STORIA DELLA TECNOLOGIA, DELLA TECNOLOGIA, DEGLI OGGETTI INTORNO A NOI
Gomma sintetica. Storia dell'invenzione e della produzione Elenco / La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano Le gomme sono elastomeri naturali o sintetici caratterizzati da elasticità, resistenza all'acqua e proprietà di isolamento elettrico, da cui si ottengono per vulcanizzazione la gomma e la gomma dura.
L'Europa ha imparato a conoscere la gomma per la prima volta nel XVI secolo. Cristoforo Colombo lo portò dall'America insieme a molte altre curiosità. Durante il parcheggio delle navi al largo dell'isola di Haiti, Colombo ei suoi compagni osservarono gli indigeni che giocavano con una palla fatta di una specie di materiale elastico, del tutto sconosciuta in Europa. Le palline rimbalzavano facilmente quando colpivano il suolo, si comprimevano e ripristinavano nuovamente la loro forma originale. Ritornato in Spagna, Colombo portò con sé campioni di questo meraviglioso materiale, che fu poi conosciuto nel Vecchio Mondo con il nome di "gomma". Tradotto dall'indiano "gomma" significa "lacrime di un albero". Come divenne noto in seguito, era un succo raccolto dalle incisioni nella corteccia di un albero tropicale: l'hevea brasiliano. Fu prelevato da un albero quando l'hevea aveva sette anni: ad un'altezza di mezzo metro si fece un'incisione sulla corteccia, e quando il succo bianco come il latte cominciò a colare da sotto di esso, lo raccoglievano in coppe sospese, e poi lo versò in un grande recipiente. Nell'aria, il succo si è coagulato in modo relativamente rapido e si è trasformato in un prodotto resinoso scuro: la gomma.
Gli europei non hanno immediatamente apprezzato i meriti di questo materiale. Per due secoli hanno trattato la gomma come una curiosità selvaggia. Nel frattempo, i viaggiatori che venivano in Sud America continuavano a consegnare sempre più nuovi articoli in gomma in Europa. Tra loro c'erano bottiglie, stivali impermeabili e vestiti per la pioggia. Tutto ciò era molto curioso, ma non aveva alcun significato pratico. Solo dopo molto tempo gli europei trovarono il primo utilizzo per la gomma: iniziarono a usarla sotto forma di elastici, che ricordano le moderne gomme da cancellare scolastiche. Alla fine del 1839° secolo, il chimico inglese Mackintosh ottenne un brevetto per la fabbricazione di impermeabili in gomma. Si chiamano Macintosh. Gli impermeabili, tuttavia, non erano abbastanza buoni per il clima europeo; a basse temperature diventavano duri come latta e con il caldo - appiccicosi. Dopo molti esperimenti, hanno trovato un modo per evitare queste spiacevoli caratteristiche della gomma vulcanizzandola. (Questa importante scoperta è stata fatta nel XNUMX dal chimico americano Goodyear.) Si è scoperto che quando la gomma viene riscaldata con zolfo, cambia molto le sue proprietà: diventa più flessibile, elastica e poco sensibile alle variazioni di temperatura. Questa nuova gomma vulcanizzata divenne nota come gomma. Ha rapidamente guadagnato popolarità poiché si è rivelato estremamente conveniente in molti modi. La domanda è cresciuta ogni anno. Non c'è nessun altro prodotto simile alla gomma in natura: è impermeabile, ha proprietà di isolamento elettrico, è flessibile ed è in grado di cambiare forma molto grandi. Sotto l'azione di una forza esterna, può allungarsi più volte e restringersi nuovamente. Nessun'altra sostanza ha una tale elasticità. Allo stesso tempo, è forte, durevole, resistente all'abrasione e facile da lavorare. Pertanto, la gomma è stata e rimane un materiale ideale per la produzione di pneumatici per auto, tutti i tipi di cinghie di trasmissione, nastri di trasporto, maniche, ammortizzatori, guarnizioni, isolamento flessibile e molto altro. Senza la gomma, la vita di una moderna società industriale è semplicemente impossibile. Dalla metà del XIX secolo iniziò la produzione in serie di prodotti in gomma. Questo ha creato una vera febbre della gomma. Le aree in cui crescevano gli alberi della gomma divennero oggetto di guerre e speculazioni. Wild hevea smise presto di soddisfare le esigenze del settore. Inoltre, l'estrazione della gomma nella giungla era difficile e costosa. Sono stati fatti esperimenti di successo per creare piantagioni di gomma. Hevea si trasferì ai tropici di Giava, Sumatra, nell'arcipelago malese. La produzione di gomma è aumentata più volte, ma la domanda ha continuato a crescere. Da cento anni il mondo scientifico cerca la risposta al mistero della gomma per imparare a produrla artificialmente con mezzi chimici. A poco a poco è diventato chiaro che la gomma naturale del succo di hevea è una miscela di diverse sostanze, ma 9/10 della sua massa ricade sull'idrocarburo di poliisoprene con la formula (C5H8) n, dove n è molto grande - più di mille. Sostanze con una struttura simile appartengono al gruppo di prodotti ad alto peso molecolare - polimeri, che sono formati dalla combinazione di diverse, a volte moltissime, molecole identiche di sostanze monomeriche più semplici (in questo caso, molecole di isoprene C5H8). In condizioni favorevoli, le singole molecole di monomero sono collegate tra loro in catene di filamenti lineari o ramificate lunghe e flessibili. Questa reazione di formazione del polimero è chiamata polimerizzazione. Si verifica solo con sostanze organiche che hanno legami multipli (doppi o tripli). Come risultato della separazione di questi legami, si verifica la connessione delle singole molecole tra loro (a causa delle valenze rilasciate). Oltre al poliisoprene, la gomma naturale contiene proteine e minerali simili alla resina. Il poliisoprene puro, purificato da resine e proteine, è molto instabile e perde rapidamente nell'aria le sue preziose proprietà tecniche: elasticità e resistenza. Quindi, per produrre gomma artificiale, era necessario imparare almeno tre cose: 1) ottenere isoprene da altre sostanze; 2) effettuare la reazione di polimerizzazione dell'isoprene; 3) trattare la gomma risultante con sostanze idonee a proteggerla dalla decomposizione. Tutti questi compiti si sono rivelati estremamente difficili. Nel 1860, lo scienziato inglese Williams, mediante distillazione a secco della gomma, ne isoprene isoprene, che si rivelò un liquido leggero, mobile, incolore con un odore particolare. Nel 1879, il chimico francese Gustave Bouchard, riscaldando l'isoprene e agendo su di esso con acido cloridrico, eseguì la reazione inversa: ottenne un prodotto simile alla gomma. Nel 1884, il chimico inglese Tilden ottenne l'isoprene dalla decomposizione ad alta temperatura della trementina. Sebbene ciascuno di questi scienziati abbia contribuito allo studio delle proprietà della gomma, il segreto della sua sintesi è rimasto irrisolto nel XNUMX° secolo: tutti i metodi aperti si sono rivelati inadatti all'uso industriale sia a causa dell'alto costo delle materie prime, sia perché per le basse rese di isoprene, o per la complessità dei processi tecnici che assicurano la reazione. Ma l'isoprene è davvero necessario per la produzione della gomma? Forse una macromolecola con proprietà simili può essere formata da altri idrocarburi? Nel 1901, il chimico russo Kondakov scoprì che anche il dimetilbutadiene si trasforma in una sostanza gommosa se lasciato riposare al buio o in luce diffusa per circa un anno. (Durante la prima guerra mondiale in Germania, tagliata fuori dalle fonti di gomma naturale, fu avviata la produzione di gomma sintetica da dimetilbutadiene. Tuttavia, i prodotti da essa risultavano di pessima qualità, ma il loro prezzo si rivelò proibitivo a causa difficoltà tecniche Dopo la guerra, questa gomma metilica non è più stata prodotta.) Successivamente si è scoperto che tutti gli idrocarburi con uno scheletro molecolare possono essere sintetizzati in sostanze simili alla gomma Il primo membro di questa serie è il butadiene (o divinile) Già nel 1914, gli inglesi Matthews e Strange ottennero un'ottima gomma dal divinile in presenza di sodio metallico. Ma il loro lavoro non è andato oltre gli esperimenti di laboratorio a causa del fatto che, in primo luogo, non è stato trovato un metodo per la produzione del divinile e, in secondo luogo, non è stato possibile creare un'installazione in grado di sintetizzare la gomma in fabbrica. Entrambi questi problemi furono risolti quindici anni dopo dal chimico russo Sergei Lebedev. Prima della prima guerra mondiale, le fabbriche russe producevano fino a 12 mila tonnellate di gomma dalla gomma importata. Dopo la rivoluzione, quando iniziò l'industrializzazione dell'industria, il fabbisogno di gomma dell'Unione Sovietica aumentò molte volte. Una nave richiedeva 68 tonnellate di gomma, ogni carro armato - 800 kg, aereo - 600 kg, auto - 160 kg. Ogni anno sempre più gomma doveva essere acquistata dall'estero. Nel frattempo, nel 1923-1924, il prezzo della gomma naturale raggiunse i 2400 rubli d'oro per tonnellata. La necessità di pagare così tanti soldi e, in misura ancora maggiore, la dipendenza in cui il giovane Stato sovietico è caduto in questo modo dai fornitori, hanno posto seri problemi alla leadership del paese. C'era solo un modo per risolverli: sviluppando un metodo industriale per la produzione di gomma sintetica. Alla fine del 1925, il Consiglio Supremo Economico indisse un concorso internazionale per il modo migliore di produrre gomma sintetica. I termini della competizione erano piuttosto severi: la gomma doveva essere prodotta in URSS da prodotti estratti nell'URSS, il prezzo della gomma artificiale non poteva superare il prezzo medio mondiale degli ultimi cinque anni. Entro il 1 gennaio 1928, doveva consegnare 2 kg del campione finito a Mosca. Lebedev a quel tempo dirigeva il Dipartimento di Chimica Generale dell'Università di Leningrado. Già prima della rivoluzione lavorava da diversi anni sul problema della gomma sintetica ed era ben consapevole delle difficoltà che incontravano tutti i partecipanti alla competizione. Tuttavia, ha deciso di prendervi parte. Diversi alunni e studenti hanno accettato di aiutarlo nel suo lavoro. Il tempo era molto difficile. Tutti gli assistenti e lo stesso Lebedev hanno lavorato in modo completamente gratuito durante le ore fuori servizio, la sera e nei fine settimana. Per rispettare la scadenza, hanno lavorato con il massimo sforzo. Complessi esperimenti tecnologici dovevano essere condotti nelle condizioni più sfavorevoli. Mancava letteralmente tutto. Come hanno ricordato in seguito i partecipanti a questa straordinaria impresa, hanno fatto tutto ciò di cui avevano bisogno con le proprie mani. Lebedev ha dovuto lavorare non solo come chimico, ma anche come soffiatore di vetro, meccanico ed elettricista. Per il raffreddamento durante i processi chimici era necessario il ghiaccio: veniva raccolto tutto insieme sulla Neva. Eppure le cose andavano bene. Durante gli anni di ricerca precedenti, Lebedev si è convinto che ottenere una gomma sintetica che riproduca completamente le proprietà della gomma naturale sia un compito molto difficile e, in quelle circostanze, difficilmente realizzabile. Abbandonò immediatamente gli esperimenti con l'isoprene e decise di prendere il divinile come materiale di partenza. Dopo la ricerca di Matthews e Strange nel processo di produzione della gomma divinilica (butadiene), c'era un altro anello mancante: era necessario sviluppare un metodo per la produzione di divinile da materie prime economiche e facilmente disponibili. All'inizio Lebedev voleva prendere l'olio in quanto tale, ma poi ha concentrato tutta la sua attenzione sull'alcol. L'alcol era allora la materia prima più reale. Se il problema della sintesi del divinile fosse stato risolto con successo, sarebbe stato possibile produrre immediatamente gomma in qualsiasi quantità richiesta, ed era esattamente ciò di cui il Paese aveva bisogno. L'essenza della reazione, in cui l'alcol etilico si decompone in divinile, acqua e idrogeno (è generalmente descritto dall'equazione: 2CH3CH2OH = C4H6 + 2H2O + H2), era chiara a Lebedev. Ma la grande difficoltà è stata nella scelta di un catalizzatore adatto. Avendo profondamente compreso l'essenza dei processi in corso, Lebedev ha suggerito che una delle argille naturali attive potrebbe fungere da tale catalizzatore. Durante le sue vacanze in Crimea e nel Caucaso nell'estate del 1927, raccolse e studiò costantemente campioni di argilla. Alla fine ha trovato l'argilla giusta in Koktebel. La reazione in sua presenza ha dato un ottimo risultato. Quindi, a metà del 1927, fu ottenuto il primo successo: la reazione andò nella giusta direzione e il divinile fu ottenuto dall'alcol. Il processo successivo - la polimerizzazione del divinile - Lebedev ha deciso di eseguire secondo il metodo di Matthews e Strange. Per fare ciò, il sodio in un'installazione speciale è stato distribuito uniformemente sul divinile, dopodiché la reazione è continuata per 3-5 giorni. Tuttavia, il suo prodotto finale non era ancora gomma commerciale. Era saturo di gas, il sodio era distribuito in modo non uniforme, la miscela era instabile e si ossidava rapidamente nell'aria, perdendo elasticità. Pertanto, la gomma risultante è stata lavorata in un miscelatore, dove è stata impastata insieme al sodio in essa contenuto. Quindi è stato mescolato con esaltatori, nerofumo, caolino, magnesia e altri componenti che avrebbero dovuto proteggere la gomma dalla decomposizione. La gomma pronta è stata ricevuta in porzioni insignificanti: solo pochi grammi al giorno. Pertanto, il lavoro è continuato letteralmente fino all'ultimo minuto. A fine dicembre, quando mancavano pochi giorni alla scadenza, è stata completata la sintesi di 2 kg di gomma, che è stata inviata d'urgenza a Mosca. Nel febbraio 1928, la giuria, dopo aver considerato tutti i campioni inviati (a proposito, erano pochissimi), riconobbe la gomma coltivata nel laboratorio di Lebedev come la migliore. Tuttavia, questo era solo l'inizio. I metodi di laboratorio sono spesso inaccettabili in un'impostazione di fabbrica. Lebedev è stato incaricato di continuare la ricerca e lo sviluppo della tecnologia industriale per il suo metodo di produzione della gomma. Il duro lavoro è ricominciato. È vero, ora Lebedev aveva molti più fondi e opportunità. Conoscendo bene l'importanza del suo lavoro, il governo gli fornì tutto ciò di cui aveva bisogno. Presto fu istituito un laboratorio speciale per la gomma sintetica presso l'Università di Leningrado. Nel giro di un anno in questo laboratorio è stato progettato e realizzato un impianto pilota, che produceva 2-3 kg di gomma al giorno. Entro la fine del 1929 fu sviluppata l'intera tecnologia del processo di fabbrica. Nel febbraio 1930 iniziò la costruzione di un impianto pilota a Leningrado sull'isola di Gutuevsky. In estate è stato aperto il laboratorio della fabbrica. Attrezzato secondo le istruzioni personali di Lebedev, fu uno dei migliori laboratori chimici dell'epoca e si trasformò in un vero e proprio centro scientifico della gomma sintetica. Oltre al laboratorio, Lebedev aveva a sua disposizione i migliori specialisti che potevano trovare. Per tutte le domande, poteva contattare personalmente il segretario del comitato regionale del partito di Leningrado, Kirov. La grande difficoltà è stata nel creare l'attrezzatura necessaria. L'ingegneria chimica era solo agli albori. Gli ordini venivano distribuiti a tutte le fabbriche di Leningrado, ma la loro attuazione procedeva lentamente, poiché mancavano dell'esperienza necessaria. Anche lo stesso Lebedev a volte trovava difficile dare consigli tecnici precisi. Tuttavia, la costruzione dell'impianto pilota fu completata nel gennaio 1931. A febbraio su di essa sono stati ottenuti i primi 250 kg di gomma. È stata la prima gomma sintetica al mondo prodotta in fabbrica. Nello stesso anno furono posati tre giganteschi impianti di gomma: a Yaroslavl, Voronezh ed Efremov. Tutti sono stati dichiarati progetti di costruzione shock Komsomol e sono stati costruiti con una velocità sorprendente. Già nel 1932 lo stabilimento di Yaroslavl produceva la prima gomma. All'inizio, la sintesi del divinile in fabbrica è stata eseguita con grande difficoltà. Invece di una semplice miscela di prodotti di decomposizione alcolica costituita da divinile, acqua e idrogeno, è stata ottenuta una "vinaigrette" complessa di 30 componenti e la resa di divinile in questa massa non superava il 20-25%. Lebedev ha dovuto recarsi urgentemente a Yaroslavl con un gruppo di suoi dipendenti per aiutare ad avviare la produzione. Poi le stesse difficoltà sono sorte a Voronezh ed Efremov. Nella primavera del 1934, durante un viaggio in una fabbrica a Efremov, Lebedev contrasse il tifo e morì poco dopo essere tornato a Leningrado. Ma la causa, alla quale ha posto un fondamento così importante, si è rafforzata e si è sviluppata. A seguito dei primi tre impianti di gomma sintetica, ne furono costruiti diversi nuovi. Nel 1934 furono prodotte 11 mila tonnellate di gomma sintetica, nel 1935 - 25 mila, nel 1936 - 40 mila. Nel 1937 la quota di gomma sintetica nella produzione totale di gomma era già del 73%. Il problema scientifico e tecnico più complesso è stato risolto con successo. Tuttavia, il metodo per la produzione della gomma sintetica, sviluppato da Lebedev, non era l'unico possibile. Lui stesso lo ha capito molto bene e negli ultimi anni ha riflettuto molto su come sostituire le materie prime alimentari (l'alcol si ricavava dai prodotti alimentari e si spendevano 1 tonnellate di patate per produrre 12 tonnellata di alcol) con altre, più economiche, per esempio, olio. Un altro svantaggio della gomma divinilica era la sua bassa adesività. Nella fabbricazione di prodotti in gomma da esso, era necessario sostenere costi aggiuntivi. Successivamente sono stati sviluppati molti altri metodi per la produzione di gomma sintetica e nel 1965 in URSS la gomma sintetica è stata ottenuta per la prima volta in condizioni industriali dall'isoprene. Autore: Ryzhov KV Ti consigliamo articoli interessanti sezione La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano: ▪ Nave passeggeri supersonica Concorde Vedi altri articoli sezione La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano. Leggere e scrivere utile commenti su questo articolo. Ultime notizie di scienza e tecnologia, nuova elettronica: Pelle artificiale per l'emulazione del tocco
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