Kako je izdelana sintetična izoprenska guma

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-02 14:02

Naravni kavčuk ima veliko analogov, izoprenska guma pa velja za eno najbolj večtonažnih. Industrija proizvaja najrazličnejše vrste teh izdelkov, ki se razlikujejo tako po lastnostih kot po vrsti uporabljenih katalizatorjev – litijevih, kompleksnih in podobno.

Kako je narejena guma

Izoprenska guma je sintetična, je stereoregularna in je pridobljena s polimerizacijo izoprena, danega v inerten medij s topilom s kompleksnim katalizatorjem. To se naredi na primer SKI-3. Polimerizacija izoprena v raztopini mora biti neprekinjena, za to obstajajo baterije štirih do šestih polimerizatorjev, ki jih ohladimo s slanico.

Monomer v zmesi je koncentriran na dvanajst - petnajst odstotkov, nato bo stopnja pretvorbe dosegla petindevetdeset odstotkov, trajanje pa bo dve do tri ure pri temperaturah od nič do deset stopinj Celzija. Če je potrebno pridobiti izoprenski kavčuk z visoko molekulsko maso, je čistost reagentov, uporabljenih pri polimerizaciji, zelovisoka stopnja.

Stabilizacija in sušenje

Za zaščito polimera pred oksidacijo ga je treba stabilizirati z mešanico fenilendiamina in neozona, ki ju je treba vnesti v polimerizat kot raztopino ali vodno suspenzijo. Da bi izoprenski kavčuk ločili od polimerizata kot drobtino, je treba polimerizat zmešati s paro in vodo, nato dodati dodatke, ki preprečujejo aglomeracijo (grudo). Nato je treba topilo oddestilirati. Zdaj je treba izvesti postopke razplinjevanja, ločevanja drobtin od vode in sušenja v polžastih strojih in tračnih sušilnikih. Na koncu tega procesa se lahko šteje, da je proizvodnja izoprenske gume končana.

Zdaj bo briketiranje na avtomatskih obratih pod pritiskom. Blagovna znamka SKI-3 - sintetični izopren kavčuk, ki se proizvaja v briketih po trideset kilogramov. Briket zavijemo v polietilensko folijo in položimo v štirislojno papirnato vrečko. Ta film je dokaj dobro obdelan hkrati z vsebino, ki je izoprenska guma, njene lastnosti s temperaturo mešanja precej omogočajo, da se polietilen zmehča in zmeša z glavno maso v mešalniku gume.

Struktura

Vsaka guma, ki jo proizvaja industrija, ima svoje značilnosti in lastnosti, ki so lastne samo tej sorti. Nekatere gume imajo dobro mehansko trdnost, druge imajo dobro kemično odpornost ali neprepustnost za plin, druge se ne bojijo temperaturnih sprememb itd. Lastnostiposamezne sintetične gume so v mnogih pogledih in večkrat boljši od naravnega kavčuka. Le elastičnost naravnega kavčuka še ni bila presežena in to je najpomembnejša lastnost izdelkov, kot so letalske ali avtomobilske pnevmatike.

Med delovanjem se vedno pojavijo velike deformacije – tako raztezanje kot stiskanje, kar povzroči medmolekularno trenje, segrevanje in izgubo kakovosti. To pomeni, da višja kot je elastičnost gume, bolj trpežen je izdelek. Prav zaradi tega naravna guma še ni izšla iz uporabe in se prav ona uporablja za proizvodnjo pnevmatik za hitra in težka letala in avtomobile. Naravna guma je polimer izoprena, zato si znanstveniki tako trdo prizadevajo, da bi izoprenski kavčuk postal analog naravnega kavčuka.

Formula

Viri za pridobivanje naravnega kavčuka so zelo omejeni. Normalna, naravna guma ima formulo C₅H₈, kot se je izkazalo, je popolnoma identična molekulski formuli izoprena, ki je nastane pri segrevanju gume v produktih njenega razpada. Izziv je najti razumno cenovno ugoden način. Med reakcijo polimerizacije dobimo izopren kavčuk in tukaj je pomembno, da pravilno zgradimo potek te reakcije. Polimerizacija poteka na naslednji način: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

Najbolj obetavna metoda doslej je metoda katalitične dehidrogenacije izopentana, ki se sprošča iz naftnih plinov. Izhodni material za proizvodnjo izoprena je lahko tudi pentan: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, ker se pri segrevanju in s katalizatorji spremeni tudi v izopentan. Obstaja tudi metoda polimerizacije, pri kateri je reakcija za pridobivanje izoprenskega kavčuka zgrajena tako, da dobimo gumo, ki je po strukturi zelo podobna naravnemu kavčuku in ima zato enake odlične lastnosti.}

izopren

Izopren je nenasičen ogljikovodik, ki spada v vrsto dienov. Je hlapna brezbarvna tekočina. Vonj je zelo značilen. Izoprenski kavčuk je naravni monomer, saj je preostanek njegove molekule vključen v številne druge naravne spojine - izoprenoide, terpenoide in podobno. Raztaplja se v organskih topilih. Z etilnim alkoholom, na primer, ga lahko mešamo v poljubnem razmerju. Vendar se ne raztopi dobro v vodi.

Vendar med polimerizacijo zlahka tvori strukturno enoto izoprenske gume, zaradi katere se pridobiva izoprenska gutaperča in gume. Prav tako lahko izopren med kopolimerizacijo vstopi v različne reakcije. V industriji je nepogrešljiv, saj se uporablja za sintezo gume, zdravil in celo nekaterih dišečih snovi. Pri nas se proizvodnja sintetičnega izoprenskega kavčuka razvija že dolgo in predstavlja približno štiriindvajset odstotkov svetovne proizvodnje.

Zgodovina

Prvi izopren je bil pridobljen leta 1860 s pirolizo iz naravnega kavčuka.piroliza je toplotna (pri visokih temperaturah) razgradnja številnih anorganskih in organskih spojin v pogojih pomanjkanja kisika. Kasneje je bila izumljena izoprenska svetilka - električna z ogrevano tuljavo, s katero so terpentinsko olje v laboratorijih termično razgrajevali.

Druga svetovna vojna je prinesla veliko povpraševanje po izoprenskih gumah, zato so se izopren naučili proizvajati v industrijskem obsegu s pirolizo limonena. Kljub temu je bil izopren predrag za množično proizvodnjo sintetičnih kavčukov. Situacija se je spremenila, ko se je našel način pridobivanja iz nafte. Nato so se tehnologije za polimerizacijo izoprena začele hitro razvijati.

Vloga v gospodarstvu

Najpomembnejša stvar pri načrtovanju proizvodnje izdelka, kot je izoprenski kavčuk, je prava izbira lokacije, saj bo treba na trg dostaviti frakcije ločitve C₅ destinacijo iz več podjetij hkrati, ki izvajajo cracking. Na drugem mestu po pomembnosti je upoštevanje v načrtih za odlagališče preostalih ogljikovodikov iz frakcije C_5..

Do začetka devetdesetih let dvajsetega stoletja je Zahodna Evropa proizvedla približno 85 tisoč ton C_{5 dienov, od tega štiriinštirideset tisoč ton dimeriziranega ciklopentadiena in triindvajset tisoč ton je bilo izoprena. Ostalo - približno petnajst tisoč ton - so bili piperileni. Deset let pozneje se je svetovna proizvodnja izoprena povečala na 850.000 ton na leto.}

Lastnosti

V standardnih pogojih je izopren, kot že omenjeno, hlapna brezbarvna tekočina, skoraj netopna v vodi, vendar se meša v katerem koli razmerju z dietilnim alkoholom, standardom, benzenom, acetonom. Izopren lahko tvori azeotropne zmesi z najrazličnejšimi organskimi topili. Ob upoštevanju podatkov spektroskopskih študij je razvidno, da že pri petdesetih stopinjah Celzija večina molekul izoprena prevzame stabilno s-trans konformacijo, le petnajst odstotkov molekul je v s-cis konformaciji. Med temi stanji je energijska razlika 6,3 kJ.

Kemijske lastnosti izoprena ga predstavljajo kot tipičen konjugiran dien, ki vstopa v reakcije substitucije, adicije, kompleksiranja, ciklizacije, telomerizacije. Aktiven v reakciji z elektrofili in dienofili.

Prijava

Glavni del trenutno proizvedenega izoprena se uporablja za sintezo izoprenske gume, ki je po strukturi in lastnostih podobna naravnemu kavčuku. Posebej široko se uporablja za proizvodnjo pnevmatik. Obstaja tudi drug produkt polimerizacije izoprena, poliizopren, ki se uporablja precej manj, ker ima lastnosti gutaperče. Uporablja se na primer za izdelavo izolacije žic in žogic za golf. Izoprenski kavčuk se uporablja za izdelavo vseh vrst gumijastih izdelkov, ki združujejo naravne in druge sintetične gume.

Na primer, za zmanjšanje lepljivosti so dodanibutadien-metilstirenske gume, poleg tega se ob ponavljajočih se deformacijah poveča vzdržljivost na utrujenost. Nitriti dodajo odpornost na ozon in odpornost na toplotno staranje. Tako se ob upoštevanju niza tehničnih lastnosti izoprenske gume odlično pokažejo pri uporabi transportnih trakov, sesalnih ali tlačnih cevi, pri oblaganju strojnih gredi, pri proizvodnji obutve, medicinskih in drugih izdelkov.

Nevarnost za okolje

Izopren je zelo eksploziven in vnetljiv. V visokih koncentracijah v telesu lahko povzroči paralizo in smrt. To se dogaja predvsem pri nasičenosti atmosfere, zato se presnova odvija v dihalnem sistemu, ko se izopren pretvori v epokside in diole.

Štirideset miligramov na kubični meter velja za visoko koncentracijo - to je največji odmerek. Majhne koncentracije izoprena v zraku lahko na človeka delujejo narkotično, povzročijo draženje oči, kože, dihalnih poti in sluznic.

biologija

Sodobni znanstveniki so odkrili, da hlapi izoprena oddajajo v ozračje skoraj vse rastline. Globalna količina fitogenega izoprena je približno ocenjena na (180-450)^.10^{12 gramov ogljika na leto. Ta proces se pospeši, če se temperatura zraka približa tridesetim stopinjam Celzija, pa tudi, če je intenzivnost sončnega sevanja visoka, medtem ko je fotosinteza že v celoti nasičena. Fosmidomicin in njegove spojine zavirajo biosintezo izoprenaveč statinov. Zakaj rastline to počnejo, ni popolnoma razumljeno. Morda jim izopren daje dodatno odpornost na pregrevanje. Poleg tega je čistilec radikalov, kar pomeni, da lahko zaščiti rastline pred reaktivnimi kisikovimi vrstami in ozonom.}

Znanstveniki tudi domnevajo, da sinteza izoprena povzroča stalno porabo molekul NADPH in ATP, ki jih rastlina proizvaja med fotosintezo. Zato sproščanje izoprena preprečuje fotooksidativno razgradnjo in ponovno redukcijo, če je osvetlitev pretirana. Pomanjkljivost tega obrambnega mehanizma je lahko ena: ogljik, ki se tako težko ekstrahira v procesu fotosinteze, se porabi za sproščanje izoprena. Znanstveniki se niso ustavili pri rastlinah in ugotovili, da lahko človeško telo proizvaja tudi dienske ogljikovodike, med njimi pa je najpogostejši izopren.