Природный и синтетический каучук

Н. САНДОМИРСКИЙ

Едва ли можно было бы назвать какой-нибудь материал (кроме, разве, железа), который имел бы такое широкое применение, как резина.

В промышленности, в сельском хозяйстве, на транспорте, во флоте, морском и воздушном, в домашнем быту, на земле, под водой, в воздухе, под землей, в стратосфере —  всюду, на каждом шагу, мы встречаемся с применением резины. Резина настолько широко и прочно вошла во все области человеческой жизни, мы настолько привыкли к ней, что сплошь и рядом даже не замечаем ее.

Что резина получается из каучука, знает всякий, но далеко не всякий смог бы правильно и точно ответить на вопрос, что же собственно представляет собой каучук и откуда он добывается.

*

Главная масса каучука добывается в настоящее время из сока особого дерева —  бразильской гевеи.

Растет это дерево в диких тропических лесах Южной Америки, в долине реки Амазонки. На заре развития резиновой промышленности, когда потребность в каучуке была еще очень невелика, он добывался только из сока дикорастущих гевей. Но по мере того как развивалась резиновая промышленность, а развитие это было в свою очередь обусловлено бурным ростом электротехнической, автомобильной и авиационной промышленности, потребность в каучуке резко возросла. Дикого каучука стало не хватать, да, кроме того, он был дорог и недостаточно однороден по своему составу. Поэтому к началу XX века каучуконосную бразильскую гевею стали культивировать искусственно на плантациях. Каучук, полученный из сока культурной гевеи, впервые появился в начале этого столетия, а в настоящее время он составляет около 96 проц. всей массы каучука, потребляемого на Земном шаре. Каучуковые плантации расположены главным образом в английских и голландских колониях на островах Малайского архипелага. Мировым монополистом каучука является Англия. (Об англо-американских противоречиях на этой почве см. книжку Зорича «Одна из многих». Там же очень ярка описаны ужасные условия работы на каучуковых плантациях).

*

Посмотрим теперь, как же добывается каучук. Если осторожно надрезать кору гевеи, то из надреза потечет белый сок, по внешнему виду похожий на молоко. Этот сок называется млечным соком или латексом. Если капельку латекса рассмотреть под сильным микроскопом, то можно увидеть, что жидкость содержит в себе множество мелких частичек, быстро снующих по всем направлениям. Эти частицы, или, как их обычно называют, глобулы, состоят из каучука. Они очень малы — размеры их обычно не превышают 0,002—0,005 миллиметра.

Для выделения каучука из латекса применяются различные способы. Самый старый из них, применяющийся сейчас для получения одного из лучших сортов каучука Пара, состоит в следующем.

В латекс обмакивают веслообразную палку и затем держат ее в дыму костра до тех пор, пока из налипшего на нее латекса не испарится вода. После испарения воды остается тонкий слой каучука. Затем, не снимая этого слоя, палку снова обмакивают в латекс, снова коптят, и так до тех пор, покуда не образуется большой ком каучука. Это продолжается около недели. Естественно, что такой малопроизводительный способ не может покрыть всю колоссальную потребность в каучуке. И поэтому в большинстве случаев каучук изготовляется на плантациях другими, более совершенными способами.

Наиболее распространенные способы основаны на особом свойстве латекса: если добавить в него уксусной кислоты, то он свернется, как свертывается молоко, и каучук всплывает наверх в виде творожистой массы. Эта масса пропускается через промывные вальцы, представляющие собой пару стальных валов, вращающихся навстречу друг другу. Сверху на валы льется вода. Рыхлая творожистая масса слипается при этом в плотные листы. Затем промытый каучук сушится на воздухе и после этого готов для употребления. Описанным способом получается сорт каучука, известный под названием светлый креп. Другой распространенный сорт — смокед шит — добывается так же, как и креп, но с той разницей, что он не промывается на вальцах, а только отжимается и затем коптится в специальных коптильнях, приобретая при этом коричневый цвет и характерный запах копченого окорока. Этими двумя способами изготовляется большая часть всего потребляемого каучука.

За последнее время все больше развивается непосредственное применение латекса. Принцип производства резиновых изделии непосредственно из латекса напоминает приготовление каучука Пара. Так, например, для изготовления резиновой перчатки к латексу прибавляется сера и некоторые другие вещества, и в эту смесь опускают деревянную, фарфоровую или алюминиевую форму. Налипший слой высушивается, вулканизируется и снимается с формы в виде готовой перчатки. Изделия получаются при этом очень прочные, гораздо более прочные, чем при изготовлении их из твердого каучука. Кроме того, упрощается самый процесс производства, так как отпадает необходимость применять тяжелую и сложную аппаратуру.

*

Таким образом каучук — это основное сырье для резины — импортного происхождения. Партия и правительство поставили перед учеными Советского Союза задачу —  дать стране своей каучук. «У нас имеется все, кроме разве каучука, — говорил т. Сталин в 1931 г., — но через год-два и каучук мы будем иметь в своем распоряжении». В настоящее время мы имеем право сказать, что эта почетная и трудная задача выполнена. СССР имеет свой каучук, и недалеко то время, когда Советский Союз из страны, импортирующей каучук, станет страной, экспортирующей его.

Работа по получению советского каучука идет в двух направлениях. Первое — это изыскание у нас в Союзе своих собственных каучуконосов. Второе — создание искусственного каучука.

*

Много лет считалось твердо установленным, что каучуконосные растения прививаются и выживают только в тропиках и гораздо реже в субтропиках, причем субтропические каучуконосы серьезного значения не имели. Однако энергичные розыски показали, что и на почвах Советского Союза могут расти каучуконосы. Сказалось, что богатейшая флора нашей страны содержит в своем составе даже не один, а несколько каучуконосов.

Прежде всего была открыта каучуконосность хондриллы. Хондрилла — травянистое растение, встречающееся в песках Средней Азии. На корнях ее имеются наплывы, образующиеся от вытекающего сока. Эти наплывы содержат 2—2,5 проц. каучука. Хондрилла замечательна тем, что она была первым советским каучуконосом.

В самом конце 1929 г. в горах Кара-Тау (Казахстан) было обнаружено неизвестное до тех пор растение — тау-сагыз. Впоследствии оказалось, что тау-сагыз был найден впервые еще в 1903 г., но на него не обратили внимания и экземпляр растения 21 год пролежал в коллекциях Ботанического сада.

Куст каучуконоса, родственного тау-сагыз

Тау-сагыз — растение с длинным и мощным корнем, проникающим глубоко в почву. При изломе корня легко заметить, что в нем содержится большое количество эластичных нитей. Эти нити и есть каучук, но не в виде латекса, как в гевее, а уже свернувшийся. Содержащийся в тау-сагызе каучук составляет около 15 проц. от всего веса сухого корня. Иногда же, в отдельных экземплярах, содержание каучука достигает 40 проц.

Вслед за тау-сагызом было открыт еще ряд каучуконосов, главнейшие из которых — кок-сагыз и крым-сагыз. Кок-сагыз был обнаружен на склонах Тянь-Шаньского хребта на границе с Китаем. Это небольшое растение, в корнях которого каучук содержится также в виде нитей и составляет до 25 проц. веса корня.

*

Способ выделения каучука из тау-сагыза и подобных ему растений совершенно не похож на способ, применяемый при обработке бразильской гевеи. В общих чертах этот способ состоит в следующем: очищенные от листьев корни разрезаются на корнерезке и измельчаются в особых машинах — дезинтеграторах. После этого вся масса варится, и благодаря тому, что древесина тяжелее каучука, он всплывает и легко от нее отделяется. Затем каучук поступает на промывные вальцы. Получающаяся при этом шкурка сушится, и каучук готов к употреблению.

Каучук из тау-сагыза и кок-сагыза по своим качествам не уступает импортному.

Для получения больших количеств советского натурального каучука необходимо наши каучуконосы искусственно культивировать на специальных плантациях. Только крупное плантационное хозяйство может обеспечить надежной сырьевой базой нашу бурнорастущую резиновую промышленность. А для создания такого хозяйства необходимо глубоко и всесторонне изучать все свойства и особенности наших каучуконосов. Надо разработать способы посева и удобрения, изучить сроки созревания и найти средства борьбы с вредителями и болезнями растений. Работа эта в настоящее время усиленно ведется в Научно-исследовательском институте каучука и гуттаперчи, а также в многочисленных каучукпромхозах. Она далеко еще не окончена, но достигнутые успехи дают возможность уже в 1935 г. направить на заводы резиновой промышленности около 140 тонн каучука из сагызов.

*

Еще большие победы были одержаны нами на втором пути — в производстве синтетического каучука. Нам удалось создать первую и единственную в мире промышленность синтетического каучука.

Что же представляет собой это новое вещество?

Синтезом в химии называется искусственное создание какого-нибудь сложного вещества из более простых. Подобные синтезы имеют огромное научное и практическое значение. В настоящее время химики синтезируют (т. е. приготовляют с помощью синтеза) не только такие вещества, которые существуют в природе (например индиго-синяя краска, прежде добывавшаяся из растения марены), но и такие, которые в природе не встречаются и раньше не были известны.

*

Строение природного каучука в настоящее время еще не вполне выяснено. Известно во всяком случае, что молекулы его состоят из углерода и водорода и представляют собой длинные цепочки углеродистых атомов. Цепочки эти построены из отдельных групп по пяти углеродных атомов, причем на каждые пять атомов углерода приходится восемь атомов водорода. При разложении каучука из него выделяется вещество, известное под названием изопрен. Это жидкость, кипящая при 37°. Молекула изопрена также состоит из пяти атомов углерода и восьми атомов водорода, но построение молекул того и другого вещества не одинаково. В молекуле каучука содержится большое количество групп из пяти углеродных и восьми водородных атомов, а молекула изопрена представляет собой отдельную такую группу. Таким образом молекула каучука представляет собой большое количество молекул изопрена, соединенных друг с другом в длинную цепочку. Подобное соединение называется полимеризацией. Каучук — это полимер изопрена. При полимеризации свойства исходного вещества коренным образом меняются: жидкий изопрен становится твердым эластичным каучуком.

Как только было выяснено строение молекулы каучука, возник вопрос об его синтезе. В лаборатории этот синтез был осуществлен легко. Изопрен удается превратить в твердую, упругую массу, очень напоминающую по своим свойствам природный каучук. Но широкого промышленного применения этот способ не нашел, так как получение изопрена сложно и дорого.

Между тем интенсивное развитие автомобильной и электротехнической промышленности в начале XX века резко повысило потребность в каучуке. Плантации каучуконосных деревьев были тогда еще сравнительно мало распространены, и цены на каучук значительно поднялись. Это послужило толчком к усиленному исследованию синтеза каучука. Удалось установить, что производство каучукоподобных веществ путем полимеризации возможно не только из изопрена, но и из некоторых других веществ.

*

Когда началась империалистическая война 1914—1918 гг., Германия оказалась отрезанной от источников природного каучука. Немецкие химики сумели найти выход из безвыходного, казалось бы, положения. Они разработали способ добывать из угля, воды и известняка особое вещество под названием диметилбутадиен, которое при полимеризации образует каучукообразную массу. Из этой массы можно было изготовлять автомобильные шины, различные эбонитовые изделия и другие предметы, необходимые для военных целей. Был построен специальный завод, который выпустил за время войны несколько тысяч тонн синтетического каучука. После войны производство это было прекращена, так как цены на природный каучук резко упали, и синтетический продукт не смог с ним конкурировать.

*

Первая в мире промышленность синтетического каучука создана в СССР. В 1927 г. ВСНХ объявил конкурс на разработку практического способа получения синтетического каучука. Наиболее удачный способ был разработан акад. Лебедевым и его сотрудниками. В результате нескольких лет напряженной лабораторной работы удалось найти способ дешевого получения синтетического каучука удовлетворительного качества. На основе этого способа в Ленинграде был построен первый опытный завод. Испытание в заводских масштабах дало хорошие результаты. Началась постройка заводов синтетического каучука. В настоящее время построены и работают три завода: в Ярославле, Воронеже и Ефремове, и строится завод в Казани.

Завод синтетического каучука в Ефремове. Общий вид газового цеха

Кроме того, в Ленинграде пущен еще один опытный завод для производства синтетического каучука по другому способу — так называемого совпрена. Совпреновый же завод строится в Эривани.

Итак, первая в мире промышленность синтетического каучука создана. Правда, изготовляемый сейчас на заводах синтетический каучук не обладает всеми свойствами натурального и не может еще заменить его полностью, но можно быть уверенным, что дальнейшая работа по улучшению качества СК обеспечит широкое внедрение его во все отрасли промышленности.

Ярославский завод синтетического каучука

*

Остановимся на советском способе производства СК. Чтобы получить дешевый синтетический каучук, надо разрешить две задачи. Во-первых, найти удобный и дешевый способ получения исходного продукта и, во-вторых, способ полимеризации, т. е. превращения этого исходного продукта в синтетический каучук.

Мы уже сказали, что каучукоподобные массы можно получить полимеризацией не только изопрена, но и некоторых других веществ, как, например, диметилбутадиена. Акад. Лебедев выбрал для синтеза каучука вещество, известное под названием дивинил или бутадиен. Было известно, что под действием металлического натрия бутадиен сравнительно быстро, в несколько дней, полимеризируется и превращается в каучукообразное вещество. Предстояло найти способ дешевого производства бутадиена. Этот способ и был открыт акад. Лебедевым и его сотрудниками, предложившими способ получения бутадиена из спирта. Спирт представляет собой сравнительно дешевое и доступное сырье, и благодаря этому стало возможно сразу же поставить производство по способу акад. Лебедева на практические рельсы.

Разработанный акад. Лебедевым способ получения СК состоит в следующем. Сначала пары спирта поступают в особую печь, где химически разлагаются на бутадиен и большое количество других веществ. Полученный таким путем бутадиен необходимо затем очистить от различных примесей. Очистка производится пропусканием всей смеси через холодильники, в которых часть примесей превращается в жидкость, а бутадиен с остальными примесями остается в газообразном состоянии. Дальнейшая очистка производится путем растворения бутадиена в керосине. Примеси в керосине не растворяются, благодаря этому их удается отделить. Из керосина бутадиен выделяют нагреванием, при этом он снова превращается в газ, а затем уже охлаждением и сжатием опять в жидкость. Теперь он готов для полимеризации.

Лабораторный опыт получения "белой сажи" (кремнекислоты) — нового усилителя синтетического каучука

Различные побочные вещества, получающиеся при превращении спирта в бутадиен, сами по себе очень ценны и имеют самостоятельное широкое применение. Полное их улавливание и использование составляет очень важную и не вполне еще решенную проблему.

Очищенный жидкий бутадиен загружается в полимеризаторы и подвергается действию металлического натрия. Через некоторое время (6—10 дней) полимеризация заканчивается. Полимеризатор открывается, и оттуда выгружается синтетический каучук. После промывки водой и некоторой обработки он готов к отправке на резиновые заводы.

*

Возникает вопрос: нужны ли оба вида каучука — и природный и синтетический? Не лучше ли было бы все силы направить по одному пути и на нем добиваться наибольших успехов? Такое решение вопроса было бы неправильно. Дело в том, что потребности резиновой промышленности чрезвычайно разнообразны. Существует множество сортов резины, и каждый из них обладает различными физическими и химическими свойствами. Это разнообразие сортов достигается применением различных видов каучука и, главным образом, различных добавок к нему (сера, сажа, мел, каолин и много других).

Общий над компрессорного зала с синхронными моторами холодильного цеха

Задача работников промышленности СК и каучуконосов состоит в том, чтобы удовлетворить не только количественную потребность в каучуке, по и многообразные качественные требования к нему со стороны бурнорастущей советской резиновой промышленности. Синтетический и природный каучуки не соперники, а друзья, имеющие каждый свою область применения и совместно обеспечивающие экономическую независимость Советского Союза.