Автомобільні шини зі спирту
Учні Бутлерова - А. Є. Фаворський, Н. К. Маріуца, І. Л. Кондаков, С. В. Лебедєв, Б. В. Бизов, розвиваючи погляди свого вчителя, значно випередили зарубіжних учених у розробці теорії будови штучних каучукоподібних матеріалів та розробили промислові методи їхнього одержання.
У 1930 році в Ленінграді було збудовано перший у світі досвідчений завод штучного каучуку. Тут у напівзаводському масштабі перевірявся та вдосконалювався спосіб С. В. Лебедєва.
Велику допомогу будівництву заводу надавав незабутній Сергій Миронович Кіров.
Багато труднощів довелося подолати піонерам промислового здобуття синтетичного каучуку. Не ладналась полімеризація - отриманий полімер натрій-дивінілового каучуку швидко окислювався на повітрі і втрачав свої цінні властивості. Виходив продукт, який хоч і нагадував на вигляд каучук, але мав значно меншу міцність і ще гіршу фортецю. Відсутність клейкості у синтетичного каучуку відбивалося якості гуми.
Якщо взяти природний каучук і вулканізувати його із сіркою, то вийде міцна еластична гума. Коли ж намагалися вулканізувати натрій-дивініловий каучук за допомогою однієї сірки, то гума виходила погана, нестійка. Механічна міцність не перевищувала 6 кілограмів на квадратний сантиметр. Тоді Лебедєв запропонував додавати сажу. Введення сажі в гумові суміші із синтетичного каучуку відразу підвищило їхню міцність у 25—30 разів. Так із властивою радянським людям наполегливістю колектив дослідного заводу долав усі труднощі.
Коли заводі було отримано перший блок синтетичного каучуку, приїхав З. М. Кіров і привітав весь колектив працівників заводу з успішним вирішенням найважливішої народногосподарської проблеми.
Завдання промисловогоотримання синтетичного каучуку з вітчизняної сировини було повністю дозволено.
На сучасному заводі синтетичного каучуку спирт-сирець перекачують у трубчасті апарати. Вони спирт нагрівають. Спирт кипить і перетворюється на пари. Пари надходять у контактні печі. Усередині печей знаходяться високі сталеві реторти, які завантажений каталізатор. Ці апарати називаються контактними, оскільки пари спирту стикаються, т. е. входять у контакт, з каталізатором.
Розкладання пар спирту в контактних апаратах проводиться при температурі 450 градусів. Реакції допомагає як каталізатор, а й висока температура. При розкладанні спирту поруч із дивінілом утворюються та інші вуглеводні.
Із тонни спирту виходить 600 кілограмів дивінілу. Інші 400 кілограмів — домішки. Вони ускладнюють перетворення дивінілу на каучук і їх треба позбутися. Пари дивінілу очищають. Вони надходять до колон висотою в 3-4-поверховий будинок. Колони складаються з кількох "поверхів" - відділень. Переходячи з відділення у відділення і з колони в колону, одні складові газової суміші перетворюються на рідину, інші поглинаються особливими речовинами - абсорбентами ("абсорбент" - поглинач). З очисних колон витікає безбарвна рідина - дивініл.
Очищений дивініл надходить в автоклави, в яких створюються необхідні для полімеризації температура та тиск. Полімеризація проводиться у присутності каталізатора – металевого натрію. При дії натрію рідкий дивініл починає загусати. Його молекули з'єднуються в молекулярні ланцюжки, утворюючи велику молекулу твердого каучуку-полімеру — натрій «зшиває» маленькі молекули дивінілу у велику молекулу каучуку. При ущільненні дивініл виділяється велика кількість тепла. Для того, щоб вийшов хорошийполімер необхідно частину тепла відводити, тому автоклави безперервно охолоджують.
Дивініловий каучук зазвичай є біло-сіру або жовтувато-коричневу щільну масу.
Отриманий каучук все ще містить деякі шкідливі домішки - гази та залишки каталізатора. Його передають на вакууммішалки. Це щільно закриті котли, з яких безперервно відкачують повітря. Знижений тиск відсмоктує з каучуку газоподібні домішки. У цих же казанах до каучуку додають речовину, яка називається антиоксидантом. Воно потрібне для того, щоб зробити каучук більш довговічним, захистити його від окиснення киснем повітря. З вакууммішалок каучук передають на вальці. Тут його промивають для очищення від залишків каталізатора і прокочують у пластини. Каучукові пластини сушать, сортують та упаковують.
При впровадженні синтетичного каучуку гумову промисловість виникли нові труднощі. Консервативно налаштовані спеціалісти, панікери та скептики виступали проти нового виду сировини для гумових заводів. Вони намагалися зганьбити синтетичний каучук, доводячи неможливість заміни натурального каучуку.
Але радянські вчені наполегливо працювали над покращенням синтетичного каучуку. Лебедєв від початку доводив, що синтетичний каучук — як замінник натурального каучуку. Це не сурогат, це повноцінний матеріал.
Лебедєв посилав своїх учнів на заводи гумової промисловості. Під їх наглядом виробничники освоювали та вдосконалювали способи виготовлення гумових виробів, насамперед автопокришок та галош із вітчизняного синтетичного каучуку.
1933 року радянським урядом було організовано автомобільний пробіг Москва — Кара-Куми — Москва завдовжки кілька десятків тисяч кілометрів. У пробігубрали участь різні типи автомашин — легкові, вантажні, поштові тощо. буд. На одних були покришки з натурального каучуку, інших — із синтетичного каучуку. Випробування показали, що шини з натрій-дивінілового каучуку більш міцні, ніж покришки з натурального каучуку. Вони витримали понад 100 тисяч кілометрів пробігу.
Автопокришки з іноземного натурального каучуку зношувалися на 89 грамів на кожні 100 кілометрів шляху, тоді як шини з вітчизняного каучуку стиралися на 84 грами.
Шини ж із натрій-дивінілового каучуку показали найменший знос — лише 64 грами!
За видатні досягнення у створенні промислового методу виробництва синтетичного каучуку уряд СРСР нагородило академіка Лебедєва орденом Леніна.
За запропонованим Лебедєвим способом синтетичний каучук виготовляється зі спирту.
Раніше спирт отримували головним чином з картоплі та зерна. За роки сталінських п'ятирічок було побудовано кілька заводів, які виробляють спирт із тирси. Відсортовану тирсу засипають у варильний котел і прогрівають пором. Потім заливають слабку соляну чи сірчану кислоту і протягом кількох годин нагрівають до 200 градусів. Більшість деревини під впливом кислоти перетворюється на цукор.
Цукровий розчин, щоб звільнити його від залишків кислоти, обробляють вапном. Потім розчин протягом 4-5 годин нагрівають до 60-80 градусів і безперервно перемішують. Після нагрівання розчин фільтрують, охолоджують до температури бродіння - 25 градусів і перекачують у бродильні чани, додаючи дріжджові грибки. Тут протягом 24-36 годин цукор за допомогою дріжджових грибків перетворюється на спирт.
З однієї тонни сухої тирси можна отримати 120 літрів спирту, а зі 120 літрів спирту виходить 57кілограмів дивінілу або близько 45 кілограмів каучуку.
Так само за допомогою дріжджових грибків спирт отримують з відходів целюлозних заводів - так званих сульфітних лугів. Ці луги також містять цукристі речовини. З однієї тонни сульфітних луг виходить 10 літрів спирту.