Πώς κατασκευάζεται το συνθετικό καουτσούκ ισοπρενίου

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-02 13:52

Το φυσικό καουτσούκ έχει πολλά ανάλογα και το καουτσούκ ισοπρενίου θεωρείται ένα από τα πιο πολλαπλών τόνων. Η βιομηχανία παράγει μια μεγάλη ποικιλία τύπων αυτών των προϊόντων, που διαφέρουν τόσο στις ιδιότητες όσο και στον τύπο των καταλυτών που χρησιμοποιήθηκαν - λίθιο, σύμπλοκα και παρόμοια.

Πώς κατασκευάζεται το καουτσούκ

Το καουτσούκ ισοπρενίου είναι συνθετικό, είναι στερεοκανονικό και λαμβάνεται με πολυμερισμό ισοπρενίου τοποθετημένου σε μέσο αδρανούς διαλύτη με σύνθετο καταλύτη. Αυτό γίνεται, για παράδειγμα, SKI-3. Ο πολυμερισμός του ισοπρενίου σε διάλυμα πρέπει να είναι συνεχής, για αυτό υπάρχουν μπαταρίες τεσσάρων έως έξι πολυμεριστών που ψύχονται με άλμη.

Το μονομερές στο μείγμα συγκεντρώνεται σε δώδεκα - δεκαπέντε τοις εκατό, τότε ο βαθμός μετατροπής θα φτάσει το ενενήντα πέντε τοις εκατό και η διάρκεια θα είναι δύο έως τρεις ώρες σε θερμοκρασίες από μηδέν έως δέκα βαθμούς Κελσίου. Εάν είναι απαραίτητο να ληφθεί καουτσούκ ισοπρενίου υψηλού μοριακού βάρους, η καθαρότητα των αντιδραστηρίων που χρησιμοποιούνται στον πολυμερισμό είναι πολύυψηλός βαθμός.

Σταθεροποίηση και στέγνωμα

Για την προστασία του πολυμερούς από την οξείδωση, πρέπει να σταθεροποιηθεί με ένα μείγμα φαινυλενοδιαμίνης και νεοζόνης, το οποίο πρέπει να εισαχθεί στο πολυμερισμό ως διάλυμα ή υδατικό εναιώρημα. Για να διαχωριστεί το καουτσούκ ισοπρενίου από το πολυμερισμό ως ψίχα, το πολυμερισμό πρέπει να αναμειχθεί με ατμό και νερό και στη συνέχεια να προσθέσετε πρόσθετα που εμποδίζουν τη συσσωμάτωση (συσσωματώματα). Στη συνέχεια, ο διαλύτης πρέπει να αποσταχθεί. Τώρα είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθούν οι διαδικασίες απαέρωσης, διαχωρισμού των ψίχουλων από το νερό και ξήρανσης σε μηχανήματα σκουληκιών και στεγνωτήρια ιμάντα. Στο τέλος αυτής της διαδικασίας, η παραγωγή καουτσούκ ισοπρενίου μπορεί να θεωρηθεί πλήρης.

Τώρα θα γίνεται μπρικετοποίηση σε αυτόματες εγκαταστάσεις υπό πίεση. Μάρκα SKI-3 - συνθετικό ισοπρένιο καουτσούκ, το οποίο παράγεται σε μπρικέτες των τριάντα κιλών το καθένα. Η μπρικέτα τυλίγεται σε μεμβράνη πολυαιθυλενίου και τοποθετείται σε χάρτινη σακούλα τεσσάρων στρώσεων. Αυτή η μεμβράνη είναι αρκετά καλά επεξεργασμένη ταυτόχρονα με το περιεχόμενο, που είναι καουτσούκ ισοπρενίου, οι ιδιότητές της σε θερμοκρασία ανάμειξης επιτρέπουν αρκετά στο πολυαιθυλένιο να μαλακώσει και να το αναμειγνύεται με την κύρια μάζα σε ένα λαστιχένιο μίξερ.

Δομή

Κάθε καουτσούκ που παράγεται από τη βιομηχανία έχει τα δικά του χαρακτηριστικά και ιδιότητες που είναι εγγενείς μόνο σε αυτήν την ποικιλία. Μερικά λάστιχα έχουν καλή μηχανική αντοχή, άλλα έχουν καλή χημική αντίσταση ή στεγανότητα στα αέρια, άλλα δεν φοβούνται τις αλλαγές θερμοκρασίας κ.ο.κ. Ιδιότητεςτα μεμονωμένα συνθετικά καουτσούκ υπερέχουν από το φυσικό καουτσούκ με πολλούς τρόπους και πολλές φορές. Μόνο η ελαστικότητα του φυσικού καουτσούκ δεν έχει ακόμη ξεπεραστεί, και αυτή είναι η πιο σημαντική ιδιότητα για προϊόντα όπως τα ελαστικά αεροσκαφών ή αυτοκινήτων.

Κατά τη λειτουργία, αντιμετωπίζουν πάντα τεράστια παραμόρφωση - τόσο τέντωμα όσο και συμπίεση, που προκαλεί διαμοριακή τριβή, θέρμανση και απώλεια ποιότητας. Δηλαδή, όσο μεγαλύτερη είναι η ελαστικότητα του καουτσούκ, τόσο πιο ανθεκτικό είναι το προϊόν. Αυτός είναι ο λόγος που το φυσικό καουτσούκ δεν έχει φύγει ακόμη από τη χρήση και είναι αυτό που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ελαστικών για αεροσκάφη και αυτοκίνητα υψηλής ταχύτητας και βαρέως τύπου. Το φυσικό καουτσούκ είναι ένα πολυμερές ισοπρενίου, γι' αυτό οι επιστήμονες εργάζονται τόσο σκληρά για να κάνουν το καουτσούκ ισοπρενίου ανάλογο του φυσικού καουτσούκ.

Formula

Οι πόροι για την εξαγωγή φυσικού καουτσούκ είναι πολύ περιορισμένοι. Το κανονικό, φυσικά καουτσούκ έχει τον τύπο C₅H₈, όπως αποδείχθηκε, είναι απολύτως πανομοιότυπο με τον μοριακό τύπο του ισοπρενίου, ο οποίος είναι σχηματίζεται όταν το καουτσούκ θερμαίνεται, στα προϊόντα αποσύνθεσής του. Η πρόκληση είναι να βρεθεί ένας λογικά προσιτός τρόπος. Και το καουτσούκ ισοπρενίου λαμβάνεται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης πολυμερισμού και εδώ είναι σημαντικό να κατασκευαστεί σωστά η πορεία αυτής της αντίδρασης. Ο πολυμερισμός γίνεται ως εξής: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

Η πιο πολλά υποσχόμενη μέθοδος μέχρι στιγμής είναι η μέθοδος της καταλυτικής αφυδρογόνωσης του ισοπεντανίου, το οποίο απελευθερώνεται από τα αέρια πετρελαίου. Το αρχικό υλικό για την παραγωγή ισοπρενίου μπορεί επίσης να είναι το πεντάνιο: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, γιατί όταν θερμαίνεται και με καταλύτες, μετατρέπεται και σε ισοπεντάνιο. Υπάρχει επίσης μια μέθοδος πολυμερισμού στην οποία η αντίδραση για τη λήψη καουτσούκ ισοπρενίου είναι κατασκευασμένη με τέτοιο τρόπο ώστε να λαμβάνεται καουτσούκ που μοιάζει πολύ στη δομή με το φυσικό καουτσούκ και, επομένως, έχει τις ίδιες εξαιρετικές ιδιότητες.}

Ισοπρένιο

Το ισοπρένιο είναι ένας ακόρεστος υδρογονάνθρακας που ανήκει στη σειρά των διενίων. Είναι ένα πτητικό άχρωμο υγρό. Η μυρωδιά είναι πολύ χαρακτηριστική. Το καουτσούκ ισοπρενίου είναι ένα φυσικό μονομερές, καθώς το υπόλοιπο του μορίου του περιλαμβάνεται σε πολλές άλλες φυσικές ενώσεις - ισοπρενοειδή, τερπενοειδή και παρόμοια. Διαλύεται σε οργανικούς διαλύτες. Με την αιθυλική αλκοόλη, για παράδειγμα, μπορεί να αναμιχθεί σε οποιαδήποτε αναλογία. Αλλά δεν διαλύεται καλά στο νερό.

Αλλά σχηματίζει εύκολα μια δομική μονάδα ισοπρενικού καουτσούκ κατά τον πολυμερισμό, λόγω της οποίας λαμβάνεται ισοπρένιο γουταπέρκα και καουτσούκ. Επίσης, το ισοπρένιο μπορεί να εισέλθει σε διάφορες αντιδράσεις κατά τον συμπολυμερισμό. Στη βιομηχανία, είναι απαραίτητο, καθώς χρησιμοποιείται για τη σύνθεση καουτσούκ, φαρμάκων, ακόμη και ορισμένων αρωματικών ουσιών. Στη χώρα μας, η παραγωγή συνθετικού καουτσούκ ισοπρενίου αναπτύσσεται εδώ και πολύ καιρό και αντιπροσωπεύει περίπου το είκοσι τέσσερα τοις εκατό της παγκόσμιας παραγωγής.

Ιστορία

Το πρώτο ισοπρένιο ελήφθη το 1860 με πυρόλυση από φυσικό καουτσούκ. Η πυρόλυση είναι η θερμική (σε υψηλές θερμοκρασίες) αποσύνθεση πολλών ανόργανων και οργανικών ενώσεων υπό συνθήκες έλλειψης οξυγόνου. Αργότερα, εφευρέθηκε ένας λαμπτήρας ισοπρενίου - ένας ηλεκτρικός με θερμαινόμενο πηνίο, με τον οποίο το τερεβινθέλαιο αποσυντέθηκε θερμικά στα εργαστήρια.

Ο Δεύτερος Παγκόσμιος Πόλεμος έφερε τεράστια ζήτηση για καουτσούκ ισοπρενίου, και ως εκ τούτου, το ισοπρένιο έμαθε ότι παράγεται σε βιομηχανική κλίμακα με πυρόλυση λιμονενίου. Ωστόσο, το ισοπρένιο ήταν πολύ ακριβό για τη μαζική παραγωγή συνθετικών καουτσούκ. Η κατάσταση άλλαξε όταν βρέθηκε τρόπος να ληφθεί από το πετρέλαιο. Στη συνέχεια, οι τεχνολογίες για τον πολυμερισμό του ισοπρενίου άρχισαν να αναπτύσσονται γρήγορα.

Ρόλος στην οικονομία

Το πιο σημαντικό πράγμα στον σχεδιασμό της παραγωγής ενός προϊόντος όπως το καουτσούκ ισοπρενίου είναι η σωστή επιλογή τοποθεσίας, επειδή θα χρειαστεί να παραδοθούν κλάσματα διαχωρισμού C₅ στο προορισμό από πολλές επιχειρήσεις ταυτόχρονα, οι οποίες πραγματοποιούν πυρόλυση. Στη δεύτερη θέση σε σημασία είναι η εξέταση στα σχέδια για τον τόπο διάθεσης των υπολοίπων υδρογονανθράκων από το κλάσμα C_5..

Στις αρχές της δεκαετίας του ενενήντα του εικοστού αιώνα, η Δυτική Ευρώπη παρήγαγε περίπου ογδόντα πέντε χιλιάδες τόνους C_{5 διενών, εκ των οποίων σαράντα τέσσερις χιλιάδες τόνοι ήταν διμερισμένο κυκλοπενταδιένιο και είκοσι τρεις χιλιάδες τόνοι ήταν ισοπρένιο. Τα υπόλοιπα - περίπου δεκαπέντε χιλιάδες τόνοι - ήταν πιπερυλένια. Δέκα χρόνια αργότερα, η παγκόσμια παραγωγή ισοπρενίου είχε αυξηθεί στους 850.000 τόνους ετησίως.}

Ιδιότητες

Υπό τυπικές συνθήκες, το ισοπρένιο, όπως ήδη αναφέρθηκε, είναι ένα πτητικό άχρωμο υγρό, σχεδόν αδιάλυτο στο νερό, αλλά αναμίξιμο σε οποιαδήποτε αναλογία με διαιθυλική αλκοόλη, πρότυπο, βενζόλιο, ακετόνη. Το ισοπρένιο είναι ικανό να σχηματίζει αζεοτροπικά μείγματα με μεγάλη ποικιλία οργανικών διαλυτών. Κατά την εξέταση των δεδομένων φασματοσκοπικών μελετών, μπορεί να φανεί ότι ήδη στους πενήντα βαθμούς Κελσίου, τα περισσότερα από τα μόρια ισοπρενίου παίρνουν μια σταθερή διαμόρφωση s-trans, μόνο το δεκαπέντε τοις εκατό των μορίων είναι στη διαμόρφωση s-cis. Μεταξύ αυτών των καταστάσεων, η διαφορά ενέργειας είναι 6,3 kJ.

Οι χημικές ιδιότητες του ισοπρενίου το παρουσιάζουν ως τυπικό συζευγμένο διένιο, το οποίο εισέρχεται σε αντιδράσεις υποκατάστασης, προσθήκης, συμπλοκοποίησης, κυκλοποίησης, τελομερισμού. Δραστικό σε αντίδραση με ηλεκτρόφιλα και διενόφιλα.

Αίτηση

Το κύριο μέρος του ισοπρενίου που παράγεται σήμερα χρησιμοποιείται στη σύνθεση ισοπρενικού καουτσούκ, παρόμοιο στη δομή και τις ιδιότητες με το φυσικό καουτσούκ. Χρησιμοποιείται ιδιαίτερα ευρέως για την παραγωγή ελαστικών. Υπάρχει επίσης ένα άλλο προϊόν πολυμερισμού ισοπρενίου, το πολυισοπρένιο, το οποίο χρησιμοποιείται πολύ λιγότερο επειδή έχει τις ιδιότητες της γουταπέρκας. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή μονώσεων από σύρμα και μπάλες του γκολφ, για παράδειγμα. Το καουτσούκ ισοπρενίου χρησιμοποιείται για την κατασκευή όλων των ειδών προϊόντων από καουτσούκ που συνδυάζουν φυσικά και άλλα συνθετικά καουτσούκ.

Για παράδειγμα, για τη μείωση της κολλητικότητας, προστίθενταιλάστιχα βουταδιενίου-μεθυλστυρενίου, επιπλέον, η αντοχή στην κόπωση αυξάνεται εάν επαναληφθούν οι παραμορφώσεις. Τα νιτρώδη προσθέτουν αντοχή στο όζον και αντίσταση στη θερμική γήρανση. Έτσι, παρατηρώντας ένα σύνολο τεχνικών ιδιοτήτων, τα λάστιχα ισοπρενίου εκδηλώνονται τέλεια κατά τη χρήση μεταφορικών ιμάντων, εύκαμπτων σωλήνων αναρρόφησης ή πίεσης, κατά την επένδυση αξόνων μηχανών, στην παραγωγή υποδημάτων, ιατρικών και άλλων προϊόντων.

περιβαλλοντικός κίνδυνος

Το ισοπρένιο είναι εξαιρετικά εκρηκτικό και εύφλεκτο. Σε υψηλές συγκεντρώσεις στο σώμα, μπορεί να οδηγήσει σε παράλυση και θάνατο. Αυτό συμβαίνει κυρίως στον ατμοσφαιρικό κορεσμό, και επομένως ο μεταβολισμός λαμβάνει χώρα στο αναπνευστικό σύστημα, όταν το ισοπρένιο μετατρέπεται σε εποξείδια και διόλες.

Σαράντα χιλιοστόγραμμα ανά κυβικό μέτρο θεωρούνται υψηλή συγκέντρωση - αυτή είναι η μέγιστη δόση. Μικρές συγκεντρώσεις ισοπρενίου στον αέρα μπορεί να έχουν ναρκωτική επίδραση σε ένα άτομο, να προκαλέσουν ερεθισμό των ματιών, του δέρματος, της αναπνευστικής οδού και των βλεννογόνων.

Βιολογία

Σύγχρονοι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι οι αναθυμιάσεις ισοπρενίου εκπέμπουν σχεδόν όλα τα φυτά στην ατμόσφαιρα. Η παγκόσμια ποσότητα φυτογενούς ισοπρενίου υπολογίζεται περίπου σε (180-450)^.10^{12 γραμμάρια άνθρακα το χρόνο. Αυτή η διαδικασία επιταχύνεται εάν η θερμοκρασία του αέρα πλησιάζει τους τριάντα βαθμούς Κελσίου, καθώς και εάν η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι υψηλή, ενώ η φωτοσύνθεση είναι ήδη πλήρως κορεσμένη. Η βιοσύνθεση ισοπρενίου αναστέλλεται από τη φωσμιδομυκίνη και τις ενώσεις του συνόλουέναν αριθμό στατινών. Γιατί τα φυτά το κάνουν αυτό δεν είναι πλήρως κατανοητό. Ίσως το ισοπρένιο τους δίνει επιπλέον αντίσταση στην υπερθέρμανση. Επιπλέον, είναι καθαριστής ριζών, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να προστατεύσει τα φυτά από τα αντιδραστικά είδη οξυγόνου και το όζον.}

Οι επιστήμονες προτείνουν επίσης ότι η σύνθεση ισοπρενίου προκαλεί συνεχή κατανάλωση μορίων NADPH και ATP, τα οποία παράγει το φυτό κατά τη φωτοσύνθεση. Ως εκ τούτου, η απελευθέρωση ισοπρενίου αποτρέπει τη φωτοοξειδωτική αποικοδόμηση και την επαναμείωση εάν ο φωτισμός είναι υπερβολικός. Το μειονέκτημα αυτού του αμυντικού μηχανισμού μπορεί να είναι ένα: ο άνθρακας, ο οποίος εξάγεται με τόση δυσκολία στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, δαπανάται για την απελευθέρωση ισοπρενίου. Οι επιστήμονες δεν σταμάτησαν στα φυτά και ανακάλυψαν ότι το ανθρώπινο σώμα μπορεί επίσης να παράγει υδρογονάνθρακες διενίου και το ισοπρένιο είναι το πιο κοινό μεταξύ αυτών.