Kuidas õigesti kummi tõmmata ehk sünteetilise kautšuki loomise ajalugu

Kuidas õigesti kummi tõmmata ehk sünteetilise kautšuki loomise ajalugu
Kuidas õigesti kummi tõmmata ehk sünteetilise kautšuki loomise ajalugu

Video: Kuidas õigesti kummi tõmmata ehk sünteetilise kautšuki loomise ajalugu

Video: Kuidas õigesti kummi tõmmata ehk sünteetilise kautšuki loomise ajalugu
Video: В Гостях у Алины Маршал. Рецепт Одесского Блюда. Жаренные Кабачки с Чесноком 2024, Mai
Anonim
Pilt
Pilt

Kumm on saanud oma nime India sõna "kumm" järgi, mis sõna otseses mõttes tähendab "puu pisaraid". Maya ja asteegid ekstraheerisid selle Brasiilia hevea (Hevea brasiliensis ehk kummipuu) mahlast, sarnaselt võilille valgele mahlale, mis õhus tumenes ja kõvenes. Mahlast aurustasid nad kleepuva tumeda vaiguga aine "kummi", muutes sellest primitiivsed veekindlad kingad, kangad, anumad ja laste mänguasjad. Samuti oli indiaanlastel korvpalli meenutav meeskonnamäng, milles kasutati spetsiaalseid kummipalle, mida eristas hämmastav hüppevõime. Suurte geograafiliste avastuste ajal tõi Columbus muu hulgas Lõuna -Ameerika imede hulka Hispaaniasse mitu sellist palli. Nad armusid hispaanlastesse, kes pärast India võistluste reeglite muutmist leiutasid midagi, millest sai tänase jalgpalli prototüüp.

Järgmine mainimine kummist ilmus alles 1735. aastal, kui prantsuse rändur ja loodusteadlane Charles Condamine, avastades Amazonase basseini, avastas eurooplaste jaoks Hevea puu ja selle piimamahla. Ekspeditsiooni liikmete avastatud puust eraldus kummaline, kiiresti kõvenev vaik, mida Pariisi Teaduste Akadeemia mõtlejad nimetasid hiljem "kummiks". Pärast seda, kui 1738. aastal tõi Condamine Euroopasse mandrile proovid kummist ja mitmesugustest toodetest koos ekstraheerimismeetodite üksikasjaliku kirjeldusega, hakkas Euroopas otsima võimalusi selle aine kasutamiseks. Prantslased kudusid puuvillaga kummilõngad ja kasutasid neid ripskoes ja traksides. Pärilik Inglise kingsepp Samuel Peel sai 1791. aastal patendi tärpentini kummilahusega immutatud kangaste tootmiseks, luues ettevõtte Peal & Co. Samal ajal tekkisid esimesed katsed katetega jalatsite kaitsmiseks sellise kanga eest. 1823. aastal leiutas Šotimaalt pärit Charles Mackintosh esimese veekindla vihmamantli, lisades kahe kangakihi vahele õhukese kummitüki. Vihmamantlid said kiiresti populaarseks, said nime nende looja järgi ja tähistasid tõelise "kummibuumi" algust. Ja varsti Ameerikas hakkasid nad niiske ilmaga oma kingade peale panema kohmakad India kummikud - kalossid. Kuni oma surmani jätkas Macintosh kummi segamist erinevate ainetega, nagu tahm, õlid, väävel, püüdes selle omadusi muuta. Kuid tema katsed ei toonud edu.

Kummist kangast valmistati kaubikute ja majade rõivaid, mütse ning katuseid. Kuid sellistel toodetel oli üks puudus - kummi elastsuse kitsas temperatuurivahemik. Külma ilmaga tahkus selline kangas ja võis praguneda ning sooja ilmaga, vastupidi, pehmendades, muutus jube kleepuvaks massiks. Ja kui riided sai jahedasse kohta ära panna, siis pidid kummeeritud kangast katuste omanikud leppima ebameeldiva lõhnaga. Seega möödus vaimustus uuest materjalist kiiresti. Ja kuumad suvepäevad tõid kummi tootmise alustanud ettevõtetele hävingu, kuna kõik nende tooted muutusid ebameeldiva lõhnaga tarretiseks. Ja maailm unustas jälle mitu aastat kummi ja kõik sellega seonduva.

Võimalus aitas kummitoodete taassünni üle elada. Ameerikas elanud Charles Nelson Goodyear on alati uskunud, et kummist võib saada hea materjal. Ta toitis seda ideed aastaid, segades seda järjekindlalt kõigega, mis kätte jõudis: liivaga, soolaga, isegi pipraga. Aastal 1939, olles kulutanud kõik oma säästud ja võlgu rohkem kui 35 tuhat dollarit, saavutas ta edu.

Kaasaegsed naeruvääristasid ekstsentrilist uurijat: "Kui kohtute kummisaabastega, kummist mantliga, kummist silmusmütsiga ja kummist rahakotiga mehega, milles pole ühtegi senti, siis võite olla kindel - olete Goodyeari ees."

On legend, et tema avastatud keemiline protsess, mida nimetatakse vulkaniseerimiseks, ilmus tänu Macintoshi pliidile unustatud tükile. Ühel või teisel viisil ühendasid väävliaatomid loodusliku kautšuki molekulaarseid ahelaid, muutes selle kuumuse- ja külmakindlaks elastseks materjaliks. Just teda nimetatakse täna kummiks. Selle kangekaelse mehe lool on õnnelik lõpp, ta müüs oma leiutise patendi ja maksis kõik võlad.

Goodyeari eluajal algas kiire kummi tootmine. Ameerika Ühendriigid asusid kohe juhtima galoshede tootmist, mida müüdi kogu maailmas, sealhulgas Venemaal. Need olid kallid ja neid said osta ainult rikkad inimesed. Kõige uudishimulikum on see, et kalossid kasutati mitte selleks, et peamised kingad märjaks ei saaks, vaid külalistele mõeldud majasussidena, nii et need ei määrinud vaipu ja parketti. Venemaal avati Peterburis 1860. aastal esimene kummitooteid valmistav ettevõte. Saksa ärimees Ferdinand Krauskopf, kellel oli Hamburgis juba galossi tootmise tehas, hindas uue turu väljavaateid, leidis investoreid ja lõi Vene-Ameerika manufaktuuri partnerluse.

Vähesed teavad, et Soome ettevõte Nokia, muu hulgas aastatel 1923–1988, on spetsialiseerunud kummikute ja kalosside tootmisele. Tegelikult aitas see kriisiaastatel ettevõtet pinnal hoida. Maailmakuulus Nokia on saanud tänu oma mobiiltelefonidele.

19. sajandi teisel poolel koges Brasiilia oma õitseaja haripunkti, olles hevea kasvatamise monopolist. Manaus, endine kummipiirkonna keskus, on saanud läänepoolkera rikkaimaks linnaks. Milline oli uimastatav ooperimaja, mis ehitati džunglisse peidetud linna. Selle lõid Prantsusmaa parimad arhitektid ja ehitusmaterjalid toodi Euroopast ise. Brasiilia valvas hoolikalt oma luksuse allikat. Hevea seemnete ekspordi katse eest määrati surmanuhtlus. Inglane Henry Wickham aga eemaldas 1876. aastal salaja laeva "Amazonas" trümmidest seitsekümmend tuhat Hevea seemet. Need olid aluseks Kagu -Aasia Inglismaa kolooniatele rajatud esimestele kummist istandustele. Nii ilmus maailmaturule odav looduslik Briti kautšuk.

Peagi vallutasid mitmesugused kummitooted kogu maailma. Kummist valmistati konveierilindid, igasugused veorihmad, kingad, paindlik elektriisolatsioon, linased elastsed ribad, beebipallid, amortisaatorid, tihendid, voolikud ja palju muud. Teist kummitaolist toodet lihtsalt pole. See on isoleeriv, veekindel, paindlik, veniv ja kokkusurutav. Samal ajal on see vastupidav, tugev, kergesti töödeldav ja kulumiskindel. Indiaanlaste pärand osutus palju väärtuslikumaks kui kogu kuulsa Eldorado kuld. Kogu meie tehnilist tsivilisatsiooni on võimatu ette kujutada ilma kummita.

Uue materjali peamine kasutusala oli esmalt kummist vankrirehvide ja seejärel autorehvide avastamine ja levitamine. Hoolimata asjaolust, et metallrehvidega vagunid olid väga ebamugavad ning tekitasid kohutavat häält ja värisemist, polnud uus leiutis teretulnud. Ameerikas keelasid nad isegi masinatega massiivsetel rehvidel sõitmise, kuna need kuulusid väga ohtlikeks, kuna müra võimatus oli möödujaid sõiduki läheduse eest hoiatada.

Venemaal tekitasid sellised hobuvankrid ka rahulolematust. Põhiprobleem seisnes selles, et nad viskasid sageli muda jalakäijatele, kellel polnud aega tagasilöögiks. Moskva võimud pidid välja andma eriseaduse, mis käsitleb vankrite varustamist spetsiaalsete numbrimärkidega kummirehvidega. Seda tehti selleks, et linlased saaksid oma kurjategijaid märgata ja vastutusele võtta.

Kummi tootmine suurenes kordades, kuid nõudlus selle järele kasvas jätkuvalt. Umbes sada aastat on teadlased üle maailma otsinud võimalust õppida seda keemiliselt valmistama. Järk -järgult avastati, et looduslik kautšuk on mitme aine segu, kuid 90 protsenti selle massist on polüisopreensüsivesinik. Sellised ained kuuluvad polümeeride rühma - suure molekulmassiga tooted, mis on moodustatud ühendades väga palju identseid molekule palju lihtsamatest ainetest, mida nimetatakse monomeerideks. Kummi puhul olid need isopreenmolekulid. Soodsates tingimustes ühinesid monomeermolekulid pikkadeks painduvateks ahelaks. Seda polümeeri moodustumise reaktsiooni nimetatakse polümerisatsiooniks. Ülejäänud kümme protsenti kummist moodustasid vaigulised mineraal- ja valguained. Ilma nendeta muutus polüisopreen väga ebastabiilseks, kaotades õhus oma väärtuslikud elastsuse ja tugevuse omadused. Seega pidid teadlased kunstkummi valmistamise õppimiseks lahendama kolm asja: sünteesima isopreeni, polümeriseerima seda ja kaitsma saadud kummi lagunemise eest. Kõik need ülesanded osutusid äärmiselt keeruliseks. Inglise keemik Williams hankis 1860. aastal kummist isopreeni, mis oli spetsiifilise lõhnaga värvitu vedelik. 1879. aastal kuumutas prantslane Gustave Bouchard isopreeni ja suutis soolhappe abil läbi viia vastupidise reaktsiooni - saada kummi. Aastal 1884 eraldas Briti teadlane Tilden isopreeni, kuumutades tärpentini lagundades. Hoolimata asjaolust, et kõik need inimesed andsid oma panuse kummi uurimisse, jäi selle valmistamise saladus 19. sajandil lahendamata, sest kõik avastatud meetodid ei sobinud tööstuslikuks tootmiseks isopreeni madala saagise, tooraine kõrge hinna tõttu. materjalid, tehniliste protsesside keerukus ja mitmed muud tegurid.

Kahekümnenda sajandi alguses uurisid teadlased, kas isopreeni on kummi valmistamiseks tõesti vaja? Kas on võimalik saada vajalikku makromolekuli teistest süsivesinikest? 1901. aastal avastas vene teadlane Kondakov, et aastaks pimedas seisma jäänud dimetüülbutadieen muutub kummiseks aineks. Seda meetodit kasutas hiljem Esimese maailmasõja ajal Saksamaa, kõikidest allikatest eraldatuna. Sünteetiline kautšuk oli väga halva kvaliteediga, tootmisprotsess oli väga keeruline ja hind oli liiga kõrge. Pärast sõda ei toodetud seda metüülkummi kunagi mujal. 1914. aastal valmistasid Inglismaalt pärit teadlased Matthews ja Strange metallist naatriumi kasutades divinüülist väga hea kummi. Kuid nende avastus ei läinud kaugemale kui laboris tehtud katsed, sest polnud selge, kuidas omakorda divinüüli toota. Samuti ei õnnestunud neil tehases sünteesitehast luua.

15 aastat hiljem leidis mõlemale küsimusele vastuse meie kaasmaalane Sergei Lebedev. Enne maailmasõda tootsid Venemaa tehased imporditud kummist umbes kaksteist tuhat tonni kummi aastas. Pärast revolutsiooni lõppu suurenesid tööstuse industrialiseerimist teostava uue valitsuse vajadused kummist mitu korda. Üks tank nõudis 800 kilogrammi kummi, auto - 160 kilogrammi, lennuk - 600 kilogrammi, laev - 68 tonni. Igal aastal suurenesid ja kasvasid kummiostud välismaalt, hoolimata asjaolust, et 1924. aastal ulatus selle hind kahe ja poole tuhande kuldrubla tonnini. Riigi juhtkond muretses mitte niivõrd vajaduse eest maksta nii suuri rahasummasid, vaid pigem sõltuvusest, millesse tarnijad Nõukogude riigi panid. Kõrgeimal tasemel otsustati välja töötada tööstuslik meetod sünteetilise kautšuki tootmiseks. Selleks pakkus Rahvamajanduse Ülemnõukogu 1925. aasta lõpus välja konkursi selle parimaks saamiseks. Võistlus oli rahvusvaheline, kuid vastavalt tingimustele pidi kummi valmistama Nõukogude Liidus kaevandatud toodetest ja selle hind ei tohiks ületada viimase viie aasta maailma keskmist. Võistluse tulemused tehti 1. jaanuaril 1928 Moskvas kokku vähemalt kahe kilogrammi kaaluvate esitatud proovide analüüsi tulemuste põhjal.

Sergei Vassiljevitš Lebedev sündis 25. juulil 1874 Lublinis preestri perekonnas. Kui poiss oli seitsmeaastane, suri tema isa ja ema oli sunnitud kolima koos lastega nende vanemate juurde Varssavisse. Varssavi gümnaasiumis õppides sõbrunes Sergei kuulsa vene keemiku Wagneri pojaga. Sageli nende maja külastades kuulas Sergei professori põnevaid lugusid oma kaaslastest Mendelejevist, Butlerovist, Menšutkinist, aga ka ainete muundamisega tegelevast salapärasest teadusest. 1895. aastal, edukalt gümnaasiumi lõpetanud, astus Sergei Peterburi ülikooli füüsika -matemaatikateaduskonda. Noormees veetis kogu oma vaba aja Maria Ostroumova majas, kes oli tema ema õde. Tal oli kuus last, kuid Sergei tundis eriti huvi oma nõbu Anna vastu. Ta oli paljutõotav kunstnik ja õppis Ilja Repini juures. Kui noored mõistsid, et nende tunded pole sugulastest kaugel, otsustasid nad kihla minna. 1899 arreteeriti Lebedev üliõpilasrahutustes osalemise eest ja saadeti aastaks pealinnast välja. See aga ei takistanud teda aastal 1900 hiilgavalt ülikooli lõpetamast. Vene-Jaapani sõja ajal võeti Sergei Vassiljevitš sõjaväkke ja kui ta 1906. aastal tagasi tuli, pühendus ta täielikult uurimistööle. Ta elas terve päeva laboris, tehes endale tulekahju korral hoitud tekkide voodi. Anna Petrovna Ostroumova leidis Sergei mitu korda haiglast, teda raviti põletuste eest, mis olid saadud ohtlike katsete tulemusena, mille keemik tegi alati ise. Juba 1909. aasta lõpus, peaaegu üksi töötades, õnnestus tal saavutada muljetavaldavaid tulemusi, demonstreerides kolleegidele divinüüli kummist polümeeri.

Sergei Vassiljevitš Lebedev teadis hästi kõiki sünteetilise kautšuki tootmise raskusi, kuid otsustas võistlusest osa võtta. Aeg oli raske, Lebedev juhtis Leningradi ülikooli üldkeemia osakonda, mistõttu pidi ta õhtuti, nädalavahetustel ja täiesti tasuta töötama. Õnneks otsustasid mitmed õpilased teda aidata. Tähtajast kinni pidamiseks töötasid kõik suure stressiga. Rasketes katsetes viidi läbi halvimates tingimustes. Selle ettevõtmise osalised meenutasid hiljem, et absoluutselt midagi ei puudu ja nad pidid ise hakkama saama või leidma. Näiteks jagati Neeval keemilise protsessi jahutamiseks mõeldud jää. Lebedev valdas lisaks oma erialale klaasipuhuja, lukksepa ja elektrik. Ja ometi liikusid asjad edasi. Tänu varasematele pikaajalistele uuringutele loobus Sergei Vassiljevitš kohe isopreeniga tehtud katsetest ja asus lähtetooteks divinüülile. Lebedev proovis õli kui divinüüli tootmiseks kergesti kättesaadavat toorainet, kuid leppis seejärel alkoholiga. Alkohol osutus kõige realistlikumaks lähteaineks. Põhiprobleem etüülalkoholi lagunemisreaktsioonis divinüüliks, vesinikuks ja veeks oli sobiva katalüsaatori puudumine. Sergei Vassiljevitš pakkus, et see võib olla üks looduslikest savidest. 1927. aastal Kaukaasias puhkusel olles otsis ja uuris ta pidevalt saviproove. Vajaliku leidis ta Koktebelilt. Reaktsioon leitud savi juuresolekul andis suurepärase tulemuse ja 1927. aasta lõpus saadi alkoholist divinüül.

Suure keemiku naine Anna Lebedeva meenutas: „Mõnikord lamas ta puhates suletud silmadega selili. Tundus, et Sergei Vassiljevitš magas, ja võttis siis oma märkmiku välja ning hakkas kirjutama keemilisi valemeid. Mitu korda kontserdil istudes ja muusikast vaimustuses olles võttis ta kähku märkmiku või isegi plakati välja ja hakkas midagi üles kirjutama ning pani siis kõik taskusse. Sama võib juhtuda näitustel."

Divinüüli polümerisatsiooni viis Lebedev läbi Briti teadlaste meetodil metallilise naatriumi juuresolekul. Viimases etapis segati saadud kummi lagunemise vältimiseks magneesiumoksiidi, kaoliini, tahma ja mõne muu komponendiga. Kuna valmistoodet saadi nappides kogustes - paar grammi päevas -, jätkus töö peaaegu võistluse viimaste päevadeni. Detsembri lõpus lõpetati kahe kilogrammi kummi süntees ja ta saadeti pealinna.

Anna Petrovna kirjutas oma mälestustes: „Viimasel päeval valitses laboris taaselustamine. Kohalolijad olid rõõmsad ja rõõmsad. Nagu tavaliselt, oli Sergei Vassiljevitš vaikne ja vaoshoitud. Kergelt naeratades vaatas ta meid ja kõik näitas, et ta on rahul. Kumm nägi välja nagu suur piparkook, mis oli värvuselt sarnane meega. Lõhn oli terav ja üsna ebameeldiv. Pärast kummi valmistamise meetodi kirjelduse valmimist pakiti see karpi ja viidi Moskvasse."

Žürii lõpetas esitatud proovide uurimise veebruaris 1928. Neid oli väga vähe. Prantsusmaa ja Itaalia teadlaste töö tulemused, kuid peamine võitlus käis Sergei Lebedevi ja Boris Byzovi vahel, kes said naftast divinüüli. Kokku tunnistati parimaks Lebedevi kumm. Divinüüli tootmist nafta lähteainest oli tol ajal raskem turustada.

Ajalehed üle maailma kirjutasid sünteetilise kautšuki leiutamisest Venemaal. Paljudele see ei meeldinud. Kuulus Ameerika teadlane Thomas Edison teatas avalikult: „Põhimõtteliselt on sünteetilist kummi võimatu valmistada. Proovisin seda katset ise teha ja veendusin selles. Seetõttu on uudised Nõukogude Liidult veel üks vale."

Üritus oli Nõukogude tööstuse jaoks suure tähtsusega, võimaldades vähendada looduslike kummide tarbimist. Samuti olid sünteetilisel tootel uued omadused, näiteks vastupidavus bensiinile ja õlidele. Sergei Vassiljevitšile tehti ülesandeks jätkata uurimistööd ja valmistada kummi tootmiseks tööstuslik meetod. Raske töö algas uuesti. Nüüd aga oli Lebedevil võimalusi rohkem kui küll. Mõistes töö tähtsust, andis valitsus kõik vajaliku. Leningradi ülikoolis loodi sünteetilise kummi labor. Aasta jooksul ehitati sinna katseinstallatsioon, mis tootis kaks kuni kolm kilogrammi kummi päevas. 1929. aasta lõpus sai tehaseprotsessi tehnoloogia valmis ja 1930. aasta veebruaris alustati esimese tehase ehitamist Leningradis. Lebedevi käsul sisustatud tehaselabor oli tõeline sünteetilise kautšuki teaduslik keskus ja samal ajal üks selle aja parimaid keemialaboreid. Siin sõnastas kuulus keemik hiljem reeglid, mis võimaldasid tema järgijatel sünteesiks vajalikud ained õigesti tuvastada. Lisaks oli Lebedevil õigus valida enda jaoks mis tahes spetsialiste. Kõigi tekkinud küsimuste korral peaks ta isiklikult Kiroviga ühendust võtma. Pilootehase ehitus lõpetati jaanuaris 1931 ja veebruaris saadi juba esimesed odavad 250 kilogrammi sünteetilist kummi. Samal aastal autasustati Lebedevit Lenini ordeniga ja ta valiti Teaduste Akadeemiasse. Varsti pandi ühe projekti järgi ehitama veel kolm hiiglaslikku tehast - Efremovis, Jaroslavlis ja Voronežis. Ja enne sõda ilmus Kaasanis taim. Igaühe tootmisvõimsus oli kümme tuhat tonni kummi aastas. Need ehitati alkoholi tootmise kohtade lähedusse. Algselt kasutati alkoholi toorainena toiduaineid, peamiselt kartulit. Üks tonn alkoholi nõudis kaksteist tonni kartulit, samal ajal kulus autole rehvi valmistamiseks umbes viissada kilogrammi kartulit. Tehased kuulutati komsomoli ehitusplatsideks ja ehitati vapustava kiirusega. 1932. aastal valmistas Jaroslavli tehas esimese kummi. Esialgu oli tootmistingimustes divinüüli süntees raske. Seadmeid oli vaja kohandada, nii et Lebedev koos oma töötajatega läks kõigepealt Jaroslavlisse, seejärel Voroneži ja Efremovi. 1934. aasta kevadel haigestus Lebedev Efremovis tüüfusesse. Ta suri vahetult pärast kuuekümneaastast koju naasmist. Tema surnukeha maeti Aleksander Nevski Lavrasse.

Kuid juhtum, mille ta andis nii olulise aluse, arenes. 1934. aastal tootis Nõukogude Liit üksteist tuhat tonni tehiskummi, 1935. aastal - kakskümmend viis tuhat ja 1936. aastal - nelikümmend tuhat. Kõige keerulisem teaduslik ja tehniline probleem lahendati edukalt. Võimalus varustada sõidukeid kodumaiste rehvidega mängis olulist rolli fašismi üle saavutatud võidus.

Teisel kohal sünteetiliste kummide tootmisel olid sel ajal sakslased, kes valmistusid aktiivselt sõjaks. Nende tootmine loodi Shkopau linna tehases, mille NSV Liit pärast võitu reparatsioonide tingimustel Voroneži viis. Kolmas terase tootja oli Ameerika Ühendriigid pärast loodusliku kautšuki turgude kaotamist 1942. aasta alguses. Jaapanlased vallutasid Indohiina, Hollandi India ja Malaisia, kus ekstraheeriti üle 90 protsendi looduslikust saadusest. Pärast Ameerika sisenemist II maailmasõda müük neile peatati, vastuseks ehitas USA valitsus vähem kui kolme aastaga 51 tehast.

Ka teadus ei jäänud seisma. Täiustati tootmismeetodeid ja toorainebaasi. Vastavalt nende rakendusele jagati sünteetilised kummid kindlate omadustega üld- ja erikummideks. Tekkinud on spetsiaalsed kunstkummide rühmad, näiteks lateksid, kõvendavad oligomeerid ja plastifikaatorisegud. Eelmise sajandi lõpuks ulatus nende toodete tootmine maailmas kaheteistkümne miljoni tonnini aastas, mida toodeti kahekümne üheksas riigis. Kuni 1990. aastani oli meie riik sünteetilise kautšuki tootmise osas esikohal. Pooled NSV Liidus toodetud kunstkummist eksporditi. Pärast Nõukogude Liidu lagunemist muutus olukord aga kardinaalselt. Juhtpositsioonilt oli meie riik esmalt mahajääjate seas ja langes seejärel järelejõudmise kategooriasse. Viimastel aastatel on selles valdkonnas olukord paranenud. Venemaa osakaal sünteetilise kautšuki tootmise maailmaturul on täna üheksa protsenti.

Soovitan: