Kako se proizvodi sintetička izopren guma

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-02 13:56

Prirodna guma ima mnogo analoga, a izopren guma se smatra jednom od najvišetonažnih. Industrija proizvodi široku paletu vrsta ovih proizvoda, koji se razlikuju i po svojstvima i po vrsti katalizatora koji su korišteni - litij, kompleksni i slično.

Kako se pravi guma

Izoprenska guma je sintetička, stereoregularna, a dobiva se polimerizacijom izoprena smještenog u inertnom mediju otapala sa kompleksnim katalizatorom. To se radi, na primjer, SKI-3. Polimerizacija izoprena u otopini mora biti kontinuirana, za to postoje baterije od četiri do šest polimerizatora koji se hlade slanom vodom.

Monomer u smjesi se koncentrira na dvanaest - petnaest posto, tada će stupanj pretvorbe doseći devedeset pet posto, a trajanje će biti dva do tri sata na temperaturama od nula do deset stupnjeva Celzija. Ako je potrebno dobiti izopren gumu visoke molekularne težine, čistoća reagensa korištenih u polimerizaciji je vrlovisok stupanj.

Stabilizacija i sušenje

Da bi se polimer zaštitio od oksidacije, mora se stabilizirati mješavinom fenilendiamina i neozona, koji se mora uvesti u polimerizat kao otopina ili vodena suspenzija. Kako bi se izoprenska guma odvojila od polimerizata kao mrvice, polimerizat se mora pomiješati s parom i vodom, a zatim dodati aditive koji sprječavaju aglomeraciju (grudanje). Otapalo se zatim mora oddestilirati. Sada je potrebno provesti procese otplinjavanja, odvajanja mrvica od vode i sušenja u pužnim strojevima i trakastim sušilicama. Na kraju ovog procesa, proizvodnja izoprenske gume može se smatrati završenom.

Sada će se briketirati na automatskim postrojenjima pod pritiskom. Marka SKI-3 - sintetička izopren guma, koja se proizvodi u briketima od po trideset kilograma. Briket se umota u polietilensku foliju i stavi u četveroslojnu papirnatu vrećicu. Ovaj film je dosta dobro obrađen istovremeno sa sadržajem, a to je izopren guma, njegova svojstva s temperaturom miješanja sasvim dopuštaju polietilenu da omekša i pomiješa ga s glavnom masom u mješalici za gumu.

Struktura

Svaka guma koju proizvodi industrija ima svoje karakteristike i svojstva svojstvena samo ovoj sorti. Neke gume imaju dobru mehaničku čvrstoću, druge imaju dobru kemijsku otpornost ili nepropusnost za plin, druge se ne boje temperaturnih promjena i tako dalje. Svojstvapojedinačne sintetičke gume su superiornije od prirodne gume na mnogo načina i višestruko. Još uvijek nije nadmašena samo elastičnost prirodne gume, a to je najvažnije svojstvo za proizvode kao što su gume za zrakoplove ili automobile.

Tijekom rada uvijek doživljavaju velike deformacije - i istezanje i kompresiju, što uzrokuje međumolekularno trenje, zagrijavanje i gubitak kvalitete. To jest, što je veća elastičnost gume, to je proizvod izdržljiviji. Upravo iz tog razloga prirodna guma još nije izašla iz upotrebe, a upravo ona se koristi za proizvodnju guma za brze i teške zrakoplove i automobile. Prirodna guma je polimer izoprena, zbog čega znanstvenici toliko rade na tome da izopren guma postane analog prirodnog kaučuka.

Formula

Resursi za vađenje prirodne gume su vrlo ograničeni. Normalna, prirodna guma ima formulu C₅H₈, kako se pokazalo, potpuno je identična molekularnoj formuli izoprena, koja je nastaje kada se guma zagrijava, u produktima njezine razgradnje. Izazov je pronaći razumno pristupačan način. A izopren guma se dobiva tijekom reakcije polimerizacije i ovdje je važno pravilno izgraditi tijek ove reakcije. Polimerizacija se događa na sljedeći način: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

Najperspektivnija metoda do sada je metoda katalitičke dehidrogenacije izopentana koji se oslobađa iz naftnih plinova. Početni materijal za proizvodnju izoprena također može biti pentan: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, jer kada se zagrije i s katalizatorima, također se pretvara u izopentan. Postoji i metoda polimerizacije u kojoj se reakcija za dobivanje izoprenske gume gradi na način da se dobije guma koja je po strukturi vrlo slična prirodnoj gumi i stoga ima ista izvrsna svojstva.}

Izopren

Izopren je nezasićeni ugljikovodik koji pripada nizu diena. To je hlapljiva bezbojna tekućina. Miris je vrlo karakterističan. Izoprenska guma je prirodni monomer, budući da je ostatak njezine molekule uključen u mnoge druge prirodne spojeve - izoprenoide, terpenoide i slično. Otapa se u organskim otapalima. S etilnim alkoholom, na primjer, može se miješati u bilo kojem omjeru. Ali ne otapa se dobro u vodi.

Ali lako tvori strukturnu jedinicu izoprenske gume tijekom polimerizacije, zbog koje se dobivaju izoprenska gutaperka i gume. Također, izopren može ući u različite reakcije tijekom kopolimerizacije. U industriji je nezamjenjiv jer se koristi za sintezu gume, lijekova, pa čak i nekih mirisnih tvari. Kod nas se proizvodnja sintetičke izoprenske gume razvija već duže vrijeme i čini oko dvadeset i četiri posto svjetske proizvodnje.

Povijest

Prvi izopren dobiven je 1860. pirolizom iz prirodne gume.piroliza je toplinska (na visokim temperaturama) razgradnja mnogih anorganskih i organskih spojeva u uvjetima nedostatka kisika. Kasnije je izumljena izoprenska svjetiljka - električna sa zagrijanom zavojnicom, kojom se terpentinsko ulje termički razgrađuje u laboratorijima.

Drugi svjetski rat donio je ogromnu potražnju za izopren gumama, pa se izopren naučio proizvoditi u industrijskim razmjerima pirolizom limonena. Ipak, izopren je bio preskup za masovnu proizvodnju sintetičkih guma. Situacija se promijenila kada je pronađen način da se dobije iz nafte. Tada su se tehnologije za polimerizaciju izoprena počele brzo razvijati.

Uloga u gospodarstvu

Najvažnija stvar u planiranju proizvodnje proizvoda kao što je izoprenska guma je pravi izbor mjesta, jer će biti potrebno dostaviti dijelove separacije C₅ na odredište od nekoliko poduzeća odjednom, koja provode cracking. Na drugom mjestu po važnosti je razmatranje u planovima za odlagalište preostalih ugljikovodika iz frakcije C_5..

Početkom devedesetih godina dvadesetog stoljeća, zapadna Europa proizvela je oko osamdeset i pet tisuća tona C_{5 diena, od čega je četrdeset četiri tisuće tona dimeriziranog ciklopentadiena i dvadeset tri tisuće tona bio je izopren. Ostatak - oko petnaest tisuća tona - bili su piperileni. Deset godina kasnije, svjetska proizvodnja izoprena porasla je na 850 000 tona godišnje.}

Svojstva

U standardnim uvjetima, izopren je, kao što je već spomenuto, hlapljiva bezbojna tekućina, gotovo netopiva u vodi, ali se može miješati u bilo kojem omjeru s dietil alkoholom, standardom, benzenom, acetonom. Izopren je u stanju tvoriti azeotropne smjese s velikim brojem organskih otapala. Uzimajući u obzir podatke spektroskopskih studija, može se vidjeti da već na pedeset stupnjeva Celzijevih većina molekula izoprena poprima stabilnu s-trans konformaciju, samo petnaest posto molekula je u s-cis konformaciji. Između ovih stanja, energetska razlika je 6,3 kJ.

Kemijska svojstva izoprena predstavljaju ga kao tipičan konjugirani dien, koji ulazi u reakcije supstitucije, adicije, kompleksiranja, ciklizacije, telomerizacije. Aktivan u reakciji s elektrofilima i dienofilima.

Prijava

Glavni dio trenutno proizvedenog izoprena koristi se u sintezi izopren gume, slične strukture i svojstava prirodnoj gumi. Posebno se široko koristi za proizvodnju guma. Postoji i drugi proizvod polimerizacije izoprena, poliizopren, koji se mnogo manje koristi jer ima svojstva gutaperke. Koristi se za izradu izolacije žice i loptica za golf, na primjer. Izopren guma koristi se za izradu svih vrsta gumenih proizvoda koji kombiniraju prirodnu i drugu sintetičku gumu.

Na primjer, za smanjenje ljepljivosti, dodaju sebutadien-metilstirenske gume, osim toga, povećava se izdržljivost na zamor ako se deformacije ponavljaju. Nitriti dodaju otpornost na ozon i otpornost na toplinsko starenje. Dakle, promatrajući niz tehničkih svojstava, izoprenske gume savršeno se očituju pri korištenju transportnih traka, usisnih ili tlačnih crijeva, prilikom oblaganja osovina strojeva, u proizvodnji obuće, medicinskih i drugih proizvoda.

Opasnost za okoliš

Izopren je vrlo eksplozivan i zapaljiv. U visokim koncentracijama u tijelu može dovesti do paralize i smrti. To se uglavnom događa pri zasićenju atmosfere, pa se stoga metabolizam odvija u respiratornom sustavu, kada se izopren pretvara u epokside i diole.

Četrdeset miligrama po kubičnom metru smatra se visokom koncentracijom - ovo je maksimalna doza. Male koncentracije izoprena u zraku mogu imati narkotički učinak na osobu, izazvati iritaciju očiju, kože, dišnih puteva i sluznica.

Biologija

Moderni znanstvenici su otkrili da isparenja izoprena ispuštaju gotovo sve biljke u atmosferu. Globalna količina fitogenog izoprena približno je procijenjena na (180-450)^.10^{12 grama ugljika godišnje. Taj se proces ubrzava ako se temperatura zraka približi tridesetak Celzijevih stupnjeva, a također i ako je intenzitet sunčevog zračenja visok, dok je fotosinteza već u potpunosti zasićena. Biosinteza izoprena inhibirana fosmidomicinom i spojevima u cjelininiz statina. Zašto biljke to rade nije potpuno razumljivo. Možda im izopren daje dodatnu otpornost na pregrijavanje. Osim toga, on je čistač radikala, što znači da može zaštititi biljke od reaktivnih vrsta kisika i ozona.}

Znanstvenici također sugeriraju da sinteza izoprena uzrokuje stalnu potrošnju NADPH i ATP molekula, koje biljka proizvodi tijekom fotosinteze. Stoga oslobađanje izoprena sprječava fotooksidativnu degradaciju i ponovnu redukciju ako je osvjetljenje pretjerano. Nedostatak ovog obrambenog mehanizma može biti jedan: ugljik, koji se tako teško ekstrahira u procesu fotosinteze, troši se na oslobađanje izoprena. Znanstvenici se nisu zaustavili na biljkama te su otkrili da ljudsko tijelo može proizvoditi i dienske ugljikovodike, a među njima je najčešći izopren.