Советский каучук родом из Казахстана
Кок-сагыз в природе. Он несколько отличается от обычного одуванчика более мясистыми листьями
Герой нашего рассказа — советский каучуконос кок-сагыз, внешне похожий на одуванчик, поскольку является представителем того же самого рода Taraxacum. Наш, всем привычный одуванчик — это одуванчик лекарственный или обыкновенный (Taraxacum officinale). Он также содержит в своем млечном соке немного каучука, но буквально 2-3% и в качестве промышленной культуры не годится. Кок-сагыз (Taraxacum kok-saghys Rodin) первоначально произрастал в высокогорье, от 1800 до 2100 метров, вместе с чем, на галечниках и засоленных почвах. Он не привлекал к себе внимания, пока нужда не заставила.
О пользе ботаников
Над ботаниками принято посмеиваться. Но это от незнания. У любого настоящего ботаника блестяще отточенный ум, натренированный оперированием сложной классификации растений и их семейственных, родовых и видовых названий на латыни. Ботаник знает основные признаки значительной части растений и умеет их отличать от похожих, если не на память, то по справочнику. Также ему известны свойства тех или иных растений: пищевые, лекарственные и токсичные, потому он может и вылечить, и отравить какой-нибудь безобидной на вид травкой.
В тот момент, когда британские капиталисты, захватившие мировой рынок натурального каучука, решили сократить продажу, чтобы цены были высоки, в СССР, которому нечего было ждать милости от капиталистов, стал испытывать острую нужду в ботаниках.
Помимо разработки метода производства синтетического каучука, над которым работал С.В. Лебедев, возникла идея сходить по той же дорожке, что и почтенный сэр Генри Викхэм, стыривший семена гевеи у бразильцев. Резинотрест в 1924 высадил семена гевеи в Грузии, в Цихис-Дзири, недалеко от Батуми. Но, увы, даже грузинская зима оказалась холодной для гевеи — выжило лишь несколько растений. Сотрудник Ботанического института АН СССР и Всесоюзного института растениеводства Ю.Н. Воронов, который наблюдал за гевеей, считал, что эти попытки ничего не дадут, и предложил искать более морозостойкие виды каучуконосов.
Идея быстро нашла поддержку, и уже в 1925 году «Резинотрест» отправил Ю. Н. Воронова в длительную экспедицию в Мексику, Колумбию, Гватемалу, где он с сотрудниками целый год лазил по горам и джунглям. Там нашли саппиум (Sapium verum Hemls) и гваюлу (Parthenium argentatum Gray). Саппиум не взошел, а вот гваюла прижилась, и с нее началось каучуковое хозяйство.
Но советские ботаники быстро пошли в другом направлении. Зачем ездить на другой край света, когда можно поискать каучуконосов у себя? На черноморском побережье высаживалась в декоративных целях эвкоммия (Eucommia ulmoides), первоначально происходившая из Китая, содержавшая гуттаперчу — полимер 1,4-изопрена. Из нее раньше делали приводные ремни, транспортерные ленты, прокладки, штемпели и т. д. Потом каучук был обнаружен в хондрилле (Chondrilla) из того же семейства, что и одуванчик с кок-сагызом.
В общем, поиски дали обнадеживающие результаты. Г.Г. Боссэ предложил создать Бюро по каучуконосам при Научно-техническом совете сельскохозяйственных культур. В 1928 году прошло Всесоюзное совещание по каучуконосам.
Одно из решений этого совещания состояло в том, что следует интенсифицировать работы по поиску подходящих каучуконосов, а также создать лабораторию по анализу собранных образцов. При Резинотресте в 1929 году такая лаборатория была создана и потом под руководством Г.Г. Боссэ стала Институтом каучука и гуттаперчи.
Георгий Густавович Боссэ, потомок обосновавшихся в России лютеран-швейцарцев, выпускник Московского университета, член Русского Ботанического общества. В 1917 году, будучи эсером, был избран в Новочеркасский совет, а в самом начале 1918 года был членом Объединенного правительства Всевеликого войска Донского М.П. Богаевского. Но казаки его считали большевиком по натуре, и после ряда приключений Боссэ уже в феврале 1918 года оказался в Москве, где работал в Наркомпросе, а потом, в 1919-1920 годах, в Иваново-Вознесенском политехническом институте. Потом он работал в целом ряде научных и образовательных учреждений.
Вот Боссэ как раз консультировал «Резинотрест» как ботаник. Вот при его участии и родился план тщательного анализа всей флоры, которая хоть как-то обещает дать каучук. В декабре 1929 года вопрос о каучуке рассматривался в Политбюро ЦК ВКП(б), и И.В. Сталин предложил создать отдельный трест «Каучуконос» под руководством Р.К. Эйхмана для изучения и культивации природных каучуконосов. Перед трестом была поставлена задача дать в 1930/31 году 2000 тонн каучука, пока, главным образом, хондриллы.
Помимо хондриллы, трест развернул бурную работу по сбору образцов флоры. В 1929-1932 годах работало 47 экспедиций, которые исследовали порядка 5 тысяч различных растений. Но результат был скуден. Лишь некоторые растения могли рассматриваться как каучуконосное сырье. В 1930 году в горах Каратау в южном Казахстане был обнаружен тау-сагыз (Scorzonera tau-saghyz). Это многолетнее растение, в корне которого скапливается довольно много каучука: в однолетнем корне — 5-6%, в двухлетнем — 9-10%, в трехлетнем — 12-15%. Местное население использовало это растение как жевательную резинку. В 1931 году в Кегенском районе Казахстана, в горах Северного Тянь-Шаня экспедицией ботаника Родина был обнаружен кок-сагыз. Он оказался более перспективным для промышленной переработки, поскольку накапливал 7,5-10% каучука уже в первый год своего произрастания. Кроме того, у него было низкое содержание смол, что улучшало качество каучука.
Кок-сагыз в гербарии. Зачем нужны гербарии? Чтобы точно опознать и отличить тот иной образец растения
В 1932 году было решено поиски прекратить, а все усилия сосредоточить на культивации и переработке именно этих каучуконосов: кок-сагыза, тау-сагыза, также крым-сагыза и бересклеты. Лидером стал кок-сагыз.
Летом 1932 года было заготовлено 1837 кг семян, а в 1933 году — 2410 кг. Осенью 1932 года было посеяно 790 гектаров, и в ноябре 1933 года была проведена первая опытная копка корней. Большое количество корней требовалось для разработки промышленной технологии переработки. В 1934 году А. М. Игнатьев разработал технологии комплексной переработки корней кок-сагыза на каучук и спирт.
Тем временем кок-сагыз стали культивировать в Запорожской, Курской, Тульской и Ярославской областях. Уже в 1934 году «Каучуконос» имел 13 совхозов, которые имели 47,8 тысяч гектаров земли и 3,3 тысячи гектаров посадок каучуконосов (в том числе 1,3 тысяч гектаров тау-сагыза и 1,7 тысяч гектаров кок-сагыза; посадки хондриллы, до 2,4 тысяч гектаров в 1932 году, уже были ликвидированы). С однолетней плантации можно собрать около 80 центнеров корней кок-сагыза или 176 кг каучука. Лучше всего, как ни странно, кок-сагыз рос не в Казахстане, а на окультуренных торфяниках Белоруссии.
Разварить
Технология переработки корней кок-сагыза, изложенная в книге П.К. Бобкова «Производство каучука из кок-сагыза», изданной в 1948 году, включала в себя несколько основных этапов.
Первый этап — корнемойка. Копка корней всегда давала примесь земли, остатков ботвы, соломы, рогожи и тому подобных загрязнений. Для мойки была приспособлена барабанная мойка — вращающийся перфорированный барабан в железном кожухе. Барабан изнутри оборудован спиралью, по которой корни идут к разгрузочному люку, то всплывая, то падая вниз. Внутри цилиндра установлена труба с отверстиями, через которую в цилиндр впрыскивается вода. В конце процесса чистые корни вываливаются через разгрузочный люк, а грязная вода накапливается внизу кожуха и выливается через штуцер.
Кок-сагыз на грядке и его корень. Как видим, мойка корней абсолютно необходима
Интересной особенностью технологии был гидравлический транспорт корней, использующий оборотную воду. Вода после мойки накапливалась в двух бассейнах достаточной площади и глубины, чтобы в них грязь оседала, а вода осветлялась и направлялась в гидравлический транспортер, то есть канал, по которому корни со склада подавались на мойку. Технологическая вода, таким образом, обращалась по кругу, а осадок грязи периодически вычерпывали.
Если на заводе перерабатывали уже высушенные корни, которые сушились в совхозе или колхозе на специальной установке, то их не мыли, а просеивали через барабанное сито из мелкой сетки.
Дальше следовало корни нарезать. Для этого использовались корнерезки или с ножами на вращающемся барабане (тип «соломорезка»), или с ножами в направляющих (типа «рубящий крошильный станок» из табачной промышленности).
На фото справа видны нити каучука на сломе корня. Чтобы извлечь его весь, корень требовалось искрошить, а потом разварить.
Следующая стадия — разварка в кипящей при 100 градусах воде и атмосферном давлении. В корнях кок-сагыза содержался не только каучук, но и полисахарид инулин, который легко сбраживался дрожжами. Разварка разделяла корень на водорастворимые вещества (инулин и другие), переходившие в сок, и на нерастворимые вещества (каучук, смолы и другие), остававшиеся в разваренном корне.
Разваривание идет в диффузорах — стальных цилиндрах с усеченными конусами вверху и внизу. Верхняя крышка откидывается вбок, когда надо забросить новую порцию корней. Нижняя крышка откидывается вниз и вбок, когда надо выгрузить корни. Нижняя крышка герметизировалась затвором Дауценберга — резиновое полое кольцо, в которое при закрытии крышки накачивается вода под давлением 3–4 атмосферы. Диффузоры делались объемом от 4500 до 8000 литров.
К диффузору полагались калоризаторы — небольшие емкости, внутри которых пропускались трубы для сока, которые обогревались подаваемым внутрь паром.
Всё это хозяйство, иногда насчитывавшее до 14 диффузоров, объединялось трубопроводами для воды, сока и пара.
Батарея — это устройство для производства цикла загрузки, обработки при определенной температуре и выгрузки. Каждый диффузор по очереди загружается стружкой корней кок-сагыза в расчете 50 кг на гектолитр объема, то есть от 2250 до 4000 кг, смотря по объему диффузора, а сок пропускается через все работающие диффузоры с предварительным подогревом до 80 градусов. На этой батарее можно сделать как однократное разваривание, удаляющее около 70% водорастворимых веществ, а можно сделать многократное — до 90% удаления.
Дальше сок подается на установку осахаривания инулина — большой деревянный чан, внутри которого смонтирован змеевик для подогрева паром, а также барботер или мешалка. Далее в залитый в осахариватель сок добавляется серная кислота, паром эту смесь нагревают до 150 градусов и выдерживают в течение 2,5 часов, а затем остужают до 60 градусов (в змеевик подается вместо пара вода), и затем осахаренный сок осторожно спускают в бродильный чан.
Превратить в суспензию
Разваренные корни пропускаются через пресс, который отжимает соковую воду. Чаще это был валковый пресс с двумя валами, между которыми корни проходили из верхней воронки в нижний накопитель. Валы полые и имеют многочисленные мелкие отверстия, через которые вода отжимается внутрь валов, откуда потом выводится через штуцер.
Затем отжим измельчают для получения мезги — измельченной массы. Для этого употреблялась корнетерка, представляющая собой вращающийся внутри стального кожуха барабан, в котором закреплено около 200 стальных пилок, заклиненных планками. В силу того, что пилки довольно быстро изнашивались, на заводе имелось два барабана: один работал в корнетерке, а другой перебирался и снабжался новыми пилками.
Корни забрасывались в загрузочное отверстие и, попадая на барабан, вращающийся со скоростью до 1600 оборотов в минуту, измельчались и выводились снизу под барабаном.
Следом производилась кратковременная, в течение максимум двух суток, биохимическая обработка мезги с помощью внесения бактерий определенных штаммов, которые разрушают инулин, целлюлозу, пектин и другие подобные вещества. Чтобы процесс сбраживания не остановился преждевременно, повышение кислотности за счет образования молочной, муравьиной, уксусной кислот гасили с помощью мела. Для подпитки бактерий также вносили суперфосфат.
После сбраживания из мезги, освобожденной от большей части целлюлозы, пектина и инулина, приготовляли суспензию двумя основными способами.
Первый способ состоял в обработке мезги раствором кипящей щелочи. Для этого чаще всего применялся 2%-ный раствор едкого натра, вводимый в варочный котел с мешалкой, в которой мезга подогревалась барботированием пара до температуры примерно 105 градусов. Через два часа кипячения, некаучуковая часть корней еще больше измельчается, каучук выделяется и коагулируется в агломераты.
Второй способ состоял в приготовлении суспензии в шаровой мельнице, внутри которой мезга размалывалась стальными шарами. Если перед размалыванием мезга подвергалась биохимической обработке, то извлечение каучука достигало 97%, тогда как просто из разваренной и измельченной мезги — 74%.
Выделить каучук
Дальше — выделение концентрата каучука.
В этом процессе было три основных способа: флотация, центрифугирование и классификация на сите.
Флотация каучука отличалась от обычных флотационных процессов и производилась в стальной емкости, который одновременно заполняли водой и суспензией, подаваемой из брандспойта. Потом жидкость на некоторое время оставлялась в покое, каучук всплывал и сдвигался с поверхности воды в специальный сборный лоток, а щелок и шлам выливались через штуцер внизу. В концентрате — 70% каучука, 8% смол и 22% некаучуковых компонентов. Последние отмывались водой перед листованием каучука.
Центрифугирование велось на центрифуге, похожей на стиральную машину вертикального типа, с перфорированным отверстиями по 5–8 мм, расположенными рядами или в шахматном порядке. В барабан вкладывают плотно к стене подкладочное сито, а поверх него плетеное сито или специальную ткань. Вода выдавливается через ткань и отверстия барабана под кожух центрифуги; более плотный шлам налипает поверх ткани, а поверх него скапливается концентрат каучука. Центрифугу останавливают, выбирают сначала каучук, а потом шлам. Было также разработано приспособление, подающее резиновые шланг в центрифугу для отбора каучука во время работы. Во избежание потерь продукта, суспензию подвергали центрифугированию в два или три этапа. Три этапа давали 80%-ный выход каучука из суспензии.
Классификация на сите производилась для суспензии, приготовленной в шаровой мельнице, в которой уже произошло коагулирование каучука. Это сито на рамке, которое качалось механическим приводом, в два ряда. Верхнее — лист с отверстиями 0,75-1 мм, нижнее сито — проволочное, с отверстиями 0,5 мм.
После первой сортировки и концентрат, содержащий 70-72% каучука, и мезга снова пропускались через шаровую мельницу, после которой отдельно друг от друга проходили сортировку на ситах. Этот метод давал выход в концентрат до 95,6% каучука, содержавшегося в суспензии.
Концентрат каучука выглядел примерно так. На фото каучук из гевеи, но каучук из кок-сагыза выглядел похожим образом
Окончательная обработка
Концентрат каучука имеет 73% самого каучука, 15% некаучуковых компонентов и около 10% неорганических компонентов. Для получения товарного качества содержание некаучуковых компонентов следовало снизить до 7,35%, а неорганических компонентов — до 2,35%; при таком содержании они не будут существенно влиять на качество резины.
Концентрат промывался еще два раза. В первый раз он разводился водой, а затем его или пропускали через центрифугу, или через бильную мешалку. Во второй раз концентрат промывали на промывных вальцах, в которых вальцы орошаются водой, которая отделяет некаучуковые компоненты. Лист концентрата снимается с приемного решета, где с него стекает лишняя вода, и снова пропускается через вальцы, и так далее, до двадцати раз.
Обработка завершалась на листовальных вальцах, на которых тоже осуществлялась промывка концентрата каучука, окончательное формирование листа каучука по ширине и толщине, после чего он снимался и укладывался на стеллаж.
После всего этого лист каучука содержит до 40% влаги, и он негоден ни для хранения, ни для изготовления резиновых изделий. Его нужно высушить до влажности в 1%. Для этого листы обрабатывают антиоксидантом, чтобы при сушке каучук не окислился, и сушили либо в термических, либо в вакуум-термических сушильных камерах.
Листы каучука в сушилке. Иногда листы каучука из гевеи сушат копчением. Похожая разновидность сушки была и для каучука из кок-сагыза — сушилки оснащались устройствами для подачи дыма
Непросто и недешево
Весь цикл производства от сырья до готового каучукового листа составлял около четырех суток, из которых двое суток уходило на биохимическую обработку и порядка суток на сушку.
Этот процесс был, конечно, попроще, чем производство синтетического каучука, но заметно сложнее выработки натурального каучука из сока гевеи. Надо сказать, что капиталисты использовали наиболее простое в обработке сырье, поступающее на фабрику уже в жидком виде. Каучук из гевеи требовал лишь коагуляции, промывки на промывных вальцах и формирования листа на листовальных вальцах. Длинная, сложная и оснащенная многочисленными аппаратами технология получения каучука из кок-сагыза, в сущности, вращалась вокруг раздробления корня растения.
Технология переработки кок-сагыза, если брать ее целиком, не была ни простой, ни дешевой. Но выхода не было. Была потребность в натуральном латексе, а ранние версии синтетического каучука требовали мягчителя, которым тоже выступал натуральный каучук. Лишь с разработкой новых марок синтетического каучука, которые не уступали и даже превосходили по свойствам натуральный каучук, с кок-сагызом распрощались. С 1954 года его перестали возделывать.
Хотя поговаривают теперь, что кок-сагыз еще может быть востребован, поскольку в ряде марок автомобильных покрышек, особенно большегрузных автомобилей, все еще используется натуральный каучук в качестве компонента.
Информация