Синтетические каучуки: история, многообразие и перспективы

24.04.2020

// Каучуки

Прошло много лет, когда путешественники привезли мяч из острова Эспаньола. Предмет прыгал после броска, чем удивлял пришельцев. Индейцы называли материал для изготовления эластичного шара «каучук», отсюда и пошло наименование каучуков – эластомеров,природных и синтетических продуктов. Ученые в течение 100 лет трудились над созданием синтетического сырья. По формулам и методам русского химика Лебедева С.В. в 1927 г. был создан синтетический каучук, а в 1932 г. выпущены первые партии резиновой продукции. Сейчас трудно представить промышленность и повседневную жизнь без изделий, получаемых вулканизацией элементов.

Синтетический каучук формула

Синтетические эластомеры принадлежат к высокомолекулярным соединениям, характерной особенностью которых является большой уровень эластичности. Визуально молекулярное строение каучука можно представить в виде углеродных цепей, состоящих из скрученных кубиков. Под воздействием нагрузок они могут вытягиваться и скручиваться.

По основному компоненту, исходному мономеру дано учеными название, разработана химическая формула синтетического каучука:

• бутадиенового – CH3=CH-CH=CH3;
• дивинилового – CH3=CH-CH=CH3;
• хлоропренового – Ch3=C(Cl)-CH=Ch3;
• молекула изопрена Ch3=C(Ch4)-CH=Ch3.

Продукция из синтетических материалов по параметрам во многом превышает свойства натуральных веществ. К примеру, предметы плавают и не растворяются в воде из-за меньшей плотности, чем у Н2О.

Новые производства и расширение ассортимента — в ежегодном режиме

«Каждый год без исключения Группой ТАИФ на ПАО «Нижнекамскнефтехим» вводятся производства по выпуску новой продукции или реализуются мероприятия по расширению марочного ассортимента на действующих мощностях. Так, в период с 2004 по 2007 год состоялся торжественный пуск каучуковых производств: ГБК (2004 г.), СКД-Н (2004 г.) и СКД-Л (2007 г.). Начиная с 2003 года и до 2014-го нами последовательно были введены в эксплуатацию производства пластиков: четыре линии полистиролов, АБС-пластиков, полипропилена и полиэтилена. В 2016 году было освоено производство линейных альфа-олефинов, в том числе используемых при производстве линейных марок ПЭ. Начиная с 2022 года выпускается новая марка неодимового полибутадиенового каучука СКДН 44М1, которая характеризуется более узкой полидисперсностью, что оказывает положительное влияние на эксплуатационные характеристики автомобильных шин», — рассказал генеральный директор ПАО «Нижнекамскнефтехим».

В 2022 году планируется ввести в эксплуатацию установку по производству растворного бутадиен-стирольного каучука (ДССК) мощностью 60 тыс. тонн в год.

«Создание производства растворного бутадиен-стирольного каучука (ДССК) — один из наиболее значимых проектов ПАО «Нижнекамскнефтехим» в области развития каучуков. Этот вид каучука является индикатором развития каучуковой отрасли в мире. Все ведущие производители синтетических каучуков Asahi Kasei, JSR, Kumho, Trinseo, Arlanxeo, Versalis, Michelin и т. д. имеют в своем портфеле бутадиен-стирольные марки, производимые в растворе. При этом сегодня марки ДССК все больше смещаются в сторону каучуков специального назначения, и в мире пользуются большим спросом функционализированные марки ДССК. Использование таких каучуков при изготовлении протектора покрышки обеспечивает оптимальный баланс сопротивления качению, сцепления с мокрой дорогой и износостойкости», — пояснил Азат Бикмурзин.

На пилотной установке ПАО «Нижнекамскнефтехим» уже разработана технология получения трех новых марок: ДССК-621, ДССК-628 и ДССК-610. Все разработанные марки соответствуют четвертому и пятому поколениям каучуков по рабочим характеристикам и экологичности. С запуском установки ДССК ПАО «Нижнекамскнефтехим» станет одним из немногих в мире производств, выпускающим все основные виды растворных синтетических каучуков для шинной промышленности.

Но останавливаться на достигнутом не планируют: ТАИФом уже запущены проекты и по выпуску катализатора дегидрирования КДИ-М, МПЭГ, ТПЭГ, реализуются новые, еще более масштабные: строительство этиленового комплекса и комплекса по производству метанола, к 2022 году планируется завершить возведение собственной ПГУ мощностью в 495 МВт.

Стоит отметить, что расширяя производственные возможности и ассортимент выпускаемых каучуков, компании Группы ТАИФ самое пристальное внимание уделяют вопросам экологии. Так, комплекс по производству метанола, мощностью в 500 тыс. тонн в год, который планируется построить на промышленной площадке «Нижнекамскнефтехима», будет построен на месте трех других устаревших производств. Использование надежного современного оборудования, замкнутых систем охлаждения и целого ряда новаций, о которых представители предприятия рассказали на состоявшихся в июле общественных слушаниях, позволят втрое снизить нагрузку на окружающую среду: объемы выбросов в атмосферу, забор и использование речной воды и т. д., по сравнению с производствами, на месте которых вырастет комплекс.

«Свое производство метанола «Нижнекамскнефтехиму» нужно. Сейчас он привозной. Это и опасность при перевозке, и испарения при разгрузке и промывке цистерн (в год на нижнекамское производство доставляется более 4 тыс. цистерн с метанолом). А ведь стоки после промывки тоже требуют основательной очистки. Недавно реконструированные биоочистные сооружения НКНХ с задачей справляются и будут справляться впредь. Но если объемы стоков сократятся — будет еще лучше. Опять же необходимо хранить достаточный для бесперебойного производства объем. А с открытием собственного комплекса необходимое количество метанола будет производиться прямо на месте. Никаких открытых участков: природный газ приходит по трубе, производится необходимое количество метанола, который сразу идет на передел. Ничего не нужно никуда везти, отгружать, создавать запасы, которые нужно хранить. Что может быть лучше? Это и безопаснее», — высказал свое мнение Хамит Гильманов.

С вводом в эксплуатацию комплекса по производству метанола ГК ТАИФ сможет полностью обеспечивать себя всем необходимым для производства синтетических каучуков. Четыре основных вида мономеров — используемые в технологиях ПАО «Нижнекамскнефтехим», изобутилен, бутадиен 1-3, изопрен и стирол — компания производит самостоятельно. Некоторый дефицит бутадиена, который образуется с запуском в 2022 году комплекса ДССК, будет компенсирован с запуском нового комплекса. С вводом этих мощностей в эксплуатацию общий годовой объем производимых НКНХ синтетических каучуков вырастет. Идут переговоры о приобретении лицензии на производство изоцианатов MDI и TDI, с последующим освоением технологии выпуска полиуретанов. В России их пока не делает никто. Основные компоненты для этих производств также появятся в продуктовой линейке с запуском нового этиленового производства.

Получение синтетического каучука

Учеными постоянно совершенствуется синтез искусственных полимеров, чтобы добиться качества большего, чем у природных элементов. Таким примером служат вещества сополимеры:

• стирол;
• бутадиен;
• акрилонитрил.

По такой схеме получал Лебедев синтетический каучук

Когда возникает полимеризация, бутадиен чередуется в цепочке с другим мономером, усиливая свойства. Российские химики создают классические синтетические материалы по свойствам, не уступающим натуральным веществам. Получение резины происходит посредством вулканизации каучука и его наполнителя – сажи. Это вид технологического процесса, который позволяет взаимодействовать основному мономеру с реагентом, происходит образование единой пространственной сетки под воздействием молекулярного соединения.

Каучук после вулканизации становится продуктом с большим уровнем:

• прочности;
• эластичности;
• пластичности.

Технология изготовления превращает хрупкое и непрочное вещество в резину, устойчивую к внешним факторам или эбонит с усиленной твердостью.

Применение синтетического каучука

В мире существует широкий ассортимент изделий из искусственного каучука:

• изоляционные материалы;
• твердое ракетное топливо;
• уплотнители;
• лаки;
• ленты;
• покрытия;
• шланги;
• перчатки;
• обувь;
• игрушки;
• мебель;
• ластики.

Среди товаров из синтетических эластомеров лидирует резина для шин транспортных средств. Стоит подчеркнуть использование медицинских пластырей. Каучук соединили с лекарственными веществами и получили удобное, безвредное средство. Но самым важным открытием стала имплантация органов человека:

• трахеи;
• сердца;
• сосудов;
• суставов;
• нижних и верхних конечностей.

Каждый человек имеет личный опыт применения одежды, автомобильных покрышек или изоляции проводов.

Виды синтетического каучука

Использование каучуков многопрофильное. Производители опираются на особенности каждого вида, созданного изобретателями. К основным относятся синтетические каучуки:

• изопреновые;
• бутадиеновые;
• бутадиен-метилстирольные;
• бутилкаучуки;
• этиленпропиленовые;
• бутадиен-нитрильные;
• хлоропреновые;
• силоксановые;
• фторкаучуки;
• тиоколы.

Изопреновый каучук создали в процессе полимеризации изопрена с катализатором. Вещество клейкое и эластичное.

Продукты, в состав которых входят гетератомы стойкие к растворителям, топливу, маслам. Но в них снижены механические свойства.

В массовом производстве большее применение нашли каучуки с содержанием хлорбутадиенов. Тиоколы используют в ограниченных масштабах.

Интересно, что автомобильная промышленность воодушевила ученых на изобретение искусственного каучука. Сока дерева гевеи было недостаточно, чтобы удовлетворить потребности резины. Сейчас популярность синтетического средства вытеснило натуральный продукт, уступающий по многим показателям. В настоящее время существует примерно 30 видов материала, которые разделяются на 220 марок.

Нефтехимия вокруг

Каждый знает о том, что есть нефтехимия, но мало кто задумывается о том — как много вещей, созданных этой промышленностью, окружает нас. Например — синтетические каучуки. В России крупнейший их , входящее в Группу компаний ТАИФ.

Ученые подсчитали, что на настоящий момент производится около 40 тыс. наименований изделий из резины и каучуков для всех направлений промышленности и просто жизни. Практически в каждой семье сегодня есть автомобиль, а иногда и не один. По дорогам колесят многочисленные легковые машины и автобусы, крутят педали велосипедисты, спешат доставить грузы грузовики, на полях трудятся тракторы и комбайны. В покрышках, что на колесах всего этого транспорта, есть доля, причем значительная, нижнекамского каучука. И не только в России.

Гиганты БелАЗы тоже «обуты» в нижнекамский каучук. Шины для самых больших грузовиков в мире, способных поднять до 450 тонн за раз, изготавливает «Белшина», давно приобретающая каучуки марок СКИ, СКД-Н, ГБК у ПАО «Нижнекамскнефтехим». Также крупным потребителем синтетических каучуков марок СКИ, СКД-Н, ГБК и БК от ГК ТАИФ является Алтайский шинный комбинат, чьи грузовые шины и колеса для сельскохозяйственной техники хорошо известны на всем постсоветском пространстве, а также в Румынии, Монголии, Афганистане, Эфиопии, Гвинее. 7,5 млн шин, выпускаемых в год тремя заводами публичной компании Cordiant, расходятся не только по всей России, но и более чем в 50 странах мира, включая Западную и Восточную Европу, США, и серьезно конкурируют как на российском, так и на зарубежном рынках с продукцией крупнейшего в РФ , в год производящего более 11 млн штук шин для легковых и грузовых автомобилей, сельскохозяйственной, строительной и специальной техники. И Cordiant, и «Нижнекамскшина» свою продукцию выпускают тоже из синтетических каучуков СКИ, СКД-Н, ГБК и БК от «Нижнекамскнефтехима». В числе потребителей синтетических каучуков от НКНХ практически все производители шин в России и СНГ. В ГК ТАИФ отмечают, что готовы обеспечивать в полном объеме растущие потребности в качественных синтетических каучуках российских производителей шин. Мощностей производств Группы компаний для этого — хватает.

В числе потребителей продукции ПАО «Нижнекамскнефтехим», причем ключевых, и такие гиганты рынка автомобильных шин с мировыми именами, как Michelin, Pirelli, Continental, Bridgestone, Goodyear. Плодотворное сотрудничество сторон длится уже долгие годы.

«Я благодарю за сотрудничество, за технологические усилия, которые вы совершили», — обратился к руководству ТАИФа генеральный директор Pirelli Марко Трончетти Провера, когда в 2022 году ]подписывали[/anchor] очередное долгосрочное соглашение о сотрудничестве, в рамках которого ПАО «Нижнекамскнефтехим» еще как минимум 5 лет гарантированно будет поставлять произведенные им синтетические каучуки на заводы итальянского концерна.

Татарстанский каучук выигрывает гонки «Формулы-1» и проходит этапы Дакара, покоряет бездорожье и шелестит по ровному полотну скоростных автобанов. И сами дороги не обходятся без каучуков: термоэластопласты — специальные добавки к асфальтовому покрытию, обеспечивающие дорогам большую прочность, сопротивляемость истиранию и перепадам температур, содержат каучук и во многом благодаря именно ему приобретают такие свойства. Производство таких битумов ТАИФ планирует наладить. Термоэластопласты, произведенные «Нижнекамскнефтехимом», намерен включить в состав специальных битумов «ТАИФ-НК». Компонент пригодится не только в Татарстане. Российский климат суров, и качественные, долговечные дороги нужны повсюду.

Приобретая в магазине жевательную резинку, никто и не подозревает, что на 20% она состоит… из синтетического каучука. В мире не много компаний, обладающих специальной рецептурой и готовых гарантировать соблюдение особых очень жестких санитарных условий при его изготовлении. ПАО «Нижнекамскнефтехим» с 2014 года наладил производство такого каучука в промышленных масштабах и сегодня поставляет свою продукцию для американской транснациональной компании Mondelez International, производящей продукты питания и, в частности, жевательную резинку под брендом Dentyne.

К слову, жвачка — далеко не единственный товар на полках продовольственных магазинов, который имеет отношение к продукции «Нижнекамскнефтехима». Из стирольных пластиков с включением СК делают упаковку для йогуртов, одноразовую посуду.

А еще из стирольных пластиков делают компакт-диски, детали интерьера и корпусы бытовой техники, детские игрушки и дорожные чемоданы, контейнеры для пищи, емкости для бытовой химии и огромные емкости для хранения продуктов нефтепереработки, кислот, щелочей. Такие пластики применяются при изготовлении электроприборов и медицинского оборудования, а кроме того, деталей внутренней отделки автомобилей, включая приборные панели, ряд элементов конструкции, например, радиаторных решеток.

Не обойтись без синтетических каучуков в космической отрасли и авиастроении. В каждом авиалайнере, кроме специальных шин, еще около 10 тыс. резиновых деталей. Можно смело утверждать, что практически в каждом самолете есть частичка ТАИФа.

О том, что татарстанский каучук есть в медицинских приборах, уже говорилось выше. Но и резиновая лента, удерживающая одноразовую маску на лице, тоже синтетический каучук. И шланги отсосов. И эластичные бинты, и повязки, помогающие быстрее восстановиться после травмы… В любой операционной, в палате, в приемном покое каждой больницы, поликлиники можно легко насчитать несколько десятков, а то и сотен предметов, где использован синтетический каучук. А если учесть, что больше половины общего его объема в России произведено ТАИФом, то не будет ошибкой сказать, что к успехам отрасли здравоохранения страны Группа компаний также имеет непосредственное отношение.

Продолжать можно бесконечно: элементы детских колясок, специальные игрушки, что дают грызть малышам, у которых прорезаются зубки, и соски на бутылочках для кормления — тоже синтетический каучук. А значит — ТАИФ.

Когда другие снижали производство

Химический комплекс — один из базовых сегментов российской промышленности. А ПАО «Нижнекамскнефтехим» (входит в ГК ТАИФ) — ключевой ее игрок. Об этом говорят цифры: если в относительно благополучном 2005 году все российские производители синтетических каучуков выдали 1141,5 тыс. тонн продукции, из которых на долю НКНХ пришлось 333,3 тыс. тонн, или 29,2% от всего произведенного в России синтетического каучука, то в кризисном 2009 году, когда российские производители СК были вынуждены сокращать объемы и в целом по стране было выпущено лишь 976,7 тыс. тонн каучуков, «Нижнекамскнефтехим» отчитался о производстве уже 425 тыс. тонн, или 43,5% от всех российских каучуков, и продолжил наращивать мощности. Как, впрочем, и в последующие годы. В 2012 году, при общероссийском объеме 1253,3 тыс. тонн, на долю Группы компаний ТАИФ из них приходится уже 589 тыс. тонн. В 2014-м — из 1148,4 тыс. тонн в целом по стране, ПАО «Нижнекамскнефтехим» произвел 618,5 тыс. тонн, или почти 54% от всего российского каучука. К концу 2018 года все российские производители СК выпустили лишь 1044,1 тыс. тонн продукции, а доля НКНХ в этих объемах достигла рекордных 69% от общего объема всех произведенных в России синтетических каучуков, или 724,9 тыс. тонн. К собственному результату 13-летней давности — более чем двукратный прирост.

«В 2004 году мы третьими в мире запустили галобутилкаучуки. До этого выпускали только СКИ и БК. По ГБК мы начинали с мощности в 35 тыс. тонн в год, а сейчас уже выпускаем суммарно 220 тыс. тонн БК и ГБК. Развитие шло достаточно медленно, но мы занимались серьезно именно каучуковыми производствами. Сначала основным направлением было производство каучука для изготовления грузовых шин, а позже, вместе с развитием «Нижнекамскнефтехима», активно начало расти и производство каучуков для легковых шин. Эти СК были в основном на базе полибутадиена на кобальтовой основе. Еще в 2003 году, совместно с научно-технологическим центром, начались работы по созданию «зеленого» каучука на неодимовом катализаторе. Уже тогда вопросы экологичности шин ставились достаточно жестко. И с 2004 года запустили производство на 40 тыс. тонн в год синтетических каучуков на неодимовом катализаторе — СКДН. И достаточно быстро вышли на 180 тыс. тонн в год. Это все были отечественные наработки. Наш НТЦ вообще очень силен в каучуковой тематике. С самого начала во всех пусках с нами участвовал, активно помогал в доведении каучуков до нужной кондиции, в повышении качества. Постепенно мы наращивали и марочный ассортимент, и объемы производства», — провел для журналиста «Реального времени» краткий экскурс в историю начальник департамента по управлению и стратегическому развитию Группы «Нижнекамскнефтехим» Хамит Гильманов.

«Нижнекамскнефтехим» всегда был одним из крупнейших продуцентов синтетических каучуков в мире. Наша доля на рынке СКИ увеличилась с 30,8% в 2004 году до 47,5% в 2022 году. По бутиловым каучукам мы выросли с 10,3% в 2004 году до 17,9% в 2022 году. По бутадиеновым каучукам — с 1,1% в 2004 году (мы тогда делали первые шаги в синтезе полибутадиена и выпускали каучук на кобальтовой каталитической системе) до 5,6% в 2022 году. Сейчас мы уверенно входим в топ-10 мировых производителей СК», — подчеркнул в интервью «Реальному времени» генеральный директор ПАО «Нижнекамскнефтехим» Азат Бикмурзин.