книги из ГПНТБ / Щеголев Н.В. Полимер вездесущий

Обычно около половины исходного про­ дукта превращается в газы пиролиза, идущие на разделение в цех глубокого холода. Дру­ гая половина представляет собой легкое мас­ ло, состоящее примерно из 20 процентов бен­ зольной, 16 процентов толуольной и 11 про­ центов коилольной фракций. Кроме этого, в легком масле содержится наряду с другими продуктами нафталиновое масло. Из легких фракций по'Сле более четкого разделения по­ лучают бензол, идущий далее, например, для получения фенола, толуол, из которого могут быть изготовлены взрывчатые вещества, на­ пример тринитротолуол, ксилолы, из которых далее может быть получена терефталевая кислота — исходный продукт для искусствен­ ной шерсти — лавсана.

Другие продукты переработки легкого масла также интересны для химии полиме­ ров. Из нафталина путем его окисления по­ лучают фталевый ангидрид — один из основ­ ных продуктов при изготовлении пластиче­ ских масс и различных лаков.

Экскурсия подходит к концу. Но мы еще не осмотрели производство фенола! Этот цех для нас интересен особенно тем, что именно из этого химического вещества получают и различные пластмассы и адипиновую кисло­ ту для волокна анид и, как мы уже знаем, анол, идущий для производства капрона. Кроме того, наряду с фенолом в этом цехе получается и ацетон. Эта легкокипящая жид­ кость применяется как растворитель, напри­ мер, на фабриках искусственного шелка.

В быту ацетон используется иногда при -выве­ дении пятен с одежды. Но ацетон является также исходным продуктом для получения пластмассы, называемой полиметилметакри­ латом.

Именно из этой пластмассы изготовляют небьющееся органическое стекло и большин­ ство различных прозрачных изделий ширпо­ треба.

ТАМ, ГДЕ ПОЛУЧАЮТ ФЕНОЛ

Цех получения фенола узнаем по высокой башне. Это большая градирня, где охлаждает­

рование (в нашем случае — соединение бен­ зола с пропиленом), бензол предварительно сушится и только тогда направляется в реак­ ционную колонну. Влага в бензоле приведет к завышенному расходу катализатора и во­ обще может замедлить реакцию.

При температуре +80°С и в присутствии катализатора — хлористого алюминия — мо­ лекула бензола присоединяет молекулу про­ пилена. После выхода из зоны реакции, осво­ бождения от катализатора чистый изопропил­ бензол подается в цех окисления.

юо

Мы уже видели несколько химических производств, где применялись различные ка­ тализаторы.

Катализатор — это вещество (или смесь веществ), ускоряющее одни химические про­ цессы и тормозящее другие. Это объяснение несколько упрощенное. На самом деле теория катализатора очень сложна. Катализ бывает разный: гетерогенный и гомогенный.

Первый заключается в том, что химиче­ ское взаимодействие молекул происходит практически на поверхности катализатора — примером может служить никелевый катали­ затор в цехе ¡гидрирования фенола.

Второй характеризуется тем, что химиче­ ские процессы идут во всем объеме реаги­ рующих веществ, так как этот катализатор

вних растворим. Он в этом случае вступает

впромежуточные реакции, но остается неиз­

менным в конце процесса.

Проделаем простой опыт. Возьмем кусо­ чек сахару и попробуем его поджечь спич­ кой. Сахар не загорится, хотя израсхо­ дуем мы на это занятие целый коробок спичек.

А теперь посыплем на сахар пепел от па­ пиросы и вновь попытаемся поджечь — сахар загорится. Причина-—в каталитическом дей­ ствии пепла. Оказалось, что ничтожные ко­ личества солей в пепле способны обеспечить горение сахара, то есть энергичное соедине­ ние его с кислородом воздуха. Это пример гетерогенного катализа.

Гомогенный катализ встречается во мно-

101

них химических процессах, например при по­ лучении сложных эфиров.

После такого отступления вернемся к цеху окисления изопропилбензола. Здесь происхо­ дит присоединение кислорода к молекуле этого вещества. Процесс идет в больших вы­ соких колоннах, почти доверху заполненных огнеопасным изопропилбензолом. Реакцион­ ная масса нагревается и окисляется: ведь че­ рез нее пропускают воздух, да еще при ис­ пользовании катализатора. Температура в ко­ лоннах поддерживается автоматически, путем охлаждения их водой. Вспомните ту большую

для охлаждения. Цех окисления требует от работающих особой внимательности: нару­ шение режима, перегрев колонн могут вы­ звать серьезные неприятности. Ведь гидро­ перекись не только горюча, но и взрыво­ опасна.

Образовавшийся раствор гидроперекиси поступает в другой цех, где под действием серной кислоты происходит ее разложение на Знакомые нам фенол и ацетон.

Да, большой путь проходят вещества, со­ держащиеся в нефти, чтобы еще только обра­ зовалось сырье для получения полимеров. А сколько предстоит вынести им до превра­ щения в высокополимерное соединение, в го­ товое изделие!

Мы познакомились с технологией произ­ водства тяжелого органического 'Синтеза — фундаментом ©сей современной химической

102

СОРЕВНУЯСЬ С ПРИРОДОЙ

В 1735 году Парижская академия наук направляет экспедицию для измерения дуги меридиана, пересекающего Южную Америку.

В составе экспедиции был молодой уче­ ный Шарль Кондамин. Помимо выполнения своих непосредственно географических за­

104

даний, он сделал ряд интересных описаний. Так, Шарль Кондамин довольно подробно описал каучук и методы получения из него многих полезных вещей; он прислал в Париж темную смолообразную массу — сырой каучук.

Некоторое время в Европе не удавалось из каучукового латекса (млечного сока кау­ чукового дерева) изготовлять предметы, кото­ рые с успехом делали в Южной Америке, потому что он портился от длительного пу­ тешествия через океан в Европу.

Латекс оказался сложной системой мель­ чайших капа\ек каучука в воде (примерно две пятых, остальное составляла вода и не­ большие количества других веществ). Латекс можно сравнить с молоком, в котором также находятся мельчайшие взвешенные частички жира и белка. Молоко вначале расслаивает­ ся, на его поверхности собираются сливки. Потом свертывается, окисает и из него полу­ чается простокваша. Нечто подобное проис­ ходило и с латексам каучука.

Нужно было искать какие-то новые пути переработки каучука, отличающиеся от про­ стого использования латекса. И эти пути со временем были найдены.

Макэ и Эриосан в 1761 году показали, что каучук растворим в скипидаре и еще лучше в серном эфире. Однако высокая стоимость растворителей несколько сдерживала разви­ тие производства.

В 1823 году англичанин Макинтош предло­ жил более дешевый и простой раствори­

105

тель — бензол. Фабрика, основанная им, на­ чала выпускать плащи из ткани, пропитанной растворами каучука. Эти плащи так и стали называться макинтошами.

В 1832 году такая фабрика была построе­ на и в Петербурге.

Эти первые плащи в жаркие дни станови­ лись липкими и неприятно пахли, зимой же были жесткими и могли даже ломаться.

Ученые нашли способ борьбы с этим неже­ лательным явлением. Опыты Людерсдорфа (1832 г.) и Чарльза Гудьира (1839 г.) по введе­ нию в каучук серы привели к получению эластичного материала.

Так, 125 лет тому назад был открыт про­ цесс вулканизации каучука, ставший ныне обязательным при изготовлении резиновых изделий: от ученического ластика до слож­ ных резиновых деталей, применяемых в самолетостро ении.

В тридцатых годах прошлого столетия бы­ ло сделано еще одно важнейшее открытие, заложившее фундамент современной рези­ новой промышленности,— явление пластика­ ции.

В Европу латекс доставлять не умели, а привозили различные готовые изделия из кау­ чука: бутылки, фляжки, резиновые шары, листы каучука. Ученый Генкок заметил, что куски каучука по свежему срезу прочно оклеиваются друг с другом. Это позволяло путем соединения отдельных кусочков кау­ чука изготовлять изделия различных форм.

Поскольку резка каучука вручную дело

106

1

трудоемкое, Генкок сконструировал для это­ го специальную машину: она представляла собой полый цилиндр, ¡в котором вращался вал с зубьями, были зубья и на внутренней поверхности цилиндра. Генкок предполагал, что с помощью такой «мясорубки» относи­ тельно просто будут получены кусочки кау­ чука. Но каково было его удивление, когда вместо этого каучук собрался в однородную

ипластичную массу. Из нее стало возмож­ ным изготовлять издания разной формы, да

ирастворяться каучук стал легче, потому что при такой обработке его макромолекулы становятся несколько короче и между ними рвутся некоторые поперечные связи.

Но каучук — еще не резина. Он становит­ ся ею только после ряда технологических операций: введения в каучук различных на­ полнителей, добавок, присадок, после вулка­ низации. Большой и сложный путь проходит каучук, пока не превратится в автомобиль­ ную шину, пару галош, детский мячик.

БЕЛАЯ САЖА

Каучук является типичным высокомоле­ кулярным соединением. Однако его макромо­ лекула имеет особое строение, которое и

107

придает изделиям из него специфические «резиновые» свойства. Каучук и резина спо­ собны обратимо деформироваться под дейст­ вием сравнительно небольших напряжений. Очень важно, что это свойство резина сохра­ няет в довольно широком температурном интервале.

Особенно ценно, что процесс изменения формы молекул каучука при многократных изгибах происходит в противоположность всем другим материалам без ощутимых по­ терь механической энергии. И в этом можно легко убедиться. Возьмите, например, мед­ ную проволочку; перегибая ее несколько раз, вы заметите, что в месте изгиба она начинает постепенно нагреваться: механическая энер­ гия переходит в тепловую. С резиной же это­ го не происходит.

Не менее важно также и то, что в растя­ нутом состоянии она сохраняет относительно высокие прочностные свойства. Резину вы можете многократно растягивать в несколько раз, с ней ничего не случится. А попробуйте это проделать с каким-нибудь другим ма­ териалом... Да вы просто не найдете подоб­ ного. I

Это замечательное свойство резины само­ произвольно восстанавливать свои геометри­ ческие формы после снятия нагрузки всецело зависит от строения и формы макромолекулы каучука.

В ненапряженном состоянии они представ­ ляют собой отдельные клубочки чрезвычайно гибких молекул.

108