|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
LỊCH SỬ CÔNG NGHỆ, CÔNG NGHỆ, ĐỐI TƯỢNG QUA CHÚNG TÔI
Cao su tổng hợp. Lịch sử phát minh và sản xuất
Cẩm nang / Lịch sử của công nghệ, kỹ thuật, các đối tượng xung quanh chúng ta Cao su là chất đàn hồi tự nhiên hoặc tổng hợp được đặc trưng bởi tính đàn hồi, khả năng chống nước và tính chất cách điện, từ đó thu được cao su và ebonit bằng quá trình lưu hóa.
Châu Âu lần đầu tiên biết đến cao su vào thế kỷ XNUMX. Christopher Columbus đã mang nó từ Châu Mỹ cùng với nhiều sự tò mò khác. Trong quá trình thả neo của những con tàu ngoài khơi đảo Haiti, Columbus và những người bạn đồng hành của ông đã quan sát thấy những người bản địa chơi với một quả bóng làm bằng một loại vật liệu đàn hồi nào đó, hoàn toàn không được biết đến ở châu Âu. Các quả bóng dễ dàng nảy ra khi chúng chạm đất, nén lại và một lần nữa khôi phục lại hình dạng ban đầu của chúng. Trở về Tây Ban Nha, Columbus mang theo những mẫu vật liệu tuyệt vời này, sau này được biết đến ở Thế giới cũ với cái tên "cao su". Dịch từ tiếng Ấn Độ "cao su" có nghĩa là "nước mắt của một cái cây." Như được biết đến sau này, nó là một loại nước ép được thu thập từ các vết rạch trên vỏ của một loại cây nhiệt đới - cây hevea Brazil. Nó được lấy từ một cái cây khi hevea được bảy tuổi: ở độ cao nửa mét, một vết rạch trên vỏ cây, và khi nước ép trắng như sữa bắt đầu chảy ra từ dưới nó, họ thu thập nó trong những chiếc cốc treo, và sau đó đổ nó vào một bình lớn. Trong không khí, nước ép đông lại tương đối nhanh và chuyển thành sản phẩm dạng nhựa sẫm màu - cao su.
Người châu Âu đã không đánh giá cao ngay giá trị của vật liệu này. Trong hai thế kỷ, họ coi cao su như một thứ tò mò dã man. Trong khi đó, những du khách đến Nam Mỹ tiếp tục chuyển ngày càng nhiều mặt hàng mới làm từ cao su đến châu Âu. Trong số đó có chai lọ, ủng chống thấm nước và quần áo đi mưa. Tất cả điều này rất kỳ lạ, nhưng không có ý nghĩa thực tế. Chỉ sau một thời gian dài, người châu Âu mới tìm thấy công dụng đầu tiên của cao su - họ bắt đầu sử dụng nó dưới dạng dây cao su, gợi nhớ đến tẩy trường học hiện đại. Vào cuối thế kỷ 1839, nhà hóa học người Anh Mackintosh đã nhận được bằng sáng chế về sản xuất áo mưa chống thấm nước từ cao su. Chúng được gọi là Macintosh. Tuy nhiên, áo mưa không đủ tốt cho khí hậu châu Âu; ở nhiệt độ thấp, chúng trở nên cứng như thiếc, và ở nhiệt độ nóng thì dính. Sau nhiều thử nghiệm, họ đã tìm ra cách để tránh những đặc điểm khó chịu này của cao su bằng cách lưu hóa nó. (Khám phá quan trọng này được thực hiện vào năm XNUMX bởi nhà hóa học người Mỹ Goodyear.) Người ta phát hiện ra rằng khi cao su được đun nóng với lưu huỳnh, nó sẽ thay đổi tính chất khá nhiều - nó trở nên mềm dẻo, đàn hồi hơn và không quá nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ. Cao su lưu hóa mới này được gọi là cao su. Nó nhanh chóng trở nên phổ biến vì nó được chứng minh là vô cùng tiện lợi về nhiều mặt. Nhu cầu về nó đã tăng lên hàng năm. Không có sản phẩm nào khác tương tự như cao su về bản chất - nó không thấm nước, có đặc tính cách điện, mềm dẻo và có khả năng thay đổi hình dạng rất lớn. Dưới tác dụng của ngoại lực, nó có thể giãn ra vài lần rồi lại co lại. Không có chất nào khác có tính đàn hồi như vậy. Đồng thời, nó là mạnh mẽ, bền, chống mài mòn và dễ dàng gia công. Vì vậy, cao su đã và vẫn là một vật liệu lý tưởng để sản xuất lốp xe ô tô, các loại dây đai truyền động, băng vận chuyển, ống bọc, giảm xóc, miếng đệm, vật liệu cách nhiệt linh hoạt và nhiều hơn nữa. Không có cao su, cuộc sống của một xã hội công nghiệp hiện đại đơn giản là không thể. Từ giữa thế kỷ XNUMX, bắt đầu sản xuất hàng loạt các sản phẩm cao su. Điều này đã tạo ra một cơn sốt cao su thực sự. Những khu vực cây cao su mọc lên trở thành đối tượng của các cuộc chiến tranh và đầu cơ. Cây hevea hoang dã sớm ngừng đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp. Ngoài ra, việc khai thác cao su trong rừng rất khó khăn và tốn kém. Các thí nghiệm thành công đã được thực hiện để tạo ra các đồn điền cao su. Hevea chuyển đến vùng nhiệt đới của Java, Sumatra, Quần đảo Mã Lai. Sản lượng cao su tăng gấp vài lần, nhưng nhu cầu về nó vẫn tiếp tục tăng. Trong một trăm năm, giới khoa học đã tìm kiếm câu trả lời cho bí ẩn của cao su để tìm hiểu cách tạo ra nó một cách nhân tạo bằng các phương pháp hóa học. Dần dần người ta thấy rằng cao su thiên nhiên từ nước ép cây xô thơm là hỗn hợp của một số chất, nhưng 9/10 khối lượng của nó thuộc về hiđrocacbon polyisopren có công thức (C5H8) n, trong đó n rất lớn - hơn một nghìn. Các chất có cấu trúc tương tự thuộc nhóm sản phẩm cao phân tử - polyme, được tạo thành do sự kết hợp của một số, đôi khi rất nhiều phân tử giống hệt nhau của các chất monome đơn giản hơn (trong trường hợp này là phân tử isopren C5H8). Trong điều kiện thuận lợi, các phân tử monome riêng lẻ được kết nối với nhau thành các chuỗi mạch nhánh hoặc mạch thẳng dài và linh hoạt. Phản ứng tạo thành polyme này được gọi là phản ứng trùng hợp. Nó chỉ xảy ra với các chất hữu cơ có nhiều liên kết (đôi hoặc ba). Kết quả của sự tách rời các liên kết này, sự liên kết của các phân tử riêng lẻ với nhau xảy ra (do các chất hóa trị được giải phóng). Ngoài polyisoprene, cao su tự nhiên còn chứa các protein và khoáng chất giống như nhựa thông. Polyisoprene tinh khiết, được tinh chế từ nhựa và protein, rất không ổn định và nhanh chóng mất đi các đặc tính kỹ thuật có giá trị trong không khí: độ đàn hồi và độ bền. Như vậy, để sản xuất cao su nhân tạo, cần phải học ít nhất ba điều: 1) thu được isopren từ các chất khác; 2) thực hiện phản ứng trùng hợp isopren; 3) xử lý cao su thu được bằng các chất thích hợp để bảo vệ nó khỏi bị phân hủy. Tất cả những nhiệm vụ này được chứng minh là cực kỳ khó khăn. Năm 1860, nhà khoa học người Anh Williams, bằng cách chưng cất khô cao su, cô lập isoprene từ nó, hóa ra chất lỏng nhẹ, di động, không màu, có mùi đặc biệt. Năm 1879, nhà hóa học người Pháp Gustave Bouchard, đun nóng isoprene và cho nó tác dụng với axit clohiđric, đã thực hiện phản ứng ngược lại - ông thu được một sản phẩm giống như cao su. Năm 1884, nhà hóa học người Anh Tilden thu được isoprene bằng cách phân hủy nhựa thông ở nhiệt độ cao. Mặc dù mỗi nhà khoa học này đều đóng góp vào việc nghiên cứu các đặc tính của cao su, nhưng bí mật về sự tổng hợp của nó vẫn chưa được giải đáp trong thế kỷ XNUMX - tất cả các phương pháp mở hóa ra đều không phù hợp để sử dụng trong công nghiệp do chi phí nguyên liệu thô cao hoặc vì sản lượng isoprene thấp hoặc do các quy trình kỹ thuật phức tạp đảm bảo phản ứng. Nhưng liệu isoprene có thực sự cần thiết cho sản xuất cao su? Có lẽ một đại phân tử với các tính chất tương tự có thể được hình thành từ các hydrocacbon khác? Năm 1901, nhà hóa học người Nga Kondakov phát hiện ra rằng đimetylbutadien cũng biến thành một chất cao su nếu để trong bóng tối hoặc trong ánh sáng khuếch tán trong khoảng một năm. (Trong Chiến tranh thế giới thứ nhất ở Đức, do nguồn cao su tự nhiên bị cắt đứt, việc sản xuất cao su tổng hợp từ dimethyl butadien đã được khởi động. Tuy nhiên, các sản phẩm từ nó có chất lượng rất kém, nhưng giá của chúng lại bị cấm do khó khăn về kỹ thuật. Sau chiến tranh, loại cao su metyl này không bao giờ được sản xuất nữa.) Sau đó, người ta phát hiện ra rằng tất cả các hydrocacbon có khung phân tử đều có thể được tổng hợp thành các chất giống như cao su
Thành viên đầu tiên của loạt bài này là butadien (hoặc divinyl)
Trở lại năm 1914, Matthews và Strange người Anh đã thu được một loại cao su rất tốt từ divinyl với sự có mặt của natri kim loại. Nhưng công việc của họ không đi xa hơn các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm do thực tế là, thứ nhất, người ta chưa tìm ra phương pháp sản xuất divinyl, và thứ hai, không thể tạo ra một hệ thống lắp đặt có thể tổng hợp cao su trong nhà máy. Cả hai vấn đề này đã được giải quyết mười lăm năm sau bởi nhà hóa học người Nga Sergei Lebedev. Trước Chiến tranh thế giới thứ nhất, các nhà máy của Nga đã sản xuất tới 12 nghìn tấn cao su từ cao su nhập khẩu. Sau cách mạng, khi bắt đầu công nghiệp hóa công nghiệp, nhu cầu của Liên Xô về cao su đã tăng lên gấp nhiều lần. Một con tàu cần 68 tấn cao su, mỗi thùng - 800 kg, máy bay - 600 kg, ô tô - 160 kg. Hàng năm ngày càng có nhiều cao su phải được mua từ nước ngoài. Trong khi đó, vào năm 1923-1924, giá cao su tự nhiên đạt 2400 rúp vàng / tấn. Việc phải trả số tiền lớn như vậy, và ở một mức độ lớn hơn nữa, sự phụ thuộc vào nhà nước Xô Viết non trẻ theo cách này từ các nhà cung cấp, đã đặt ra những vấn đề nghiêm trọng đối với giới lãnh đạo đất nước. Chỉ có một cách để giải quyết chúng - bằng cách phát triển một phương pháp công nghiệp để sản xuất cao su tổng hợp. Vào cuối năm 1925, Hội đồng Kinh tế Tối cao đã công bố một cuộc thi quốc tế về cách tốt nhất để sản xuất cao su tổng hợp. Các điều khoản cạnh tranh khá khắt khe: cao su phải được sản xuất tại Liên Xô từ các sản phẩm khai thác tại Liên Xô, giá cao su nhân tạo không được vượt quá giá trung bình của thế giới trong 1 năm qua. Đến ngày 1928 tháng 2 năm XNUMX, người ta yêu cầu chuyển XNUMX kg mẫu thành phẩm đến Moscow. Lebedev vào thời điểm đó đứng đầu Khoa Hóa học Đại cương tại Đại học Leningrad. Ngay cả trước cuộc cách mạng, ông đã nghiên cứu vấn đề cao su tổng hợp trong vài năm và nhận thức rõ những khó khăn mà tất cả những người tham gia cuộc thi phải đối mặt. Tuy nhiên, anh ấy đã quyết định tham gia vào nó. Một số học sinh và sinh viên đã đồng ý giúp đỡ ông trong công việc của mình. Thời gian rất khó khăn. Tất cả các trợ lý và bản thân Lebedev đều làm việc hoàn toàn miễn phí trong giờ tan sở, vào buổi tối và cuối tuần. Để đáp ứng thời hạn, họ đã làm việc với nỗ lực lớn nhất. Các thí nghiệm công nghệ phức tạp phải được thực hiện trong những điều kiện bất lợi nhất. Theo nghĩa đen, mọi thứ đều bị thiếu. Như những người tham gia của doanh nghiệp tuyệt vời này sau này nhớ lại, họ đã làm mọi thứ họ cần bằng chính đôi tay của mình. Lebedev không chỉ phải làm việc như một nhà hóa học, mà còn là một thợ thổi thủy tinh, thợ cơ khí và thợ điện. Để làm mát trong quá trình hóa học, cần phải có băng - tất cả đều được thu hoạch cùng nhau trên Neva. Tuy nhiên, mọi thứ đang tiến triển tốt. Trong những năm nghiên cứu trước đó, Lebedev đã tin rằng việc thu được cao su tổng hợp tái tạo hoàn toàn các đặc tính của cao su tự nhiên là một nhiệm vụ rất khó khăn và trong hoàn cảnh đó khó có thể đạt được. Ông ngay lập tức từ bỏ các thí nghiệm với isoprene và quyết định lấy divinyl làm nguyên liệu ban đầu. Sau nghiên cứu của Matthews và Strange trong quá trình sản xuất cao su divinyl (butadien), người ta còn thiếu một mắt xích nữa - đó là cần phải phát triển một phương pháp sản xuất divinyl từ những nguyên liệu thô sẵn có và rẻ tiền. Ban đầu, Lebedev muốn lấy dầu như vậy, nhưng sau đó anh tập trung hết sức vào rượu. Khi đó rượu là nguyên liệu thực sự nhất. Nếu vấn đề tổng hợp divinyl được giải quyết thành công, thì có thể ngay lập tức sản xuất cao su với bất kỳ số lượng cần thiết nào, và đây chính là điều mà đất nước cần. Bản chất của phản ứng, trong đó rượu etylic phân hủy thành divinyl, nước và hydro (nó thường được mô tả bằng phương trình: 2CH3CH2OH = C4H6 + 2H2O + H2), là rõ ràng đối với Lebedev. Nhưng khó khăn lớn là trong việc lựa chọn một chất xúc tác phù hợp. Sau khi hiểu sâu sắc bản chất của các quá trình đang diễn ra, Lebedev gợi ý rằng một trong những loại đất sét tự nhiên đang hoạt động có thể đóng vai trò như một chất xúc tác. Trong kỳ nghỉ ở Crimea và Caucasus vào mùa hè năm 1927, ông không ngừng thu thập và nghiên cứu các mẫu đất sét. Cuối cùng, anh đã tìm được đúng loại đất sét ở Koktebel. Phản ứng trước sự chứng kiến của cô ấy đã cho một kết quả xuất sắc. Vì vậy, vào giữa năm 1927, thành công đầu tiên đã đạt được - phản ứng đi đúng hướng, và divinyl thu được từ rượu. Quá trình tiếp theo - trùng hợp divinyl - Lebedev quyết định thực hiện theo phương pháp của Matthews và Strange. Để làm được điều này, natri trong một hệ thống lắp đặt đặc biệt được phân phối đều trên divinyl, sau đó phản ứng tiếp tục trong 3-5 ngày. Tuy nhiên, sản phẩm cuối cùng của nó vẫn chưa phải là cao su thương mại. Nó bão hòa với các chất khí, natri phân bố không đều trong đó, hỗn hợp này không ổn định và nhanh chóng bị oxy hóa trong không khí, mất tính đàn hồi. Do đó, cao su thu được được xử lý trong một máy trộn, nơi nó được nhào trộn cùng với natri có trong nó. Sau đó, nó được trộn với chất tăng cường, muội than, cao lanh, magie và các thành phần khác được cho là để bảo vệ cao su khỏi bị phân rã. Cao su đã chế biến sẵn được nhận với số lượng không đáng kể - chỉ vài gam mỗi ngày. Vì vậy, công việc tiếp tục theo đúng nghĩa đen cho đến phút cuối cùng. Cuối tháng 2, khi chỉ còn vài ngày nữa là hết hạn tổng hợp 1928 kg cao su, người ta phải gấp rút gửi đi Mátxcơva. Vào tháng XNUMX năm XNUMX, bồi thẩm đoàn, sau khi xem xét tất cả các mẫu được gửi đến (nhân tiện, có rất ít trong số đó), đã công nhận loại cao su được trồng trong phòng thí nghiệm của Lebedev là tốt nhất. Tuy nhiên, đây chỉ là khởi đầu. Các phương pháp trong phòng thí nghiệm thường không được chấp nhận trong môi trường nhà máy. Lebedev được hướng dẫn tiếp tục nghiên cứu và phát triển công nghệ công nghiệp cho phương pháp sản xuất cao su của mình. Công việc khó khăn lại bắt đầu. Đúng vậy, bây giờ Lebedev có nhiều tiền và cơ hội hơn. Biết rõ tầm quan trọng của công việc của mình, chính phủ đã cung cấp cho anh mọi thứ anh cần. Ngay sau đó, một phòng thí nghiệm đặc biệt về cao su tổng hợp được thành lập tại Đại học Leningrad. Trong vòng một năm, một nhà máy thí điểm đã được thiết kế và xây dựng trong phòng thí nghiệm này, nơi sản xuất 2-3 kg cao su mỗi ngày. Đến cuối năm 1929, toàn bộ công nghệ của quy trình nhà máy đã được phát triển. Vào tháng 1930 năm XNUMX, việc xây dựng một nhà máy thí điểm bắt đầu ở Leningrad trên đảo Gutuevsky. Vào mùa hè, phòng thí nghiệm của nhà máy được mở ra. Được trang bị theo hướng dẫn cá nhân của Lebedev, đây là một trong những phòng thí nghiệm hóa học tốt nhất thời bấy giờ và trở thành một trung tâm khoa học thực sự về cao su tổng hợp. Ngoài phòng thí nghiệm, Lebedev còn có những chuyên gia giỏi nhất mà họ có thể tìm thấy. Mọi thắc mắc, ông có thể liên hệ trực tiếp với Bí thư khu ủy Leningrad, Kirov. Khó khăn lớn là trong việc tạo ra các thiết bị cần thiết. Kỹ thuật hóa học chỉ mới ở giai đoạn sơ khai. Các đơn đặt hàng đã được phân phối đến tất cả các nhà máy ở Leningrad, nhưng việc thực hiện chúng diễn ra chậm chạp do họ thiếu kinh nghiệm cần thiết. Ngay cả bản thân Lebedev đôi khi cũng cảm thấy khó đưa ra những lời khuyên chính xác về mặt kỹ thuật. Tuy nhiên, việc xây dựng nhà máy thí điểm đã hoàn thành vào tháng 1931 năm 250. Trong tháng XNUMX, người ta thu được XNUMX kg cao su đầu tiên trên đó. Đó là loại cao su tổng hợp giá rẻ đầu tiên trên thế giới. Cùng năm đó, ba nhà máy cao su khổng lồ đã được xây dựng - ở Yaroslavl, Voronezh và Efremov. Tất cả chúng đều được tuyên bố là dự án xây dựng Komsomol gây chấn động và được xây dựng với tốc độ đáng kinh ngạc. Năm 1932, nhà máy Yaroslavl đã sản xuất loại cao su đầu tiên. Lúc đầu, việc tổng hợp divinyl trong nhà máy được thực hiện với rất nhiều khó khăn. Thay vì một hỗn hợp đơn giản của các sản phẩm phân hủy rượu bao gồm divinyl, nước và hydro, người ta thu được một "dầu giấm" phức hợp gồm 30 thành phần, và hiệu suất của divinyl trong khối lượng này không vượt quá 20-25%. Lebedev đã phải khẩn cấp đến Yaroslavl cùng với một nhóm nhân viên của mình để giúp thiết lập sản xuất. Sau đó, những khó khăn tương tự cũng nảy sinh ở Voronezh và Efremov. Vào mùa xuân năm 1934, trong một chuyến đi đến một nhà máy ở Efremov, Lebedev mắc bệnh sốt phát ban và qua đời ngay sau khi trở về Leningrad. Nhưng sự nghiệp mà ông đặt nền móng quan trọng ấy ngày càng lớn mạnh và phát triển. Sau ba nhà máy cao su tổng hợp đầu tiên, một số nhà máy mới đã được xây dựng. Năm 1934 sản xuất 11 nghìn tấn cao su tổng hợp, năm 1935 - 25 nghìn, năm 1936 - 40 nghìn. Năm 1937, tỷ trọng cao su tổng hợp trong tổng sản lượng cao su đã là 73%. Vấn đề khoa học kỹ thuật phức tạp nhất đã được giải quyết thành công. Tuy nhiên, phương pháp sản xuất cao su tổng hợp do Lebedev phát triển không phải là phương pháp duy nhất khả thi. Bản thân ông hiểu rất rõ điều này và trong những năm gần đây, ông đã suy nghĩ rất nhiều về việc làm thế nào để thay thế nguyên liệu thực phẩm (rượu được sản xuất từ thực phẩm, và 1 tấn khoai tây được sử dụng để sản xuất 12 tấn rượu) bằng những nguyên liệu khác rẻ hơn, cho ví dụ, dầu. Một nhược điểm khác của cao su divinyl là độ kết dính thấp. Trong quá trình sản xuất các sản phẩm cao su từ nó, phải phát sinh thêm chi phí. Sau đó, một số phương pháp khác để sản xuất cao su tổng hợp đã được phát triển, và vào năm 1965 ở Liên Xô, cao su tổng hợp lần đầu tiên được sản xuất trong điều kiện công nghiệp từ isoprene. Tác giả: Ryzhov K.V.
▪ Tàu khách siêu thanh Concorde
Da nhân tạo để mô phỏng cảm ứng
15.04.2024 Cát vệ sinh cho mèo Petgugu Global
15.04.2024 Sự hấp dẫn của những người đàn ông biết quan tâm
14.04.2024
▪ Lưu trữ hydro trong các khu dân cư ▪ Muỗi mất nước đốt thường xuyên hơn ▪ Một con chó có tác động tích cực đến sức khỏe của chủ nhân
▪ phần của trang web Hướng dẫn sử dụng. Lựa chọn bài viết ▪ bài viết của Thomas Hobbes. câu cách ngôn nổi tiếng ▪ bài viết Làm thế nào để chúng ta biết những gì ở trung tâm của Trái đất? đáp án chi tiết ▪ bài viết Thợ sửa ống nước. Hướng dẫn tiêu chuẩn về bảo hộ lao động ▪ bài báo Köln. Công thức nấu ăn đơn giản và lời khuyên ▪ bài viết Bộ nguồn cho đèn LED. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Chúng tôi giới thiệu các bài viết thú vị razdela 
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này