Нехватка каучука побудила многих ученых искать новые каучуконосы. И они были найдены – одним из первых оказался «кок-сагыз». Это травянистое растение, которое у нас называется одуванчик. Если вы порвете его стебель, то выделенная капелька сока – это и есть – латекс.
Кок-сагыз начали выращивать в США – под названием «Русский одуванчик». В Германии вывели сорт одуванчика у которого вес корня достигает 400 гр и уже из такого корня рентабельно получать млечный сок. Такой сок, из которого можно получать каучук, содержится даже в зеленых листьях подсолнечника, фикуса, полыни и молочая, но извлечение его от туда весьма трудоемкий процесс. Вообще – то, на земле более 1000 сортов растений способных дать латекс, но пока, опыты идут с не более чем 10 растениями. Эти опыты необходимы потому что, пока, резина должна содержать до 20 % натурального каучука, для обеспечения необходимой эластичности. Если резина состоит только из натурального каучука, то на одну легковую машину необходимо собрать 200 кг латекса. Как видим, натуральный каучук когда-нибудь должен был стать дефицитом. «Резиновый пузырь» уже готов был лопнуть.
Еще в 70-х годах XIX века Британия обеспокоилась постоянной вырубкой каучуконосных деревьев в тропических лесах. Если дерево срубить, из него можно получить больше млечного сока – до тридцати килограммов по сравнению с 5 килограммами в год, при надрезании коры. Такая практика привела почти к полному исчезновению деревьев вида Castilla.
А потребности все возрастали, например, самолет требовал – 600 кг резины, а корабль – 68 тонн. Советское правительство было обеспокоено, ибо каждый год покупки каучука за границей все возрастали и возрастали, несмотря на то, что в 1924 году его цена достигала двух с половиной тысяч золотых рублей за тонну.
70 % всей вырабатываемой резины идет на изготовление автомобильных шин, а число автомобилей с каждым годом все росло и росло. Резину требовали самолеты, пушки, военная одежда (плащ-палатки, противогазы), обувь и т. д.
Одними из самых заинтересованных стран в производстве синтетического каучука были страны где не было каучуконосов, основные это Россия и Германия.
Руководство нашей страны было озабочено не столько необходимостью платить огромные деньги, сколько зависимостью, в которую ставили нас поставщики. На высшем уровне было принято решение разработать промышленный способ изготовления синтетического каучука. Для этого в конце 1925 года ВСНХ (Высший совет народного хозяйства) предложил конкурс на самый лучший способ его получения. Конкурс был международным, однако согласно условиям каучук должен был изготавливаться из продуктов, добываемых в Советском Союзе, а цена на него не должна была превышать среднемировой за последние пять лет. Итоги конкурса подводились 1 января 1928 года в Москве, по результатам анализа представленных образцов не менее двух килограммов.
Одним из претендентов был наш соотечественник Сергей Васильевич Лебедев, который занимался этим вопросом еще с 1909 г.
В качестве легкодоступного сырья для производства дивинила Лебедев попробовал нефть, но потом все же остановился на спирте. Спирт оказался реальным начальным сырьем. Основная проблема реакции разложения этилового спирта на дивинил, водород и воду состояла в отсутствии подходящего катализатора. Сергей Васильевич предположил, что им может являться одна из природных глин. Нужную он отыскал в Коктебеле. Реакция в присутствии найденной глины дала отличный результат, и в конце 1927 года был получен дивинил из спирта. Полимеризацию дивинила Лебедев проводил по способу британских исследователей с присутствием металлического натрия.
На конечном этапе полученный каучук смешивали с магнезией, каолином, сажей и некоторыми другими компонентами для предохранения от распада. Поскольку готовый продукт получался в мизерных количествах – пара граммов в сутки – работы шли почти до последних дней конкурса. В конце декабря синтез двух килограммов каучука был окончен, и его отправили в столицу. Каучук выглядел как большая коврижка, похожая цветом на мед. Запах был резкий и довольно неприятный. После того, как описание способа изготовления каучука было закончено, его упаковали в ящик и повезли в Москву. Жюри закончило изучать образцы в феврале 1928 года. Их оказалось совсем немного. Были получены работы ученых из Франции и Италии, но основная борьба развернулась между Сергеем Лебедевым и Борисом Бызовым, который получил дивинил из нефти. В итоге каучук Лебедева был признан наилучшим. Получение дивинила из нефтяного сырья в промышленных масштабах в то время было трудно реализовать. Однако, в последствии пришли к технологии предложенной Б. Базовым (с 1950 г.)
Событие имело огромное значение для советской промышленности, позволив уменьшить потребление натуральных каучуков. Синтетический каучук, к тому же, обладал новыми свойствами, например, стойкостью к бензинам и маслам. Лебедеву было поручено продолжить исследования и изготовить промышленный способ производства каучука. В ленинградском университете создали лабораторию синтетического каучука. За год в ней была построена экспериментальная установка, производившая по три килограмма каучука в сутки.
Постройка опытного завода была закончена в январе 1931 года, а в феврале уже были получены первые дешевые 250 килограммов синтетического каучука. Завод был секретным и проходил под названием «Завод литеры Б». Вскоре было заложено строительство еще трех заводов – гигантов по единому проекту – в Ефремове, Ярославле, Воронеже.
Рис. 6. Лебедев Сергей Васильевич, химик. Основоположник промышленного производства синтетического каучука
Производство синтетической резины в нашей стране поразило весь мир. Ведь наука, технология и производство – все было разрушено гражданской войной и потребовалось около полугода, чтобы убедить другие страны, что в этом вопросе «мы впереди планеты всей».
Мощность каждого из этих заводов составляла десять тысяч тонн каучука в год. Их строили возле мест, где производился спирт. Сырьем для спирта изначально служили пищевые продукты, в основном картофель. На одну тонну спирта требовалось двенадцать тонн картофеля, а для изготовления шины для автомобиля в то время уходило около пятисот килограммов картошки.
В 1934 году страна выпустила одиннадцать тысяч тонн искусственного каучука. В 1935 году – двадцать пять тысяч, а в 1936 – сорок тысяч. На втором месте по производству синтетического каучука в то время были немцы, которые активно вооружали армию. Производство их резины было налажено в городе Шкопау, который после нашей победы 1945 г. был вывезен в г. Воронеж. Третьим производителем стали США после потери в начале 1942 г. рынков природных каучуков. Японцы захватили Индокитай, Нидерландскую Индию и Малайю, где добывалось более половины мировой добычи натурального каучука. После вступления Америки во Вторую Мировую войну продажа каучука им, была приостановлена, в ответ США менее чем за три года построили 51 завод. К концу прошлого века мировое производство этой продукции достигло двенадцати миллионов тонн в год, производимой в двадцати девяти странах. Вплоть до 1990 г. наша страна удерживала первое место по объемам производства синтетического каучука. Половина произведенных искусственных каучуков шло на экспорт. Однако после развала страны ситуация изменилась в корне. С лидирующих позиций наша страна попала сначала в число отстающих, а потом стала догоняющей. Доля России на мировом рынке производства синтетического каучука сегодня составляет девять процентов.
На первых порах искусственный каучук по многим параметрам уступал натуральному и главное – по эластичности. Сейчас этот недостаток на 70–80 % устранен и ведутся работы по его дальнейшему сокращению.
Сырьем для производства синтетического каучука в настоящее время служит бутадиен. Это газ получаемый из нефти, а стерин – жидкость производимая из нефти и угля. Их смешивают и погружают в мыльный раствор с катализаторами. Получаемая белая жидкость – синтетический латекс, который перекачивают в емкость с кислотой и солью где он свертывается, его моют водой, просушивают и брикетируют. Для получения резины его вулканизируют – добавляют серу и наполнители (сажа-С, мел-СаСО3, оксид цинка – ZnO). При содержании серы более 25 % уже получается эбонит – твердая резина.
Для получения двухсот килограммов резины, необходимо: – 100 кг резины (примерно 85 кг синтетической и 15 кг натуральной), 35 кг сажи, 35 кг кремнезема, 20 кг минерального масла, 4 кг смолы, 2 кг антиоксиданта, 2 кг воска, 4 кг оксида цинка, 1,5 кг стеариновой кислоты, 1 кг ускорителя вулканизации и 1,5 кг серы.
У каждого завода по производству шин есть свои секреты, которыми он не делится ни с кем. Но это в основном, касается технологических процессов.
Здесь следует отметить, что искусственным каучуком занимался не только Лебедев, но и другие ученые. Одним из них был немецкий химик Фриц Гофман, который уже в 1909 году синтезировал каучук, но он был такого низкого качества, что фабрику через некоторое время пришлось закрыть. Шины из этой резины при стоянке деформировались и на ночь машины поддомкрачивали. По нашей же технологии (с минимальными изменениями) работали все резиновые фабрики мира.
Рис. 7. Немецкий химик Фриц Гофман
Рис. 8. Цех вулканизации шин на современном предприятии