Kaip gaminamas sintetinis izopreno kaučiukas

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-02 13:59

Natūralus kaučiukas turi daug analogų, o izopreno kaučiukas laikomas vienu daugiatoniškiausių. Pramonė gamina labai įvairių rūšių šių produktų, kurie skiriasi tiek savybėmis, tiek naudotų katalizatorių tipu – ličio, komplekso ir panašiai.

Kaip gaminama guma

Izopreno kaučiukas yra sintetinis, stereoreguliarus ir gaunamas polimerizuojant izopreną, patalpintą į inertišką tirpiklio terpę su sudėtingu katalizatoriumi. Tai daroma, pavyzdžiui, SKI-3. Izopreno polimerizacija tirpale turi būti nepertraukiama, todėl yra keturių–šešių polimerizatorių baterijos, kurios aušinamos sūrymu.

Mišinyje esantis monomeras koncentruojamas iki dvylikos - penkiolikos procentų, tada virsmo laipsnis pasieks devyniasdešimt penkis procentus, o trukmė bus nuo dviejų iki trijų valandų esant temperatūrai nuo nulio iki dešimties laipsnių Celsijaus. Jei reikia gauti didelės molekulinės masės izopreno kaučiuką, polimerizacijoje naudojamų reagentų grynumas yra labai didelis.aukštas laipsnis.

Stabilizuoja ir džiovina

Siekiant apsaugoti polimerą nuo oksidacijos, jis turi būti stabilizuotas fenilendiamino ir neozono mišiniu, kuris turi būti įpilamas į polimerizatą tirpalo arba vandeninės suspensijos pavidalu. Norint atskirti izopreno kaučiuką nuo polimerato kaip trupinį, polimerizatą reikia sumaišyti su garais ir vandeniu, tada pridėti priedų, neleidžiančių aglomeracijai (gumuliacijai). Tada tirpiklis turi būti distiliuotas. Dabar reikia atlikti degazavimo, trupinių atskyrimo nuo vandens ir džiovinimo sliekinėse mašinose bei juostinėse džiovyklose procesus. Pasibaigus šiam procesui, izopreno gumos gamyba gali būti laikoma baigta.

Dabar bus briketavimas ant automatinių įrenginių, kuriuose veikia slėgis. Prekinis ženklas SKI-3 - sintetinė izopreno guma, kuri gaminama briketais po trisdešimt kilogramų. Briketas suvyniotas į polietileno plėvelę ir dedamas į keturių sluoksnių popierinį maišelį. Ši plėvelė gana gerai apdirbama kartu su turiniu, kuris yra izopreno kaučiukas, jos savybės esant maišymo temperatūrai leidžia polietilenui suminkštėti ir sumaišyti su pagrindine mase guminiame maišytuve.

Struktūra

Kiekviena pramonėje gaminama guma turi savo ypatybes ir savybes, būdingas tik šiai veislei. Vienos gumos pasižymi geru mechaniniu atsparumu, kitos – geru cheminiu atsparumu ar dujų nepralaidumu, kitos nebijo temperatūros pokyčių ir pan. Savybėsatskiri sintetiniai kaučiukai daugeliu atžvilgių ir daug kartų pranašesni už natūralų kaučiuką. Tik natūralaus kaučiuko elastingumas dar nepralenktas, ir tai yra svarbiausia tokių gaminių, kaip lėktuvų ar automobilių padangų, savybė.

Eksploatacijos metu jie visada patiria didžiulę deformaciją – tiek tempimą, tiek gniuždymą, o tai sukelia tarpmolekulinę trintį, įkaista ir praranda kokybę. Tai yra, kuo didesnis gumos elastingumas, tuo gaminys patvaresnis. Būtent dėl šios priežasties natūralus kaučiukas dar neišnyko iš naudojimo ir būtent jis naudojamas greitųjų ir sunkiųjų lėktuvų bei automobilių padangų gamybai. Natūralus kaučiukas yra izopreno polimeras, todėl mokslininkai taip sunkiai dirba, kad izopreno kaučiukas taptų natūralaus kaučiuko analogu.

Formulė

Natūralaus kaučiuko išgavimo ištekliai yra labai riboti. Įprastos natūralios gumos formulė C₅H₈, kaip paaiškėjo, ji yra visiškai identiška izopreno molekulinei formulei, kuri yra susidaro kaitinant gumą, jos skilimo produktuose. Iššūkis yra rasti pakankamai prieinamą būdą. O izopreno kaučiukas gaunamas polimerizacijos reakcijos metu, ir čia svarbu teisingai sudaryti šios reakcijos eigą. Polimerizacija vyksta taip: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

Iki šiol perspektyviausias metodas yra izopentano, išsiskiriančio iš naftos dujų, katalizinio dehidrogenavimo metodas. Pradinė izopreno gamybos medžiaga taip pat gali būti pentanas: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, nes kaitinant ir su katalizatoriais taip pat virsta izopentanu. Taip pat yra polimerizacijos metodas, kai izopreno kaučiuko gavimo reakcija vyksta taip, kad gaunama guma, kurios struktūra labai panaši į natūralų kaučiuką ir todėl turi tokias pačias puikias savybes.}

Izoprenas

Izoprenas yra nesotieji angliavandeniliai, priklausantys dienų serijai. Tai lakus bespalvis skystis. Kvapas labai būdingas. Izopreno kaučiukas yra natūralus monomeras, nes likusi jo molekulės dalis yra įtraukta į daugelį kitų natūralių junginių – izoprenoidus, terpenoidus ir pan. Jis tirpsta organiniuose tirpikliuose. Pavyzdžiui, su etilo alkoholiu jį galima maišyti bet kokiu santykiu. Tačiau jis gerai netirpsta vandenyje.

Bet polimerizacijos metu lengvai suformuoja izopreno gumos struktūrinį vienetą, dėl kurio gaunama izopreno gutaperča ir gumos. Be to, izoprenas kopolimerizacijos metu gali dalyvauti įvairiose reakcijose. Pramonėje jis yra būtinas, nes naudojamas kaučiukams, vaistams ir net kai kurioms kvapiosioms medžiagoms sintetinti. Mūsų šalyje sintetinio izopreno kaučiuko gamyba plėtojama ilgą laiką ir sudaro maždaug dvidešimt keturis procentus pasaulio produkcijos.

Istorija

Pirmasis izoprenas buvo gautas 1860 m. pirolizės būdu iš natūralaus kaučiuko.pirolizė – daugelio neorganinių ir organinių junginių terminis (aukštoje temperatūroje) skaidymas deguonies trūkumo sąlygomis. Vėliau buvo išrasta izopreno lempa – elektrinė su šildoma spirale, su kuria terpentino aliejus buvo termiškai skaidomas laboratorijose.

Antrasis pasaulinis karas sukėlė didžiulę izopreno kaučiukų paklausą, todėl izopreną buvo išmokta gaminti pramoniniu mastu limoneno pirolizės būdu. Visgi izoprenas buvo per brangus masinei sintetinių kaučiukų gamybai. Situacija pasikeitė, kai buvo rastas būdas jį gauti iš naftos. Tada pradėjo sparčiai vystytis izopreno polimerizacijos technologijos.

Vaidmuo ekonomikoje

Nr. iš kelių įmonių vienu metu, kurios atlieka krekingo darbus. Antroje vietoje pagal svarbą planuose atsižvelgiama į likusių angliavandenilių iš C

5. frakcijos laidojimo vietą.

Iki XX amžiaus devintojo dešimtmečio pradžios Vakarų Europa pagamino apie aštuoniasdešimt penkis tūkstančius tonų C_{5 dienų, iš kurių keturiasdešimt keturi tūkstančiai tonų buvo dimerizuotas ciklopentadienas ir dvidešimt trys tūkstančiai tonų buvo izoprenas. Likusi dalis – apie penkiolika tūkstančių tonų – buvo piperilenų. Po dešimties metų pasaulinė izopreno gamyba išaugo iki 850 000 tonų per metus.}

Ypatybės

Standartinėmis sąlygomis izoprenas, kaip jau minėta, yra lakus bespalvis skystis, beveik netirpus vandenyje, bet bet kokiu santykiu maišosi su dietilo alkoholiu, etalonu, benzenu, acetonu. Izoprenas gali sudaryti azeotropinius mišinius su įvairiais organiniais tirpikliais. Įvertinus spektroskopinių tyrimų duomenis, matyti, kad jau esant penkiasdešimčiai laipsnių Celsijaus dauguma izopreno molekulių įgauna stabilią s-trans konformaciją, tik penkiolika procentų molekulių yra s-cis konformacijoje. Tarp šių būsenų energijos skirtumas yra 6,3 kJ.

Cheminės izopreno savybės rodo, kad jis yra tipiškas konjuguotas dienas, kuris dalyvauja pakeitimo, pridėjimo, kompleksavimo, ciklizacijos, telomerizacijos reakcijose. Aktyvus reaguoja su elektrofilais ir dienofilais.

Programa

Pagrindinė šiuo metu gaminamo izopreno dalis naudojama izopreno kaučiuko, savo struktūra ir savybėmis panašios į natūralų kaučiuką, sintezei. Jis ypač plačiai naudojamas padangų gamyboje. Taip pat yra dar vienas izopreno polimerizacijos produktas – poliizoprenas, kuris naudojamas daug mažiau, nes turi gutaperčios savybių. Jis naudojamas, pavyzdžiui, vielos izoliacijai ir golfo kamuoliukams gaminti. Izopreno kaučiukas naudojamas visų rūšių gumos gaminiams, kuriuose derinamas natūralus ir kitas sintetinis kaučiukas, gaminti.

Pavyzdžiui, siekiant sumažinti lipnumą, pridedamabutadien-metilstireniniai kaučiukai, be to, pasikartojant deformacijoms padidėja ištvermė nuovargiui. Nitritai padidina atsparumą ozonui ir atsparumą karščiui. Taigi, stebint aibę techninių savybių, izopreno gumos puikiai pasireiškia naudojant konvejerio juostas, siurbimo ar slėgio žarnas, apkalant mašinų velenus, gaminant avalynę, medicinos ir kitus gaminius.

Pavojus aplinkai

Izoprenas yra labai sprogus ir degus. Didelės koncentracijos organizme gali sukelti paralyžių ir mirtį. Tai daugiausia vyksta esant atmosferos prisotinimui, todėl metabolizmas vyksta kvėpavimo sistemoje, kai izoprenas virsta epoksidais ir dioliais.

Keturiasdešimt miligramų kubiniame metre laikoma didele koncentracija – tai didžiausia dozė. Mažos izopreno koncentracijos ore gali turėti narkotinį poveikį žmogui, sudirginti akis, odą, kvėpavimo takus ir gleivines.

Biologija

Šiuolaikiniai mokslininkai išsiaiškino, kad izopreno garai į atmosferą išskiria beveik visus augalus. Bendras fitogeninio izopreno kiekis yra apytiksliai (180–450)^.10^{12 gramų anglies per metus. Šis procesas paspartėja, jei oro temperatūra artėja prie trisdešimties laipsnių Celsijaus, taip pat jei saulės spinduliuotės intensyvumas yra didelis, o fotosintezė jau yra visiškai prisotinta. Izopreno biosintezę slopina fosmidomicinas ir viso junginiainemažai statinų. Kodėl augalai tai daro, nėra visiškai suprantama. Galbūt izoprenas suteikia jiems papildomo atsparumo perkaitimui. Be to, jis yra radikalų šaliklis, o tai reiškia, kad jis gali apsaugoti augalus nuo reaktyviųjų deguonies rūšių ir ozono.}

Mokslininkai taip pat teigia, kad izopreno sintezė sukelia nuolatinį NADPH ir ATP molekulių suvartojimą, kurias augalas gamina fotosintezės metu. Taigi izopreno išsiskyrimas apsaugo nuo fotooksidacinio skilimo ir pakartotinio sumažinimo, jei apšvietimas yra per didelis. Šio gynybos mechanizmo trūkumas gali būti vienas: anglis, kuri fotosintezės procese išgaunama taip sunkiai, išleidžiama izopreno išsiskyrimui. Mokslininkai nesustojo ties augalais ir išsiaiškino, kad žmogaus organizmas taip pat gali gaminti dieninius angliavandenilius, o izoprenas yra labiausiai paplitęs tarp jų.