Каучук и резина

Примеси и наполнители  могут составлять значительную часть  общего веса, а нередко вообще превышают  вес самого каучука. Как многообразны и сложны могут быть примеси, добавляемые  в каучук-сырец, видно на примере  резины для автомобильных шин 

Смешение каучука с  ингредиентами проводится в специальных  аппаратах – резиносмесителях, в  которых каучук перетирается вместе с ингредиентами. Вулканизирующий  агент вводится в резиновую смесь  в последний момент приготовления  резиновой смеси во избежание  преждевременной вулканизации

Готовую резиновую смесь, состоящую из каучука, вулканизирующего агента, ускорителя вулканизации, активатора, наполнителей, стабилизатора и т.п., направляют на завершающий процесс  резинового производства – вулканизацию. Вулканизацию проводят или после  формования из резиновой смеси соответствующих  изделий (труб, рукавов, листов и других), или одновременно с процессом  формования изделий. Вулканизация протекает  при нагревании

Глава 3. ТЕХНИКО_ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ   И  НАУЧНО - ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС.

При этом следует затронуть вопросы, касающиеся совершенствования технологии переработки  каучука в изделия, рационального  использования вторичных энергетических ресурсов, утилизации отработанных резиновых  изделий, осветить пути решения экологических  проблем.

Следует отметить, что по производству синтетических  каучуков наша страна занимает второе место в мире, а по выпуску стереорегулярных каучуков — первое.

Налажено  также производство каучуков специального назначения, изделия из которых выдерживают  температурный режим в интервале  от 110 до 300 °С, давление до 900 атм, устойчивы  к действию агрессивных сред.

Экономика самой отрасли производства синтетических  каучуков в значительной степени  зависит от решения проблемы рационального  использования углеводородного  сырья, снижения его расхода, уменьшения энергоемкости процесса. Уменьшению энергоемкости, рациональному использованию сырья способствуют переход на установки большой единичной мощности, повышение селективности процессов синтеза мономеров. В настоящее время 83 % изопренового каучука производится на установках большой единичной мощности.

С достигнутыми успехами науки и промышленности по интенсификации производства мономеров  можно ознакомить учащихся на таких  примерах. В отрасли успешно внедряется метод окислительного дегидрирования бутана и изопентана на гетерогенных катализаторах из оксидов переходных металлов — В1₂0з, МогОз, NiO, FejOj и др.

Суммарное уравнение процесса дегидрирования изопентана можно записать в таком  виде:

Введение  в реактор кислорода способствует смещению равновесия обратимой реакции  дегидрирования в сторону образования  изопрена.

Окислительное дегидрирование в отличие от традиционного  способа — одностадийный процесс. Выход мономера при каталитическом окислительном дегидрировании составляет 90 %, в то время как при двухстадийном дегидрировании не превышал 35 % на исходное сырье.

Сопоставление данных о выходе целевого продукта убеждает учащихся, в том, что процесс  одностадийного окислительного дегидрирования позволяет снизить себестоимость  готовой продукции. Согласно имеющимся  данным, при одностадийном окислительном  дегидрировании н-бутана себестоимость  бутадиена более чем на 30 % ниже по сравнению с технологией двухстадийного дегидрирования.

Снижение  себестоимости мономера приводит к  уменьшению себестоимости синтетического каучука, так как 70 % ее составляют расходы  на получение бутадиена либо изопрена.

Для систематизации и сопоставления данных по сырьевой базе предлагаем схему расхода сырья, на производство 1 т бутадиена разными  способами  .

интенсификации  производства синтетических каучуков способствует также внедрение новых технологий получения мономеров. Основные направлении интенсификации производства синтетического каучука можно представить в таком виде (схема 2).

Побочные продукты, образующиеся при полимеризации,—линейные и  циклические олигомеры — обезвреживают  путем каталитического окисления.

В экономике производства синтетического каучука определенную роль играет использование вторичных  энергетических ресурсов.

Вопросы рационального использования  вторичных энергетических ресурсов решаются в ряде отраслевых научно-исследовательских  институтов. Так, в проектах гипрокаучука широко используются холодильные установки  для охлаждения оборотной воды до 7 °С. В качестве теплоносителя в  этих установках используют воду (£=90—95 °С), поступающую из цеха дегидрирования. Экономия от внедрения одной установки  составляет ежегодно 80 тыс. рублей.

Рациональное использование  отработанных резиновых изделий  можно осветить ha факультативных занятиях по химии. Это переработка утилизированных шин в крошку дли изготовления химически стойкой тары, герметизирующих гидроизоляционных материалов, пиролиз резиновых изделий, продуктами которого являются газообразные й жидкие углеводороды, сажа.

Расчеты показывают, что  переработка отработанных шин может  обеспечить экономию 176 тыс. тонн СК с  экономическим эффектом 175 млн. рублей в год, а переработка резиновых  изделий и резино-текстильных отходов в порошок, используемый в рецептуре смесей,— 7,5 млн. рублей.

При оценке экономической  эффективности применения синтетических  каучуков можно использовать следующие  данные: наша страна занимает ведущее  место в мире по производству стереорегулярных синтетических каучуков (аналогов натурального). Отечественные предприятия производят изопренового каучука больше, чем  все капиталистические страны, вместе взятые. Следует ответить, что еще  в недалеком прошлом применение натурального каучука составляло в  нашей стране 44 %. В настоящее время —9%. что, значительно экономит валюту. Каучуки применяют не только в шинное, резино-технической, кабельной отраслях промышленности, но и при изготовлении противокоррозионных лаков, замазки, газоселективных мембран; бутадидновый каучук применяют для повышения качества пластических смазок, защищающих промышленное оборудование и конструкции от атмосферной коррозии и действия агрессивных сред.

Использование низкомолекулярных каучуков для  производства лаков, красок высвобождает ежегодно около 50 тыс. тонн растительных масел. Важное значение имеют силоксановые (кремнийорганические) каучуки. Наряду с использованием в различных  отраслях техники силоксановые каучуки  нашли применение в пищевой промышленности, сельском хозяйстве. На их основе производят селективно-полупроницаемые мембраны (СППМ), с помощью которых удается увеличить сроки хранения овощей и фруктов в 1,3—3 раза.

СППМ  — это прочная ткань из хлопкового либо синтетического волокна, покрытая с двух сторон полидиметилсилоксановым  каучуком:

Мембраной затягивают окно в контейнере для  хранения плодоовощной продукции. В  результате избирательной проницаемости  пленки через мембрану в контейнер  не проникает кислород воздуха, в  контейнере создается газовая среда  с повышенным содержанием азота (до 95 %), углекислого газа (до 3 %) и пониженным содержанием кислорода (1—2 %). Это приводит к торможению жизнедеятельности плодов, процессов аэробного дыхания и окисления ненасыщенных соединений, которые содержатся в растительной продукции, к снижению активности микрофлоры и благодаря этому к уменьшению потерь продукции. Газоселективные мембраны используют и в полевых условиях с целью сохранения сельскохозяйственной продукции в траншеях, буртах.

Например, траншеи для длительного хранения свеклы оборудуют специальными газоотводными  трубами с вмонтированными в  них селективными мембранами. На протяжении шести месяцев качество продукции  при хранении остается практически  без изменения. Хорошие результаты по сохранности продукции в модифицированной с помощью селективных мембран  газовой среде получены для картофеля, моркови, яблок, груш. При хранении в  этих условиях семенного картофеля  потери составили 4,4 против 16,6 % в контрольной партии, что эквивалентно 20 %-ной прибавке урожая.

В заключение следует отметить, что в будущем  центральное место в развитии производства каучуков, как и ранее, будет занимать производство каучуков, полноценно заменяющих натуральный. Дальнейший прогресс в производстве таких каучуков связан с их химической модификацией. Намечены также рост производства и  расширение ассортимента синтетических  каучуков специального назначения.

Сегодня 80% мирового синтетического каучука производится из бутадиена  и изопрена. Оставшиеся 20% делают из стирола, хлоропрена, этилена и других полимеров. Доля же натурального каучука  составляет стабильные 20%. Без натурального каучука не обходится производство автомобильных шин, особенно для  большегрузных и спортивных машин: природный каучук прочнее искусственного.

Развитие современной  техники невозможно без эластичных изделий, способных работать в экстремальных  условиях: на морозе, при высоких  температурах, при контакте с топливом, смазками. Как правило, за время эксплуатации резиновое изделие сталкивается с наличием всех этих экстремальных  факторов, зачастую одновременно.

Современная техника требует  эластичных материалов, работоспособных  при температурах 300 оС и выше, обладающих стойкостью к действию различных  агрессивных сред и, что очень  важно, отличающихся малым значением  остаточной деформацией сжатия (ОДС) при высоких температурах. Такими материалами являются фтор и перфторкаучуки.

Несмотря на высокую стоимость, резины из фторкаучуков не имеют альтернативы применения в авиационной, космической  технике, в атомной и химической промышленности. Поэтому в последние  годы наблюдается устойчивый спрос  на них во всех промышленно развитых странах. Диапазон использования фторкаучуков сместился в те области, где ранее  их высокая стоимость была препятствием – в автомобильную промышленность, нефтедобычу, машиностроение, микроэлектронику.

При этом следует затронуть вопросы, касающиеся совершенствования технологии переработки  каучука в изделия, рационального  использования вторичных энергетических ресурсов, утилизации отработанных резиновых  изделий, осветить пути решения экологических  проблем.

Следует отметить, что по производству синтетических  каучуков наша страна занимает второе место в мире, а по выпуску стереорегулярных каучуков — первое.

Налажено  также производство каучуков специального назначения, изделия из которых выдерживают  температурный режим в интервале  от 110 до 300 °С, давление до 900 атм, устойчивы  к действию агрессивных сред.

Экономика самой отрасли производства синтетических  каучуков в значительной степени  зависит от решения проблемы рационального  использования углеводородного  сырья, снижения его расхода, уменьшения энергоемкости процесса. Уменьшению энергоемкости, рациональному использованию сырья способствуют переход на установки большой единичной мощности, повышение селективности процессов синтеза мономеров. В настоящее время 83 % изопренового каучука производится на установках большой единичной мощности.

С достигнутыми успехами науки и промышленности по интенсификации производства мономеров  можно ознакомить учащихся на таких  примерах. В отрасли успешно внедряется метод окислительного дегидрирования бутана и изопентана на гетерогенных катализаторах из оксидов переходных металлов — В1₂0з, МогОз, NiO, FejOj и др.

Суммарное уравнение процесса дегидрирования изопентана можно записать в таком  виде:

Введение  в реактор кислорода способствует смещению равновесия обратимой реакции  дегидрирования в сторону образования  изопрена.

Окислительное дегидрирование в отличие от традиционного  способа — одностадийный процесс. Выход мономера при каталитическом окислительном дегидрировании составляет 90 %, в то время как при двухстадийном  дегидрировании не превышал 35 % на исходное сырье.

Сопоставление данных о выходе целевого продукта убеждает учащихся, в том, что процесс  одностадийного окислительного дегидрирования позволяет снизить себестоимость  готовой продукции. Согласно имеющимся  данным, при одностадийном окислительном  дегидрировании н-бутана себестоимость  бутадиена более чем на 30 % ниже по сравнению с технологией двухстадийного дегидрирования.

Снижение  себестоимости мономера приводит к  уменьшению себестоимости синтетического каучука, так как 70 % ее составляют расходы  на получение бутадиена либо изопрена.

Побочные продукты, образующиеся при полимеризации,—линейные и  циклические олигомеры — обезвреживают  путем каталитического окисления.

В экономике производства синтетического каучука определенную роль играет использование вторичных  энергетических ресурсов.

Вопросы рационального использования  вторичных энергетических ресурсов решаются в ряде отраслевых научно-исследовательских  институтов. Так, в проектах гипрокаучука широко используются холодильные установки  для охлаждения оборотной воды до 7 °С. В качестве теплоносителя в  этих установках используют воду (£=90—95 °С), поступающую из цеха дегидрирования. Экономия от внедрения одной установки  составляет ежегодно 80 тыс. рублей.

Рациональное использование  отработанных резиновых изделий  можно осветить ha факультативных занятиях по химии. Это переработка утилизированных шин в крошку дли изготовления химически стойкой тары, герметизирующих гидроизоляционных материалов, пиролиз резиновых изделий, продуктами которого являются газообразные й жидкие углеводороды, сажа.

Расчеты показывают, что  переработка отработанных шин может  обеспечить экономию 176 тыс. тонн СК с  экономическим эффектом 175 млн. рублей в год, а переработка резиновых  изделий и резино-текстильных отходов в порошок, используемый в рецептуре смесей,— 7,5 млн. рублей.