Синтетические каучуки

Министерство  образования и науки Респулики  Казахстан

Атырауский  государственный университет им. Х. Досмухамедова

Факультет естествознания

Кафедра химии

 

                                                                « Допущено к защите » __________

Зав. кафедрой, доцент:  Ажгалиев М.Н.

«        » ___________ 2012 г.

 

 

Курсовая работа

 

Тема: « Синтетические каучуки »

 

 

Выполнила: студентка группы 46- Химия    Исмагулова Г.Б.

Проверил: профессор Дандыбаев Ж.Б.

 

 

 

 

 

Атырау, 2012

Содержание

1. Введение..............................................................................................................3

2. История получения синтетических  каучуков…………………………….... 5

3. Классификация синтетических каучуков........................................................6 

4. Способ получения синтетического каучука по методу Лебедова.................7

5. Синтез сырьё для получения бутадиена из этилового спирта…………….. 8

6. Виды синтетического каучука………………………………………………..9

7. Свойства и применение синтетических каучуков………………………… 11

8. Технология  и производство синтетического  каучука…………………….. 13

   8.1. Виды полимеризации…………………………………………………….14

      8.1.1. Газофазная и жидкофазная полимеризация……………………… .. 14

     8.1.2. Эмульсионная полимеризация……………………………………….15

     8.1.3. Растворная полимеризация…………………………………………...15

   8.2. Технологии  получения бутадиен-стирольного  каучука……………...15

     8.2.1. Получение бутадиен-стирольного каучука по технологии высокотемпературной эмульсионной полимеризации……………………….16

     8.2.2. Получение бутадиен-стирольного каучука по технологии растворной полимеризации…………………………………………………………………. 16

   8.3. Технология получения полибутадиенового каучука…………………...17

   8.4. Технология получения бутилкаучука…………………………………...18

   8.5. Технология получения этилен пропиленовых каучуков………………18

   8.6. Технология получения цис-1,4-полиизопренового каучука………….19

9. Выводы………………………………………………………………………..21

10. Использованные литературы……………………………………………...22

 

 

1. Введение

     Каучуки — натуральные или синтетические материалы, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём специальной обработки получают резину. Природный каучук получают из жидкости молочно-белого цвета, называемой латексом, — млечного сока каучуконосных растений.

     В технике  из каучуков изготовляют шины  для автотранспорта, самолётов, велосипедов;  каучуки применяют для электроизоляции,  а также производства промышленных  товаров и медицинских приборов.

      В результате быстрого развития промышленных отраслей в начале 20 века, появилась огромная потребность в каучуке. Но натурального каучука было слишком мало для удовлетворения этих потребностей. Поэтому остро встал вопрос о синтетическом получении каучука. В конце 20-х годов нашего столетия ленинградские химики во главе с С. В. Лебедевым разработали способ получения каучука из этилового спирта с последующей полимеризацией его на металлическом натрии. На основе этого метода в нашей стране было основано первое в мире промышленное производство синтетического каучука.

     Синтетические  каучуки - синтетические полимеры, способные перерабатываться в  резину путем вулканизации, составляют  основную массу эластомеров. 

     Синтетический  каучук - высокополимерный, каучукоподобный  материал. Его получают полимеризацией или сополимеризацией бутадиена, стирола, изопрена, хлорпрена, изобутилена, нитрила акриловой кислоты. Подобно натуральным каучукам, синтетические имеют длинные макромолекулярные цепи, иногда разветвленные, со средним молекулярным весом, равным сотням тысяч и даже миллионам. Полимерные цепи в синтетическом каучуке в большинстве случаев имеют двойные связи, благодаря которым при вулканизации образуется пространственная сетка, получаемая при этом резина, приобретает характерные физико-механические свойства.

     Промышленный спрос на каучук значительно превосходит возможности его природных источников, поэтому химикам пришлось решать проблему синтеза каучука, не уступающего по свойствам натуральному продукту.

     Первый промышленный синтетический каучук был получен в России в 1931 г. Профессор С.В.Лебедев открыл экономичный способ производства бутадиена из этилового спирта и осуществил полимеризацию бутадиена по радикальному механизму в присутствии металлического натрия:

      Бутадиеновый каучук обладает хорошей водо- и газонепроницаемостью, однако менее эластичен, чем натуральный каучук, поскольку имеет нерегулярное строение. В его цепи цис- и транс-звенья распределены хаотично. Кроме того, полимеризация протекает не только как 1,4-, но и как 1,2-присоединение, при этом образуется полимер с разветвленной структурой типа

 

 

     В 1950-х гг. была разработана технология производства синтетического бутадиенового каучука с линейной стереорегулярной структурой (такой каучук называют дивиниловым). Для этого используют металлоорганические катализаторы — алкилпроизводные алюминия с добавками солей титана, циркония и других веществ. Аналогичным образом получают синтетический изопреновый каучук со стереорегулярной структурой.

    Некоторые синтетические каучуки получают, используя процесс сополимеризации. Например, бутадиен-стирольный каучук синтезируют по реакции:

     Преимущество метода сополимеризации состоит в том, что, варьируя соотношение между компонентами, можно управлять свойствами каучука.

     В настоящее время производство синтетических каучуков в несколько раз превосходит производство натурального каучука. Из синтетических каучуков изготовляют более 50 тыс. различных изделий. Основные области их применения: шины, обувь, электроизоляция.

2. История получения синтетических  каучуков

    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 производствасинтетического 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:

2CH₃CH₂OH =2H₂O + CH₂=CH–CH=CH₂ + H₂

     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.

 

3. Классификация синтетических каучуков

     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.

 

4. Способ получения синтетического каучука по методу Лебедова

     Одно  дерево бразильской гевей в среднем, до недавнего времени, было способно давать лишь 2-3 кг каучука в год; годовая производительность одного гектара гевеи до Второй Мировой войны составляла 300-400 кг технического каучука. Такие объёмы натурального каучука не удовлетворяли растущие потребности промышленности. Поэтому возникла необходимость получить синтетический каучук. Замена натурального каучука синтетическим даёт огромную экономию труда.

    Современная всё  развивающаяся и усложняющаяся  техника требует каучуки хорошие  и разные; каучуки, которые не  растворялись бы в маслах и  бензине, выдерживали высокую  и низкую температуру, были  бы стойки к действию окислителей и различных агрессивных сред.

     В 1910 году  С.В.Лебедеву впервые удалось  получить синтетический каучук  и бутадиен. Сырьём для получения синтетического каучука служил этиловый спирт, из которого получали 1,3-бутадиен (он оказался более доступным продуктом, чем изопрен). Затем через реакцию полимеризации в присутствии металлического натрия получали синтетический бутадиеновый каучук.

     В 1926 году  ВСНХ СССР объявил конкурс  по разработке промышленного  способа синтеза каучука из  отечественного сырья. К 1 января 1928 года в жюри нужно было представить описание способа, схему промышленного получения продукта и 2 кг каучука. Победителем конкурса стала группа исследователей, которую возглавлял профессор Медико-хирургической академии в Ленинграде С.В.Лебедев.

     В  1932 году именно на базе 1,3-бутадиена  возникла крупная промышленность  синтетического каучука. Были  построены два завода по производству  синтетического каучука. Способ С.В.Лебедева оказался более разработанным и экономичным.

    В  1908-1909 годах С.В.Лебедев впервые  синтезировал каучукоподобное вещество  при термической полимеризации  дивинила и изучил его свойства. В 1914 году учёный приступил  к изучению полимеризации около  двух десятков углеводородов  с системой двойных или тройных связей.

     В  1925 году С.В.Лебедев выдвинул практическую  задачу создания промышленного  способа синтеза каучука. В  1927 голу эта задача была решена. Под руководством Лебедева были получены в лаборатории первые килограммы синтетического каучука. С.В.Лебедев изучил свойство этого каучука и разработал рецепты получения из него важных для промышленности резиновых изделий, в первую очередь  автомобильных шин. В 1930 году по методу Лебедева была получена первая партия нового каучука на опытном заводе в Ленинграде, а спустя два года в Ярославе пущен в строй первый в мире завод по производству синтетического каучука.