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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
인조 고무. 발명과 생산의 역사
고무는 탄성, 내수성 및 전기 절연 특성을 특징으로 하는 천연 또는 합성 엘라스토머이며 고무와 에보나이트는 가황 처리를 통해 얻습니다.
유럽은 XNUMX세기에 고무에 대해 처음 배웠습니다. 크리스토퍼 콜럼버스는 다른 많은 호기심과 함께 미국에서 그것을 가져왔습니다. 배가 아이티 섬 근처에 정박하는 동안 콜럼버스와 그의 동료들은 원주민들이 유럽에서는 전혀 알려지지 않은 일종의 탄성 재료로 만든 공을 가지고 노는 것을 관찰했습니다. 공은 땅에 닿았을 때 쉽게 튀고 압축되어 다시 원래 모양으로 복원되었습니다. 스페인으로 돌아온 콜럼버스는 나중에 구세계에서 "고무"라는 이름으로 알려지게 된 이 멋진 재료의 샘플을 가져갔습니다. 인도에서 번역 된 "고무"는 "나무의 눈물"을 의미합니다. 나중에 알려지면서 열대 나무인 브라질 헤베아의 껍질을 절개하여 채취한 주스였습니다. 그것은 hevea가 XNUMX 살 때 나무에서 가져 왔습니다. 반 미터 높이에서 나무 껍질에 절개가 있었고 그 아래에서 우유와 같은 흰 주스가 흐르기 시작하면 교수형에 수집했습니다. 컵에 담아 큰 그릇에 담았습니다. 공기 중에서 주스는 비교적 빨리 응고되어 어두운 수지 제품인 고무로 변했습니다.
유럽인들은 이 자료의 장점을 즉시 이해하지 못했습니다. XNUMX세기 동안 그들은 고무를 야만적인 호기심으로 취급했습니다. 한편 남미에 온 여행자들은 고무로 만든 새 물건을 점점 더 많이 유럽으로 배달했다. 그 중에는 물병, 방수 장화, 비옷이 있었습니다. 이 모든 것이 매우 궁금했지만 실질적인 의미는 없었습니다. 오랜 시간이 지난 후에야 유럽인들이 고무의 첫 번째 용도를 찾았습니다. 그들은 현대 학교 지우개를 연상시키는 고무 밴드 형태로 고무 밴드를 사용하기 시작했습니다. 1839세기 말 영국의 화학자 매킨토시는 고무로 방수 비옷을 제조하는 특허를 취득했습니다. 매킨토시라고 합니다. 그러나 비옷은 유럽 기후에 적합하지 않았으며 저온에서는 주석처럼 단단해지고 열에서는 끈적끈적했습니다. 많은 실험 끝에 고무를 가황시켜 고무의 이러한 불쾌한 특성을 피할 수 있는 방법을 찾았습니다. (이 중요한 발견은 XNUMX년 미국 화학자 Goodyear에 의해 이루어졌습니다.) 고무가 황으로 가열되면 고무의 특성이 매우 강하게 변한다는 사실이 발견되었습니다. 고무는 더 유연하고 탄력적이며 온도 변화에 그다지 민감하지 않습니다. 이 새로운 가황 고무는 고무로 알려지게 되었습니다. 여러면에서 매우 편리한 것으로 판명되어 빠르게 인기를 얻었습니다. 이에 대한 수요는 매년 증가하고 있습니다. 자연에서 고무와 유사한 다른 제품은 없습니다. 방수, 전기 절연 특성, 유연성 및 매우 큰 형태 변화가 가능합니다. 외력의 작용으로 여러 번 늘어나고 다시 줄어들 수 있습니다. 다른 어떤 물질도 이러한 탄성을 가지고 있지 않습니다. 동시에 강하고 내구성이 있으며 마모에 강하고 가공이 쉽습니다. 따라서 고무는 자동차 타이어, 모든 종류의 구동 벨트, 운송 테이프, 슬리브, 충격 흡수 장치, 개스킷, 유연한 단열재 등을 제조하는 데 이상적인 재료였으며 앞으로도 그럴 것입니다. 고무가 없으면 현대 산업 사회의 삶은 불가능합니다. XNUMX세기 중반부터 고무 제품의 대량 생산이 시작되었습니다. 이것은 실제 고무 열을 만들었습니다. 고무나무가 자라는 지역은 전쟁과 투기의 대상이 되었습니다. Wild heve는 곧 업계의 요구 사항을 충족하지 못했습니다. 또한 정글에서 고무를 채굴하는 것은 어렵고 비용이 많이 들었습니다. 고무 농장을 만들기 위한 성공적인 실험이 이루어졌습니다. Hevea는 말레이 군도, 수마트라, 자바의 열대 지방으로 이동했습니다. 고무 생산량은 몇 배나 증가했지만 수요는 계속 증가했습니다. 9년 동안 과학계는 화학적 수단으로 인공적으로 고무를 만드는 방법을 배우기 위해 고무의 신비에 대한 답을 찾고 있었습니다. 점차적으로 hevea 주스의 천연 고무는 여러 물질의 혼합물이지만 질량의 10/5은 화학식 (C8H5) n을 갖는 폴리이소프렌 탄화수소에 해당합니다. 여기서 n은 매우 큽니다. 유사한 구조를 가진 물질은 고분자 제품 그룹에 속합니다. 고분자는 여러 가지, 때로는 매우 많은 동일한 분자의 더 단순한 단량체 물질(이 경우 C8HXNUMX 이소프렌 분자)의 조합으로 형성됩니다. 유리한 조건에서 개별 단량체 분자는 길고 유연한 선형 또는 분기 사슬 스레드로 서로 연결됩니다. 이 폴리머 형성 반응을 중합이라고 합니다. 다중 결합(이중 또는 삼중)이 있는 유기 물질에서만 발생합니다. 이러한 결합이 분리된 결과 개별 분자가 서로 연결됩니다(방출된 원자가로 인해). 폴리이소프렌 외에도 천연 고무에는 수지와 같은 단백질과 미네랄이 포함되어 있습니다. 수지와 단백질에서 정제된 순수 폴리이소프렌은 매우 불안정하며 공기 중에서는 탄성과 강도라는 귀중한 기술적 특성을 빠르게 잃습니다. 따라서 인조고무를 생산하기 위해서는 최소한 세 가지를 배워야 한다. 1) 다른 물질로부터 이소프렌을 얻는 것; 2) 이소프렌의 중합 반응을 수행하고; 3) 생성된 고무를 분해로부터 보호하기 위해 적절한 물질로 처리하십시오. 이 모든 작업은 매우 어려운 것으로 판명되었습니다. 1860년 영국 과학자 Williams는 고무의 건식 증류를 통해 이소프렌을 분리했는데, 이는 독특한 냄새가 나는 가볍고 이동성이 있는 무색 액체로 판명되었습니다. 1879 년 프랑스 화학자 Gustav Bouchard는 이소프렌을 가열하고 염산으로 작용하여 역반응을 수행하여 고무 같은 제품을 얻었습니다. 1884년 영국의 화학자 Tilden은 테레빈유를 고온 분해하여 이소프렌을 얻었다. 이 과학자들은 각각 고무의 특성 연구에 기여했지만 합성의 비밀은 XNUMX세기에 풀리지 않은 채로 남아 있었습니다. 모든 공개된 방법은 높은 원료 비용 때문에 또는 이소프렌의 낮은 수율 또는 반응을 보장하는 복잡한 기술 프로세스 때문입니다. 그러나 이소프렌은 고무 생산에 정말 필요한가요? 아마도 비슷한 성질을 가진 거대분자가 다른 탄화수소로부터 형성될 수 있을까요? 1901년 러시아 화학자 Kondakov는 디메틸부타디엔이 약 XNUMX년 동안 어둠이나 확산된 빛에 방치되면 고무 같은 물질로 변한다는 것을 발견했습니다. (제XNUMX차 세계대전 당시 독일에서는 천연고무의 공급원이 단절되어 디메틸부타디엔으로부터 합성고무 생산이 시작되었다. 그러나 이로부터 생산된 제품은 매우 열악한 품질로 나왔지만, 기술적인 어려움 전쟁 후 이 메틸 고무는 다시는 생산되지 않았습니다.) 나중에 분자 골격을 가진 모든 탄화수소가 고무 같은 물질로 합성될 수 있다는 것이 발견되었습니다.
이 시리즈의 첫 번째 구성원은 부타디엔(또는 디비닐)입니다.
1914년에 영국인 Matthews and Strange는 금속성 나트륨이 있는 상태에서 divinyl에서 아주 좋은 고무를 얻었습니다. 그러나 그들의 작업은 첫 번째로 divinyl 생산 방법이 발견되지 않았고 두 번째로 공장에서 고무를 합성 할 수있는 설비를 만드는 것이 불가능했기 때문에 실험실 실험을 넘어서지 못했습니다. 이 두 가지 문제는 모두 XNUMX년 후 러시아 화학자 Sergei Lebedev에 의해 해결되었습니다. 제12차 세계 대전 이전에 러시아 공장은 수입 고무로 최대 68톤의 고무를 생산했습니다. 혁명 후 산업의 산업화가 시작되었을 때 고무에 대한 소련의 수요는 몇 배나 증가했습니다. 한 척의 선박에는 800톤의 고무가 필요했고 각 탱크는 600kg, 항공기는 160kg, 자동차는 1923kg이었습니다. 매년 점점 더 많은 고무를 해외에서 구매해야 했습니다. 한편, 1924-2400년에 천연 고무 가격은 톤당 XNUMX골드 루블에 도달했습니다. 그러한 큰 돈을 지불해야 할 필요성과 훨씬 더 큰 범위에서 젊은 소비에트 국가가 공급자로부터 이런 식으로 의존하는 것은 국가의 지도력에 심각한 문제를 제기했습니다. 이를 해결하는 방법은 합성 고무 생산을 위한 산업적 방법을 개발하는 것뿐이었습니다. 1925년 말에 최고 경제 위원회는 합성 고무를 생산하는 최선의 방법에 대한 국제 경쟁을 발표했습니다. 경쟁 조건은 매우 엄격했습니다. 고무는 소련에서 채굴된 제품으로 소련에서 만들어져야 했으며 인조 고무 가격은 지난 1년간 세계 평균 가격을 초과할 수 없었습니다. 1928년 2월 XNUMX일까지 XNUMXkg의 완성된 샘플을 모스크바로 배달해야 했습니다. 당시 레베데프는 레닌그라드 대학의 일반 화학과를 이끌었습니다. 혁명 이전에도 몇 년 동안 합성고무 문제에 몰두해 왔으며 대회에 참가한 모든 참가자들이 겪는 어려움을 잘 알고 있었습니다. 그럼에도 불구하고 그는 참여하기로 결정했습니다. 몇몇 학생과 학생들은 그의 작업을 돕기로 동의했습니다. 시대가 많이 힘들었습니다. 모든 조수와 Lebedev 자신은 근무 외 시간, 저녁 및 주말에 완전히 무료로 일했습니다. 마감일을 맞추기 위해 그들은 최선을 다해 일했습니다. 가장 불리한 조건에서 복잡한 기술 실험을 수행해야 했습니다. 말 그대로 모든 것이 사라졌습니다. 이 놀라운 기업의 참가자들은 나중에 회상하면서 필요한 모든 것을 자신의 손으로 했습니다. Lebedev는 화학자일 뿐만 아니라 유리 송풍기, 기계공, 전기 기술자로도 일해야 했습니다. 화학 공정 중 냉각을 위해 얼음이 필요했습니다. 모두 Neva에서 함께 수확되었습니다. 그럼에도 불구하고 일이 잘 진행되고 있었습니다. 지난 수년간의 연구 동안 Lebedev는 천연 고무의 특성을 완전히 재현하는 합성 고무를 얻는 것이 매우 어려운 작업이며 이러한 상황에서는 거의 달성할 수 없다는 것을 확신하게 되었습니다. 그는 즉시 이소프렌 실험을 포기하고 디비닐을 출발 물질로 사용하기로 결정했습니다. 디비닐(부타디엔) 고무의 생산 과정에서 매튜스와 스트레인지의 연구 후에, 하나 더 누락된 연결이 있었습니다. 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 원료로부터 디비닐을 생산하는 방법을 개발하는 것이 필요했습니다. 처음에 Lebedev는 기름을 그렇게 먹고 싶었지만 모든 관심을 알코올에 집중했습니다. 알코올은 당시 가장 실질적인 공급원료였습니다. 디비닐 합성의 문제가 성공적으로 해결되었다면 고무를 필요한 만큼 즉시 생산할 수 있었을 것이고, 이것이 바로 국가가 필요로 하는 것이었다. 에틸 알코올이 디비닐, 물 및 수소로 분해되는 반응의 본질(일반적으로 방정식: 2CH3CH2OH = C4H6 + 2H2O + H2로 설명됨)은 Lebedev에게 명확했습니다. 그러나 가장 큰 어려움은 적합한 촉매를 선택하는 데 있었습니다. 진행 중인 공정의 본질을 깊이 이해한 Lebedev는 활성 천연 점토 중 하나가 그러한 촉매 역할을 할 수 있다고 제안했습니다. 1927년 여름 크림 반도와 코카서스에서 휴가를 보내는 동안 그는 끊임없이 점토 샘플을 수집하고 연구했습니다. 결국 그는 Koktebel에서 올바른 흙을 찾았습니다. 그녀의 존재에 대한 반응은 훌륭한 결과를 주었습니다. 따라서 1927 년 중반에 첫 번째 성공이 이루어졌습니다. 반응은 올바른 방향으로 진행되었고 알코올에서 디 비닐이 얻어졌습니다. 다음 과정 - divinyl의 중합 - Lebedev는 Matthews와 Strange의 방법에 따라 수행하기로 결정했습니다. 이를 위해 특수 설비의 나트륨이 디비닐에 고르게 분포된 후 3-5일 동안 반응이 계속되었습니다. 그러나 최종 제품은 아직 상업용 고무가 아닙니다. 그것은 가스로 포화되었고 나트륨이 고르지 않게 분포되었으며 혼합물이 불안정하고 공기 중에서 빠르게 산화되어 탄성을 잃습니다. 따라서 생성 된 고무는 믹서에서 처리되어 포함 된 나트륨과 함께 반죽됩니다. 그런 다음 고무를 부패로부터 보호하는 강화제, 카본 블랙, 카올린, 마그네시아 및 기타 성분과 혼합되었습니다. 준비된 고무는 하루에 몇 그램에 불과한 사소한 부분으로 받았습니다. 따라서 작업은 말 그대로 마지막 순간까지 계속되었습니다. 마감일까지 며칠 남지 않은 2월 말, 고무 1928kg 합성이 완료돼 긴급하게 모스크바로 보내졌다. XNUMX년 XNUMX월, 배심원단은 보내진 모든 샘플을 고려하여(그런데 샘플이 거의 없었음) Lebedev의 실험실에서 자란 고무를 최고로 인정했습니다. 그러나 이것은 시작에 불과했습니다. 실험실 방법은 종종 공장 설정에서 허용되지 않습니다. Lebedev는 그의 고무 생산 방법을 위한 산업 기술을 계속 연구하고 개발하라는 지시를 받았습니다. 힘든 작업이 다시 시작되었습니다. 사실, 이제 Lebedev는 훨씬 더 많은 자금과 기회를 갖게 되었습니다. 그의 일의 중요성을 잘 알고 있는 정부는 그가 필요한 모든 것을 제공했습니다. 곧 합성 고무를 위한 특수 연구소가 레닌그라드 대학에 설립되었습니다. 2년 이내에 이 실험실에 파일럿 플랜트가 설계 및 건설되어 하루에 3-1929kg의 고무를 생산했습니다. XNUMX년 말까지 공장 공정의 전체 기술이 개발되었습니다. 1930년 XNUMX월 Gutuevsky 섬의 Leningrad에서 파일럿 플랜트 건설이 시작되었습니다. 여름에는 공장 실험실이 문을 열었습니다. Lebedev의 개인 지시에 따라 장비를 갖춘 이곳은 당시 최고의 화학 실험실 중 하나였으며 합성 고무의 진정한 과학 센터로 탈바꿈했습니다. 실험실 외에도 Lebedev는 찾을 수 있는 최고의 전문가를 마음대로 사용할 수 있었습니다. 모든 질문에 대해 그는 레닌그라드 지역 당 위원회 서기인 키로프에게 개인적으로 연락할 수 있었습니다. 가장 큰 어려움은 필요한 장비를 만드는 것이 었습니다. 화학 공학은 초기 단계에 불과했습니다. 주문은 모든 레닌그라드 공장에 배포되었지만 필요한 경험이 부족하여 구현이 더디게 진행되었습니다. Lebedev 자신조차도 때때로 정확한 기술적인 조언을 하는 것이 어렵다는 것을 알게 되었습니다. 그럼에도 불구하고 파일럿 플랜트의 건설은 1931년 250월에 완료되었습니다. XNUMX월에 처음 XNUMXkg의 고무를 얻었습니다. 그것은 세계 최초의 값싼 공장제 합성 고무였습니다. 같은 해 Yaroslavl, Voronezh 및 Efremov에 XNUMX개의 거대한 고무 공장이 건설되었습니다. 모두 충격적인 Komsomol 건설 프로젝트로 선언되었으며 놀라운 속도로 지어졌습니다. 1932년 Yaroslavl 공장은 이미 최초의 고무를 생산했습니다. 처음에는 공장에서 디비닐 합성을 매우 어렵게 진행했습니다. 디비닐, 물 및 수소로 구성된 알코올 분해 생성물의 단순한 혼합물 대신 30개 성분의 복합 "비네그레트"가 얻어졌으며 이 덩어리에서 디비닐의 수율은 20-25%를 초과하지 않았습니다. Lebedev는 생산 준비를 돕기 위해 직원 그룹과 함께 긴급히 Yaroslavl로 가야 했습니다. 그런 다음 Voronezh와 Efremov에서도 동일한 어려움이 발생했습니다. 1934년 봄, 레베데프는 에프레모프(Efremov)의 공장을 방문하는 동안 발진티푸스에 걸려 레닌그라드로 돌아온 직후 사망했습니다. 그러나 그가 그토록 중요한 토대를 마련한 대의는 더욱 강해지고 발전했습니다. 처음 세 개의 합성 고무 공장에 이어 몇 개의 새로운 공장이 건설되었습니다. 1934년에는 11톤의 합성 고무가 생산되었고, 1935년에는 25톤, 1936년에는 40톤이 생산되었습니다. 1937년에 전체 고무 생산량에서 합성 고무가 차지하는 비중은 이미 73%였습니다. 가장 복잡한 과학 및 기술 문제가 성공적으로 해결되었습니다. 그러나 Lebedev가 개발한 합성고무 생산법만이 가능한 것은 아니었다. 그 자신도 이것을 아주 잘 이해했고 최근 몇 년 동안 식품 원료(식품에서 알코올을 생산하고 1톤의 알코올을 생산하는 데 감자 12톤을 사용)를 다른 저렴한 것으로 대체하는 방법에 대해 많이 생각했습니다. 예를 들어 기름. 디비닐 고무의 또 다른 단점은 낮은 접착력이었습니다. 그것으로 고무 제품을 제조 할 때 추가 비용이 필요했습니다. 그 후 합성 고무 생산을 위한 몇 가지 방법이 더 개발되었으며 1965년 소련에서 합성 고무가 산업 조건에서 이소프렌으로부터 처음으로 얻어졌습니다. 저자: Ryzhov K.V.
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