Hvordan man korrekt trækker gummi, eller historien om oprettelsen af syntetisk gummi

Hvordan man korrekt trækker gummi, eller historien om oprettelsen af syntetisk gummi
Hvordan man korrekt trækker gummi, eller historien om oprettelsen af syntetisk gummi

Video: Hvordan man korrekt trækker gummi, eller historien om oprettelsen af syntetisk gummi

Video: Hvordan man korrekt trækker gummi, eller historien om oprettelsen af syntetisk gummi
Video: Этот новый американский истребитель может уничтожить российский Су-57 за секунды 2024, Kan
Anonim
Billede
Billede

Gummi får sit navn fra det indiske ord "gummi", som bogstaveligt betyder "tårer i et træ". Maya og aztekerne udvundet det fra saften på den brasilianske hevea (Hevea brasiliensis eller gummitræ), der ligner den hvide mælkebøttesaft, som blev mørkere og hærdet i luften. Fra saften fordampede de et klæbrigt mørkt harpiksholdigt stof "gummi", der lavede primitive vandtætte sko, tekstiler, kar og børns legetøj af det. Indianerne havde også et holdspil, der minder om basketball, hvor der blev brugt specielle gummikugler, som var kendetegnet ved deres fantastiske springevne. Under de store geografiske opdagelser bragte Columbus flere af disse bolde til Spanien, blandt andre vidundere i Sydamerika. De blev forelskede i spanierne, der efter at have ændret reglerne for indiske konkurrencer opfandt noget, der blev prototypen på dagens fodbold.

Den næste omtale af gummi dukkede først op i 1735, da den franske rejsende og naturforsker Charles Condamine, der udforskede Amazonasbassinet, opdagede Hevea -træet og dets mælkesaft for europæere. Træet, der blev opdaget af medlemmerne af ekspeditionen, afgav en mærkelig, hurtigt hærdende harpiks, som senere blev kaldt "gummi" af tænkere fra Paris Academy of Sciences. Efter i 1738 bragte Condamine prøver af gummi og forskellige produkter fra kontinentet til kontinentet sammen med en detaljeret beskrivelse af ekstraktionsmetoderne, i Europa begyndte at søge efter måder at bruge dette stof på. Franskmændene vævede gummitråde med bomuld og brugte dem som strømpebånd og seler. Den arvelige engelske skomager Samuel Peel modtog i 1791 et patent på fremstilling af tekstiler imprægneret med en opløsning af gummi i terpentin, hvilket skabte firmaet Peal & Co. Samtidig opstod de første forsøg med at beskytte sko med betræk fra et sådant stof. I 1823 opfandt en vis Charles Mackintosh fra Skotland den første vandtætte regnfrakke og tilføjede et tyndt stykke gummi mellem to lag stof. Regnfrakkerne blev hurtigt populære, blev opkaldt efter deres skaber og markerede begyndelsen på en rigtig "gummibom". Og snart i Amerika begyndte de i fugtigt vejr at tage klodset indiske gummisko - galoscher - over deres sko. Indtil sin død fortsatte Macintosh med at blande gummi med forskellige stoffer som sod, olier, svovl i et forsøg på at ændre dets egenskaber. Men hans eksperimenter førte ikke til succes.

Det gummierede stof blev brugt til at lave tøj, hatte og tage på varevogne og huse. Sådanne produkter havde imidlertid en ulempe - et smalt temperaturområde af gummielasticitet. I koldt vejr hærdet sådant stof og kunne revne, og i varmt vejr blev det tværtimod blødgjort til en fedid klæbrig masse. Og hvis tøjet kunne lægges væk et køligt sted, så måtte ejerne af tage af gummieret stof klare ubehagelige lugte. Således gik fascinationen over nyt materiale hurtigt over. Og de varme sommerdage ødelagde de virksomheder, der etablerede produktionen af gummi, da alle deres produkter blev til ildelugtende gelé. Og verden glemte igen gummi og alt, der var forbundet med det i flere år.

En chance hjalp med at overleve genfødslen af gummiprodukter. Charles Nelson Goodyear, der boede i Amerika, har altid troet, at gummi kan blive til et godt materiale. Han nærede denne idé i mange år, vedvarende at blande den med alt, hvad der kom til rådighed: med sand, med salt, selv med peber. I 1939, efter at have brugt alle sine opsparinger og skyldte mere end 35 tusind dollars, opnåede han succes.

Samtidige latterliggjorde den excentriske forsker: "Hvis du møder en mand i gummistøvler, en gummijakke, en gummihue og en gummipung, hvor der ikke vil være en eneste cent, så kan du være sikker - du er foran Goodyear."

Der er en legende om, at den kemiske proces, han opdagede, kaldet vulkanisering, dukkede op takket være et stykke Macintoshs kappe glemt på komfuret. På en eller anden måde var det svovlatomerne, der forenede naturgummiets molekylkæder og gjorde det til et varme- og frostbestandigt, elastisk materiale. Det er ham, der i dag kaldes gummi. Historien om denne stædige mand har en lykkelig slutning, han solgte patentet på sin opfindelse og betalte al sin gæld.

I løbet af Goodyears levetid begyndte en hurtig produktion af gummi. USA tog straks føringen i produktionen af galoscher, som blev solgt over hele verden, herunder Rusland. De var dyre, og kun rige mennesker havde råd til at købe dem. Det mest nysgerrige er, at galoscher blev brugt til ikke at forhindre, at hovedskoene blev våde, men som hjemmesko til gæster, så de ikke plettede tæpper og parket. I Rusland blev den første virksomhed, der fremstiller gummiprodukter, åbnet i Skt. Petersborg i 1860. Den tyske forretningsmand Ferdinand Krauskopf, der allerede havde en fabrik til produktion af galoshes i Hamborg, vurderede udsigterne for det nye marked, fandt investorer og oprettede partnerskabet for den russisk-amerikanske fabrik.

De færreste ved, at den finske virksomhed blandt andet fra 1923 til 1988 specialiserede sig i produktion af gummistøvler og galoscher. I løbet af krisernes år var det faktisk med til at holde virksomheden flydende. Den verdensberømte Nokia er blevet takket være sine mobiltelefoner.

I anden halvdel af 1800 -tallet oplevede Brasilien toppen af sin storhedstid, da han var monopolist i dyrkningen af hevea. Manaus, det tidligere centrum i gummiregionen, er blevet den rigeste by på den vestlige halvkugle. Hvad var det fantastiske operahus bygget i en by gemt af junglen. Det blev skabt af de bedste arkitekter i Frankrig, og byggematerialer til det blev hentet fra Europa selv. Brasilien bevogtede omhyggeligt kilden til sin luksus. Dødsstraf blev idømt for et forsøg på at eksportere heveafrø. Men i 1876 fjernede englænderen Henry Wickham i hemmelighed halvfjerds tusind frø af Hevea i lastrummet på skibet "Amazonas". De tjente som grundlag for de første gummiplantager, der blev etableret i kolonierne i England i Sydøstasien. Sådan dukkede billigt naturligt britisk gummi op på verdensmarkedet.

Snart erobrede en række gummiprodukter hele verden. Transportbånd, alle former for drivremme, sko, fleksibel elektrisk isolering, elastik i linned, babyballoner, støddæmpere, pakninger, slanger og meget, meget mere blev lavet af gummi. Der er simpelthen ikke noget andet gummilignende produkt. Det er isolerende, vandtæt, fleksibelt, strækbart og komprimerbart. Samtidig er den holdbar, stærk, let at behandle og slidstærk. Indianernes arv viste sig at være meget mere værdifuld end alt guld fra den berømte Eldorado. Det er umuligt at forestille sig hele vores tekniske civilisation uden gummi.

Hovedanvendelsen af det nye materiale var med opdagelsen og distributionen, først af gummivognsdæk og derefter af bildæk. På trods af at vogne med metaldæk var meget ubehagelige og lavede en frygtelig støj og rystelser, blev den nye opfindelse ikke velkommen. I Amerika forbød de endda vogne på massive solide dæk, da de blev anset for at være meget farlige på grund af støjens umulighed for at advare forbipasserende om køretøjets nærhed.

I Rusland forårsagede sådanne hestevogne også utilfredshed. Hovedproblemet lå i, at de ofte kastede mudder mod fodgængere, der ikke havde tid til at komme tilbage. Moskvas myndigheder måtte udstede en særlig lov om at udstyre vogne med gummidæk med særlige nummerplader. Dette blev gjort, så byboerne kunne lægge mærke til og bringe deres lovovertrædere for retten.

Produktionen af gummi steg mange gange, men efterspørgslen efter det fortsatte med at vokse. I omkring hundrede år har forskere rundt om i verden ledt efter en måde at lære at lave det kemisk. Efterhånden blev det opdaget, at naturgummi er en blanding af flere stoffer, men 90 procent af dets masse er polyisopren -kulbrinte. Sådanne stoffer tilhører gruppen af polymerer - produkter med høj molekylvægt dannet ved at kombinere rigtig mange, identiske molekyler af meget enklere stoffer kaldet monomerer. I tilfælde af gummi var disse isoprenmolekyler. Under gunstige betingelser sluttede monomermolekylerne sig sammen i lange, fleksible strengkæder. Denne reaktion ved dannelsen af en polymer kaldes polymerisation. De resterende ti procent i gummiet bestod af harpiksholdige mineraler og proteinstoffer. Uden dem blev polyisopren meget ustabil og mistede sine værdifulde egenskaber ved elasticitet og styrke i luften. For at lære at lave kunstigt gummi måtte forskere således løse tre ting: syntetisere isopren, polymerisere det og beskytte det resulterende gummi mod nedbrydning. Hver af disse opgaver viste sig at være yderst vanskelig. I 1860 opnåede den engelske kemiker Williams isopren fra gummi, som var en farveløs væske med en bestemt lugt. I 1879 opvarmede franskmanden Gustave Bouchard isopren og kunne ved hjælp af saltsyre udføre den omvendte reaktion - for at opnå gummi. I 1884 isolerede den britiske videnskabsmand Tilden isopren ved at nedbryde terpentin under opvarmning. På trods af at hver af disse mennesker bidrog til undersøgelsen af gummi, forblev hemmeligheden ved dets fremstilling uopklaret i det 19. århundrede, fordi alle de opdagede metoder var uegnede til industriel produktion på grund af det lave udbytte af isopren, de høje omkostninger ved rå materialer, kompleksiteten af tekniske processer og en række andre faktorer.

I begyndelsen af det tyvende århundrede spekulerede forskerne på, om isopren virkelig er nødvendig for at lave gummi? Er der en måde at få det nødvendige makromolekyle fra andre kulbrinter? I 1901 opdagede den russiske videnskabsmand Kondakov, at dimethylbutadien, der efterlades et år i mørket, bliver til et gummiagtigt stof. Denne metode blev senere brugt under første verdenskrig af Tyskland, afskåret fra alle kilder. Syntetisk gummi var af meget dårlig kvalitet, fremstillingsprocessen var meget kompliceret, og prisen var uoverkommelig. Efter krigen blev denne methylgummi aldrig produceret andre steder. I 1914 lavede forskere Matthews og Strange fra England et meget godt gummi fra divinyl ved hjælp af metallisk natrium. Men deres opdagelse gik ikke længere end forsøg i laboratoriet, fordi det ikke var klart, hvordan man til gengæld skulle producere divinyl. De undlod også at oprette et anlæg til syntese på fabrikken.

Femten år senere fandt vores landsmand Sergei Lebedev svaret på begge disse spørgsmål. Før verdenskrig producerede russiske fabrikker omkring tolv tusinde tons gummi om året fra importeret gummi. Efter revolutionens afslutning steg behovene hos den nye regering, der var ved at industrialisere industrien, i gummi mange gange. En tank krævede 800 kilo gummi, en bil - 160 kilo, et fly - 600 kilo, et skib - 68 tons. Hvert år steg og steg indkøb af gummi i udlandet, på trods af at prisen i 1924 nåede to et halvt tusinde guldrubler pr. Ton. Landets ledelse bekymrede sig ikke så meget over behovet for at betale så store summer, men derimod den afhængighed, som leverandørerne lagde sovjetstaten i. På det højeste niveau blev det besluttet at udvikle en industriel metode til fremstilling af syntetisk gummi. Til dette, i slutningen af 1925, foreslog det øverste råd for nationaløkonomien en konkurrence om den bedste måde at opnå den. Konkurrencen var international, men ifølge betingelserne skulle der laves gummi fra produkter, der blev udvundet i Sovjetunionen, og prisen for den skulle ikke overstige verdensgennemsnittet i de sidste fem år. Resultaterne af konkurrencen blev opsummeret den 1. januar 1928 i Moskva baseret på resultaterne af analysen af de indsendte prøver, der vejer mindst to kilo.

Sergei Vasilievich Lebedev blev født den 25. juli 1874 i familien til en præst i Lublin. Da drengen var syv år gammel, døde hans far, og hans mor blev tvunget til at flytte med børnene til deres forældre i Warszawa. Mens han studerede på gymnasiet i Warszawa, blev Sergei ven med søn af den berømte russiske kemiker Wagner. Ofte på besøg i deres hus lyttede Sergei til professorens fascinerende historier om sine medvenner Mendelejev, Butlerov, Menshutkin samt om den mystiske videnskab, der omhandler omdannelse af stoffer. I 1895, efter at have succesfuldt uddannet gymnastiksalen, kom Sergei ind på fysik- og matematikfakultetet ved St. Petersborg Universitet. Den unge mand tilbragte al sin fritid i huset til Maria Ostroumova, som var hans mors søster. Hun havde seks børn, men Sergey var især interesseret i sin fætter Anna. Hun var en lovende kunstner og studerede hos Ilya Repin. Da de unge indså, at deres følelser var langt fra deres slægtninge, besluttede de at blive forlovet. I 1899 blev Lebedev arresteret for at have deltaget i studenteroptøjer og forvist fra hovedstaden i et år. Dette forhindrede ham imidlertid ikke i at tage en glimrende eksamen fra universitetet i 1900. Under den russisk-japanske krig blev Sergej Vasilyevich trukket ind i hæren, og da han vendte tilbage i 1906, dedikerede han sig helt til forskning. Han boede hele dagen i laboratoriet og lavede sig en seng med tæpper opbevaret i tilfælde af brand. Anna Petrovna Ostroumova fandt flere gange Sergei på hospitalet og blev behandlet for forbrændinger modtaget som følge af farlige eksperimenter, som kemikeren altid selv udførte. Allerede i slutningen af 1909, da han arbejdede næsten alene, lykkedes det ham at opnå imponerende resultater og demonstrerede for kollegerne den gummiagtige polymer af divinyl.

Sergei Vasilievich Lebedev var godt klar over alle vanskelighederne ved fremstilling af syntetisk gummi, men besluttede at deltage i konkurrencen. Tiden var vanskelig, Lebedev stod i spidsen for Institut for Generel Kemi på Leningrad Universitet, så han måtte arbejde om aftenen, i weekenden og helt gratis. Heldigvis besluttede flere elever at hjælpe ham. For at overholde fristen arbejdede alle med stor stress. Der blev udført vanskelige forsøg under de værste forhold. Deltagerne i denne virksomhed mindede senere om, at der absolut intet manglede, og de måtte gøre eller finde på egen hånd. For eksempel blev is til køling af kemiske processer alle splittet sammen på Neva. Udover sin specialitet beherskede Lebedev erhvervene glaspuster, låsesmed og elektriker. Og alligevel gik tingene fremad. Takket være tidligere langsigtet forskning opgav Sergei Vasilyevich øjeblikkeligt eksperimenter med isopren og besluttede sig for divinyl som et startprodukt. Lebedev forsøgte olie som en let tilgængelig råvare til produktion af divinyl, men afgjorde derefter alkohol. Alkohol viste sig at være det mest realistiske udgangsmateriale. Hovedproblemet med nedbrydningsreaktionen af ethylalkohol til divinyl, hydrogen og vand var manglen på en egnet katalysator. Sergei Vasilievich foreslog, at det kunne være en af de naturlige lerarter. I 1927, mens han var på ferie i Kaukasus, søgte han konstant og studerede lerprøver. Han fandt den, han havde brug for, på Koktebel. Reaktionen i nærvær af det ler, han fandt, gav et fremragende resultat, og i slutningen af 1927 blev divinyl opnået fra alkohol.

Anna Lebedeva, konen til den store kemiker, huskede: „Nogle gange lå han på ryggen med lukkede øjne, mens han hvilede. Det så ud til, at Sergei Vasilyevich sov, og derefter tog han sin notesbog frem og begyndte at skrive kemiske formler. Mange gange, mens han sad i en koncert og var begejstret for musikken, tog han i hast sin notesbog eller endda en plakat og begyndte at skrive noget ned og lagde derefter alt i lommen. Det samme kunne ske på udstillinger."

Polymerisering af divinyl blev udført af Lebedev ifølge metoden fra britiske forskere med tilstedeværelse af metallisk natrium. I sidste fase blev det resulterende gummi blandet med magnesia, kaolin, sod og nogle andre komponenter for at forhindre henfald. Da det færdige produkt blev opnået i knappe mængder - et par gram om dagen - fortsatte arbejdet næsten indtil de sidste dage i konkurrencen. I slutningen af december blev syntesen af to kilo gummi afsluttet, og han blev sendt til hovedstaden.

Anna Petrovna skrev i sine erindringer:”Den sidste dag herskede vækkelse i laboratoriet. De fremmødte var glade og glade. Som sædvanlig var Sergei Vasilyevich tavs og behersket. Han smilede lidt og så på os, og alt tydede på, at han var glad. Gummiet lignede et stort honningkage, der lignede honning i farven. Duften var skarp og temmelig ubehagelig. Efter at beskrivelsen af metoden til fremstilling af gummi var afsluttet, blev den pakket i en æske og taget til Moskva."

Juryen afsluttede undersøgelsen af de indsendte prøver i februar 1928. Der var meget få af dem. Resultaterne af forskningsarbejde fra Frankrig og Italien, men hovedkampen udspillede sig mellem Sergej Lebedev og Boris Byzov, der modtog divinyl fra olie. I alt blev Lebedevs gummi anerkendt som det bedste. Produktionen af divinyl fra råolie råvarer var vanskeligere at kommercialisere på det tidspunkt.

Aviser rundt om i verden skrev om opfindelsen af syntetisk gummi i Rusland. Mange kunne ikke lide det. Den berømte amerikanske videnskabsmand Thomas Edison udtalte offentligt: ”I princippet er det umuligt at fremstille syntetisk gummi. Jeg forsøgte selv at lave forsøget og var overbevist om dette. Derfor er nyhederne fra Sovjetland endnu en løgn."

Arrangementet var af stor betydning for den sovjetiske industri, hvilket gjorde det muligt at reducere forbruget af naturligt gummi. Desuden havde det syntetiske produkt nye egenskaber, for eksempel modstandsdygtighed over for benzin og olier. Sergei Vasilyevich blev instrueret i at fortsætte forskning og fremstilling af en industriel metode til fremstilling af gummi. Det hårde arbejde begyndte igen. Men nu havde Lebedev mere end nok muligheder. Regeringen indså betydningen af arbejdet og gav alt, hvad den havde brug for. Et laboratorium af syntetisk gummi blev oprettet på Leningrad University. I løbet af året blev der bygget en eksperimentel installation, der producerede to til tre kilo gummi om dagen. I slutningen af 1929 blev teknologien i fabriksprocessen afsluttet, og i februar 1930 begyndte opførelsen af det første anlæg i Leningrad. Fabrikkens laboratorium, udstyret efter Lebedevs ordre, var et rigtigt videnskabeligt center for syntetisk gummi og samtidig et af de bedste kemiske laboratorier på den tid. Her formulerede den berømte kemiker senere de regler, der tillod hans tilhængere korrekt at identificere stofferne til syntese. Derudover havde Lebedev ret til at vælge specialister til sig selv. Ved eventuelle spørgsmål, skal han kontakte Kirov personligt. Byggeriet af pilotanlægget blev afsluttet i januar 1931, og i februar blev de første billige 250 kilo syntetisk gummi allerede modtaget. Samme år blev Lebedev tildelt Lenins orden og blev valgt til Videnskabsakademiet. Snart blev opførelsen af yderligere tre gigantiske fabrikker lagt efter et enkelt projekt - i Efremov, Yaroslavl og Voronezh. Og før krigen dukkede en plante op i Kazan. Kapaciteten for hver af dem var ti tusinde tons gummi om året. De blev bygget nær de steder, hvor der blev produceret alkohol. I første omgang blev fødevarer, hovedsagelig kartofler, brugt som råvarer til alkohol. Et ton alkohol krævede tolv tons kartofler, mens et dæk til en bil på det tidspunkt tog omkring fem hundrede kilo kartofler. Fabrikkerne blev erklæret Komsomol -byggepladser og blev bygget med en svimlende hastighed. I 1932 blev det første gummi produceret af fabrikken i Yaroslavl. Indledningsvis var syntesen af divinyl under produktionsbetingelser vanskelig. Det var nødvendigt at justere udstyret, så Lebedev gik sammen med sine medarbejdere først til Yaroslavl og derefter til Voronezh og Efremov. I foråret 1934, i Efremov, fik Lebedev tyfus. Han døde kort efter hjemkomsten i en alder af tres. Hans lig blev begravet i Alexander Nevsky Lavra.

Imidlertid udviklede sagen, som han gav et så vigtigt fundament,. I 1934 producerede Sovjetunionen elleve tusinde tons kunstgummi, i 1935 - femogtyve tusinde og i 1936 - fyrre tusinde. Det vanskeligste videnskabelige og tekniske problem blev løst med succes. Evnen til at udstyre køretøjer med hjemmeproducerede dæk spillede en vigtig rolle i sejren over fascismen.

På andenpladsen i produktionen af syntetisk gummi på det tidspunkt var tyskerne, der aktivt forberedte sig på krig. Deres produktion blev etableret på et anlæg i byen Shkopau, som Sovjetunionen efter sejren tog den til Voronezh under betingelserne for erstatning. Den tredje producent af stål var USA efter tabet af naturgummimarkeder i begyndelsen af 1942. Japanerne erobrede Indokina, Holland Indien og Malaya, hvor mere end 90 procent af naturproduktet blev ekstraheret. Efter at Amerika kom ind i Anden Verdenskrig, blev salget til dem suspenderet. Som svar byggede den amerikanske regering 51 fabrikker på mindre end tre år.

Videnskaben stod heller ikke stille. Fremstillingsmetoder og råvarebase blev forbedret. Ifølge deres anvendelse blev syntetiske gummier opdelt i generelle og specielle gummier med specifikke egenskaber. Særlige grupper af kunstigt gummi er opstået, såsom latexer, hærdende oligomerer og blødgøringsblandinger. Ved udgangen af forrige århundrede nåede verdens produktion af disse produkter tolv millioner tons om året, produceret i niogtyve lande. Indtil 1990 havde vores land førstepladsen med hensyn til produktion af syntetisk gummi. Halvdelen af de kunstige gummier, der blev produceret i Sovjetunionen, blev eksporteret. Efter Sovjetunionens sammenbrud ændrede situationen sig imidlertid radikalt. Fra en førende position var vores land først blandt de sænkede, og faldt derefter til kategorien indhentning. I de senere år er der sket en forbedring af situationen i denne branche. Ruslands andel på verdensmarkedet for produktion af syntetisk gummi er i dag ni procent.

Anbefalede: