы пористой резины как вулканит и порокреп. Первый материал содержит ряд волокнистых наполнителей, повышающих стойкость изделия к износу, улучшающих теплоизоляционные свойства. Второй же используется для обеспечения повышенной прочности и эластичности, кроме того, он имеет приятный цвет. Пористая резина нашла широкое применение при изготовлении зимней и демисезонной обуви.

Каучук – это натуральный и синтетический эластомер. Он имеет хорошую водонепроницаемость, эластичность и электроизоляционные свойства. Как видите, он имеет много положительных характеристик, которые используются в различных областях. Производство каучука в настоящее время является одним из самых востребованных видов бизнеса, так как его сейчас используют в огромных масштабах.

Производство природного каучука + видео как делают

Конечно же, какая-то доля природного каучука имеется в разнообразных растениях, но, естественно, что не во всех. Не все знают, но даже в одуванчиках имеется небольшое количество каучука, но его необходимо правильно уметь добывать.


Добываемое в растениях вещество смешивается с углеводородами и также их походными. Самое интересное, что природный каучук практически нигде не имеет возможность растворяться. Он не набухает и никак не взаимодействует с такими веществами, как бензин, ацетон, вода, спирт. Зато во время того, когда каучук находится при комнатной температуре, он начинает стареть. То есть, он сморщивается и становится совершенно не пригодным к использованию. Все происходит это, потому что, при комнатной температуре начинается присоединение к каучуку кислорода. Конечно же, при старении каучука его эластичность уменьшается и соответственно прочность его тоже становится намного меньше. А при высокой температуре (около 200 градусов) каучук начинает разлагаться. Когда он соединяется с серой или другими растворами серы, то это ему придает большую эластичность и прочность. Так как природный каучук не имеет никаких вредных веществ, его достаточно легко и быстро перерабатывают в резину. Именно из такого сырья может получиться достаточно крепкая и качественная резина, которую можно использовать в самых разнообразных сферах.

Натуральный каучук имеет большое количество положительных характеристик, его достаточно часто используют для . Более 60% от всего каучука используется именно в этом производстве.

Производство синтетического каучука + видео как делают

Синтетический каучук имеет большое количество разнообразных добавок, без которых он не будет иметь все то, что необходимо для нормальной работы с ним. Синтетический каучук производят чаще всего на специализированных предприятиях или заводах, так как именно там имеется все самое необходимое для такого производства. Самый первый каучук произвели достаточно давно.


Для производства каучука использовали полибутадиен. Сначала всем людям казалось, что он замечательный и подходит для использования. Но, через время было замечено, что данный вид имеет слишком низкие механические свойства. Для использования, причем длительного использования он совершенно не подходит. Конечно же, что синтетический каучук делается только из химических материалов, так как получить качественный материал только из безвредных материалов совершенно невозможно.

Синтетический каучук пользуется большой популярностью, и естественно, что его производство пользуется популярностью. Это все связано с тем, что производство синтетического осуществляется намного быстрее, чем природного каучука. Так как для синтетического вида используется большое количество техники и разнообразных технологий, которые упрощают все производство.

Подробное видео как делают синтетический:

Имеется большое количество разнообразных каучуков, но это касается только его химического состава. Достаточно часто любой вид каучука используется в основном в автомобильной промышленности. Так как там он пользуется популярностью. Из него очень легко произвести отличную шину для автомобиля. Каучук, как сказано ранее, совершенно неприхотливый материал, который может выдержать любое внешнее воздействие. Также его можно использовать для производства различных резиновых медицинских препаратов. Как видите, любой каучук считается совершенно безвредным.

Промышленность полимерных материалов (полимеров)

Это главная отрасль нефтехимии (производство синтетических смол, пластмасс, химических волокон, синтетического каучука), где начальные стадии технологического процесса привязаны к источникам сырья, а последующая переработка ориентируется на потребителя и потому может осуществляться в других регионах.

Изменения в технологии и сырьевой базе химии полимеров (переход от ранее использовавшихся отходов переработки древесного и сельскохозяйственного сырья на нефть и газ), развитие трубопроводного транспорта привели к существенным сдвигам в географии отрасли.

Вырабатывается углеводородное нефтегазовое сырье на нефтеперерабатывающих и газобензиновых заводах, основная часть которых сконцентрирована в европейской части страны. Они размещаются в районах добычи нефти и газа (Поволжье, Урал, Северный Кавказ, Западная Сибирь) или ориентируются на потребителя, располагаясь на трассах и в конечных пунктах магистральных нефте- и газопроводов (Ярославль, Рязань, Москва, Нижний Новгород, Омск, Тобольск и др.).

В химии полимеров выделяют несколько направлений.

Производство синтетических смол и пластических масс наиболее крупное направление химической промышленности, которое исторически сложилось в Центральном (Москва, Владимир), Приволжском (Казань, Дзержинск, Уфа), Уральском (Нижний Тагил, Салават, Екатеринбург), Сибирском (Тюмень, Кемерово, Новосибирск), Северо- Западном (Санкт-Петербург), Южном (Волгоградская, Ростовская области и Краснодарский край), Северо-Кавказском (Ставропольский край) федеральных округах.

Крупнейший российский производитель синтетических смол и пластмасс – ОАО "Уралхимпласт", основные производственные мощности которого находятся в Нижнем Тагиле (Свердловская область). Холдинг занимает ключевые позиции на рынках многих видов товаров химической продукции.

Отдельные технологически зависимые предприятия отрасли обычно являются монопольными поставщиками и потребителями полуфабрикатов и связаны продуктопро- водами, например "Саянскхимпласт" и Ангарский завод полимеров (этилен), "Казаньоргсинтез" и "Нижнекамск нефтехим" (этилен), "Каустик" (Стерлитамак) и "Салаватнефтеоргсинтез" (этилен).

Промышленность химических волокон и нитей, которые бывают искусственными и синтетическими, требует большого количества сырья, материалов, топлива и воды. Искусственные волокна из природных полимеров служат для производства ацетата и вискозы. Предприятия по их выпуску расположены в Балаково, Рязани, Твери, Санкт-Петербурге, Красноярске, восстанавливается завод в г. Шуя (Ивановская область).

Комбинаты по изготовлению синтетических волокон (капрон, лавсан) работают в Курске, Саратове, Волжском. Совместное производство искусственных и синтетических волокон находится в городах Клин, Серпухов, Энгельс, Барнаул. Основное количество химических волокон (более 2/3) вырабатывается в европейской части страны, ориентируясь на размещение текстильной промышленности.

Производство синтетического каучука

Каучук как сырье используется для изготовления шин (65–70%) и резинотехнических изделий (около 25%).

Предприятия по производству синтетического каучука первоначально возникли на основе использования этилового спирта из пищевого сырья – картофеля, зерна (города Ярославль, Ефремов, Воронеж, Казань), затем гидролизного спирта (Красноярск). Начиная с 1960-х гг. они перешли на углеводородное сырье, получаемое при переработке нефти, попутных нефтяных газов и природного газа. Основные регионы производства синтетического каучука – Поволжье (Тольятти, Нижнекамск, Казань), Урал (Стерлитамак), юг Сибири (Омск, Красноярск). Суммарная мощность заводов синтетического каучука в стране оценивается более чем в 2 млн т, а его производство в 2011 г. составило 1,4 млн т.

Ведущей компанией на рынке синтетических каучуков является "СИБУР", на долю которой приходится свыше 2/5 их производства в России. Компания объединяет крупнейших производителей синтетического каучука – ООО "Воронежсинтезкаучук", ООО "Тольяттикаучук" и ОАО "Красноярский завод синтетического каучука".

Производство синтетического каучука приближено к центрам шинного и резинотехнического производства. Существуют целые комплексы взаимосвязанных производств: нефтепереработка – синтетический каучук – шинное производство (Омск, Ярославль); гидролиз древесины – этиловый спирт – синтетический каучук – производство шин (Красноярск).

Наибольшее развитие химический комплекс получил в четырех федеральных округах: Приволжском (доля округа в общем объеме производства химического комплекса РФ составляет 44%), Центральном (24%), Сибирском (11%) и Южном (10%).

В химической индустрии получили широкое развитие процессы территориальной концентрации и комбинирования производства. Крупнейшие химические узлы сформировались в ряде регионов страны: в республиках Татарстан и Башкортостан, Алтайском, Пермском и Красноярском краях, Тульской, Тюменской, Ярославской, Нижегородской, Волгоградской, Самарской, Кемеровской и Иркутской областях, что, с одной стороны, в значительной степени способствовало социально-экономическому развитию этих регионов, но с другой – существенно обострило в них экологическую обстановку и качество жизни населения. Ведь химический комплекс является крупным загрязнителем окружающей среды: по сбросу загрязненных сточных вод он занимает 2-е место (по общему объему выбросов вредных веществ в атмосферу – 10-е место) среди отраслей промышленности.

За последние полвека химическая промышленность прошла непростой путь: от бурного развития в 1950–1980-х гг., когда в отрасли был создан значительный производственный потенциал, до упадка в конце 1980-х гг., когда темпы капитального строительства резко снизились, а в 1990-е гг. инвестиции в отрасль практически прекратились.

Сегодня позиции России на мировом рынке химических товаров существенно различаются для разных товарных групп. Так, по производству минеральных удобрений отечественная химическая промышленность – один из мировых лидеров: ей принадлежит 3-е место. По объему производства синтетических каучуков Россия занимает 4-е место в мире (10% мирового производства), но по производству полипропиленов только 13-е место (1–2%), а нефтехимической продукции – 19-е место (1%). Выпуск многих прогрессивных видов химической продукции, даже необходимых для самой российской экономики, незначителен или вовсе отсутствует.

В то же время производство продукции относительно глубокой переработки в целом стагнировало, что привело к захвату российского рынка иностранными производителями, в результате чего с начала 2000-х гг. Россия превратилась в нетто-импортера химической продукции.

Будущее химической промышленности России тесным образом связано с перспективами развития мирового рынка химической продукции. По оценке экспертов, к 2030 г. он может превысить 4 трлн долл., что обусловлено ростом населения планеты. С учетом сложившихся тенденций среднегодовой рост оборота химической продукции прогнозируется до 2030 г. для Китая на уровне 13%, Индии – 11, России – 5, Европейского союза (ЕС) – 4, США – 3%. В это время основным направлением развития химии будет создание качественно новых высокотехнологичных материалов. Решение этой задачи и структурная модернизация отраслей химического комплекса связаны с деятельным участием государства в реализации приоритетов, провозглашенных им в Концепции социально-экономического развития России до 2020 года.

В настоящее время основными факторами, сдерживающими развитие отрасли, являются: недостаточная инвестиционная активность; ограничение доступа российской химической продукции на рынки отдельных зарубежных стран; высокая доля импортозависимости от поставок химической продукции; несоответствие имеющейся транспортной инфраструктуры экспортному потенциалу отрасли; рост цен (тарифов) на продукцию (услуги) субъектов естественных монополий, который будет сдерживать темпы роста производства азотных удобрений, аммиака, пластмасс и повлечет рост цен на них; недостаточные темпы внедрения инновационных технологий с использованием химической продукции в смежных областях (строительство, ЖКХ, автомобилестроение и др.).

Главная цель Стратегии развития химической и нефтехимической промышленности России до 2015 года, утвержденной приказом Минпромэнерго России от 14 марта 2008 г. № 119, и проекта "План развития газо- и нефтехимии России на период до 2030 года" (Плане-2030), разрабатываемого Минэнерго России, – повышение конкурентоспособности и объемов выпуска разнообразной химической продукции российскими предприятиями, прежде всего – на основе создания и внедрения ресурсосберегающих технологий.

Развитие мощностей отечественной нефтегазохимии в Плане-2030 предполагается осуществлять в рамках шести кластеров: Волжского, Западно-Сибирского, Каспийского,

Восточно-Сибирского, Дальневосточного и Северо-Западного. Они создаются вблизи источников сырья и рынков сбыта. Функционирование кластеров предполагает активное взаимодействие предприятий всей нефтехимической производственной цепочки, включая производителей конечной продукции, органов местного управления, научных институтов, вузов.

В 2015 г. доля химической промышленности в ВВП должна увеличиться с 1,7 до 3%. При этом объемы производства должны вырасти в три-четыре раза, а доля продуктов высокого передела возрасти с 30 до 70% при соответствующем сокращении доли сырья. Всего в нефтехимическую и химическую отрасли в рамках стратегии планируется вложить около 4 трлн руб., включая расходы на НИОКР. Однако в стратегии больше внимания следует уделять и мерам, направленным на экологизацию химического производства, внедрение инновационных технологий и ресурсосбережению.

В стратегии определены основные направления структурной перестройки отрасли на основе государственной поддержки: стимулирование инновационной и инвестиционной активности; осуществление таможенно-тарифной политики с целью защиты отечественного товаропроизводителя на внутреннем и внешнем рынках; проведение инвестиционных преобразований для более эффективного управления химическим комплексом РФ; совершенствование российского законодательства с целью создания благоприятных условий для развития химического сектора экономики.



Понравилась статья? Поделитесь с друзьями!