18. Охарактеризуйте производство синтетического каучука и ре­зиновых изделий. Расскажите о технологии производства хи­мических волокон.

Каучук является исходным продуктом для получения резины.

Резина же благодаря своей механической прочности, эластичности, химической стойкости, водогазонепроницаемости применяется почти во всех отраслях народного хозяйства. Сначала использовался только натуральный каучук, состоящий из полиизопрепа. Наша страна является первой страной в мире, получившей синтетический каучук (СК) на базе бутадиена — С₄Н₆ (дивинила), полученного на основе этилового спирта. Честь открытия принадлежит академику С. В. Лебедеву. Все первые советские заводы СК работали по натрий бутадиеновому способу, расходуя по 2—2,2 т спирта на 1 т СК. Для получения спирта расходовалось пищевое сырье: на 1 т расход составлял картофеля — 10 т, овса — 5т, ржи и пшеницы — 3,6 т, патоки — 3,5 т. Поэтому заводы СК были размещены в зерновой и картофельной зонах.

Бутадиен же стали получать непосредственно из нефтегазового сырья, минуя стадию винного спирта (помимо бутадиена, аналогичными способами получают изопрен, также являющийся сырьем для получения СК), и полимеризовать его со стиролом и другими углеводородами.

Бутадиенстирольный каучук (СКС) производится путем совместной полимеризации бутадиена со стиролом эмульсионным методом. В водную среду, где находятся частички нерастворимых мономеров бутадиена и стирола, вводят различные вещества, которые ускоряют процесс полимеризации. Используя метилстирол, получают бутадиенметилстирольный СК.

Эмульсионным способом также получают хлоропреновый каучук (СКХ) путем полимеризации хлоропрана. Он отличается высокой стойкостью по отношению к растворителям. Исходным сырьем для его производства являются ацетилен и хлористый водород. Полиизопреновый каучук получают полимеризацией изопрена при температуре 30—40° в присутствии катализаторов (лития и др.). По свойствам он превосходит все синтетические каучуки и приближается к натуральному.

Переход к получению дивинила и изопрена для выработки синтетического каучука непосредственно из нефтяных и попутных газов, минуя стадию выработки синтетического спирта, позволил создать новые заводы СК в Закавказье (Сумгаит), Поволжье и Урале (Волжский, Тольятти, Стерлитамак, Нижнекамск, Чайковский), Западной Сибири (Омск), что привело к резкому изменению географии промышленности синтетического каучука. Главным районом его производства на основе месторождений нефти стало Поволжье.

Натуральный и синтетический каучук путем вулканизации перерабатывают в резину. Обычно в состав сырой резиновой смеси входят следующие вещества: каучук, вулканизатор (сера и др.), ускоритель вулканизации, пластификаторы, или мягчители (жирные кислоты, вазелин, сосновая смола, парафин и др.), противостарители (фенолы, воск, фенил), наполнители (сажа, двуокись кремния, называемая белой сажей, цинковые белила, каолин, красители).

Смешивание указанных компонентов производят в закрытых смесителях, представляющих собой камеру, в которой вращаются навстречу друг другу с разными скоростями два ротора (вала или барабана) овальной или трехгранной формы, снабженные гребнями. Камеры и роторы имеют устройство для охлаждения — отвода тепла, выделяющегося при пластификации каучука. Для избежания преждевременной вулканизации серу вводят в конце смешения.

Приготовленную резиновую смесь формируют пропусканием через валки-каландры, в виде непрерывной ленты равномерной толщины, разрезаемой затем на листы. Из сформованной в листы резиновой смеси и прорезиненных тканей вырубают или выкраивают детали и заготовки резиновых изделий. Дальнейшая переработка деталей и заготовок в изделии различна в зависимости от их форм.

Для формирования резиновой смеси применяют также шприц-машины, в которых резиновую смесь продавливают через отверстия, разнообразные по форме и размерам. Так делают резиновые трубы, рукава.

Вулканизация является конечной стадией изготовления резиновых изделий. Вулканизацию каучука можно проводить при обычной температуре (холодная вулканизация) или при нагревании (горячая вулканизация). Холодная вулканизация происходит под действием 2—3%-ных растворов полухлористой серы в течение 1—3 минут. Холодную вулканизацию применяют только для изготовления тонкостенных изделий из резиновой смеси. Горячая вулканизация проводится при +150, + 160⁰С в прессах или специальных котлах — автоклавах.

Производство химического волокна. Химические волокна являются сырьем для производства тканей и трикотажных изделий. Они требуют меньших затрат человеческого труда Для своего производства и обладают более высокими механическими свойствами по сравнению с натуральными волокнами.

Важной областью применения химических волокон являются шинная, сетевязальная, канатная и другие отрасли промышленности.

Химические волокна делятся на искусственные и синтетические. Первые получают из природных высокомолекулярных соединений, главным образом из целлюлозы, а вторые — из высокополимерных соединений, получаемых на химических заводах. Исходным сырьем для производства таких полимеров служат ацетилен, этилен, фенол и другие вещества, которые получают из природных и нефтяных газов, нефти и каменноугольной смолы. Среди синтетических волокон наиболее широкое распространение получили капрон, нейлон, лавсан, нитрон, полихлорвиниловые волокна и другие.

Искусственные и синтетические волокна получаются в виде бесконечной нити или коротких отрезков нити — штапельного волокна.

Штапельное волокно изготовляют из некрученого волокна, нарезая его на отрезки (штапельки) определенной длины (от 35 до 150 мм), соответствующей длине хлопкового волокна или шерсти.

Штапельное волокно, подобно хлопку и шерсти, представляет собой полупродукт, из которого путем дальнейшей текстильной переработки получают пряжу. Часто штапельное волокно смешивают с хлопком или шерстью и прядут вместе.

Искусственное волокно получают из целлюлозы древесины, по преимуществу ели, в которой содержится до 45% целлюлозы, отходов хлопчатобумажных очистительных заводов (хлопковый пух с содержанием 97—98% целлюлозы) и может быть получено из соломы, камыша и другого сырья, содержащего целлюлозу.

Из 1 т целлюлозы можно получить до 4000 м² шелковой ткани, а из 1 м³ древесины — до 200 кг целлюлозы, или 160 кг вискозного волокна.

Для получения вискозного волокна используются каустическая сода, сероуглерод, серная кислота, сульфат цинка или натрия. Первоначально целлюлоза обрабатываётся каустической содой в специальных пресс-ваннах. Здесь протекает процесс соединения целлюлозы и щелочи. Образуется комплексное вещество — щелочная целлюлоза.

Листы щелочной целлюлозы отжимаются прессом под давлением 300 атмосфер и измельчаются. Измельченная масса погружается в медленно вращающиеся трубы, где она дозревает в течение суток, и обрабатывается сероуглеродом при температуре 20—25°. Сероуглерод вступает в соединение со щелочной целлюлозой и образует ксантогенат целлюлозы. При его растворении в разведенной натриевой щелочи образуется густая темно-бурая жидкость — вискоза. Она определенное время выдерживается и освобождается от пузырьков воздуха, после чего идет для получения вискозной нити. Вискозный раствор с помощью насосиков продавливается через фильеру. Струйки вискозы попадают в осадительную ванну, где содержится раствор серной кислоты, сульфатов натрия и цинка. Ксантогенат целлюлозы разлагается с образованием вискозного волокна, сероуглерода и образованием сернокислого натрия. Восстановленная вискоза имеет форму нити, которая и наматывается на бобину (катушку). Намотка производится или бобинным способом, или центрифугальным. В последнем случае вискозная нить скручивается с помощью центрифуги. Полученное вискозное волокно далее идет для получения корда или отправляется на текстильные предприятия. Для получения 1 т вискозного волокна расход сырья составляет: целлюлозы (91,5%) — 1,2 т, едкого натра (92%)—0,93 т, серной кислоты— 1,34 т, сероуглерода — 0,34 т, сульфата цинка — 0,16 т. Как вид­но, производство вискозного волокна связано с большим расходом каустика и серной кислоты. Другой разновидностью искусственного волокна является ацетатное волокно. Оно обладает рядом ценных свойств: высокой механической прочностью, эластичностью, водостойкостью, пропускает ультрафиолетовые лучи.

Для получения ацетатного волокна используются целлюлоза, уксусная кислота, ацетон и спирт. Целлюлоза обрабатывается уксусным ангидридом в присутствии уксусной и серной кислот. Образуется ацетилцеллюлоза, которая в просушенном виде представляет собой белую хлопьевидную массу.

Ацетилцеллюлоза растворяется в смеси ацетона и спирта. При пропускании указанного раствора через фильеры происходит образование нитей ацетатного волокна, ацетон и спирт быстро испаряются, а ацетилцеллюлоза затвердевает. Испаряющиеся ацетон; и спирт улавливаются и снова используются в производстве.

Синтетические волокна получают путем синтеза простых углеводородов — продуктов переработки каменного угля (бензол), нефти, попутного и природного газа.

Синтетическое волокно капрон получают из полиамидных смол. Исходным сырьем для получения полиамидных смол является белое кристаллическое вещество — фенол. Путем взаимодействия фенола с различными добавками получают капролактам, который подвергают полимеризации. Процесс происходит в автоклавах при давлении 15 атмосфер и температуре 260°. В результате образуются молекулы капрона. Обычно на предприятия, выпускающие капрон, поставляется капролактам, который подвергается полимеризации. Образующаяся полиамидная смола продавливается через фильеры. В обычных условиях полиамидная смола застывает и поэтому, пройдя через фильеры, дает прочные нити, которые наматываются на катушки.

Волокно анид (нейлон) получают из соли АГ— белый кристаллический порошок, легко растворимый в; воде. Полимеризация указанной соли дает смолу анид, из которой получают волокно анид.

Для превращения АГ-соли в смолу соль растворяют в дистиллированной воде и добавляют небольшое количество стабилизатора (уксусной или адипиновой кислоты). В специальных аппаратах — автоклавах — происходит поликонденсация АГ-соли и образование смолы. Весь процесс ведут в атмосфере чистого азота. Расплавленную смолу после тщательной отгонки воды (под вакуумом) продавливают через щелевое отверстие в днище аппарата в ванну, заполненную холодной водой. При этом лента смолы застывает. Затем ее сушат, измельчают и направляют на прядительные машины. Там ее плавят при температуре 275—280°. В дальнейшем производство волокна анид аналогично получению капронового волокна.

Волокно анид более теплостойко и упруго, чем капрон, что важно для изготовления кордной ткани.

Все полиамидные волокна характеризуются высокими механическими и физико-химическими показателями.

Волокно нитрон формуют из смолы, получаемой полимеризацией акрилонитрила. Сырьем для синтеза акрилонитрила являются ацетилен (или этилен) и синильная кислота, синтезируемая из ам­миака и окиси углерода. Акрилонитрил производится химической промышленностью в больших количествах, так как является одним из исходных материалов (наряду со стиролом и дивинилом) для получения некоторых видов синтетического каучука.

Смолу нитрон в виде мелкого белого сухого порошка растворяют в специальном растворителе. Порошок сначала набухает, а затем при нагревании переходит в раствор, который и является прядильным раствором.

Волокно нитрон обладает рядом ценных свойств. Оно превосходит все остальные волокна по светостойкости, отличается эластичностью, имеет шерстистый вид и пригодно для смеси с шерстью или для замены ее. Изделия из такого волокна хорошо сохраняют тепло.

Производство волокна состоит из трех основных процессов: получения и подготовки смолы, формования волокна и его дальнейшей обработки.

Полиэфирное волокно лавсан получают из смолы лавсан. Смола в виде сухой крошки поступает в прядильный цех. Формование волокна осуществляется на машинах, аналогичных машинам, применяемым в производстве капрона.

Для получения штапельного волокна некрученые нити большого числа прядительных бобин, установленных на специальном шпулярнике, складываются вместе, образуя толстый жгут из нескольких десятков тысяч тонких элементарных волокон. Лавсан по виду и свойствам подобен шерсти; ткани из лавсана носки и не мнутся.

Волокно хлорин получают из ацетилена и хлористого водорода или этилена и хлора. На основе указанных продуктов получают поливинилхлорид, который при обработке хлором превращается в смолу хлорин. Последняя и используется для получения хлорина.

Производство химических волокон энергоемко: затрачивается: от 5 до 13 ту.т.; материалоемко: на 1 т вискозного волокна расходуется 4—5 т целлюлозы и химических материалов. В суммарном грузообороте предприятий промышленности химических волокон удельный вес перевозок топлива составляет 58—86%, перевозок сырья —8—33%, а готовой продукции — всего около 5—13%. На 1т волокна расходуется от 5 до 11 тыс.кВт • ч электроэнергии, до 1200 т воды. Исходя из топливо-энерго-водоемкости производств химических волокон их размещение осуществляется с учетом указанных факторов (Поволжье, Украина, Сибирь и др.).