книги из ГПНТБ / Буянов А.Ф. Тайны больших молекул

тические каучуки, превосходящие природный в морозо­ стойкости и жаростойкости, в прочности на истирание, а также в способности не разрушаться бензином и маслами.

Изделия из полимерных материалов — ткани, трико­ таж, меха, обувь, различные предметы домашнего оби­ хода, строительные, отделочные материалы, детали машин, приборы, тончайшая аппаратура — по своим свой­ ствам, прочности, легкости, дешевизне превосходят из­ делия из всех ранее известных природных материалов.

Но, может быть, новые химические материалы дела­ ются из дорогого сырья или требуют огромных трудовых затрат на их производство? Что касается сырья, то на­ ша страна имеет его в неограниченном количестве. Это нефть, уголь, нефтяные и природные газы, продукты нефтепереработки и коксохимии, химической и целлю­ лозно-бумажной промышленности и отходы сельско­ хозяйственного производства.

Ценным химическим сырьем являются так называе­ мые попутные газы, выделяющиеся при добыче нефти. Ученые подсчитали, что при добыче одной тонны нефти вместе с ней выделяется из недр земли от 50 до 100 ку­ бометров попутного газа, который пока еще сжигают во многих нефтяных районах.

В 1958 году на наших нефтяных месторождениях из­ влечено из земных недр свыше 9 миллиардов кубометров попутных газов, которые являются исключительно цен­ ным сырьем. Из этого количества газа можно было бы выработать свыше 500 тысяч тони синтетического каучука и около 400 тысяч тонн полиэтилена, то есть примерно в 1,5 раза больше, чем произведено его в 1957 году в США, или примерно в 4 раза больше, чем про­ изводят его Англия и Западная Германия, вместе взятые.

10

За семилетку предполагается построить 23 завода, где нефтяные газы будут превращены в сырье, пригод­ ное для переработки на химических предприятиях. В 1965 году для производства химических продуктов на­ мечается использовать более 2,5 миллиона тонн жидких углеводородов, добытых из попутных газов. Если вместо этих газов пришлось бы применить пищевое сырье, то потребовалось бы израсходовать свыше 5 миллионов тонн зерна или 13 миллионов тонн картофеля.

Сырьевые ресурсы для химического синтеза в СССР

велики. В Закавказье, Татарии, Башкирии, в Куйбышев­ ской области и в Западной. Украине имеются колос­ сальные запасы нефти. В Узбекской ССР, Ставрополь­ ском крае, Саратовской области и в других районах страны имеются огромные запасы природного газа. В 1965 году по всему Советскому Союзу намечено до­ быть 150 миллиардов кубометров природного газа. Из этого количества около 4 миллиардов кубометров будет использовано в качестве сырья для ряда производств химической промышленности. Общее же потребление природного газа химической промышленностью, вклю­ чая сюда и производство газовой сажи, в 1965 году составит всего лишь 5,5 процента от добычи природ­ ного газа. Вот какие необъятные перспективы открыты перед химической индустрией в области использования газа как одного из распространенных и ценных видов сырья.

В качестве химического сырья для промышленности синтетических материалов будут использованы также продукты коксохимических производств и сырье расти­ тельного происхождения. Насколько это выгодно, мож­ но понять из следующих примеров.

Из одного кубометра древесины химики получают 160 килограммов искусственного волокна. Этого волокна

12

достаточно для того, чтобы изготовить 1 500—2 000 мет­ ров ткани. Из одной тонны фенола (продукт коксохими­ ческого и нефтехимического производства) химики производят такое количество .синтетического волокна, которого достаточно для изготовления 15—20 тысяч пар чулок.

Синтетические материалы обладают еще одним пре­ имуществом— они значительно дешевле природных. Так, например, один рабочий на плантации каучуконосных деревьев в состоянии добыть за год около 500 кило­ граммов натурального каучука. На химическом же за­ воде рабочий может выработать такое количество кау­ чука за один день.

Однако не следует думать, что открытие новых хими­ ческих материалов дело легкое и простое. Создать но­ вое полимерное вещество иногда труднее, чем изобрести новый прибор или станок, построить самолет или ра­ кету. То большое богатство синтетических материалов, которое является сейчас достоянием человека, достиг­ нуто упорным трудом нескольких поколений. Немало придется потрудиться советским людям и в годы семи­ летки, чтобы выполнить величественную программу по развитию нашей химической промышленности, по обес­ печению народного хозяйства синтетическими материа­ лами.

Мировое производство различных полимеров стреми­ тельно растет. В 1956 году оно составило 7,4 миллиона тонн (без СССР). В это количество входит 3,5 миллиона тонн пластических масс, 1,4 миллиона тонн синтетиче­ ского каучука и 2,5 миллиона тонн искусственных и синтетических волокон.

Учитывая рост потребления этих новых материалов, можно ожидать, что через пятнадцать-—двадцать лет ежегодная выработка их во всем мире достигнет

13

25—30 миллионов тонн, или 20—23 миллионов кубо­ метров.

В 1956 году мировая выплавка стали достигла 36 миллионов кубометров. Следовательно, через пятнад­ цать—двадцать лет производство полимерных материа­ лов составит около двух третей современного производ­ ства стали. Сравнение произведено в пересчете на объем, принимая средний удельный .вес .полимерных .ма­ териалов равным 1,3.

В лабораториях современных химиков выкристалли­ зовываются сейчас и совершенно новые методы синтети­ ческого получения полимерных веществ. Это дальней­ шее проникновение химиков в тайны больших молекул связано с использованием для химических синтезов атом­ ной энергии.

Синтезы будущего и атомная энергия

В химической промышленности для получения того или иного полимерного продукта широко используются катализаторы, высокие температуры и давление. Одна­ ко, как показывают опыты, можно ускорить процесс хи­ мического превращения одного вещества в другое с по­ мощью энергии радиоактивного излучения. Так зарож­ даются новые методы производства, где в аппаратах роль высоких температур и больших давлений станут выполнять излучения радиоактивных атомов.

От воздействия радиоактивных лучей на вещество его молекулы ионизируются, что влечет за собой изме­ нения и в химическом составе вещества. Исследуя это,, ученые нашли, что во многих случаях гамма-лучи, на­ пример, способны выполнять роль катализаторов высо­ ких температур и давлений.

15

Зная, какое количество ионов создает тот или иной вид радиоактивного излучения, иногда даже можно под­ считать, какое количество нового продукта получится в результате такого облучения. Может случиться, что мо­ лекулы продукта, подвергающегося облучению, будут ионизироваться, но скорость образования из них нового химического соединения не превысит скорости обрат­ ного их соединения в исходные молекулы. В подобном случае радиоактивное воздействие как бы теряет свой смысл. Однако стоит только в такое вещество добавить какое-либо другое, связывающее один вид ионов, и реакция пойдет быстро.

Поясним это на примере.

В чистой воде под воздействием радиоактивных излу­ чений происходит распад молекул на атомы водорода и на гидроксилы (химическое соединение атома кислоро­ да и водорода). Но параллельно с реакцией распада идет и обратная реакция — образование молекул воды. Если

вводу добавлять вещество, связывающее или ионы во­ дорода или ионы гидроксила, то реакция пойдет интен­ сивно.

Спомощью радиолиза воды окисляют вещества, трудно поддающиеся окислению чисто химическим спо­ собом, например азот, который теперь может окисляться

вводе при комнатной температуре.

Один из исходных продуктов в производстве пласти­ ческих масс — фенол получается из бензола. Обычно из 2 тонн бензола путем окисления его в присутствии ката­ лизатора образуется тонна фенола. Советские исследо­ ватели разработали метод прямого превращения бен­ зола в фенол с помощью радиоактивных излучений. По новому методу весь бензол сразу переводится в фенол. Этот метод значительно снижает расход энергии и сырья на производственный процесс.

16

Бензол, находящийся в смеси с аммиаком, при облу­ чении сразу образует анилин — один из главнейших сырьевых продуктов анилино-красочной промышлен­ ности, производства взрывчатых и лекарственных ве­ ществ. Существующий же способ получения анилина сложен, трудоемок и по сравнению с новым чересчур

длинен.

В сельском хозяйстве широкое применение для борь­ бы с саранчой и другими вредителями растений находит гексахлоран. Его тоже вырабатывают из бензола. Использование радиоактивных излучений и здесь позво­ ляет увеличить выход готовой продукции из того же сырья до 25 процентов.

Недалеко то время, когда методы радиационной хи­ мии выйдут из лабораторий на производство и значи­ тельно упростят многие производственные процессы.

Новая наука — радиационная химия

Огромные возможности открываются в химии при использовании энергии радиоактивных излучений для таких химических реакций, как вулканизация (соедине­ ние каучука с серой и превращение его в эластичную резину), полимеризация (известное уже нам химическое соединение коротких молекул в молекулы-гиганты), хло­ рирование (присоединение к молекуле атомов хлора)

идругие.

ВНаучно-исследовательском институте шинной про­ мышленности совместно с Научно-исследовательским

физико-химическим институтом имени Карпова прове­ дена вулканизация покрышек для грузовых автомоби­ лей радиоактивным излучением кобальта-60. Материал автопокрышек ,(Юйтаял^нзщ:ажевой.-смесн на основе на-

" Т Г - л. /I

турального каучука, а каркас— из капронового Корда. Облученные покрышки отличались повышенной износо­ устойчивостью и хорошо зарекомендовали себя во время испытания.

В производстве пластических масс, волокон и синте­ тического каучука реакция полимеризации является основной. Она требует катализаторов, высоких темпе­ ратур, а иногда и больших давлений. Радиоактивные излучения позволяют вести процесс полимеризации без катализаторов, при комнатной температуре и атмосфер­ ном давлении, чем достигается огромная экономия топ­ лива и энергии, а конечный продукт получается чище и лучше, поскольку его не загрязняют примеси катали­ затора.

С помощью гамма-лучей газ этилен, например, «хо­ лодным» способом превращается в ценную пластическую массу— полиэтилен, имеющий высокие электроизоля­ ционные свойства и находящий весьма разнообразное применение.

Отдельные пластмассы под влиянием гамма-лучей проникают друг в друга, прочно «свариваясь». Так скрепляют теперь два различных вида пластических масс, например кислотоупорной пластмассой покры­ вают другую.

Облучение приводит к изменению механических, фи­ зических и химических свойств вещества. Управляя этим облучением, можно менять свойства во всей массе изде­ лия или в его поверхностном слое.

В химических производствах очень распространена реакция хлорирования. Но ее проведение требует слож­ ной герметичной аппаратуры, больших затрат тепло­ вой и электрической энергии. Теперь, как показали опы­ ты, хлорирование с помощью радиоактивных лучей мож­ но осуществлять проще.

18