Почему синтетический каучук не может полностью заменить натуральный каучук?
Эволюция натурального каучука:
Значение каучука в истории человечества огромно. Примечательно, что изобретение колеса коренным образом изменило жизнь человека, а появление шин повысило удобство и комфорт использования колеса, произведя революцию в мобильности человека и транспортировке грузов, тем самым значительно повысив эффективность работы. Появление шины позволило широко использовать колеса.
Открытие и широкое использование каучука стимулировали развитие шинной и автомобильной промышленности, что стало важной вехой в развитии человеческой цивилизации. Однако основным источником натурального каучука является каучуковое дерево, которое растет в тропических регионах, таких как Бразилия и Юго-Восточная Азия. При этом основные области использования каучука сосредоточены в экономически развитых регионах, что приводит к существенному дисбалансу спроса и предложения каучука. Примечательно, что во время Первой мировой войны Германия прекратила поставки каучука; Во время Второй мировой войны Япония оккупировала Юго-Восточную Азию, основной регион производства натурального каучука, ограничив поставки каучука в Европу и США. Поэтому ученые начали экспериментировать с синтетическим каучуком, добившись значительных прорывов. Производство синтетического каучука, независимо от погоды и географии, выросло с 23 000 тонн в 1939 году до 885 000 тонн в 1944 году.
С окончанием войны и стабилизацией поставок натурального каучука, а также послевоенным бумом в автомобильной и смежных отраслях спрос на каучук резко возрос, что привело к поддержанию высоких цен на натуральный каучук. Следовательно, синтетический каучук частично заменил натуральный каучук в некоторых приложениях и областях, стабилизируя долю рынка на уровне около 60%. По состоянию на 2021 год мировое производство натурального каучука составляло 13,812 миллиона тонн, а производство синтетического каучука — около 15,81 миллиона тонн, что указывает на одинаковый уровень производства для обоих.
Несмотря на постоянное развитие технологий и улучшение характеристик синтетического каучука, почему он не полностью заменил натуральный каучук? Этот сложный и важный вопрос возникает даже тогда, когда каждый производитель синтетического каучука рекламирует превосходные характеристики своей продукции, заявляя, что она намного превосходит натуральный каучук. Это указывает на то, что натуральный каучук по-прежнему обладает множеством незаменимых комплексных преимуществ в эксплуатационных характеристиках.
Натуральный каучук, продукт природы, имеет структуру молекулярной цепи и химический состав, гораздо более сложный, чем промышленно синтезированные продукты, уровень сложности, который современные технологии не могут полностью воспроизвести.
К основным преимуществам натурального каучука относятся:
- Большая молекулярная масса и более сложная структура: Превосходная эластичность и износостойкость натурального каучука обусловлены, прежде всего, его более длинной и сложной структурой молекулярной цепи. Эти крупные молекулярные цепи плотно переплетаются, обеспечивая превосходную прочность, износостойкость и сопротивление разрыву. Под действием внешней силы эти молекулярные цепи сжимаются, а затем возвращаются к своей первоначальной структуре, демонстрируя исключительную эластичность.
- Более однородная структура молекулярной цепи: Основной компонент каучука – полиизопрен – имеет в полимерной цепи различные изомеры. В натуральном каучуке 100% представляет собой цис-1,4-структуру, обеспечивающую стабильные и равномерные характеристики. Напротив, искусственно синтезированный каучук не может достичь такого уровня однородности внутренней структуры молекул.
- Положительные эффекты неизвестных компонентов: Помимо молекул каучука, натуральный каучук содержит белки, жирные кислоты, сахара и другие компоненты. Хотя они присутствуют в небольших количествах, они могут положительно влиять на свойства резины. Например, натуральный каучук обычно выдерживает низкие температуры, но обычный синтетический каучук может затвердевать и становиться хрупким в холодных условиях, теряя эластичность.
Взаимодополняемость натурального и синтетического каучука:
Таким образом, натуральный каучук обладает исключительно высокой механической прочностью, превосходной эластичностью, усталостной прочностью, износостойкостью, коррозионной стойкостью, изоляционными свойствами, воздухонепроницаемостью, гидроизоляцией и теплоизоляционными свойствами. Однако не все свойства натурального каучука превосходят свойства синтетического каучука. Самое большое преимущество синтетического каучука заключается в его пластичности. В зависимости от применения и требуемых свойств могут использоваться определенные рецептуры для улучшения определенных характеристик каучука. Например, синтетический вариант полиуретанового каучука демонстрирует превосходную маслостойкость, устраняя недостатки натурального каучука в этой области. Кроме того, бутадиен-стирольный каучук (SBR) лучше противостоит химической коррозии, бутадиеновый каучук (BR) превосходит морозостойкость, износостойкость и эластичность, хлоропреновый каучук хорошо устойчив к маслу, пламени, окислению и озону, а нитриловый каучук (NBR) обладает хорошей устойчивостью к маслам и старению.
В практическом применении натуральный и синтетический каучук хорошо дополняют друг друга. Возьмем, к примеру, автомобильные шины; они обычно изготавливаются из нескольких слоев каучука, содержащего как натуральные, так и синтетические разновидности. Следовательно, при нынешнем уровне технологий синтетический каучук не может полностью заменить натуральный каучук. Однако в определенных областях применения синтетический и натуральный каучук могут заменять друг друга, и выбор часто больше зависит от их цены. Деревья из натурального каучука имеют длительный цикл выращивания и ограниченные производственные мощности, что делает их стоимость относительно фиксированной и обычно выше, чем у синтетического каучука. Однако разница в ценах между ними, как правило, незначительна, поскольку синтетический каучук также является капиталоемкой отраслью с высокими затратами на оборудование, длительными периодами окупаемости инвестиций и ценами, тесно связанными с добычей сырья, такого как нефть и природный газ.
В настоящее время к основным типам синтетического каучука, производимого в мире, относятся бутадиен-стирольный каучук (SBR), бутадиеновый каучук (BR) и изобутилен-изопреновый каучук (IIR). Основным сырьем для этих каучуков является бутадиен, при этом около 70% мирового бутадиена используется в производстве синтетического каучука. Бутадиен в основном получают из побочных продуктов добычи нефти и природного газа, поэтому его производственные мощности не особенно стабильны, а его цена колеблется в зависимости от цен на нефть и природный газ. Конечно, цены на натуральный и синтетический каучук также влияют друг на друга.
В заключение отметим, что как с точки зрения производительности, так и с точки зрения цены натуральный и синтетический каучук демонстрируют сильную взаимодополняемость. Ни один из них не может полностью заменить другого, и благодаря постоянному развитию новых процессов и технологий их производительность также постоянно улучшается. Например, DEF Резина, глубоко укоренившаяся в индустрии натурального каучука, разработала уникальные рецептуры и процессы, которые позволяют ее листовой продукции из натурального каучука ориентироваться на рынок высокого класса. Эти продукты имеют явные преимущества по износостойкости и маслостойкости в средах мокрого шлифования, что делает их особенно подходящими для использования в качестве резиновых прокладок в различном износостойком оборудовании, водопоглощающих и износостойких полосок для машин для мытья полов, а также промышленных износостойких ГРМ. ремни.
