Cum este fabricat cauciucul sintetic izopren

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-02 14:01

Cauciucul natural are mulți analogi, iar cauciucul izopren este considerat unul dintre cele mai multi-tonaje. Industria produce o mare varietate de tipuri de aceste produse, care diferă atât ca proprietăți, cât și prin tipul de catalizatori care au fost utilizați - litiu, complex și altele asemenea.

Cum se face cauciucul

Cauciucul izopren este sintetic, este stereoregulat și se obține prin polimerizarea izoprenului plasat într-un mediu solvent inert cu un catalizator complex. Acest lucru se face, de exemplu, SKI-3. Polimerizarea izoprenului în soluție trebuie să fie continuă, pentru aceasta există baterii de patru până la șase polimerizatoare care sunt răcite cu saramură.

Monomerul din amestec este concentrat la douăsprezece - cincisprezece procente, apoi gradul de conversie va ajunge la nouăzeci și cinci la sută, iar durata va fi de două până la trei ore la temperaturi de la zero la zece grade Celsius. Dacă este necesar să se obțină cauciuc izopren cu greutate moleculară mare, puritatea reactivilor utilizați în polimerizare este foartegrad în alt.

Stabilizare și uscare

Pentru a proteja polimerul de oxidare, acesta trebuie stabilizat cu un amestec de fenilendiamină și neozonă, care trebuie introdus în polimerizat sub formă de soluție sau suspensie apoasă. Pentru a separa cauciucul izopren de polimerizat sub formă de pesmet, polimerizatul trebuie amestecat cu abur și apă, apoi adăugați aditivi care împiedică aglomerarea (aglomerarea). Apoi, solventul trebuie distilat. Acum este necesar să se efectueze procesele de degazare, separarea firimiturii de apă și uscare în mașini cu vierme și uscătoare cu bandă. La sfârșitul acestui proces, producția de cauciuc izopren poate fi considerată finalizată.

Acum va fi brichetarea pe centrale automate sub presiune. Marca SKI-3 - cauciuc sintetic izopren, care este produs în brichete de treizeci de kilograme fiecare. Bricheta este învelită în folie de polietilenă și plasată într-o pungă de hârtie cu patru straturi. Acest film este destul de bine prelucrat simultan cu conținutul, care este cauciuc izopren, proprietățile sale cu temperatura de amestecare permit destul de mult polietilenei să se înmoaie și să o amestece cu masa principală într-un mixer de cauciuc.

Structură

Fiecare cauciuc care este produs de industrie are propriile caracteristici și proprietăți inerente numai acestui soi. Unele cauciucuri au o rezistență mecanică bună, altele au rezistență chimică bună sau impermeabilitate la gaze, altele nu se tem de schimbările de temperatură și așa mai departe. Proprietățicauciucurile sintetice individuale sunt superioare cauciucului natural în multe feluri și de multe ori. Doar elasticitatea cauciucului natural nu a fost încă depășită, iar aceasta este cea mai importantă proprietate pentru produse precum anvelopele pentru avioane sau autoturisme.

În timpul funcționării, ele suferă întotdeauna deformații uriașe - atât întindere, cât și compresie, care provoacă frecare intermoleculară, încălzire și pierderea calității. Adică, cu cât elasticitatea cauciucului este mai mare, cu atât produsul este mai durabil. Din acest motiv, cauciucul natural nu a ieșit încă din uz și este cel care este folosit pentru producția de anvelope pentru avioane și mașini de mare viteză și grele. Cauciucul natural este un polimer al izoprenului, motiv pentru care oamenii de știință lucrează atât de mult pentru a face din cauciucul izopren un analog al cauciucului natural.

Formula

Resursele pentru extragerea cauciucului natural sunt foarte limitate. Cauciucul normal, natural, are formula C₅H₈, după cum sa dovedit, este absolut identic cu formula moleculară a izoprenului, care este formată la încălzirea cauciucului, în produșii lui de descompunere. Provocarea este de a găsi o modalitate rezonabil de accesibilă. Și cauciucul izopren este obținut în timpul reacției de polimerizare și aici este important să construim corect cursul acestei reacții. Polimerizarea are loc după cum urmează: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

Cea mai promițătoare metodă de până acum este metoda de dehidrogenare catalitică a izopentanului, care este eliberat din gazele petroliere. Materialul de pornire pentru producerea izoprenului poate fi și pentan: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, deoarece atunci când este încălzit și cu catalizatori, se transformă și în izopentan. Există și o metodă de polimerizare în care reacția de obținere a cauciucului izopren este construită în așa fel încât să se obțină un cauciuc care este foarte asemănător ca structură cu cauciucul natural și, prin urmare, are aceleași proprietăți excelente.}

Izopren

Izoprenul este o hidrocarbură nesaturată aparținând seriei dienelor. Este un lichid volatil incolor. Mirosul este foarte caracteristic. Cauciucul izopren este un monomer natural, deoarece restul moleculei sale este inclus în mulți alți compuși naturali - izoprenoide, terpenoide și altele asemenea. Se dizolvă în solvenți organici. Cu alcool etilic, de exemplu, poate fi amestecat în orice raport. Dar nu se dizolvă bine în apă.

Dar formează cu ușurință o unitate structurală de cauciuc izopren în timpul polimerizării, datorită căreia se obțin gutaperca și cauciucuri izopren. De asemenea, izoprenul poate intra în diferite reacții în timpul copolimerizării. În industrie, este indispensabil, deoarece este folosit pentru a sintetiza cauciucuri, medicamente și chiar unele substanțe parfumate. În țara noastră, producția de cauciuc sintetic izopren se dezvoltă de mult timp și reprezintă aproximativ douăzeci și patru la sută din producția mondială.

Istorie

Primul izopren a fost obținut în 1860 prin piroliză din cauciuc natural.piroliza este descompunerea termică (la temperaturi ridicate) a multor compuși anorganici și organici în condiții de lipsă de oxigen. Mai târziu, a fost inventată o lampă din izopren - una electrică cu bobină încălzită, cu care uleiul de terebentină era descompus termic în laboratoare.

Al Doilea Război Mondial a adus o cerere uriașă pentru cauciucuri izoprene și, prin urmare, izoprenul a fost învățat să fie produs la scară industrială prin piroliza limonenului. Cu toate acestea, izoprenul era prea scump pentru producția în masă a cauciucurilor sintetice. Situația s-a schimbat când s-a găsit o modalitate de a-l obține din petrol. Apoi tehnologiile pentru polimerizarea izoprenului au început să se dezvolte rapid.

Rol în economie

Cel mai important lucru în planificarea producției unui produs precum cauciucul izopren este alegerea corectă a locației, deoarece va fi necesar să se livreze fracții de separare C₅ către destinație de la mai multe întreprinderi deodată, care efectuează cracare. Pe locul al doilea ca importanță se află luarea în considerare în planurile de depozitare a hidrocarburilor rămase din fracția C_5..

La începutul anilor 90 ai secolului XX, Europa de Vest a produs aproximativ optzeci și cinci de mii de tone de C_{5 diene, dintre care patruzeci și patru de mii de tone a fost ciclopentadienă dimerizată și douăzeci și trei de mii de tone era izopren. Restul - aproximativ cincisprezece mii de tone - erau piperilene. Zece ani mai târziu, producția mondială de izopren a crescut la 850.000 de tone pe an.}

Proprietăți

În condiții standard, izoprenul, așa cum s-a menționat deja, este un lichid incolor volatil, aproape insolubil în apă, dar miscibil în orice raport cu alcool dietil, standard, benzen, acetonă. Izoprenul este capabil să formeze amestecuri azeotrope cu o mare varietate de solvenți organici. Luând în considerare datele studiilor spectroscopice, se poate observa că deja la cincizeci de grade Celsius, majoritatea moleculelor de izopren iau o conformație s-trans stabilă, doar cincisprezece la sută din molecule sunt în conformația s-cis. Între aceste stări, diferența de energie este de 6,3 kJ.

Proprietățile chimice ale izoprenului îl prezintă ca o dienă conjugată tipică, care intră în reacții de substituție, adiție, complexare, ciclizare, telomerizare. Activ în reacție cu electrofilii și dienofilii.

Aplicație

Partea principală a izoprenului produs în prezent este utilizată în sinteza cauciucului izopren, similar ca structură și proprietăți cu cauciucul natural. Este utilizat pe scară largă în special pentru producția de anvelope. Exista si un alt produs de polimerizare a izoprenului, poliizoprenul, care se foloseste mult mai putin deoarece are proprietatile gutapercii. Este folosit pentru a face izolație de sârmă și mingi de golf, de exemplu. Cauciucul izopren este folosit pentru a face tot felul de produse din cauciuc care combină cauciuc natural și alte cauciucuri sintetice.

De exemplu, pentru a reduce adezivitatea, sunt adăugatecauciucurile butadienă-metilstiren, în plus, rezistența la oboseală crește dacă deformările se repetă. Nitriții adaugă rezistență la ozon și rezistență la îmbătrânirea termică. Astfel, respectând un set de proprietăți tehnice, cauciucurile izoprene se manifestă perfect atunci când se folosesc benzi transportoare, furtunuri de aspirație sau de presiune, la căptușirea arborilor de mașini, la producția de încălțăminte, produse medicale și de altă natură.

Pericol pentru mediu

Izoprenul este foarte exploziv și inflamabil. În concentrații mari în organism, poate duce la paralizie și moarte. Acest lucru are loc în principal la saturația atmosferică și, prin urmare, metabolismul are loc în sistemul respirator, când izoprenul este transformat în epoxizi și dioli.

Patruzeci de miligrame pe metru cub este considerată o concentrație mare - aceasta este doza maximă. Concentrații mici de izopren în aer pot avea un efect narcotic asupra unei persoane, pot provoca iritații ale ochilor, pielii, căilor respiratorii și mucoaselor.

Biologie

Oamenii de știință moderni au descoperit că vaporii de izopren emit aproape toate plantele în atmosferă. Cantitatea globală de izopren fitogen este estimată aproximativ la (180-450)^.10^{12 grame de carbon pe an. Acest proces este accelerat dacă temperatura aerului se apropie de treizeci de grade Celsius și, de asemenea, dacă intensitatea radiației solare este mare, în timp ce fotosinteza este deja complet saturată. Biosinteza izoprenului inhibată de fosmidomicină și compuși ai întreguluiun număr de statine. De ce plantele fac acest lucru nu este pe deplin înțeles. Poate că izoprenul le oferă o rezistență suplimentară la supraîncălzire. În plus, este un captator de radicali, ceea ce înseamnă că poate proteja plantele de speciile reactive de oxigen și de ozon.}

Oamenii de știință sugerează, de asemenea, că sinteza izoprenului provoacă un consum constant de molecule de NADPH și ATP, pe care planta le produce în timpul fotosintezei. Prin urmare, eliberarea izoprenului previne degradarea foto-oxidativă și re-reducerea dacă iluminarea este excesivă. Dezavantajul acestui mecanism de apărare poate fi unul: carbonul, care este extras cu atât de greu în procesul de fotosinteză, este cheltuit pentru eliberarea izoprenului. Oamenii de știință nu s-au oprit la plante și au descoperit că organismul uman poate produce și hidrocarburi diene, iar izoprenul este cel mai comun dintre acestea.