La historia del caucho sintético
La palabra caucho proviene del vocablo indio cau-uchihu, que significa “árbol llorón”. El caucho natural se obtiene coagulando y secando el látex que sale del árbol de Hevea (ver imagen). En 1770, el químico británico J. Priestley descubrió que se podía utilizar goma para borrar la escritura a lápiz. El material utilizado para este fin se llamó caucho y todavía se utiliza en la actualidad. Las cadenas moleculares del caucho pueden reticularse. El caucho reticulado tiene la capacidad de recuperarse rápidamente cuando se deforma por fuerzas externas y tiene buenas propiedades físicas y mecánicas y estabilidad química. El caucho es la materia prima básica de la industria del caucho y se utiliza ampliamente en la fabricación de neumáticos, mangueras, cintas, cables y otros productos de caucho.
Tipos
El caucho se divide en caucho natural y caucho sintético según las materias primas. Según su forma, se divide en caucho en trozos, látex, caucho líquido y caucho en polvo. El látex es una dispersión de caucho en agua coloidal; el caucho líquido es un oligómero de caucho, que suele ser un líquido viscoso antes de la vulcanización. El caucho en polvo es látex procesado en polvo para facilitar su dosificación y procesamiento; El caucho termoplástico, desarrollado en la década de 1960, se forma procesando termoplásticos sin vulcanización química. El caucho se divide en tipos de uso general y de uso especial según sus usos.
Porque el caucho tiene buenas propiedades integrales y es muy utilizado. Incluyen principalmente: ① caucho natural. Está elaborado a partir del látex del árbol Hevea brasiliensis y su componente químico básico es el cispoliisopreno. Buena elasticidad, alta resistencia y buen rendimiento general. ②Caucho de isopreno. El nombre completo es caucho cis-1,4-poliisopreno, que es un caucho sintético con alto contenido de cis hecho de isopreno debido a que su estructura y propiedades son similares al caucho natural, también se le llama caucho natural sintético. ③Caucho de estireno-butadieno. SBR, para abreviar, se polimeriza a partir de butadieno y estireno. Según el método de producción, se divide en caucho de estireno-butadieno de polimerización en emulsión y caucho de estireno-butadieno de polimerización en solución. Su rendimiento integral y estabilidad química son buenos. ④Caucho de butadieno. El nombre completo es caucho cis-1,4-polibutadieno, abreviado BR, que se polimeriza a partir de butadieno. En comparación con otros cauchos de uso general, el caucho de butadieno vulcanizado tiene excelente resistencia al frío, resistencia al desgaste y elasticidad, genera menos calor bajo carga dinámica, tiene buena resistencia al envejecimiento y puede usarse fácilmente con caucho natural, caucho de cloropreno y caucho de nitrilo.
Caucho especial se refiere a caucho con ciertas propiedades especiales. Incluye principalmente: ①Goma de neopreno. CR, para abreviar, se polimeriza a partir de cloropreno. Tiene buenas propiedades integrales, que incluyen resistencia al aceite, retardo de llama, resistencia a la oxidación y resistencia al ozono. Sin embargo, tiene alta densidad, es fácil de cristalizar y endurecer a temperatura ambiente, tiene malas propiedades de almacenamiento y poca resistencia al frío. ②Caucho de nitrilo. El NBR, denominado NBR, se polimeriza a partir de butadieno y acrilonitrilo. Buena resistencia al aceite y al envejecimiento, se puede utilizar durante mucho tiempo en aire a 120 ℃ o en aceite a 150 ℃. Además, es resistente al agua, hermético y tiene excelentes propiedades adhesivas. ③Caucho de silicona. La cadena principal consta de átomos de silicio y átomos de oxígeno alternados, con grupos orgánicos en los átomos de silicio. Resistencia a altas y bajas temperaturas, resistencia al ozono y buen aislamiento eléctrico. (4) Caucho flúor. Caucho sintético que contiene átomos de flúor en su estructura molecular. Generalmente se expresa por el número de átomos de flúor en la unidad que contiene flúor en el polímero, como el caucho de flúor 23, que es un polímero de fluoruro de vinilideno y clorotrifluoroetileno. El caucho flúor es resistente a altas temperaturas, aceite y corrosión química. (5) Caucho de polisulfuro. Se forma por polimerización por condensación de dihaluros y polisulfuros de metales alcalinos o alcalinotérreos. Tiene una excelente resistencia al aceite y a los disolventes, pero su resistencia no es alta, su resistencia al envejecimiento y su procesabilidad no son buenas y tiene un olor desagradable. Se utiliza principalmente con caucho de nitrilo. Además, existen caucho de poliuretano, caucho de clorhidrina, caucho acrílico, etc.
La idea del caucho sintético surgió del análisis e imitación del caucho natural. El nacimiento y desarrollo de la industria del caucho sintético depende de la fuente de materias primas, la madurez de la tecnología de fabricación de monómeros y la selección de monómeros, catalizadores y métodos de polimerización. Además, dado que el caucho es el principal material de transporte (neumáticos de automóviles y aviones, etc.). ), su desarrollo estuvo estrechamente relacionado con la demanda de caucho durante la guerra. El caucho sintético nació durante la Primera Guerra Mundial y se produjo en pequeñas cantidades para satisfacer las necesidades urgentes del esfuerzo bélico. La industria del caucho sintético se estableció a principios de los años 1930. La Segunda Guerra Mundial contribuyó al rápido desarrollo de la industria del caucho sintético de variedades y rendimientos múltiples. A principios de la década de 1950, la invención del catalizador Ziegler-Natta y la tecnología de fabricación de monómeros relativamente madura llevaron a la industria del caucho sintético a una nueva etapa del caucho sintético estructurado.
Después de la década de 1960, la producción de caucho sintético comenzó a superar la de caucho natural.
Análisis e imitación del caucho natural En 1826, M. Faraday realizó por primera vez un análisis químico del caucho natural y determinó que la fórmula molecular experimental del caucho natural era C5H8.
En 1860, C.G. Williams aisló C5H8 del producto de pirólisis del caucho natural, lo llamó isopreno y señaló que el isopreno se oxidaba formando un elastómero blanco en el aire. En 1879, G. Bouchard preparó isopreno mediante craqueo térmico y volvió a convertir el isopreno en elastómero. Aunque la estructura y propiedades de este elastómero son muy diferentes a las del caucho natural, se ha confirmado plenamente que es posible sintetizar caucho con monómeros de bajo peso molecular.
El nacimiento del caucho sintético 1900 ил. Kondakov sintetizó elastómeros similares al cuero a partir de 2,3-dimetil-1,3-butadieno. Durante la Primera Guerra Mundial, el transporte marítimo alemán quedó bloqueado, lo que impidió la importación de caucho natural. En 1917, produjeron por primera vez caucho sintético utilizando 2,3-dimetil-1,3-butadieno, denominado caucho de metilo W y caucho de metilo h.
El caucho de metilo W se produce mediante polimerización térmica de 2,3-dimetil-1,3-butadieno a 70 °C durante 5 meses, mientras que el caucho de metilo H se produce a partir de los monómeros anteriores producidos por caucho duro. Polimerización a 30 a 35°C durante 3 a 4 meses. Durante la guerra, la producción de caucho metílico * * * fue de 2350 toneladas. El rendimiento de este caucho era mucho peor que el del caucho natural, y la tecnología de síntesis y polimerización de monómeros estaba atrasada en ese momento, por lo que la producción se interrumpió después de la guerra.
El establecimiento y desarrollo de la industria del caucho sintético. De 1927 a 1928, J.C. Patrick de los Estados Unidos sintetizó por primera vez caucho de polisulfuro (tetrasulfuro de polietileno). W.H. Carothers sintetizó 2-cloro-1,3-butadieno utilizando el método de J.A Newland y preparó caucho de cloropreno. En 1931, DuPont inició la producción a pequeña escala. La Unión Soviética utilizó el método с β Lebedev para sintetizar butadieno a partir de alcohol y utilizó sodio metálico como catalizador para realizar una polimerización en masa en fase líquida para preparar caucho de butadieno sódico. En 1931 se construyó una planta de producción de 10.000 toneladas. Durante el mismo período, Alemania utilizó acetileno para sintetizar butadieno y también utilizó sodio como catalizador para preparar caucho de butadieno sódico. A principios de la década de 1930, el alemán H. Staudinger (1932) estableció la teoría de la estructura de cadena larga de las macromoléculas, y el soviético H.H. Semyonov (1934) estableció la teoría de la polimerización en cadena, sentando las bases de las macromoléculas. Al mismo tiempo, también se han mejorado significativamente el proceso de polimerización y la calidad del caucho. Las variedades de caucho representativas durante este período incluyen: caucho de estireno-butadieno, que es la polimerización de butadieno y estireno, y caucho de nitrilo, que es la polimerización de butadieno y acrilonitrilo. En 1935, nuestra empresa produjo caucho de nitrilo por primera vez. En 1937, nuestra empresa construyó una planta de producción industrial de caucho de estireno-butadieno en la planta química de Buna. El caucho de estireno-butadieno sigue siendo la variedad más grande de caucho sintético debido a sus excelentes propiedades integrales, mientras que el caucho de nitrilo es un caucho resistente al aceite y sigue siendo la principal variedad de caucho especial. A principios de la década de 1940, las necesidades urgentes de la guerra impulsaron el desarrollo y la producción de tecnología del caucho butílico. En 1943, Estados Unidos inició la producción de prueba de caucho butílico. En 1944, la producción anual de caucho butílico en Estados Unidos y Canadá era de 1.320 toneladas y 2.480 toneladas, respectivamente. El caucho butílico es un caucho sintético con buena estanqueidad al aire y es más adecuado para cámaras de aire de neumáticos. Más tarde aparecieron muchas variedades nuevas de caucho especial. Por ejemplo, General Electric Company en Estados Unidos comenzó a producir caucho de silicona en 1944, y Alemania y el Reino Unido produjeron caucho de poliuretano (ver poliuretano) a principios de la década de 1940. Durante la Segunda Guerra Mundial, Japón ocupó áreas productoras de caucho natural como Malasia, lo que aceleró aún más la investigación y producción de caucho sintético en América del Norte y la Unión Soviética, lo que provocó que la producción mundial de caucho sintético aumentara considerablemente de 23,12 kt en 1939 a 885,5 kt. en 1944. Después de la guerra, debido a la recuperación del suministro de caucho natural, la producción de caucho sintético fluctuó entre 432,9 y 893,9 kt entre 1945 y 1952.
A mediados de los años 50 se inventaron nuevos catalizadores como el de Ziegler-Natta y el de la serie de litio. La industria petrolera proporciona una gran cantidad de monómeros avanzados para el caucho sintético; la gente se ha dado cuenta gradualmente de la importancia de la microestructura de las moléculas del caucho en las propiedades del caucho. Junto con la tecnología de polimerización en solución desarrollada con nuevos catalizadores, es posible controlar eficazmente la estereorregularidad de las moléculas de caucho. Estos factores han llevado a la industria del caucho sintético a una nueva etapa en la producción de caucho estereorregular.
Los productos representativos incluyen caucho con alto contenido de cis-1,4-poliisopreno, que se puso en producción a principios de la década de 1960 y se conoce como caucho natural sintético con alto contenido de trans-1,4-poliisopreno, también conocido como gutapercha sintética; caucho de polibutadieno de 1,4-cis alto, cis medio y cis bajo, llamado caucho de cis-butadieno. Además, existe caucho de etileno-propileno producido mediante polimerización en solución de estireno-butadieno y etileno-propileno. Durante este período, el caucho especial también logró un desarrollo correspondiente y se han sintetizado variedades de caucho que son resistentes a altas temperaturas, múltiples medios, solventes o resistentes a altas temperaturas y al aceite. Sus variedades representativas incluyen caucho flúor y caucho acrílico nuevo. En la década de 1960, la industria del caucho sintético se caracterizó por el desarrollo continuo de nuevas variedades, un aumento significativo de la producción y la aparición de diversas formas de caucho, como el caucho líquido, el caucho en polvo y el caucho termoplástico, con el objetivo de simplificar Técnicas de procesamiento del caucho y reducción del consumo de energía. A finales de la década de 1970, el caucho sintético básicamente podía reemplazar al caucho natural en la fabricación de diversos neumáticos y productos. Algunos cauchos sintéticos especiales tenían propiedades que el caucho natural no tenía.
En 1950, la producción de caucho sintético alcanzó unas 600 kt. Después de la década de 1950, debido al rápido desarrollo de la industria petroquímica, la producción correspondiente de caucho sintético aumentó aproximadamente 1.000 kt casi cada cinco años (ver tabla). En 1979 superó los 9.000 kt y alcanzó su punto máximo. La producción comenzó a disminuir en 1980 y luego se estabilizó en alrededor de 8.000 toneladas en los años siguientes, lo que supone aproximadamente el doble de la producción de caucho natural. La producción anual de caucho sintético alcanzó unas 12 toneladas. En 2007, la producción mundial total de caucho fue de 23,23 toneladas. millones de toneladas, de las cuales 9,68 millones de toneladas fueron de caucho natural, 13,32 millones de toneladas de caucho sintético.
Bibliografía
G. Synthetic Rubber, John Wiley & Nueva York, 1954.