ГЕВЕЯ & ОДУВАНЧИКИ. Натуральный каучук незаменим при производстве шин

Шинники обсуждают производство одуванчикового каучука

Плач полезен. Ученые утверждают, что у людей слезы способны уменьшить боль, поднять настроение, успокоить и восстановить эмоциональный баланс. Также полезны и «слезы» дерева гевеи — так индейцы называли его сок — каучук. С развитием промышленности этих «слез» перестало хватать. И ученые создали синтетические каучуки. Спрос на каучук напрямую связан с темпом жизни современного общества —более половины всего добываемого эластомера в мире идет на производство автомобильных шин. Общегодовая потребность только ОАО «Белшина» в каучуках — более 50 тыс. т, из которых натурального каучука — более 20 тыс. т.

 

— Сегодня мы используем натуральный каучук технически классифицированный — второго и третьего сорта, — говорит главный химик, начальник центральной заводской лаборатории ОАО «Белшина» Андрей Люштык, — а также синтетические каучуки: изопреновые, бутадиеновые, бутадиен-стирольные и бутадиен-метилстирольные, бутилкаучук и галобутилкаучук. Около 50—60% полимерной основы резиновых смесей составляет  натуральный или синтетический каучук. Под воздействием механических нагрузок, в особенности циклических, при низких и высоких температурах, при контакте с агрессивными жидкостями и газами каучук подвержен структурным изменениям.

— Для получения необходимых технических и технологических свойств резиновых смесей часто смешивают два или три различных каучука, — объясняет Андрей Люштык. — Например, морозостойкость повышают добавлением в резиновые смеси полибутадиена, а конфекционную клейкость — добавлением полиизопрена. Введение полибутадиеновых и бутадиен-стирольных каучуков повышает жизненный цикл шины за счет увеличения износостойкости протектора.

Главный химик «Белшины» поясняет, что воздействовать на разные свойства резиновых смесей и вулканизатов можно всевозможными рецептурными приемами, например введением определенного вулканизующего агента или изменением типа и процентного содержания наполнителей и пластификаторов, использованием различных противостарителей.

Одно дело знать, как действовать, а другое — иметь эффективные средства и инструменты для разработки, внедрения и контроля характеристик выпускаемой продукции. В 2014 году для разработки высокоэффективных технологий и совершенствования действующих производств, а также для промышленной апробации и внедрения на ОАО «Белшина» наукоемких технологий и технологических решений была создана Отраслевая лаборатория шинной промышленности (ОЛШП). В 2019 году совместные усилия специалистов «Белшины» и Белорусского государственного технологического университета привели к победе на открытом конкурсном отборе проектов для финансирования за счет средств республиканского централизованного инновационного фонда (РЦИФ). На сумму 3,24 млн рублей закуплены лабораторный прибор для испытаний на истирание и проскальзывание LAT-100 с программным обеспечением, комплексная термоаналитическая лаборатория, интегрированный ИК-Фурье микроскоп, установка для определения удельной поверхности и сорбционного объема наполнителей резиновых смесей, абсорбтометр в комплекте с гидравлическим прессом для сжатия образца с поставкой дибутилфталата, универсальный анализатор полимеров на основе гель-проникающей хроматографии, прибор для автоматического определения температуры плавления капиллярным методом. Часть оборудования уже размещена на территории ЦЗЛ, проводятся работы по установке, пусконаладке и освоению приборов.

Одной из основных задач ОЛШП является оказание технической и научной помощи действующему производству ОАО «Белшина» в целях обеспечения выпуска продукции высокого качества. Решению этой задачи напрямую будет способствовать применение термоаналитических приборов. Они позволят расширить перечень проводимых испытаний, в том числе по международным методикам ASTM и ISO, усилить контроль качества сырья, поступающего для омологации от различных производителей и поставщиков. В оснащение отраслевой лаборатории также входит универсальный анализатор полимеров на основе гельпроникающей хроматографии.

На бобруйском предприятии отмечают, что данный прибор очень важен, поскольку позволит определять молекулярную массу и молекулярно-массовое распределение полимеров, в том числе натурального каучука, потребление которого составляет не менее 50%. Эта информация позволит более грамотно распределять натуральный каучук: полимеры с большей молекулярной массой будут использоваться в протекторных резиновых смесях, что повысит эксплуатационные характеристики сверхкрупногабаритных шин.

---

Около 50—60% полимерной основы резиновых смесей составляет  натуральный или синтетический каучук. Для получения необходимых технических и технологических свойств резиновых смесей часто смешивают два или три различных каучука. Например, полибутадиен повышает морозостойкость, полиизопрен — конфекционную клейкость, полибутадиеновые и бутадиен-стирольные каучуки увеличивают износостойкость протектора.

 

---

К современным шинам предъявляются высокие требования по безопасности и долговечности, остро стоит вопрос о повышении эксплуатационных характеристик протекторов от легковых до сверхкрупногабаритных шин. Выпуск опытных образцов и проведение дорожных испытаний — дорогостоящий и продолжительный процесс. Изменения, вносимые в рецептуру, позволяют повысить износостойкость всего на 10% в лабораторных условиях. В реальных условиях эти 10% нивелируются условиями эксплуатации: маршрут, манера вождения водителя и так далее. К тому же на исследования уходит много времени, иногда до года.

Использование лабораторного прибора LAT-100 совместно с DMA GABO EPLEXOR позволит в значительной степени сократить время до получения результата эффективности рецептурных изменений. Кроме того, еще на стадии составления рецептур появится возможность спрогнозировать эксплуатационные характеристики и топливную экономичность шин.

— Отличительной особенностью приборов является их безоговорочная надежность, подтвержденная пользователями всего мира. Только правильный выбор каучуков может гарантировать стабильность требуемых свойств и долговечность изделий, — заключил Андрей Люштык.

Жанна Шашок, доцент кафедры полимерных композиционных материалов БГТУ, кандидат технических наук, согласна с коллегой-химиком. По ее словам, каучук — обязательный ингредиент эластомерных композиций для производства шин, он составляет основу любой резиновой смеси.

— Натуральный каучук позволяет получать резины с высокой эластичностью, морозостойкостью, с отличными динамическими свойствами, износостойкостью и малым теплообразованием, — говорит Жанна Шашок. — Все это делает его незаменимым при производстве сверхкрупногабаритных шин.

Синтетический аналог

Во второй половине XX века был разработан и внедрен стандарт качества природного каучука. В нем все просто — высокомолекулярный углеводород разделен на восемь типов, состоящих из 35 сортов. Оценивается качество природного продукта путем осмотра и верификации с эталонным образцом.

С синтетическим аналогом немного сложнее: разнообразие видов и способов синтеза наделяет каждый вид своими особенностями, достоинствами и недостатками.

— Стереорегулярный бутадиеновый каучук обладает плохими технологическими свойствами, — рассказывает Жанна Шашок. — Резиновые смеси на его основе трудно вальцуются, шприцуются, каландруются, а также имеют высокую усадку, низкую клейкость, шероховатую поверхность и низкую когезионную прочность. Однако, если его совместить с другими каучуками, можно получить резину с высокой морозостойкостью, износостойкостью и динамической выносливостью. Благодаря этому он применяется в рецептурах резин для боковин практически во всех шинах. 

Доцент отмечает, что у резины на основе бутадиен-стирольных каучуков хорошая стойкость к механическим повреждениям и она отличается повышенным коэффициентом трения с мокрой поверхностью. Шины с протектором из этого каучука отлично себя показывают в жестких условиях эксплуатации. Однако есть и недостатки: высокие гистерезисные потери и небольшая морозостойкость. Эти нюансы ограничивают использование данного эластомера в производстве крупногабаритных шин.

Бутилкаучук придает резине высокую тепло- и озоностойкость, газонепроницаемость, стойкость к агрессивным средам и набуханию в воде. В то же время из-за сильного различия в вулканизационной активности этот эластомер не используется с каучуками общего назначения.

— Данный каучук применяется для изготовления варочных камер и диафрагм вулканизующего оборудования, — объясняет Жанна Станиславовна. — Однако при галогенировании бутилкаучука происходит присоединение атомов галогенов, что существенно ускоряет вулканизацию. Поэтому галогенированные бутилкаучуки способны к совулканизации с непредельными каучуками. Основная область использования галобутилкаучуков в шинной промышленности — производство герметизирующего слоя для бескамерных шин.

Шины из одуванчиков

После того, как в 1751 году француз Де Ла Кондамин открыл в Эквадоре каучук, а спустя время Чарльз Гудьир впервые провел вулканизацию и придумал стойкую резину, каучук расширял сферу влияния. Росла доля его участия во многих сферах промышленности. До последнего времени единственным источником эластомера был сок гевеи. Но спрос на этот высокомолекулярный углеводород превышает уровень его добычи. Ученые регулярно задумываются над альтернативными способами получения натурального каучука. Например, из одуванчиков.

— Получение каучука из других растений, помимо гевеи, рассматривается производителями резинотехнических изделий уже много лет, — рассказывает Жанна Шашок. — Каучук содержится в соке многих растений: в фикусе, гуаюле, одуванчике и его казахстанском родственнике — кок-сагызе. В природе насчитывается около 1 500 видов каучуконосных растений.

Главное и определяющее условие их использования — содержание смол и каучука в латексе. К примеру, млечный сок одуванчика содержит около 14% каучука — это наполовину меньше, чем в латексе гевеи. Тем не менее в СССР, США и Германии предпринимали попытки получения натурального каучука из растений, в частности из кок-сагыза. Однако развитие промышленного производства синтетических каучуков привело к прекращению возделывания данных культур.

— В настоящее время есть много информации о проведении культивации каучуконосных растений для получения из них натурального каучука. Причем применение одуванчика рассматривается как наиболее перспективное направление, — поясняет Жанна Станиславовна. — Это связано с использованием имеющихся сегодня передовых методов культивации, позволяющих выращивать высокоурожайные растения, а также с оптимизацией технологического процесса получения каучука. Все это оказывает существенное влияние на стоимость эластомера.

Получение натурального каучука из одуванчиков — вполне реальная перспектива. Еще пять лет назад за шины из одуванчиков компания Continental и Институт молекулярной биологии и прикладной экологии общества Франгофера из Мюнстера получили главную европейскую награду за достижения в области экологии и бизнеса — GreenTec Awards. Технические характеристики шин оказались на высоте, и компания решила продолжить развивать это направление, хотя по-прежнему рассматривает его как «крупный предпринимательский риск».

Сегодня исследования в области производства одуванчикового каучука спонсируют лидеры мирового шинного рынка. Последнюю разработку в этом направлении представила компания Goodyear — концепция ReCharge предполагает производство шин из сырья на основе каучука из одуванчика и синтетического паучьего шелка.

ФОТО Наталья Асташевич, Виктория Анискевич-Клопоцкая, Игорь Рубан