Как се прави синтетичният изопрен каучук

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-02 13:50

Естественият каучук има много аналози, а изопреновият каучук се счита за един от най-многотонажните. Индустрията произвежда голямо разнообразие от видове тези продукти, различаващи се както по свойства, така и по вида на използвания катализатор - литиеви, комплексни и други подобни.

Как се прави гума

Изопреновата гума е синтетична, стереоправилна е и се получава чрез полимеризация на изопрен, поставен в инертна разтворителна среда със сложен катализатор. Това се прави, например, SKI-3. Полимеризацията на изопрена в разтвор трябва да бъде непрекъсната, за това има батерии от четири до шест полимеризатора, които се охлаждат със саламура.

Мономерът в сместа се концентрира до дванадесет - петнадесет процента, след което степента на преобразуване ще достигне деветдесет и пет процента, а продължителността ще бъде два до три часа при температури от нула до десет градуса по Целзий. Ако е необходимо да се получи изопренов каучук с високо молекулно тегло, чистотата на реагентите, използвани при полимеризацията, е многовисока степен.

Стабилизиране и сушене

За да се предпази полимера от окисляване, той трябва да бъде стабилизиран със смес от фенилендиамин и неозон, която трябва да се въведе в полимеризата като разтвор или водна суспензия. За да се отдели изопреновия каучук от полимеризата като троха, полимеризатът трябва да се смеси с пара и вода, след което да се добавят добавки, които предотвратяват агломерацията (бучки). След това разтворителят трябва да се отдестилира. Сега е необходимо да се извършват процесите на дегазиране, отделяне на трохите от водата и сушене в червячни машини и лентови сушилни. В края на този процес производството на изопренов каучук може да се счита за завършено.

Сега ще се брикетира на автоматични инсталации под налягане. Марка SKI-3 - синтетичен изопрен каучук, който се произвежда в брикети от тридесет килограма всеки. Брикетът се увива в полиетиленово фолио и се поставя в четирислойна хартиена торба. Този филм е доста добре обработен едновременно със съдържанието, което е изопренов каучук, неговите свойства с температурата на смесване напълно позволяват на полиетилена да омекне и да го смеси с основната маса в гумен миксер.

Структура

Всяка гума, която се произвежда от индустрията, има свои собствени характеристики и свойства, присъщи само на този сорт. Някои гуми имат добра механична якост, други имат добра химическа устойчивост или газонепропускливост, трети не се страхуват от температурни промени и т.н. Имотиотделните синтетични каучуци превъзхождат естествения каучук в много отношения и многократно. Единствено еластичността на естествения каучук все още не е надмината и това е най-важното свойство за продукти като самолетни или автомобилни гуми.

По време на работа те винаги изпитват огромна деформация - както разтягане, така и компресия, което причинява междумолекулно триене, нагряване и загуба на качество. Тоест, колкото по-висока е еластичността на гумата, толкова по-издръжлив е продуктът. Именно поради тази причина естественият каучук все още не е излязъл от употреба и именно той се използва за производството на гуми за високоскоростни и тежкотоварни самолети и автомобили. Естественият каучук е полимер на изопрен, поради което учените работят толкова усилено, за да направят изопреновия каучук аналог на естествения каучук.

Формула

Ресурсите за извличане на естествен каучук са много ограничени. Нормалният, естествено срещащ се каучук има формулата C₅H₈, както се оказа, тя е абсолютно идентична с молекулярната формула на изопрена, която е образува се при нагряване на каучук в продуктите на разпадането му. Предизвикателството е да се намери разумно достъпен начин. И изопренов каучук се получава по време на реакцията на полимеризация и тук е важно правилно да се изгради хода на тази реакция. Полимеризацията протича по следния начин: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

Най-обещаващият метод досега е методът за каталитично дехидрогениране на изопентан, който се отделя от нефтените газове. Изходният материал за производството на изопрен може също да бъде пентан: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, защото при нагряване и с катализатори също се превръща в изопентан. Съществува и метод на полимеризация, при който реакцията за получаване на изопренов каучук се изгражда по такъв начин, че се получава каучук, който е много подобен по структура на естествения каучук и следователно има същите отлични свойства.}

Изопрен

Изопренът е ненаситен въглеводород, принадлежащ към диеновата серия. Това е летлива безцветна течност. Миризмата е много характерна. Изопреновата гума е естествен мономер, тъй като остатъкът от нейната молекула е включен в много други естествени съединения - изопреноиди, терпеноиди и други подобни. Разтваря се в органични разтворители. С етилов алкохол, например, може да се смеси във всякакви съотношения. Но не се разтваря добре във вода.

Но той лесно образува структурна единица от изопренов каучук по време на полимеризация, поради което се получава изопренова гутаперча и каучуци. Също така, изопренът може да влезе в различни реакции по време на съполимеризация. В индустрията той е незаменим, тъй като се използва за синтезиране на каучук, лекарства и дори някои ароматни вещества. У нас производството на синтетичен изопренов каучук се развива от дълго време и представлява приблизително двадесет и четири процента от световното производство.

История

Първият изопрен е получен през 1860 г. чрез пиролиза от естествен каучук.пиролизата е термично (при високи температури) разлагане на много неорганични и органични съединения в условия на липса на кислород. По-късно е изобретена изопренова лампа - електрическа с нагрята намотка, с която терпентиново масло се разлага термично в лаборатории.

Втората световна война донесе огромно търсене на изопренови каучуци и следователно изопренът се научи да се произвежда в промишлен мащаб чрез пиролиза на лимонен. Все пак изопренът беше твърде скъп за масовото производство на синтетичен каучук. Ситуацията се промени, когато беше намерен начин за получаването му от петрол. Тогава технологиите за полимеризация на изопрен започнаха да се развиват бързо.

Роля в икономиката

Най-важното нещо при планирането на производството на продукт като изопренов каучук е правилният избор на местоположение, защото ще е необходимо да се доставят фракции от разделяне C₅ до дестинация от няколко предприятия наведнъж, които извършват крекинг. На второ място по важност е отчитането в плановете за депото на останалите въглеводороди от фракцията C_5..

До началото на деветдесетте години на ХХ век Западна Европа произвежда около осемдесет и пет хиляди тона C_{5 диени, от които четиридесет и четири хиляди тона е димеризиран циклопентадиен и двадесет и три хиляди тона беше изопрен. Останалите - около петнадесет хиляди тона - са пиперилени. Десет години по-късно световното производство на изопрен е нараснало до 850 000 тона годишно.}

Свойства

При стандартни условия, изопренът, както вече споменахме, е летлива безцветна течност, почти неразтворима във вода, но смесваща се във всяко съотношение с диетилов алкохол, стандарт, бензен, ацетон. Изопренът е в състояние да образува азеотропни смеси с голямо разнообразие от органични разтворители. Когато се разглеждат данните от спектроскопски изследвания, може да се види, че вече при петдесет градуса по Целзий повечето от изопреновите молекули приемат стабилна s-trans конформация, само петнадесет процента от молекулите са в s-cis конформация. Между тези състояния енергийната разлика е 6,3 kJ.

Химичните свойства на изопрена го представят като типичен конюгиран диен, който влиза в реакции на заместване, добавяне, комплексообразуване, циклизация, теломеризация. Активен в реакция с електрофили и диенофили.

Заявление

Основната част от произвеждания в момента изопрен се използва за синтеза на изопренов каучук, подобен по структура и свойства на естествения каучук. Използва се особено широко за производството на гуми. Има и друг продукт за полимеризация на изопрена, полиизопрен, който се използва много по-малко, защото има свойствата на гутаперча. Използва се за направата на изолация на проводници и топки за голф, например. Изопреновата гума се използва за направата на всички видове каучукови изделия, които комбинират естествени и други синтетични каучуци.

Например, за намаляване на лепкавостта, се добавятбутадиен-метилстиролови каучуци, освен това издръжливостта на умора се увеличава, ако деформациите се повтарят. Нитритите добавят устойчивост на озон и устойчивост на топлинно стареене. По този начин, спазвайки набор от технически свойства, изопреновите каучуци се проявяват перфектно при използване на транспортни ленти, смукателни или напорни маркучи, при облицоване на машинни валове, в производството на обувки, медицински и други продукти.

Опасност за околната среда

Изопренът е силно експлозивен и запалим. При високи концентрации в тялото може да доведе до парализа и смърт. Това се случва главно при насищане на атмосферата и следователно метаболизмът се извършва в дихателната система, когато изопренът се превръща в епоксиди и диоли.

Четиридесет милиграма на кубичен метър се считат за висока концентрация - това е максималната доза. Малки концентрации на изопрен във въздуха могат да имат наркотичен ефект върху човек, да причинят дразнене на очите, кожата, дихателните пътища и лигавиците.

Биология

Съвременните учени са открили, че изпаренията на изопрена отделят почти всички растения в атмосферата. Глобалното количество фитогенен изопрен е приблизително оценено на (180-450)^.10^{12 грама въглерод на година. Този процес се ускорява, ако температурата на въздуха се приближи до тридесет градуса по Целзий, а също и ако интензивността на слънчевата радиация е висока, докато фотосинтезата вече е напълно наситена. Биосинтезата на изопрен се инхибира от фосмидомицин и съединения от цялоторедица статини. Защо растенията правят това не е напълно изяснено. Може би изопренът им дава допълнителна устойчивост на прегряване. В допълнение, той е чистач на радикали, което означава, че може да защити растенията от реактивни кислородни видове и озон.}

Учените предполагат също, че синтезът на изопрен причинява постоянна консумация на NADPH и ATP молекули, които растението произвежда по време на фотосинтезата. Следователно освобождаването на изопрен предотвратява фотоокислителното разграждане и повторното намаляване, ако осветеността е прекомерна. Недостатъкът на този защитен механизъм може да бъде един: въглеродът, който се извлича с такава трудност в процеса на фотосинтеза, се изразходва за освобождаването на изопрен. Учените не се спират на растенията и установяват, че човешкото тяло може да произвежда и диенови въглеводороди, а изопренът е най-разпространеният сред тях.