Как се синтезира изопренов каучук

Естественият каучук има много аналози, а изопреновият каучук се счита за един от най-многотонажни. Производството произвежда най-разнообразните видове на този продукт, които се различават както по отношение на свойствата, така и по отношение на типа катализатори, които са били използвани - литий, комплекс и други подобни.

Как се произвежда гумата?

Изопреновият каучук е синтетичен, той е стереорегулен и се получава чрез полимеризация на изопрен, поставен в среда на инертен разтворител със сложен катализатор. Това се прави, например, SKI-3. Полимеризацията на изопрен в разтвора трябва да бъде непрекъсната, затова има батерии от четири до шест полимеризатора, които се охлаждат със солев разтвор.

Мономерът в заряда е концентриран до дванадесет до петнадесет процента, след което степента на преобразуване ще достигне деветдесет и пет процента, а продължителността ще бъде от два до три часа при температури от 0 до 10 градуса по Целзий. Ако е необходимо да се получи високомолекулен изопренов каучук, чистотата на реагентите, използвани при полимеризацията, е много висока.

Стабилизиране и сушене

За да се защити полимерът от окисление, той трябва да се стабилизира със смес от фенилендиамин и неозон, която трябва да се въведе в полимера като разтвор или водна суспензия. За да се изолира изопреновият каучук от полимера като трошлив, полимерът трябва да се смеси с пара и вода, след което да се добавят добавки, които предотвратяват агломерацията. След това е необходимо разтворителят да се дестилира. Сега е необходимо да се проведат процеси на дегазиране, отделяне на трохи от водата и сушене в червеи и сушилни колани. В края на този процес, подготовката на изопренов каучук може да се счита за завършена.

Сега тя трябва да бъде брикетирана на автоматични растения под пресата. Марка SKI-3 - синтетичен изопрен каучук, който се произвежда в блокове от тридесет кг всяка. Брикетът е увит в полиетиленов филм и поставен в четирислойна хартиена торбичка. Този филм е доста добър обработват едновременно със съдържанието, което е изопрен каучук, неговите свойства с напълно смесване температура позволява полиетилен омекне и се смесва с по-голямата част в смесителя.

структура

Всяка гума, която се произвежда от промишлеността, има своя собствена характеристика и присъща само на това разнообразие от свойства. Някои гуми имат добра механична якост, други имат химическа устойчивост или газонепропускливост, други нямат страх от промени в температурата и т.н. Свойствата на отделните синтетични гуми надвишават естествените в много отношения и много пъти. Само еластичността на естествения каучук все още не е в състояние да надмине и това е най-важното свойство за такива продукти като авиацията или автомобилните гуми.

По време на работа те винаги изпитват огромна деформация - както напрежение, така и компресия, което причинява вътрешномолекулно триене, нагряване и загуба на качество. Това е, колкото по-висока е еластичността на гумата, толкова по-издръжлив е продуктът. Поради тази причина естественият каучук все още не е излязъл от употреба и се използва за производството на гуми от високоскоростни и тежкотоварни самолети и леки автомобили. Естественият каучук е полимер на изопрен, поради което работата на учените е толкова голяма, че изопреновият каучук се превръща в аналог на естествения каучук.

формула

Средствата за добив на естествен каучук са много ограничени. Обичайната каучук, получена в природата, има формулата С₅Н₈, както се оказа, то е абсолютно идентично с молекулната формула на изопрен, която се образува, когато каучукът се нагрява, в продуктите от разлагането му. Задачата е да се намери сравнително достъпен метод. По време на реакцията на полимеризация се получава изопренов каучук и е важно правилното изграждане на потока от тази реакция. Полимеризацията е както следва: nCH₂ = C (CH₃) -СН = СН₂ ----> (-CH₂ - C (CH₃) = СН-СН₂) n.

Най-обещаващият метод до момента е методът за каталитично дехидрогениране на изопентан, който се отделя от нефтени газове. Изходният материал за получаването на изопрен може да бъде пентан: СН₃-СН₂-СН₂-СН₂-СН₃, защото при нагряване и с катализатори той също се превръща в изопентан. Съществува метод на полимеризация, при който реакцията за получаване на изопрен каучук е изградена така, че да се получи гумата, много подобен по структура на естественото и следователно имат същите отлични свойства.

изопрен

Изопренът е ненаситен въглеводород, принадлежащ към серията диени. Това е летлива безцветна течност. Миризмата е много характерна. Изопрен каучук - мономер природен като останалата част от молекулите влезе в много други природни съединения - изопреноиди, терпеноиди и други подобни. В органични разтворители се разтваря. С етилов алкохол, например, може да се смесва във всяко съотношение. Но във водата той се разтваря зле.

Но той лесно образува структурна единица от изопренов каучук по време на полимеризацията, което води до изопрен гутаперча и гуми. Също така, изопренът може да влезе в различни реакции по време на съполимеризацията. В индустрията е абсолютно необходимо, защото с него има синтез на каучуци, медицински препарати и дори някои ароматни вещества. В нашата страна производството на синтетичен изопренов каучук се развива дълго време и възлиза на около двадесет и четири процента от световното производство.

история

Първият изопрен е получен през 1860 г. чрез пиролиза от естествен каучук. пиролизата е термичният (при високи температури) разграждане на много неорганични и органични съединения в условия на липса на кислород. По-късно беше измислена изопренова лампа - електрическа, с нагрята спирала, с помощта на която термично терпентиново масло беше термично разложено в лаборатории.

Втората световна война донесе огромна нужда от изопренови гуми и затова се научи да извлича изопрон в промишлен мащаб чрез пиролиза на лимонен. И все пак, изопренът е твърде скъп за масово производство на синтетични каучуци. Ситуацията се промени, когато се намери начин да се получи от петрол. Тогава технологиите за полимеризация на изопрен започнаха да се развиват бързо.

Ролята на икономиката

Най-важното нещо при планирането на производството на продукт като изопренов каучук е правилният избор на място, защото ще трябва да доставяте фракции от С₅ до местоназначението на няколко предприятия, които извършват крекинг. На второ място по отношение на важността е регистрацията в плановете на мястото на използване на останалите въглеводороди от фракция С₅.

До началото на деветдесетте години на ХХ век Западна Европа е произвела около осемдесет и пет хиляди тона диени С₅, от които четиридесет и четири хиляди тона са димеризирани циклопентадиен и двадесет и три хиляди тона - изопрен. Останалите - около петнадесет хиляди тона - бяха пиперилини. Десет години по-късно обемът на производството на изопрен в света се е увеличил до осемстотин и петдесет хиляди тона годишно.

свойства

При стандартни условия, изопрен, както беше казано - това е летлив, безцветна течност във вода почти неразтворим, но смесват във всяко съотношение с етилов алкохол, еталон, бензен, ацетон. Изопренът може да образува азеотропни смеси с различни органични разтворители. При разглеждане проучвания спектроскопски данни е очевидно, че дори при петдесет градуса по Целзий повечето от изопрен молекули се стабилен S-транс-конформация, само петнадесет процента на молекулите са в S-цис структура на. Между тези състояния енергийната разлика е 6.3 kJ.

Химичните свойства на изопрен го представляват като типичен конюгиран диен, който влиза в реакциите на заместване, добавяне, комплексиране, циклизация, теломеризация. Активни в реакцията с електрофили и диенофили.

приложение

По-голямата част от изопрена, която понастоящем се произвежда, се използва при синтеза на изопренов каучук, подобен по структура и свойства на естествения каучук. Той се използва особено широко за производството на гуми. Съществува и друг полимеризационен продукт от изопрен, полиизопрен, който се използва много по-малко, защото има свойства на гутаперча. От нея например се прави изолация за кабели и топки за голф. Изопреновият каучук се използва за производството на всички видове изделия от каучук, в които се комбинират естествени и други синтетични гуми.

Например, за да се намали залепване добавя метилстирен-бутадиен каучуци на освен подобрена издръжливост на умора, ако множествена деформация. Нитритите придават устойчивост на озон и устойчивост на стареене на топлина. По този начин, при спазване на набор от технически свойства изопрено каучук перфектно се проявяват при използване на транспортни ленти, или смукателни маркучи, с изправени машинни шахти, в производството на обувки, медицински и други продукти.

Опасност за околната среда

Изопренът лесно се взривява и се възпламенява. При високи концентрации в тялото може да доведе до парализа и смърт. По принцип това се случва при атмосферно насищане и следователно метаболизмът преминава в дихателната система, когато изопренът се превръща в епоксиди и диоли.

Счита се, че висока концентрация е четиридесет милиграма на кубичен метър - това е граничната доза. Малките 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 откриха, че двойки изопрен освобождават почти всички растения в атмосферата. Глобалният обем на фитогенния изопрен се изчислява приблизително на (180-450)^_.10¹² грама въглерод годишно. Този процес се ускорява, ако температурата на въздуха достигне 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 на редица статини. Защо растенията не се разбират напълно. Може би, изопренът им дава допълнителна устойчивост на прегряване. В допълнение, това е улов на радикали, което означава, че може да предпази растенията от активни форми на кислород и от въздействието на озона.

Също така, учените предполагат, че синтезата на изопреновите сили постоянно изразходва молекулите на NADPH и ATP, които растението произвежда по време на фотосинтеза. Следователно, изолирането на изопрен предпазва от фотооксидативно разрушаване и повторно редуциране, ако осветлението е прекомерно. Недостатъкът на този защитен механизъм може да бъде един: въглеродът, който се отделя трудно в процеса на фотосинтезата, се изразходва за изолирането на изопрен. На растенията учените не спряха и установиха, че човешкото тяло може също така да произвежда диени въглеводороди, а изопренът сред тях е най-често срещан.