Syntetiskt gummi - Synthetic rubber
Ett syntetiskt gummi är vilken artificiell elastomer som helst . De är polymerer syntetiserade från biprodukter från petroleum . Omkring 32 miljoner ton gummi produceras årligen i USA , och av den mängden är två tredjedelar syntetiska. Globala intäkter genererade med syntetiskt gummi kommer sannolikt att stiga till cirka 56 miljarder US-dollar under 2020. Syntetiskt gummi, precis som naturgummi , har många användningsområden inom bilindustrin för däck , dörr- och fönsterprofiler, tätningar som O-ringar och packningar , slangar , bälten , mattor och golv . De erbjuder en mängd olika fysikaliska och kemiska egenskaper, så kan förbättra tillförlitligheten för en given produkt eller applikation. Syntetiskt gummi är överlägset naturligt gummi i två viktiga avseenden, termisk stabilitet och motståndskraft mot oljor och relaterade föreningar. De är mer motståndskraftiga mot oxidationsmedel, till exempel syre och ozon, vilket kan minska livslängden för produkter som däck.
Historia av syntetiskt gummi
.jpg)
Den utökade användningen av cyklar, och särskilt deras pneumatiska däck , från 1890 -talet, skapade ökad efterfrågan på gummi. 1909 lyckades ett team under ledning av Fritz Hofmann , som arbetade vid Bayer -laboratoriet i Elberfeld , Tyskland, polymerisera isopren , det första syntetiska gummit.
Den första gummipolymeren syntetiserad från butadien skapades 1910 av den ryska forskaren Sergej Vasiljevich Lebedev . Denna form av syntetiskt gummi, polybutadien , utgjorde grunden för den första storskaliga kommersiella produktionen av tsarimperiet, som inträffade under första världskriget som en följd av brist på naturgummi. Denna tidiga form av syntetiskt gummi ersattes igen med naturgummi efter krigets slut, men undersökningar av syntetiskt gummi fortsatte. Ryska amerikanen Ivan Ostromislensky som flyttade till New York 1922 gjorde betydande tidig forskning om syntetiskt gummi och ett par monomerer i början av 1900 -talet. Politiska problem som härrörde från stora fluktuationer i kostnaden för naturgummi ledde till att Stevenson -lagen antogs 1921. Denna lag skapade i huvudsak en kartell som stödde gummipriserna genom att reglera produktionen, men otillräcklig tillgång, särskilt på grund av brist på krigstid, ledde också till till en sökning efter alternativa former av syntetiskt gummi.
År 1925 hade priset på naturgummi ökat till den grad att många företag undersökte metoder för att producera syntetiskt gummi för att konkurrera med naturgummi. I USA fokuserade undersökningen på olika material från de som användes i Europa och byggde på det tidiga laboratoriearbetet av Fr Julius Nieuwland , professor i kemi vid University of Notre Dame , som utvecklade syntesen av neopren .
Studier publicerade 1930 skrivna oberoende av Lebedev, amerikanen Wallace Carothers och den tyska forskaren Hermann Staudinger ledde 1931 till ett av de första framgångsrika syntetiska gummit, känt som neopren , som utvecklades på DuPont under ledning av EK Bolton . Neopren är mycket resistent mot värme och kemikalier som olja och bensin och används i bränsleslangar och som isoleringsmaterial i maskiner. Företaget Thiokol tillämpade sitt namn på en konkurrerande typ av gummi baserat på etylendiklorid , som var kommersiellt tillgängligt 1930.
Den första gummifabrik i Europa SK-1 (från ryska "Synthetic Kauchuk", ryska : СК-1 ) bildades ( Sovjetunionen ) genom Sergei Lebedev i Yaroslavl enligt Josef Stalin 's första femårsplan på 7 juli 1932.
År 1935 syntetiserade tyska kemister det första i en serie syntetiska gummi som kallas Bunagummi . Dessa var sampolymerer , vilket betyder att polymererna består av två monomerer i alternerande sekvens. Andra märken inkluderar Koroseal , som Waldo Semon utvecklade 1935, och Sovprene , som ryska forskare skapade 1940.
Andra världskriget
BF Goodrich Company -forskaren Waldo Semon utvecklade en ny och billigare version av syntetiskt gummi som kallas Ameripol 1940. Ameripol gjorde tillverkningen av syntetgummi mycket mer kostnadseffektiv och hjälpte till att möta USA: s behov under andra världskriget.
Produktionen av syntetiskt gummi i USA expanderade kraftigt under andra världskriget eftersom axelmakterna kontrollerade nästan alla världens begränsade leveranser av naturgummi i mitten av 1942, efter den japanska erövringen av större delen av Asien (varifrån mycket av den globala tillgången på naturgummi erhölls). Militära lastbilar behövde gummi för däck och gummi användes i nästan varannan krigsmaskin. Den amerikanska regeringen inledde en stor (och till stor del hemlig) insats för att förbättra syntetgummiproduktionen. Ett stort team av kemister från många institutioner var inblandade, inklusive Calvin Souther Fuller från Bell Labs . Gummit betecknat GRS (Government Rubber Styrene), en sampolymer av butadien och styren , var grunden för amerikansk syntetgummiproduktion under andra världskriget. År 1944 tillverkade totalt 50 fabriker det och hällde ut en volym av materialet dubbelt så mycket som världens naturgummiproduktion före krigets början. Det står fortfarande för ungefär hälften av världens totala produktion.
Operation Pointblank -bombmål i Nazityskland omfattade anläggningen Schkopau (50 000 ton/år) och Hüls -syntetgummifabriken nära Recklinghausen (30 000, 17%) och Kölnische Gummifäden Fabriks däck- och rörfabrik vid Deutz på östra stranden av Rhen . Den Ferrara , Italien, syntetiskt gummifabrik (nära en flod bro) bombades 23 augusti 1944. [1] Tre andra syntetiska gummi anläggningar var vid Ludwigshafen / Oppau (15 tusen), Hanover / Limmer (återvinning, 20 tusen), och Leverkusen ( 5.000). En fabrik i syntetiskt gummi i Oświęcim , i det nazistiska ockuperade Polen, byggdes den 5 mars 1944 som drivs av IG Farben och levererades med slavarbete från SS från det tillhörande lägret Auschwitz III (Monowitz) .
Efterkrigstid
Raketer med fast bränsle under andra världskriget använde nitrocellulosa till drivmedel, men det var opraktiskt och farligt att göra sådana raketer väldigt stora. Under kriget kom forskare från California Institute of Technology (Caltech) med ett nytt fast bränsle baserat på asfalt blandat med en oxidator (t.ex. kalium eller ammoniumperklorat ) och aluminiumpulver . Detta nya fasta bränsle brann långsammare och jämnare än nitrocellulosa, och var mycket mindre farligt att lagra och använda, men det tenderade att sakta rinna ut ur raketen i lagring och raketerna som använde det måste lagras på näsan.
Efter kriget började Caltech -forskare undersöka användningen av syntetiskt gummi för att ersätta asfalt i sina raketmotorer med fast bränsle. I mitten av 1950-talet byggdes stora missiler med fasta bränslen baserade på syntetiskt gummi, blandat med ammoniumperklorat och höga andelar aluminiumpulver. Sådana fasta bränslen kan gjutas i stora, enhetliga block som inte hade några sprickor eller andra defekter som skulle orsaka ojämn bränning. I slutändan skulle alla stora fastbränsle militära raketer och missiler använda fasta bränslen av syntetiskt gummi, och de skulle också spela en betydande roll i den civila rymdinsatsen.
Ytterligare förbättringar av processen att skapa syntetiskt gummi fortsatte efter kriget. Den kemiska syntesen av isopren påskyndade det minskade behovet av naturgummi, och mängden syntetiskt gummi i fred översteg produktionen av naturgummi i början av 1960 -talet.
Syntetiskt gummi används mycket i tryck på textilier, i så fall kallas det gummipasta . I de flesta fall används titandioxid med sampolymerisation och flyktigt material vid framställning av sådant syntetiskt gummi för textilbruk. Dessutom kan denna typ av beredning anses vara pigmentpreparatet baserat på titandioxid.
Vid 1960 -talet hade de flesta tuggummibolag bytt från att använda chicle till butadienbaserat syntetgummi som var billigare att tillverka.
Naturligt kontra syntetiskt gummi
Naturgummi , som kommer från latex av kautschuk , huvudsakligen poly cis - isopren .
Syntetiskt gummi, liksom andra polymerer , är tillverkat av olika petroleumbaserade monomerer . Det vanligaste syntetiska gummit är styren-butadiengummi (SBR) som härrör från sampolymerisationen av styren och 1,3-butadien . Andra syntetiska gummi inkluderar:
- polyisopren , framställd genom polymerisation av syntetisk isopren
- kloropren , framställd genom polymerisation av 2-klorbutadien
- nitrilgummi tillverkat av cyanobutadien eller 2-propenenitril och butadien
Många variationer av dessa kan framställas med blandningar av monomerer och med olika katalysatorer som möjliggör kontroll av stereokemi .
Vissa syntetiska gummi är mindre känsliga för ozonsprickor än NR. Naturgummi är känsligt på grund av dubbelbindningarna i kedjestrukturen, men vissa syntetiska gummi har inte dessa bindningar så är mer motståndskraftiga mot ozonsprickor. Exempel inkluderar Vitongummi , EPDM och butylgummi . Polyisobutylen eller butylgummi används vanligtvis i däckens inre rör eller foder på grund av dess motståndskraft mot diffusion av luft genom fodret. Det är emellertid ett mycket mindre elastiskt material än cispolybutadien som ofta används i däcksidoväggar för att minimera energiförluster och därmed värmeuppbyggnad. Den är verkligen så spänstig att den används i superbollar . En elastomer som används i stor utsträckning för externa plåtar såsom takbeläggningar är Hypalon eller klorsulfonerad polyeten . En ny klass av syntetiskt gummi är de termoplastiska elastomererna som lätt kan formas till skillnad från konventionellt NR -vulkaniserat gummi . Deras struktur stabiliseras genom tvärbindning genom kristalliter när det gäller polyuretaner eller av amorfa domäner när det gäller SBS- block-sampolymerer .
Silikongummi
Silikongummi är också en syntetisk elastomer som består av silikonpolymerer . Silikongummi används i stor utsträckning i industrin, och det finns flera formuleringar. Silikongummi är ofta en- eller tvådelade polymerer och kan innehålla fyllmedel för att förbättra egenskaperna eller minska kostnaderna. Silikongummi är i allmänhet icke-reaktivt, stabilt och motståndskraftigt mot extrema miljöer och temperaturer.