Kaip gauti sintetinę izopreno gumą

Natūraliai guma turi daug analogų ir vieną iš jųizopreno guma laikoma didžiausią tonažą. Pramonė gamina įvairiausius šių produktų tipus, skiriasi tiek naudojamų katalizatorių savybių, tiek tipo - ličio, komplekso ir pan.

Kaip guma

Izopreno kaučiukas yra sintetinisyra stereoreguliuojamas ir gaunamas polimerizuojant izopreną, įdėtą į inertinį tirpiklį su kompleksiniu katalizatoriumi. Taip daroma, pavyzdžiui, SKI-3. Izopreno polimerizacija tirpale turi būti nenutrūkstama, tam yra keturių - šešių polimerizatorių baterijos, kurios aušinamos sūrymu.

Mišinys mišinyje koncentruojamas iki dvylikos -Penkiolika procentų, tada konversijos laipsnis pasieks devyniasdešimt penkis procentus, o trukmė bus nuo dviejų iki trijų valandų temperatūroje nuo 0 iki 10 laipsnių Celsijaus. Jei būtina gauti didelio molekulinio svorio izopreno gumą, polimerizacijos metu naudojamų reagentų grynumas yra labai didelis.

Stabilizavimas ir džiovinimas

Norėdami apsaugoti polimerą nuo oksidacijos, jums jo reikiastabilizuoti fenilendiamino ir neozono mišiniu, kuris turi būti įleistas į polimerą kaip tirpalas arba vandeninė suspensija. Norint izopreno kaučiuką atskirti nuo polimero kaip trupinio, polimeras turi būti sumaišytas su garais ir vandeniu, tada pridedami priedai, kad būtų išvengta aglomeracijos (sulipimo). Po to būtina distiliuoti tirpiklį. Dabar būtina atlikti degazavimo, trupinių atskyrimo nuo vandens ir džiovinimo procesus kirminų mašinose ir diržų džiovyklose. Šio proceso pabaigoje izopreno kaučiuko gamyba gali būti laikoma baigta.

Dabar jis bus briketuojamasautomatiniai įrengimai spaudoje. SKI-3 prekės ženklas yra sintetinė izopreno guma, gaminama briketais po trisdešimt kilogramų. Briketas suvyniojamas į plastikinę plėvelę ir dedamas į keturių sluoksnių popierinį maišelį. Ši plėvelė yra gana gerai apdorojama kartu su izopreno kaučiuko turiniu, todėl jo savybės ir maišymo temperatūra leidžia polietilenui suminkštėti ir sumaišyti su gumos maišytuvu.

Struktūra

Kiekviena gaminama gumapramonė, turi savo savybių ir savybių, būdingų tik šiai veislei. Vieni kaučiukai turi gerą mechaninį stiprumą, kiti - gerą cheminį atsparumą ar sandarumą dujoms, kiti nebijo temperatūros pokyčių ir pan. Atskirų sintetinių kaučiukų savybės daugeliu atžvilgių pranašesnės už natūralias. Tik natūralaus kaučiuko elastingumas dar nebuvo viršytas, ir tai yra svarbiausia tokių gaminių, kaip orlaivių ar automobilių padangos, savybė.

Operacijos metu jie visada patiria milžiniškądeformacija - tiek tempimas, tiek suspaudimas, dėl kurio atsiranda tarpmolekulinė trintis, kaitinimas ir savybių praradimas. Tai yra, kuo didesnis gumos elastingumas, tuo gaminys yra patvaresnis. Būtent dėl ​​šios priežasties natūralus kaučiukas dar nėra išnykęs, o būtent jis naudojamas greitųjų ir sunkiųjų orlaivių bei automobilių padangų gamybai. Natūralus kaučiukas yra izopreno polimeras, todėl mokslininkai taip stengiasi, kad izopreno kaučiukas taptų natūralaus kaučiuko analogu.

Formulė

Natūralaus kaučiuko gavybos ištekliai yra labai riboti. Paprastoji, natūraliai randama guma turi formulę C₅H₈, kaip paaiškėjo, jis yra visiškai identiškasizopreno, kuris susidaro kaitinant gumą, molekulinė formulė skilimo produktuose. Iššūkis yra rasti prieinamą būdą. Izopreno kaučiukas gaunamas polimerizacijos reakcijos metu, ir čia svarbu teisingai sukurti šios reakcijos eigą. Polimerizacija vyksta taip: nCH₂ = C (CH₃) - CH = CH₂ ----> (-CH₂ - C (CH₃) = CH - CH₂) n.

Kol kas perspektyviausias metodas yra izopentano, kuris išsiskiria iš naftos dujų, katalizinio dehidrinimo metodas. Pradinė izopreno gamybos medžiaga taip pat gali būti pentanas: CH₃-SN₂-SN₂-SN₂-SN₃, nes kaitinant ir su katalizatoriais jistaip pat virsta izopentanu. Taip pat yra polimerizacijos metodas, kai izopreno kaučiuko gamybos reakcija yra tokia, kad gaunama guma, kuri savo struktūra yra labai panaši į natūralią ir todėl pasižymi tomis pačiomis puikiomis savybėmis.

Izoprenas

Izoprenas yra nesočiųjų angliavandenilių,priklausančių dienų serijai. Tai lakus bespalvis skystis. Kvapas yra labai būdingas. Izopreno kaučiukas yra natūralus monomeras, nes likusi jo molekulės dalis pateko į daugelį kitų natūralių junginių - izoprenoidų, terpenoidų ir panašių. Jis ištirpsta organiniuose tirpikliuose. Pavyzdžiui, su etilo alkoholiu jį galima maišyti bet kokiu santykiu. Bet jis blogai tirpsta vandenyje.

Bet tai lengvai suformuoja struktūrinį ryšįizopreno kaučiukas polimerizacijos metu, dėl kurio gaunama izopreno gutaperčia ir gumos. Be to, izoprenas gali vykti skirtingose ​​reakcijose kopolimerizacijos metu. Jis yra nepakeičiamas pramonėje, nes jis naudojamas kaučiukams, vaistams ir net kai kurioms kvapnioms medžiagoms sintetinti. Mūsų šalyje sintetinio izopreno kaučiuko gamyba vystėsi ilgą laiką ir sudaro apie dvidešimt keturis procentus visos pasaulio produkcijos.

Istorija

Pirmasis izoprenas šiuo metodu buvo gautas 1860 mpirolizė iš natūralaus kaučiuko. pirolizė yra terminis (esant aukštai temperatūrai) daugelio neorganinių ir organinių junginių skaidymas deguonies trūkumo sąlygomis. Vėliau buvo išrasta izopreninė lempa - elektrinė su įkaitinta ritė, kurios pagalba laboratorijose termiškai buvo suardytas terpentino aliejus.

Antrasis pasaulinis karas atnešė milžiniškąizopreno kaučiukų poreikį, todėl jie išmoko izopreną išgauti pramoniniu mastu, atlikdami limoneno pirolizę. Vis dėlto izoprenas buvo per brangus masinei sintetinių kaučiukų gamybai. Padėtis pasikeitė, kai buvo rastas būdas ją gauti iš naftos. Tada greitai pradėjo vystytis izopreno polimerizacijos technologijos.

Vaidmuo ekonomikoje

Svarbiausias dalykas planuojant tokio produkto kaip izopreno guma gamybą yra tinkamos vietos pasirinkimas, nes turėsite pristatyti C frakciją.₅ į paskirties vietą iš kelių įmonių, kurios vienu metu vykdo įtrūkimus. Antroje vietoje pagal svarbą planuose atsižvelgiama į likusių iš C frakcijos angliavandenilių panaudojimo vietą₅.

Dvidešimtojo amžiaus devintojo dešimtmečio pradžioje Vakarų Europa gamino apie aštuoniasdešimt penkis tūkstančius tonų C dienų₅, iš jų buvo keturiasdešimt keturi tūkstančiai tonųdimerizuotas ciklopentadienas ir dvidešimt trys tūkstančiai tonų izopreno. Likusi dalis - apie penkiolika tūkstančių tonų - buvo piperilenas. Po dešimties metų izopreno gamybos apimtis pasaulyje išaugo iki aštuonių šimtų penkiasdešimt tūkstančių tonų per metus.

Savybės

Standartinėmis sąlygomis izoprenas, kaip jau buvosakė - tai lakus bespalvis skystis, beveik netirpus vandenyje, tačiau bet kokiu santykiu maišosi su dietilo alkoholiu, standartiniu, benzenu, acetonu. Izoprenas gali sudaryti azeotropinius mišinius su įvairiais organiniais tirpikliais. Svarstant spektroskopinių tyrimų duomenis, matyti, kad jau esant penkiasdešimt laipsnių Celsijaus, dauguma izopreno molekulių prisiima stabilią s-trans-konformaciją, tik penkiolika procentų molekulių yra s-cis-konformacijoje. Energijos skirtumas tarp šių būsenų yra 6,3 kJ.

Cheminės izopreno savybės atspindi jį kaiptipiškas konjuguotas dienas, kuris patiria pakaitų, pridėjimo, komplekso, ciklizacijos, telomerizacijos reakcijas. Jis aktyviai reaguoja su elektrofilais ir dienofilais.

Paraiška

Pagrindinė izopreno dalis, kuri gaminamašiuo metu jis naudojamas sintezuojant izopreno kaučiuką, kuris pagal savo struktūrą ir savybes yra panašus į natūralų kaučiuką. Jis ypač plačiai naudojamas padangų gamybai. Taip pat yra dar vienas izopreno polimerizacijos produktas - poliizoprenas, kurio naudojama daug mažiau, nes jis turi gutaperčios savybių. Jis naudojamas, pavyzdžiui, vielos izoliacijai ir golfo kamuoliukams gaminti. Izopreno kaučiukas naudojamas visų rūšių gumos gaminių gamybai, kur derinamos natūralios ir kitos sintetinės gumos.

Pavyzdžiui, norėdami sumažinti lipnumą, pridėkitebutadieno-metiltireno gumos, be to, nuovargio ištvermė padidėja, jei deformacijos kartojasi. Nitritai prideda atsparumą ozonui ir atsparumą senėjimui šiluma. Taigi, stebint techninių savybių rinkinį, izopreno kaučiukai gerai veikia, kai gamina avalynę, medicininius ir kitus gaminius, naudodamiesi konvejerio juostomis, įsiurbimo ar slėginėmis žarnomis, pamušant mašinų velenus.

Pavojus aplinkai

Izoprenas yra labai sprogus ir degi.Esant didelei kūno koncentracijai, tai gali sukelti paralyžių ir mirtį. Tai daugiausia vyksta esant atmosferos prisotinimui, todėl metabolizmas vyksta kvėpavimo sistemoje, kai izoprenas virsta epoksidais ir dioliais.

Keturiasdešimt laikoma didele koncentracija.miligramai kubiniam metrui yra ribinė dozė. Mažos izopreno koncentracijos ore gali turėti narkotinį poveikį žmogui ir sukelti akių, odos, kvėpavimo takų ir gleivinės dirginimą.

Biologija

Šiuolaikiniai mokslininkai nustatė, kad izopreno garus į atmosferą išleidžia beveik visi augalai. Apytiksliai manoma, kad fitogeninio izopreno tūris yra (180–450)^_.10¹² gramų anglies per metus.Šis procesas pagreitėja, jei oro temperatūra artėja prie trisdešimt laipsnių Celsijaus, taip pat jei saulės spindulių intensyvumas yra didelis, o fotosintezė jau yra visiškai prisotinta. Izopreno biosintezę slopina fosmidomicinas ir daugelio statinų junginiai. Kodėl augalai tai daro, nėra iki galo suprantama. Galbūt izoprenas suteikia jiems papildomą atsparumą perkaitimui. Be to, tai yra radikalus valiklis, o tai reiškia, kad jis gali apsaugoti augalus nuo reaktyviųjų deguonies rūšių ir nuo ozono poveikio.

Mokslininkai taip pat teigia, kad izopreno sintezėpriverčia nuolat leisti NADPH ir ATP molekules, kurias augalas gamina fotosintezės metu. Tai reiškia, kad izopreno išsiskyrimas apsaugo nuo fotooksidacinio sunaikinimo ir pakartotinio redukcijos, jei apšvietimas yra per didelis. Šiam gynybos mechanizmui gali būti vienas trūkumas: anglis, kuri taip sunkiai gaunama fotosintezės procese, išleidžiama izopreno išsiskyrimui. Mokslininkai nesustojo ties augalais ir nustatė, kad žmogaus organizmas taip pat moka gaminti dieninius angliavandenilius, o izoprenas yra labiausiai paplitęs tarp jų.