Натуральные и синтетические каучуки и необходимость их улучшения с точки зрения экологического воздействия на окружающую среду

АННОТАЦИЯ

В настоящее время в мире существует достаточно острая проблема, связанная с защитой окружающей среды. С каждым годом количество отходов растёт и место на Земле не бесконечно, загрязнение воды не безопасно, поскольку может привести к полному осушению, либо к отсутствию питьевой воды, что и в настоящее время является проблемой во многих странах мира. При сжигание отходов так же идет выброс в атмосферу ядовитых веществ, которые могут негативно отразится на жизнеобеспеченье человечества в целом. Захоронение отходов, как один из видов утилизации, так же имеет свои риски из-за возможности контейнеров дать течь, что может отразиться на генетике, либо физиологии. Отправление отходов в космос невозможно из-за рисков взрыва в атмосфере. В данной статье доказывается необходимость применения комбинированных методов разложения и каучуковых добавок с точки зрения решения экологической проблемы утилизации отходов.
В статье приведен материал, который рассматривает производство синтетических каучуковых добавок и полиамида с добавлением натурального каучука для ускорения разложения материала после эксплуатации, и необходимость их совместного применения.

ABSTRACT

Currently in the world there is a fairly acute problem related to the protection of the environment. Every year the amount of waste grows and space on Earth is not infinite, polluted water is not safe because it can lead to complete drainage, or the lack of drinking water that is currently a problem in many countries of the world. When waste incineration is the emission into the atmosphere of toxic substances that can negatively affect the livelihood of mankind as a whole. Landfill, as a kind of disposal also has its risks because of the possibility of the containers leak, which can affect the genetics or physiology. Sending waste into space is impossible due to the risk of explosion in the atmosphere. In this article the necessity of application of the combined methods of decomposition and rubber additives from the point of view of solving environmental problems of waste disposal. The article presents material that examines the production of synthetic rubber additives and polyamide, with the addition of natural rubber to accelerate decomposition of the material after use, and the need for their joint use.

1. Введение

В 1493 году Колумб впервые из европейцев увидел натуральный каучук (далее НК) и привёз его, но он не привлёк к себе внимания. Уже намного позже люди оценили его способность съедать карандашные линии, потом появились подтяжки, макинтоши, водостойкая обувь из этого удивительного материала.

В 1839 году был открыт процесс вулканизации, нагревая смесь, состоящую из НК и серы, и получил высокоэластичную резину. Но изделия, изготовленные из этой резины, не удовлетворяли всё возрастающим требованиям, возить НК в Европу стало нерентабельно. Так появилась необходимость в изобретении синтетического каучука (далее СК) [4, 752].

В нашей стране слова «Синтетический каучук» неразрывно связаны с именем академика  Сергея Васильевича Лебедева, который является  основоположником промышленного производства СК. 

Еще во второй половине ХХ века француз Бушард и англичанин Тильден провели первые работы по полимеризации изопрена. Спустя некоторое время И.Л.Кондаков доказал, что каучук можно синтезировать не только из изопрена, но также из углеводорода, содержащего одну метильную группу. Позже Лебедев экспериментально доказал, что искусственный каучук можно синтезировать из любого углеводорода, в котором имеются две двойные связи, разъединенные простой связью. Исследования в области получения СК проводили и другие известные ученые: Ю.С.Залкинд, Б.В.Бызов, Я.М.Слободин.

Метод Бызова позволял получить дивинил путем дегидрирования бутана, который является составной частью природных попутных газов.

В наше время разработаны и выпускаются СК, обладающие не только эластичностью и прочностью, подобно НК, но и имеющие высокую тепло- и морозостойкость, способность противостоять радиации, озону, коррозионным средам, атмосферным воздействиям, водонепроницаемые и «дышащие» каучуки [1, 470] и др.

Необходимо отметить, что каучуки, полученные по способу С.В.Лебедевас использованием металлического натрия в качестве катализатора, имеют недостаточно низкую температуру стеклования (-400 С), а каучуки, полученные с использованием металлического лития, имеют температуру стеклования (-1000 С), что дает возможность получать морозостойкие резины.

2. Актуальность исследования синтетических каучуков

Защита окружающей среды на сегодняшний день одна из наиважнейших проблем человечества. Технология, при которой получаются полимерные композиционные материалы разнообразного назначения, находят себе применение техногенные отходы различных нефтехимических и химических производств. До настоящего момента существуют отходы, промышленность которые не перерабатывает, а просто вывозит в отвал, оказывая необратимый экологический ущерб. С помощью улучшения свойств синтетических каучуков и разработке биоразлагаемых материалов появляется возможность частично решить экологическую проблему.

1) Современный уровень жизни требует создания новых каучуков и резин с различным комплексом свойств

2) Создание новых СК позволит повысить качество изделий и расширить области применения.

3. Критическая оценка теоретических проблем в работе

В работе будет рассмотрено два теоретических направления:

1) Улучшение свойств синтетических каучуков.

2) Биоразлагаемый материал на основе полиамида и натурального каучука.

Отходы и побочные продукты, которые образуються и накапливаються на предприятиях нефтехимического профиля, являются разнообразными и многочисленными. Решение проблемы переработки и использования этих отходов неразделимо связано с защитой окружающей среды, комплексным использованием сырья и материалов [3]. Множественные отходы нефтехимических производств содержат большое число различных реакционных соединений и могут служить ценным исходным сырьем как для органического, так и нефтехимического синтезов.

Вместе с этим повышенный интерес проявляется к применению в композиционных составах различного назначения в качестве наполнителей волокон различного происхождения. Источники сырья для получения волокнистых наполнителей практически безграничны. Следовательно перспективным направлением  будет являтся то , которое позволит подойти комплексно к решению вопроса о совместном использовании низкомолекулярных сополимеров, и волокнистых отходов для получения полимерных композитов.

В статье «Переработка и использование техногенных отходов в производстве синтетических каучуков»  Жданова С. В., Кузнецова И. С. [2] ставят перед собой задачу использования низкомолекулярных сополимеров из отходов и побочных продуктов нефтехимии для получения на их основе искусственных водных дисперсий, основанных на тонком механическом диспергировании раствора полимера в водной фазе,которое содержит в качестве стабилизаторов поверхностно-активные вещества (ПАВ), с дальнейшей отгонкой растворителя и введением полученной дисперсии в латекс на конечной стадии процесса выделения.

В ходе эксперимента было доказано:

При использовании низкомолекулярных полимерных материалов из отходов производства полибутадиена и волокнистых наполнителей в композиционных материалах позволяет не только утилизировать отходы нефтехимических и текстильных производств, но и более целесообразно использовать сырье и материалы, а так же снизить загрязнение окружающей среды.

При биодеструкции макромолекулы распадаются на небольшие участки (олиго-, мономеры), которые после перерабатываются бактериями. Чаще всего, продуктами распада будут вода и углекислый газ.

В статье «Биоразлагаемый материал на основе полиамида и натурального качука» Е.М.Штейнберг, Л.А. Зенитова [5] ставят перед собой задачу создания биоразлагаемых полимерных композитов для промышленности путем ввода в основной полимер биоразлагаемого полимера растительного происхождения неочищенного натурального каучука.

В ходе эксперимента, показывается ряд преимуществ и недостаток подобных материалов.

Преимущества

1) Ввод в полимерную композицию натурального каучука не снижает комплекс эксплуатационных показателей изделий с его использованием, поскольку натуральный каучук является высокомолекулярным полимером и имеет высокое сродство к полимерам, из которых будут изготавливаться изделия

2) Экономичность за счет использования в композиции наименее дорогостоящего неочищенного натурального каучука.

3) Отсутствие очистки натурального каучука не наносит вреда экологии.

Недостатком является снижение прочности: у натурального каучука она несколько меньше, нежели у синтетического и его введение в структуру не позволяет создать столь прочный материал, как при использовании только синтетического каучука.

4. Заключение

Исходя из вышесказаного, методы разложения и каучуковые добавки необходимо комбинировать между собой. Каучук должен быть с необходимыми свойствами, но при этом, при выходе из эксплуатации, его неутилизированная часть должна быстро разлагаться. Вероятно, самый перспективный вариант в этом - деструктирующие микроорганизмы, но надо решить проблему пуска механизма деструкции, это позволит исключить значительное число проблем загрязнения окружающей среды, возникающих при использовании бытовых товаров, а во многих случаях и продукции технического назначения из синтетических полимеров. Учитывая, что проблема пускового механизма состоит в факторах, её решением могут стать строго анаэробная флора или набор факторов, которые не позволят микроорганизмам начать биодеструкцию раньше срока. Необходимо продолжить химико-биологических исследований опытов в этих отраслях.