История нефти. «Чёрное золото» – универсальный продукт
Основателем первого в мире крупномасштабного производства синтетического каучука по праву считается русский учёный С. В. Лебедев. Он впервые получил синтетический бутадиеновый каучук в 1910 году. К процессу полимеризации бутадиена Лебедев вернулся в 1932 году, когда правительство СССР объявило конкурс на разработку промышленного производства синтетического каучука. Лебедев с сотрудниками разработали недорогой и эффективный метод.
Благодаря этой разработке промышленное широкомасштабное производство синтетического каучука начато в Советском Союзе в 1932 году – впервые в мире. Следующей была Германия, которая начала производить синтетический каучук в 1936 году. С 1932 и вплоть до 1990 года СССР по объёмам производства синтетического каучука занимал первое место в мире.
Основными потребителями синтетического каучука сейчас являются шинные заводы, а около 40 % каучука идёт на изготовление широкого ассортимента резинотехнических изделий (более 50 000), среди которых наиболее заметное место занимают технические изделия из мягкой резины, подошвы для обуви, ленточные транспортеры, разнообразные трубы и шланги всех видов, электроизоляция, герметики, клеи, краски на латексной основе и т. д.
ПластмассыТак называют материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры). Исключительно широкое применение получили пластмассы на основе синтетических полимеров.
В пластмассах на биологической основе полимеры получают из таких источников, как кукурузный крахмал, растительные жиры и бактерии, а синтетические пластмассы делают из сырой нефти и природного газа.
Название «пластмассы» (пластические массы) означает, что эти материалы под действием нагревания и давления способны формироваться и сохранять заданную форму после охлаждения или отвердения.
Первую пластмассу сделал английский металлург и изобретатель Александр Паркс в 1855 году и назвал её «паркезин». Он представил это вещество на Большой Международной выставке в Лондоне в 1862 году. Паркезин был сделан из нитроцеллюлозы, обработанной азотной кислотой и растворителем. Его часто называли искусственной слоновой костью. В 1866 году Паркс создал фирму «Паркезин Компани», но всего через два года производство пришлось остановить из-за плохого качества продукции, поскольку Паркс пытался экономить на материалах. Его пластик не отличался прочностью и легко горел. Преемником паркезина стал ксилонит (тот же самый материал, но под другим названием), производившийся компанией Даниэля Спилла, бывшего сотрудника Паркса.
А успех пришёл к целлулоиду Джона Уэсли Хайата. Он сделал твёрдую смесь нитроцеллюлозы и камфоры и зарегистрировал её под торговой маркой «Целлулоид» в 1870 году. Первоначально целлулоид стал использоваться там, где раньше использовали слоновую кость, в частности, для изготовления бильярдных шаров, клавиш пианино, искусственных зубов.
Правда, после судебных разбирательств в 1870 году судьи постановили, что именно Паркс был настоящим изобретателем первого пластика.
В 1907 году бельгийский и американский химик Лео Бакеланд изобрёл бакелит как замену шеллаку – природной смоле. Материал он получил, произведя реакцию поликонденсации фенола и формальдегида. Пришлось провести много опытов, но в конце концов Бакеланд получил полимер, не требующий отвердителей и при этом не растворимый ничем. Кроме того, вещество не проводило электричество. Это навело исследователя на мысль, что новый полимер может оказаться очень ценным. В 1909 году Лео Бакеланд рассказал о полученном им материале, который он назвал «бакелитом». В том же году Бакеланд получил патент на свой материал, а в 1910 основал компанию, которую назвал «Бакелит Корпорейшн».
В России также велись работы по созданию пластических масс на основе фенола и формальдегида. В 1913–1914 годах на шелкоткацкой фабрике в деревне Дубровке в окрестностях г. Орехово-Зуево Г. С. Петров совместно В. И. Лисевым и К. И. Тарасовым синтезировал первую русскую пластмассу – карболит и организовал её производство. Своё название карболит получил от карболовой кислоты, другого названия фенола. В дальнейшем Петров продолжил работу по усовершенствованию пластмасс и разработал текстолит.
Производство синтетических пластмасс основано на реакциях исходных веществ, выделяемых из угля, нефти или природного газа, таких, к примеру, как бензол, этилен, фенол, ацетилен и других.
В настоящее время на нефтеперерабатывающем заводе сырая нефть нагревается в печи, и углеводороды разделяются на разные группы, а затем их подают в дистилляционную трубу. Внутри неё более тяжёлые углеводороды опускаются на дно, а более лёгкие поднимаются вверх. В результате сырая нефть разделяется на несколько отдельных фракций, таких как нефть, бензин и парафин, каждая из которых содержит углеводороды одинакового веса и длины. Одна из этих фракций – более лёгкая летучая нафта, которая станет основным сырьём для производства пластика.
Два из множества содержащихся в ней углеводородов – это этан и пропен. Сначала их разбивают на более мелкие единицы, мономеры. Из этана получается этилен, из пропена – пропилен. Потом их полимеризуют, то есть из мономеров делают полимеры. Получаются полиэтилен и полипропилен, два самых распространенных и широко производимых полимера на Земле.
Состав полиэтилена позволяет использовать его для изготовления пластиков разной плотности, он может быть и хрупким, и прочным. Полипропилен – гибкий и эластичный. И именно из этих материалов делаются предметы одноразового использования, такие как картон для молока, пластиковая обёртка, трубочки для питья, бутылки с водой, пакеты для покупок, контейнеры для шампуня или других жидкостей и т. п.
Другие типы углеводородов выделяются и расщепляются из нефти и природного газа и также используются для производства пластика. Полимеры могут состоять из одного повторяющегося мономера, как в полиэтилене и полипропилене, или могут включать комбинации нескольких типов мономеров.
Кроме того, полимерные цепи могут обработать различными способами и смешать с различными добавками (антиоксидантами, пенообразователями, пластификаторами, антипиренами), которые позволяют им выполнять множество функций и делают пластмассы универсальными.
Практически сразу же промышленное производство полимеров проходило в двух направлениях – путём переработки природных органических полимеров в искусственные полимерные материалы и путём получения синтетических полимеров.
Природные органические полимеры делаются на основе целлюлозы. Первый из них – описанный выше целулоид. Крупномасштабное производство простых и сложных эфиров целлюлозы было организовано до и после Второй мировой войны и существует до настоящего времени. На их основе производят плёнки, волокна, лакокрасочные материалы и загустители.
Производство синтетических полимеров началось с изобретения бакелита. В течение десятилетий он применялся для изготовления корпусов электротехнических приборов, аккумуляторов, телевизоров, розеток и т. п., а в настоящее время чаще используется как связующее и адгезивное вещество.