ИСКУССТВЕННЫЙ КАУЧУК

КАУЧУК ИЗ КАРТОФЕЛЯ

Ы говорили, что для получения искусственного каучука по промышленному способу Лебедева необходим эти­ловый (винный) спирт.

Этиловый спирт в технике получают главным образом путём брожения из картофеля или хлебных злаков. Вы­годнее использовать картофель.

Картофель распаривают в закрытых котлах водяным паром и превращают его в полужидкую кашицу. В боль­ших запарных чанах эту кашицу смешивают с пророс­шими зёрнами ячменя — солодом. Под действием солода картофельный крахмал превращается в сахаристые ве­щества; кашица становится сладкой и более жидкой. К ней прибавляют дрожжи и переводят её в бродильные чаны, где в течение приблизительно трёх суток происхо­дит винное брожение: сахаристые вещества под влиянием дрожжей превращаются в спирт. Из полученной бражки, содержащей около 8 процентов спирта, перегонкой выде­ляется 90-процентный спирт-сырец. Из 12 тонн картофеля можно таким образом получить 1 тонну спирта.

Спирт-сырец и идёт на производство синтетического каучука.

Трудно представить себе, как из легкоподвижной, бес­цветной жидкости — этилового спирта — можно получить твёрдый, прочный и эластичный каучук. Однако химия, в числе прочих «чудес», может совершать и это. Совре­менные химики научились в результате сложнейших пре­вращений создавать вещества, совершенно не похожие на исходное сырье.

Мы уже говорили о том, что ещё в 1909 году С. В. Ле­бедев, полимеризуя ненасыщенный углеводород дивинил, получил полимер дивинила, похожий на натуральный каучук. Но как получить дивинил?

В 1902 году русскому химику В. Н. Ипатьеву впервые удалось получить дивинил из спирта. Ипатьев пропускал пары спирта над порошком алюминия, нагретым до 600 градусов. Спирт разлагался, и одним из продуктов этого разложения был дивинил. Однако дивинила полу­чилось очень мало— 1,5 грамма из каждых 100 граммов спирта.

В 1915 году Остромысленский использовал для этой цели спирт в смеси с другими веществами и получил уже больше дивинила— 18 граммов из каждых 100 граммов спирта.

В 1926—1928 годах Лебедев открыл способ получать из спирта значительное количество дивинила. Он разра­ботал такой катализатор (катализаторами называются вещества, ускоряющие химические превращения, но не входящие в состав получаемых при этом продуктов), ко­торый намного увеличил выход дивинила из спирта. Стои­мость дивинила благодаря этому сильно снизилась. Это было очень важно, ибо возможность получать дешёвый исходный углеводород является основой широкого произ­водства искусственного каучука.

Спирт перерабатывается в каучук на больших хи­мических заводах. Познакомимся с работой этих за­водов.

Спирт-сырец прибывает на завод в стальных цистер­нах (рис. 6). Его сливают в баки, из которых насосами

Подают в трубчатые аппараты. В этих аппаратах спирт кипит, превращаясь в пары. Пары поступают в специаль­ные печи. Внутри огромных накалённых печей помешены высокие стальные сосуды — реторты; в них находится катализатор Лебедева. При температуре в несколько сот

По этой реакции из одной тонны спирта получается около 600 килограммов дивинила.

Количество образующегося дивинила зависит от тем­пературы, от давления, от скорости прохождения паров спирта через реторты, от состава катализатора и от мно­гих других причин. Для успешного руководства рабо­той печи, этого сложного аппарата, требуется большое уменье.

Дивинил выделяют из получающейся при разложении спирта смеси паров и газов и подвергают тщательной счистке. В результате получается дивинил-ректификат — бесцветная жидкость, кипящая при температуре минус 4,5 градуса. Его полимеризуют в больших стальных аппа­ратах*— автоклавах, под давлением, в присутствии катализатора — металлического натрия.

Чтобы ускорить начало процесса полимеризации, авто­клав осторожно подогревают горячей водой. При этом молекулы дивинила становятся активными, способными соединяться друг с другом. Кроме того, остатки вред­ных примесей в дивиниле, мешающие полимеризации, вступают при нагревании в соединение с натрием, и дивинил таким образом дополнительно очищается. Это также способствует успешному протеканию полиме­ризации.

При полимеризации, как мы уже знаем, отдельные мо­лекулы дивинила, соединяясь, образуют молекулу искус­ственного каучука:

П ^4^6 » (^4^б)/1*

Дчвинил каучук

Соединение двух молекул дивинила упрощённо можно представить, подобно соединению молекул изопрена, сле­дующим образом. У каждой молекулы дивинила СНогпСН — сн^=сн2

Разрываются непрочные двойные связи:

СН2 - СН - СН - СН2.

Две соседние средние связи соединяются, образуя но­вую двойную связь, а крайние связи остаются свобод­ными:

-СН-СН = СН-СН-.

Две такие неустойчивые молекулы соединяются друг с другом и образуется более сложная частица:

— СН — СН — СН — СН — СН — СН — СН — СН — .

У этой частицы также есть две свободные связи. По­этому рост цепи продолжается дальше. Так образуется

Огромная молекула искусственного каучука, построенная в виде длинной цепочки.

Цепи молекул дивинила могут быть как прямые, так и разветвлённые. Считается, что чем прямее цепи в моле­кулах каучука, тем он эластичнее (молекулы натураль­ного каучука, обладающего наилучшей эластичностью, построены в виде мало разветвлённых цепочек). Чем длиннее цепь, тем твёрже каучук.

Полимеризация — очень капризный и вместе с тем очень ответственный процесс, во многом влияющий на качество образующегося каучука. Вредные примеси ди­винила, действующие иногда в совершенно ничтожном количестве, стенки сосуда и другие причины могут пре­кратить рост цепей молекул и остановить процесс. По­этому полимеризация требует чистоты исходных продук­тов и большого внимания.

Полимеризация протекает с выделением тепла, благо­даря чему температура и давление в полимеризаторе с течением времени повышаются. Каждый килограмм диви­нила при полимеризации выделяет 350 больших кало­рий. Этого тепла достаточно, чтобы нагреть от 0 гра­дусов до кипения 3,5 литра воды. Поэтому, когда про­цесс уже идёт, требуется не нагрев, а охлаждение ап­парата.

Через 15—20 часов процесс заканчивается, темпера­тура и давление в полимеризаторе падают.

Автоклав вскрывают и подъёмным краном выгру­жают большую светложёлтую глыбу, так называе­мый «блок» каучука, весом около тонны. Каучук разре­зают на части и перемешивают в больших плотно за­крытых мешалках при пониженном давлении для удале­ния газов.

Затем каучук прокатывается между стальными вал­ками. Тонкие полотнища каучука с валков наматываются б рулоны. Каучук упаковывается и отправляется на рези­новые заводы.

Этот способ получения синтетического каучука и был разработан С. В. Лебедевым. По сравнению со спо­собами, принятыми за границей, он весьма прост. Круп­ным преимуществом его является и то, что он не тре­бует применения аппаратуры из специальных матери­алов.

При производстве каучука из спирта получается це­лый ряд ценных отходов, перерабатываемых в различные продукты, нужные народному хозяйству (эфир, искус­ственную олифу и т. д.).