Synteettinen kumi - Synthetic rubber
Synteettinen kumi on mikä tahansa keinotekoinen elastomeeri . Ne ovat polymeerejä, jotka on syntetisoitu öljyn sivutuotteista. Yhdysvalloissa tuotetaan vuosittain noin 32 miljoonaa tonnia kumia , ja tästä määrästä kaksi kolmasosaa on synteettistä. Global saaduilla tuloilla synteettisiä kumeja ovat noussee noin US $ 56 miljardia Yhdysvaltain 2020. synteettistä kumia, kuten luonnonkumia , on monia käyttötarkoituksia autoteollisuuden ja renkaita , ovi- ja ikkuna-profiilit, tiivisteet , kuten O-renkaat ja tiivisteet , letkut , hihnat , matot ja lattia . Ne tarjoavat erilaisia fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia, joten ne voivat parantaa tietyn tuotteen tai sovelluksen luotettavuutta. Synteettiset kumit ovat parempia kuin luonnolliset kumit kahdessa suuressa suhteessa, lämpöstabiilisuudessa ja öljyjen ja vastaavien yhdisteiden kestävyydessä. Ne kestävät paremmin hapettimia, kuten happea ja otsonia, jotka voivat lyhentää renkaiden kaltaisten tuotteiden käyttöikää.
Synteettisen kumin historia
.jpg)
Laajennettu polkupyörien käyttöä, ja erityisesti niiden pneumaattiset renkaat , alkaen 1890, luotu lisääntynyt kysyntä kumia. Vuonna 1909 Fritz Hofmannin johtama ryhmä , joka työskenteli Bayerin laboratoriossa Elberfeldissä , Saksassa, onnistui polymeroimaan isopreenin , ensimmäisen synteettisen kumin.
Venäläinen tiedemies Sergei Vasiljevich Lebedev loi ensimmäisen butadieenista syntetisoidun kumipolymeerin vuonna 1910 . Tämä synteettisen kumin muoto, polybutadieeni , muodosti perustan tsaarin valtakunnan ensimmäiselle laajamittaiselle kaupalliselle tuotannolle, joka tapahtui ensimmäisen maailmansodan aikana luonnonkumin puutteen vuoksi. Tämä varhainen synteettisen kumin muoto korvattiin jälleen luonnonkumilla sodan päätyttyä, mutta synteettisen kumin tutkimukset jatkuivat. Venäläinen amerikkalainen Ivan Ostromislensky, joka muutti New Yorkiin vuonna 1922, teki merkittävää varhaista tutkimusta synteettisestä kumista ja muutamista monomeereistä 1900 -luvun alussa. Poliittiset ongelmat, jotka johtuivat luonnonkumin suurista vaihteluista, johtivat Stevensonin lain voimaantuloon vuonna 1921. Tämä laki loi olennaisesti kartellin, joka tuki kumin hintoja säätelemällä tuotantoa, mutta riittämätön tarjonta, erityisesti sodan puutteen vuoksi, johti myös vaihtoehtoisten synteettisen kumin muotojen etsimiseen.
Vuoteen 1925 mennessä luonnonkumin hinta oli noussut siihen pisteeseen, että monet yritykset tutkivat menetelmiä synteettisen kumin valmistamiseksi kilpaillakseen luonnonkumin kanssa. Yhdysvalloissa tutkimus keskittyi eri materiaaleihin kuin Euroopassa käytetyt, neopreenisynteesin kehittäneen Notre Damen yliopiston kemian professorin Julius Nieuwlandin varhaisen laboratoriotyön pohjalta .
Vuonna 1930 julkaistut Lebedevin, amerikkalaisen Wallace Carothersin ja saksalaisen tiedemiehen Hermann Staudingerin itsenäisesti kirjoittamat tutkimukset johtivat vuonna 1931 yhteen ensimmäisistä onnistuneista neopreeni -synteettisistä kumista , joka kehitettiin DuPontissa EK Boltonin johdolla . Neopreeni kestää hyvin kuumuutta ja kemikaaleja, kuten öljyä ja bensiiniä , ja sitä käytetään polttoaineletkuissa ja eristävänä materiaalina koneissa. Thiokol -yhtiö käytti nimeään kilpailevaan etyleenidikloridipohjaiseen kumityyppiin , joka oli kaupallisesti saatavilla vuonna 1930.
Ensimmäinen kumi tehdas Euroopassa SK-1 (Venäjän "Synteettiset Kauchuk", venäläinen : СК-1 ) perustettiin ( Neuvostoliitto ) mukaan Sergei Lebedevin vuonna Jaroslavl alle Stalinin 's ensimmäinen viisivuotissuunnitelma heinäkuun 7. 1932.
Vuonna 1935 saksalaiset kemistit syntetisoivat ensimmäisen sarjan Buna -kumeina tunnetuista synteettisistä kumista . Nämä olivat kopolymeerejä , eli polymeerit koostuivat kahdesta monomeeristä vuorotellen. Muita tuotemerkkejä olivat Koroseal , jonka Waldo Semon kehitti vuonna 1935, ja Sovprene , jonka venäläiset tutkijat loivat vuonna 1940.
Toinen maailmansota
BF Goodrich Companyn tiedemies Waldo Semon kehitti vuonna 1940 uuden ja halvemman version synteettisestä kumista, joka tunnetaan nimellä Ameripol. Ameripol teki synteettisen kumin tuotannosta paljon kustannustehokkaampaa ja auttoi vastaamaan Yhdysvaltojen tarpeisiin toisen maailmansodan aikana.
Synteettisen kumin tuotanto Yhdysvalloissa laajeni suuresti toisen maailmansodan aikana, koska akselivallat hallitsivat lähes kaikkia maailman rajallisia luonnonkumin toimituksia vuoden 1942 puoliväliin mennessä, kun japanilaiset valloittivat suurimman osan Aasiasta (mistä suuri osa maailmanlaajuisesta luonnonkumia). Sotilasautot tarvitsivat kumia renkaisiin ja kumia käytettiin lähes kaikissa muissa sotakoneissa. Yhdysvaltain hallitus käynnisti suuren (ja suurelta osin salaisen) pyrkimyksen parantaa synteettisen kumin tuotantoa. Suuri joukko kemian eri toimielimet osallistuivat myös Calvin Souther Fuller on Bell Labs . GRS -niminen kumi (Government Rubber Styrene), butadieenin ja styreenin kopolymeeri , oli Yhdysvaltain synteettisen kumin tuotannon perusta toisen maailmansodan aikana. Vuoteen 1944 mennessä sitä valmisti yhteensä 50 tehdasta, jotka kaatoivat materiaalin määrän kaksinkertaiseksi verrattuna maailman luonnonkumin tuotantoon ennen sodan alkua. Se edustaa edelleen noin puolta maailman kokonaistuotannosta.
Operaatio Pointblank -pommitukset Natsi -Saksassa sisälsivät Schkopaun tehtaan (50000 tonnia/vuosi) ja Hülsin synteettisen kumitehtaan Recklinghausenin lähellä (30000, 17%) sekä Kölnische Gummifäden Fabrik -rengas- ja putkitehtaan Deutzissa Reinin itärannalla . Ferrara , Italia, synteettinen kumi tehdas (lähellä joen silta) pommitettiin 23. elokuuta 1944. [1] Kolme muuta synteettistä kumia tilat olivat Ludwigshafenissa / Oppau (15000), Hannover / Limmer (talteenotto, 20000), ja Leverkusen ( 5000). Synteettisen kumin tehdas Oświęcimissä , natsien miehittämässä Puolassa, oli rakenteilla 5. maaliskuuta 1944, jota operoi IG Farben ja joka toimitti orjatyövoimaa SS: ltä Auschwitz III -leiriltä (Monowitz) .
Sodanjälkeinen
Kiinteän polttoaineen raketit käyttivät toisen maailmansodan aikana ponneaineina nitroselluloosaa , mutta oli epäkäytännöllistä ja vaarallista tehdä tällaisia raketteja erittäin suuriksi. Sodan aikana Kalifornian teknologiainstituutin (Caltech) tutkijat keksivät uuden kiinteän polttoaineen, joka perustui asfalttiin, johon oli sekoitettu hapettava aine (kuten kalium- tai ammoniumperkloraatti ), ja alumiinijauhetta . Tämä uusi kiinteä polttoaine poltti hitaammin ja tasaisemmin kuin nitroselluloosa, ja se oli paljon vähemmän vaarallista varastoitaessa ja käytettäessä, mutta sillä oli taipumus virrata hitaasti ulos raketista varastossa ja sitä käyttäviä raketteja oli varastoitava nenä alaspäin.
Sodan jälkeen Caltechin tutkijat alkoivat tutkia synteettisten kumien käyttöä asfaltin korvaamiseksi kiinteän polttoaineen rakettimoottoreissaan. 1950-luvun puoliväliin mennessä suuria ohjuksia rakennettiin käyttämällä synteettiseen kumiin perustuvia kiinteitä polttoaineita, sekoitettuna ammoniumperkloraattiin ja suuria määriä alumiinijauhetta. Tällaiset kiinteät polttoaineet voidaan heittää suuriksi, yhtenäisiksi lohkoiksi, joissa ei ole halkeamia tai muita vikoja, jotka aiheuttavat epätasaista palamista. Lopulta kaikki suuret kiinteän polttoaineen sotilasraketit ja -ohjukset käyttävät synteettiseen kumiin perustuvia kiinteitä polttoaineita, ja niillä olisi myös merkittävä osuus siviili-avaruustyössä.
Lisää parannuksia synteettisen kumin luomisprosessiin jatkettiin sodan jälkeen. Isopreenin kemiallinen synteesi nopeutti luonnonkumin tarpeen vähenemistä, ja rauhan ajan synteettisen kumin määrä ylitti luonnonkumin tuotannon 1960 -luvun alussa.
Synteettistä kumia käytetään paljon tekstiileissä painettaessa, jolloin sitä kutsutaan kumipastaksi . Useimmissa tapauksissa titaanidioksidia käytetään kopolymeroinnin ja haihtuvien aineiden kanssa tällaisen synteettisen kumin valmistuksessa tekstiilikäyttöön. Lisäksi tällaista valmistetta voidaan pitää titaanidioksidipohjaisena pigmenttivalmisteena.
Mukaan 1960, kaikkein purukumin yritykset olivat vaihtanut chiclekumi ja butadieeni -pohjainen synteettinen kumi, joka on halvempi valmistaa.
Luonnollinen vs. synteettinen kumi
Luonnonkumia , tulevat lateksi on Hevea brasiliensis , on pääasiassa poly cis - isopreeni .
Synteettinen kumi, kuten muutkin polymeerit , on valmistettu erilaisista öljypohjaisista monomeereistä . Yleisin synteettinen kumi on styreenibutadieenikumit (SBR) on johdettu kopolymeroimalla sekä styreenin ja 1,3-butadieeni . Muita synteettisiä kumia ovat:
- polyisopreeni , valmistettu polymeroimalla synteettistä isopreeniä
- klooripreeni , valmistettu polymeroimalla 2-klooributadieeni
- nitriilikumi, joka on valmistettu syaanibutadieenistä tai 2-propenenitriilistä ja butadieenista
Monia muunnelmia näistä voidaan valmistaa monomeeriseoksilla ja erilaisilla katalyyteillä, jotka mahdollistavat stereokemian hallinnan .
Jotkut synteettiset kumit ovat vähemmän herkkiä otsonin halkeilulle kuin NR. Luonnonkumi on herkkä ketjurakenteensa kaksoissidosten vuoksi, mutta joissakin synteettisissä kumissa ei ole näitä sidoksia, joten ne kestävät paremmin otsonikrakkausta. Esimerkkejä ovat Viton -kumi , EPDM ja butyylikumi . Polyisobutyleeniä tai butyylikumia käytetään yleisesti renkaiden sisäputkissa tai vuorauksissa, koska se kestää ilman hajaantumista vuorauksen läpi. Se on kuitenkin paljon vähemmän joustava materiaali kuin cis- polybutadieeni, jota käytetään usein renkaan sivuseinissä minimoidakseen energiahäviöt ja siten lämmön kertyminen. Itse asiassa se on niin joustava, että sitä käytetään superpalloissa . Elastomeeri, jota käytetään laajasti ulkolevyissä , kuten katonpäällysteissä, on Hypalon tai kloorisulfonoitu polyeteeni . Uusi synteettisen kumin luokka on kestomuoviset elastomeerit, jotka voidaan muotoilla helposti toisin kuin tavanomainen NR -vulkanoitu kumi . Niiden rakenne stabiloidaan silloittamalla mukaan kristalliittien tapauksessa polyuretaanien tai amorfinen domeenien tapauksessa SBS- lohkokopolymeerien .
Silikonikumi
Silikonikumi on myös synteettinen elastomeeri, joka koostuu silikonipolymeereistä . Silikonikumia käytetään laajalti teollisuudessa, ja valmisteita on useita. Silikonikumit ovat usein yksi- tai kaksiosaisia polymeerejä, ja ne voivat sisältää täyteaineita ominaisuuksien parantamiseksi tai kustannusten alentamiseksi. Silikonikumi on yleensä reagoimaton, vakaa ja kestää äärimmäisiä ympäristöjä ja lämpötiloja.