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テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト
合成ゴム。 発明と生産の歴史
ディレクトリ / テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト ゴムは、弾性、耐水性、電気絶縁性などの特性を備えた天然または合成のエラストマーであり、これを加硫してゴムや硬質ゴムが得られます。
ヨーロッパはXNUMX世紀に最初にゴムについて学びました。 クリストファーコロンブスは、他の多くの好奇心とともにアメリカからそれをもたらしました。 ハイチ島沖の船の停泊中に、コロンブスと彼の仲間は、ヨーロッパではまったく知られていない、ある種の弾力性のある素材で作られたボールで遊んでいる先住民を観察しました。 ボールは地面にぶつかると簡単に跳ね返り、圧縮されて元の形状に戻りました。 スペインに戻ったコロンブスは、後に旧世界で「ゴム」という名前で知られるようになったこの素晴らしい素材のサンプルを持ち帰りました。 インドの「ゴム」から翻訳すると、「木の涙」を意味します。 後に知られるようになったように、それは熱帯の木の樹皮の切り込みから集められたジュースでした - ブラジルのパラゴムノキ。 それはヘベアがXNUMX歳のときに木から採取されました.XNUMXメートルの高さで樹皮に切り込みが入れられ、ミルクのような白いジュースがその下から流れ始めたとき、彼らはそれをぶら下げて集めましたカップ、そしてそれを大きな容器に注ぎました。 空気中で、ジュースは比較的急速に凝固し、黒い樹脂状の製品、つまりゴムに変わりました。
ヨーロッパ人はこの資料のメリットをすぐには理解しませんでした。 XNUMX世紀の間、彼らはゴムを野蛮な好奇心として扱ってきました。 その間、南アメリカに来た旅行者はヨーロッパにゴムから作られた新しいアイテムをますます配達し続けました。 その中には、ボトル、防水ブーツ、雨服がありました。 これはすべて非常に興味深いものでしたが、実用的な意味はありませんでした。 久しぶりにヨーロッパ人はゴムの最初の使用法を見つけました-彼らは現代の学校の消しゴムを彷彿とさせる輪ゴムの形でそれを使い始めました。 1839世紀の終わりに、英国の化学者マッキントッシュはゴムから防水レインコートを製造するための特許を取得しました。 それらはMacintoshと呼ばれます。 しかし、レインコートはヨーロッパの気候には十分ではありませんでした。低温ではスズのように固くなり、暑さの中で粘着性がありました。 多くの実験の後、彼らはゴムを加硫することによってゴムのこれらの不快な特徴を回避する方法を見つけました。 （この重要な発見は、XNUMX年にアメリカの化学者グッドイヤーによって行われました。）ゴムを硫黄と一緒に加熱すると、その特性が非常に強く変化することがわかりました。ゴムはより柔軟で弾力性があり、温度変化にそれほど敏感ではありません。 この新しい加硫ゴムはゴムとして知られるようになりました。 様々な点で非常に便利であることが証明され、瞬く間に人気を博しました。 その需要は年々高まっています。 天然ゴムに似た製品は他にありません。防水性、電気絶縁性、柔軟性があり、非常に大きな形状変化が可能です。 外力の作用下で、数回伸びて再び縮むことがあります。 こんなに弾力のある物質は他にありません。 同時に、それは強く、耐久性があり、耐摩耗性があり、加工が容易です。 したがって、ゴムは、自動車のタイヤ、あらゆる種類のドライブベルト、輸送テープ、スリーブ、ショックアブソーバー、ガスケット、柔軟な断熱材などの製造に理想的な素材であり続けています. ゴムがなければ、現代の産業社会の生活は不可能です。 XNUMX世紀半ばからゴム製品の量産が始まりました。 これは本物のゴム熱を引き起こしました。 ゴムの木が生えた地域は、戦争と憶測の対象となりました。 野生のヘビアはすぐに業界のニーズを満たすのをやめました。 さらに、ジャングルでゴムを採掘することは困難で費用がかかりました。 ゴム農園を作るために成功した実験がなされました。 Heveaは、ジャワ、スマトラ、マレー諸島の熱帯地方に移動しました。 ゴムの生産量は数倍に増加しましたが、需要は伸び続けました。 9 年間、科学の世界はゴムの謎に対する答えを探し、化学的手段によって人工的にゴムを作る方法を学びました。 ヘベアジュースからの天然ゴムはいくつかの物質の混合物であることが徐々に明らかになりましたが、その質量の10/5は式（C8H5）nのポリイソプレン炭化水素に当てはまり、nは非常に大きく、8以上です。 同様の構造を持つ物質は、高分子製品のグループに属します-ポリマーは、より単純なモノマー物質（この場合はCXNUMXHXNUMXイソプレン分子）のいくつかの、時には非常に多くの同一分子の組み合わせによって形成されます。 好ましい条件下では、個々のモノマー分子は、長く柔軟な直鎖または分岐鎖の糸で互いに接続されます。 このポリマー形成反応は重合と呼ばれます。 これは、複数の結合（二重または三重）を持つ有機物質でのみ発生します。 これらの結合の分離の結果として、個々の分子の相互の接続が発生します（放出された原子価のため）。 天然ゴムには、ポリイソプレンに加えて、樹脂のようなタンパク質やミネラルが含まれています。 樹脂やタンパク質から精製された純粋なポリイソプレンは非常に不安定で、空気中でその貴重な技術的特性である弾性と強度をすぐに失います。 したがって、人工ゴムを製造するためには、少なくとも1つのことを学ぶ必要がありました。2）他の物質からイソプレンを入手する。 3）イソプレンの重合反応を行う。 1860）得られたゴムを適切な物質で処理して分解から保護します。 これらすべてのタスクは非常に困難であることが判明しました。 XNUMX年、英国の科学者ウィリアムズは、ゴムの乾留によってイソプレンを分離しました。イソプレンは、独特の臭いのある、軽くて動きやすい無色の液体であることが判明しました。 1879 年、フランスの化学者グスタフ ブシャールは、イソプレンを加熱し、塩酸を作用させて逆反応を行い、ゴム状の生成物を得ました。 1884 年、英国の化学者ティルデンは、テレビン油の高温分解によってイソプレンを得ました。 これらの科学者のそれぞれがゴムの特性の研究に貢献しましたが、その合成の秘密はXNUMX世紀に解決されないままでした.すべてのオープンな方法は、原材料のコストが高いため、またはイソプレンの収率が低いため、または反応を確実にする複雑な技術的プロセスのためです。 しかし、イソプレンはゴムの生産に本当に必要ですか？ おそらく、同様の特性を持つ高分子を他の炭化水素から形成することができますか？ 1901年、ロシアの化学者コンダコフは、ジメチルブタジエンも暗所または拡散光の中で約XNUMX年間放置すると、ゴム状の物質に変わることを発見しました。 （ドイツの第一次世界大戦中に、天然ゴムの供給源から切り離されて、ジメチルブタジエンからの合成ゴムの生産が開始されました。しかし、それからの製品は非常に質の悪いものでしたが、その価格は高額であることが判明しました。技術的な問題。戦後、このメチルゴムは二度と生産されませんでした。） その後、分子骨格を持つすべての炭化水素がゴムのような物質に合成できることが発見されました
このシリーズの最初のメンバーはブタジエン（またはジビニル）です
1914 年に、英国のマシューズとストレンジは、金属ナトリウムの存在下でジビニルから非常に優れたゴムを得ました。 しかし、第一にジビニルの製造方法が見つからず、第二に、工場でゴムを合成できる設備を作ることができなかったため、彼らの仕事は実験室の実験を超えませんでした。 これらの問題は両方とも、XNUMX 年後にロシアの化学者セルゲイ・レベデフによって解決されました。 第一次世界大戦前、ロシアの工場は輸入ゴムから最大 12 トンのゴムを生産していました。 革命後、産業の工業化が始まると、ソ連のゴムに対する需要は何倍にもなりました。 68隻の船には800トンのゴムが必要で、各タンクは600kg、航空機は160kg、自動車は1923kgでした。 毎年ますます多くのゴムを海外から購入しなければなりませんでした。 一方、1924 年から 2400 年にかけて、天然ゴムの価格は XNUMX トンあたり XNUMX ゴールド ルーブルに達しました。 このような大金を支払う必要があり、さらには、若いソビエト国家がこのようにサプライヤーに依存したことは、国の指導者にとって深刻な問題を引き起こしました。 それらを解決する唯一の方法は、合成ゴムの工業的製造方法を開発することでした。 1925年の終わりに、最高経済会議は合成ゴムを生産するための最良の方法をめぐる国際競争を発表しました。 競争の条件は非常に厳しかった。ゴムはソ連で採掘された製品からソ連で作られなければならず、人工ゴムの価格は過去1年間の世界の平均価格を超えることはできなかった。 1928年2月XNUMX日までに、完成したサンプルXNUMXkgをモスクワに届ける必要がありました。 当時のレベデフは、レニングラード大学の一般化学科を率いていました。 革命の前から、彼は数年間合成ゴムの問題に取り組んでおり、競技会のすべての参加者が直面している困難をよく知っていました。 それにもかかわらず、彼はそれに参加することを決めました。 何人かの生徒と生徒が彼の仕事を手伝うことに同意した。 時代は非常に困難でした。 すべてのアシスタントとレベデフ自身は、勤務時間外、夕方、週末に完全に無料で働いていました。 締め切りに間に合わせるために、彼らは最大限の努力をしました。 複雑な技術実験は、最も不利な条件で実行する必要がありました。 文字通りすべてが欠けていました。 この驚くべき企業の参加者が後で思い出したように、彼らは自分たちの手で必要なすべてを行いました。 レベデフは、化学者としてだけでなく、ガラス送風機、機械工、電気技師としても働かなければなりませんでした。 化学プロセス中の冷却には氷が必要でした-それはすべてネバで一緒に収穫されました。 それでも、物事は順調に進んでいました。 過去数年間の研究で、レベデフは、天然ゴムの特性を完全に再現する合成ゴムを入手することは非常に困難な作業であり、そのような状況ではほとんど達成できないと確信するようになりました。 彼はすぐにイソプレンの実験を断念し、出発物質としてジビニルを使用することにしました。 マシューズとストレンジがジビニル（ブタジエン）ゴムの製造過程で研究した後、もうXNUMXつ欠けているリンクがありました。安価で入手しやすい原材料からジビニルを製造する方法を開発する必要がありました。 当初、レベデフは石油をそのまま摂取したかったのですが、その後、彼はすべての注意をアルコールに集中させました。 当時、アルコールは最も本物の原料でした。 ジビニル合成の問題がうまく解決されていれば、必要な量のゴムをすぐに生産することができたでしょう、そしてこれはまさに国が必要としていたものでした。 エチルアルコールがジビニル、水、水素に分解する反応の本質（一般的には2CH3CH2OH = C4H6 + 2H2O + H2の式で表されます）は、レベデフにとって明らかでした。 しかし、大きな困難は適切な触媒の選択にありました。 進行中のプロセスの本質を深く理解したレベデフは、活性のある天然粘土の1927つがそのような触媒として役立つ可能性があることを示唆しました。 1927年の夏にクリミアとコーカサスで休暇を過ごしている間、彼は常に粘土のサンプルを収集して研究していました。 結局、彼はコクテベリで正しい粘土を見つけました。 彼女の存在下での反応は素晴らしい結果をもたらしました。 したがって、XNUMX年の半ばに、最初の成功が達成されました。反応は正しい方向に進み、ジビニルはアルコールから得られました。 次のプロセス - ジビニルの重合 - レベデフは、マシューズとストレンジの方法に従って実行することにしました。 これを行うために、特別な設備のナトリウムがジビニル上に均等に分配され、その後反応は3〜5日間続きました。 しかし、その最終製品はまだ商用ゴムではありませんでした。 それはガスで飽和しており、ナトリウムはその中に不均一に分布しており、混合物は不安定で空気中で急速に酸化され、弾力性を失いました。 そのため、得られたゴムをミキサーで処理し、ゴムに含まれるナトリウムと一緒に混練しました。 次に、エンハンサー、カーボンブラック、カオリン、マグネシア、およびゴムを腐敗から保護するはずのその他の成分と混合されました。 準備ができているゴムは、わずかな量で受け取りました-2日あたりわずか数グラムです。 したがって、仕事は文字通りギリギリまで続きました。 締め切りまであと数日となった1928月末、XNUMXkgのゴムの合成が完了し、緊急にモスクワに送られた。 XNUMX 年 XNUMX 月、陪審員は、送られたすべてのサンプルを検討した結果 (ちなみに、それらのサンプルはほとんどありませんでした)、レベデフの研究室で栽培されたゴムが最高であると認めました。 しかし、これは始まりに過ぎませんでした。 実験室の方法は、工場設定では受け入れられないことがよくあります。 レベデフは、彼のゴム生産方法の産業技術の研究と開発を続けるように指示されました。 大変な作業がまた始まりました。 確かに、レベデフにはより多くの資金と機会がありました。 彼の仕事の重要性をよく知っていた政府は、彼に必要なものをすべて提供しました。 すぐに、合成ゴムの特別な研究所がレニングラード大学に設立されました。 2 年以内に、この実験室でパイロット プラントが設計および建設され、3 日あたり 1929 ～ XNUMX kg のゴムが生産されました。 XNUMX 年末までに、工場プロセスの全技術が開発されました。 1930 年 XNUMX 月、グトゥエフスキー島のレニングラードでパイロット プラントの建設が始まりました。 夏には、工場の実験室が開設されました。 レベデフの個人的な指示に従って装備された、当時の最高の化学研究所のXNUMXつであり、合成ゴムの真の科学センターになりました。 研究室に加えて、レベデフは彼らが見つけることができる最高の専門家を自由に使うことができました。 すべての質問について、彼はレニングラード地方党委員会のキーロフ書記に個人的に連絡することができました。 必要な機器を作るのが大変でした。 化学工学はまだ始まったばかりでした。 注文はすべてのレニングラード工場に配布されましたが、必要な経験が不足していたため、実装はゆっくりと進みました。 レベデフ自身でさえ、正確な技術的アドバイスを与えることが難しい場合がありました。 それにもかかわらず、パイロットプラントの建設は1931年250月に完了しました。 XNUMX月には、最初のXNUMXkgのゴムがその上で入手されました。 世界初の安価な工場製合成ゴムでした。 同じ年に、ヤロスラヴリ、ヴォロネジ、エフレモフにXNUMXつの巨大なゴム工場が建設されました。 それらのすべては衝撃的なコムソモール建設プロジェクトと宣言され、驚くべきスピードで建設されました。 1932 年、ヤロスラヴリ工場はすでに最初のゴムを生産していました。 当初、工場でのジビニルの合成は非常に困難でした。 ジビニル、水、および水素からなるアルコール分解生成物の単純な混合物の代わりに、30成分の複雑な「ビネグレット」が得られ、この質量でのジビニルの収率は20〜25％を超えませんでした。 レベデフは、生産の立ち上げを手伝うために、従業員のグループと一緒に緊急にヤロスラブリに行かなければなりませんでした。 その後、ヴォロネジとエフレモフでも同じ問題が発生しました。 1934 年の春、エフレモフの工場への旅行中に、レベデフは発疹チフスにかかり、レニングラードに戻った直後に亡くなりました。 しかし、彼がそのような重要な基盤を築いた大義は、より強力になり、発展しました。 最初の XNUMX つの合成ゴム工場に続いて、いくつかの新しい工場が建設されました。 1934 年には 11 トン、1935 年には 25 トン、1936 年には 40 トンの合成ゴムが生産されました。 1937 年には、全ゴム生産量に占める合成ゴムの割合はすでに 73% でした。 最も複雑な科学的および技術的問題が首尾よく解決されました。 しかし、レベデフによって開発された合成ゴムの製造方法だけが可能な方法ではありませんでした。 彼自身もこれをよく理解しており、近年、食品原料（アルコールは食品から製造され、1トンのジャガイモは12トンのアルコールを製造するために費やされた）を他のより安価なものに置き換える方法について多くのことを考えました。たとえば、オイル。 ジビニルゴムのもう1965つの欠点は、接着性が低いことでした。 それからゴム製品を製造する際には、追加費用が必要でした。 その後、合成ゴムの製造方法がさらにいくつか開発され、XNUMX年にソ連で合成ゴムが最初に工業条件下でイソプレンから入手されました。 著者：Ryzhov K.V.
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