Kā tiek izgatavota sintētiskā izoprēna gumija

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-02 13:59

Dabīgajai gumijai ir daudz analogu, un izoprēna gumija tiek uzskatīta par vienu no daudztonnīgākajām. Nozare ražo ļoti dažādus šo produktu veidus, kas atšķiras gan pēc īpašībām, gan pēc izmantoto katalizatoru veida - litija, kompleksa un tamlīdzīgi.

Kā tiek izgatavota gumija

Izoprēna gumija ir sintētiska, tā ir stereoregulāra, un to iegūst, polimerizējot izoprēnu, kas ievietots inertā šķīdinātāja vidē ar kompleksu katalizatoru. Tas tiek darīts, piemēram, SKI-3. Izoprēna polimerizācijai šķīdumā jābūt nepārtrauktai, jo tam ir četru līdz sešu polimerizatoru baterijas, kuras atdzesē ar sālījumu.

Monomērs maisījumā ir koncentrēts līdz divpadsmit līdz piecpadsmit procentiem, tad konversijas pakāpe sasniegs deviņdesmit piecus procentus, un ilgums būs divas līdz trīs stundas temperatūrā no nulles līdz desmit grādiem pēc Celsija. Ja nepieciešams iegūt augstas molekulmasas izoprēna gumiju, polimerizācijā izmantoto reaģentu tīrība ir ļoti augstaaugsts grāds.

Stabilizācija un žāvēšana

Lai pasargātu polimēru no oksidēšanās, tas jāstabilizē ar fenilēndiamīna un neozona maisījumu, kas jāievada polimerizātā šķīduma vai ūdens suspensijas veidā. Lai izoprēna gumiju no polimerizēta atdalītu kā drupatas, polimerizāts jāsajauc ar tvaiku un ūdeni, pēc tam jāpievieno piedevas, kas novērš aglomerāciju (saķeršanos). Pēc tam šķīdinātājs ir jādestilē. Tagad ir nepieciešams veikt degazēšanas procesus, drupatas atdalīšanu no ūdens un žāvēšanu tārpu mašīnās un lentes žāvētājos. Šī procesa beigās izoprēna gumijas ražošanu var uzskatīt par pabeigtu.

Tagad tā būs briketēšana uz automātiskām rūpnīcām zem spiediena. Zīmols SKI-3 - sintētiskā izoprēna gumija, kas tiek ražota briketēs pa trīsdesmit kilogramiem katra. Briketi ietin polietilēna plēvē un ievieto četrslāņu papīra maisiņā. Šī plēve ir diezgan labi apstrādāta vienlaikus ar saturu, kas ir izoprēna gumija, tās īpašības ar maisīšanas temperatūru diezgan ļauj polietilēnam mīkstināt un sajaukt to ar galveno masu gumijas maisītājā.

Struktūra

Katrai gumijai, ko ražo nozare, ir savas īpašības un īpašības, kas raksturīgas tikai šai šķirnei. Dažām gumijām ir laba mehāniskā izturība, citām ir laba ķīmiskā izturība vai gāzes necaurlaidība, citas nebaidās no temperatūras izmaiņām utt. Īpašībasatsevišķas sintētiskās gumijas daudzējādā ziņā un daudzkārt ir pārākas par dabisko kaučuku. Vēl nav pārspēta tikai dabiskā kaučuka elastība, un tā ir vissvarīgākā īpašība tādiem izstrādājumiem kā lidmašīnu vai automašīnu riepas.

Darbības laikā tie vienmēr piedzīvo milzīgu deformāciju – gan stiepšanos, gan saspiešanu, kas izraisa starpmolekulāru berzi, karsēšanu un kvalitātes zudumu. Tas ir, jo augstāka ir gumijas elastība, jo izturīgāks ir izstrādājums. Tieši šī iemesla dēļ dabīgais kaučuks vēl nav izgājis no lietošanas, un tieši to izmanto riepu ražošanai ātrgaitas un lieljaudas lidmašīnām un automašīnām. Dabīgais kaučuks ir izoprēna polimērs, tāpēc zinātnieki tik smagi strādā, lai padarītu izoprēna kaučuku par dabiskā kaučuka analogu.

Formula

Resursi dabiskā kaučuka ieguvei ir ļoti ierobežoti. Normālai, dabā sastopamai gumijai ir formula C₅H₈, kā izrādījās, tā ir absolūti identiska izoprēna molekulārajai formulai, kas ir veidojas, gumiju karsējot, tās sadalīšanās produktos. Izaicinājums ir atrast saprātīgi pieejamu veidu. Un izoprēna gumija tiek iegūta polimerizācijas reakcijas laikā, un šeit ir svarīgi pareizi veidot šīs reakcijas gaitu. Polimerizācija notiek šādi: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

Pagaidām visdaudzsološākā metode ir izopentāna katalītiskā dehidrogenēšana, kas izdalās no naftas gāzēm. Izoprēna ražošanas izejmateriāls var būt arī pentāns: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, jo karsējot un ar katalizatoriem tas arī pārvēršas izopentānā. Ir arī polimerizācijas metode, kurā izoprēna gumijas iegūšanas reakcija tiek veidota tā, lai iegūtu gumiju, kas pēc struktūras ir ļoti līdzīga dabiskajam kaučukam un līdz ar to tai ir tādas pašas izcilas īpašības.}

Izoprēns

Izoprēns ir nepiesātināts ogļūdeņradis, kas pieder pie diēnu sērijas. Tas ir gaistošs bezkrāsains šķidrums. Smarža ir ļoti raksturīga. Izoprēna kaučuks ir dabisks monomērs, jo tā molekulas pārējā daļa ir iekļauta daudzos citos dabiskos savienojumos - izoprenoīdos, terpenoīdos un tamlīdzīgi. Tas izšķīst organiskajos šķīdinātājos. Piemēram, ar etilspirtu to var sajaukt jebkurā proporcijā. Bet tas slikti šķīst ūdenī.

Bet tas polimerizācijas laikā viegli veido izoprēna gumijas strukturālo vienību, kuras dēļ tiek iegūta izoprēna gutaperča un gumijas. Arī izoprēns kopolimerizācijas laikā var iesaistīties dažādās reakcijās. Rūpniecībā tas ir neaizstājams, jo to izmanto, lai sintezētu gumijas, zāles un pat dažas smaržīgas vielas. Mūsu valstī sintētiskā izoprēna kaučuka ražošana attīstās jau ilgu laiku, un tā veido aptuveni divdesmit četrus procentus no pasaules ražošanas.

Vēsture

Pirmais izoprēns tika iegūts 1860. gadā ar pirolīzi no dabiskā kaučuka.pirolīze ir daudzu neorganisku un organisku savienojumu termiska (augstā temperatūrā) sadalīšanās skābekļa trūkuma apstākļos. Vēlāk tika izgudrota izoprēna lampa - elektriskā ar apsildāmu spoli, ar kuru terpentīna eļļa tika termiski sadalīta laboratorijās.

Otrais pasaules karš radīja milzīgu pieprasījumu pēc izoprēna gumijām, un tāpēc izoprēnu iemācījās ražot rūpnieciskā mērogā ar limonēna pirolīzi. Tomēr izoprēns bija pārāk dārgs sintētisko gumiju masveida ražošanai. Situācija mainījās, kad tika atrasts veids, kā to iegūt no naftas. Tad izoprēna polimerizācijas tehnoloģijas sāka strauji attīstīties.

Loma ekonomikā

Svarīgākais, plānojot tāda izstrādājuma kā izoprēna gumijas ražošanu, ir pareiza vietas izvēle, jo būs nepieciešams nogādāt atdalīšanas frakcijas C₅ uz galamērķis no vairākiem uzņēmumiem vienlaikus, kas veic krekinga darbus. Otrajā vietā pēc nozīmes ir apsvērums plānos par atlikušo ogļūdeņražu apglabāšanas vietu no C_{5. frakcijas.}

Līdz divdesmitā gadsimta deviņdesmito gadu sākumam Rietumeiropā tika saražoti aptuveni astoņdesmit pieci tūkstoši tonnu C_{5 diēnu, no kuriem četrdesmit četri tūkstoši tonnu bija dimerizētais ciklopentadiēns un divdesmit trīs tūkstoši tonnu bija izoprēns. Pārējie - aptuveni piecpadsmit tūkstoši tonnu - bija piperilēni. Desmit gadus vēlāk izoprēna ražošana pasaulē bija pieaugusi līdz 850 000 tonnām gadā.}

Properties

Standarta apstākļos izoprēns, kā jau minēts, ir gaistošs bezkrāsains šķidrums, gandrīz nešķīst ūdenī, bet jebkurā proporcijā sajaucas ar dietilspirtu, standartu, benzolu, acetonu. Izoprēns spēj veidot azeotropus maisījumus ar dažādiem organiskiem šķīdinātājiem. Aplūkojot spektroskopisko pētījumu datus, redzams, ka jau pie piecdesmit grādiem pēc Celsija lielākā daļa izoprēna molekulu pieņem stabilu s-trans konformāciju, tikai piecpadsmit procenti molekulu atrodas s-cis konformācijā. Starp šiem stāvokļiem enerģijas atšķirība ir 6,3 kJ.

Izoprēna ķīmiskās īpašības raksturo to kā tipisku konjugētu diēnu, kas nonāk aizvietošanas, pievienošanas, kompleksu veidošanās, ciklizācijas, telomerizācijas reakcijās. Aktīvs reakcijā ar elektrofiliem un dienofīliem.

Pieteikums

Pašlaik ražotā izoprēna galvenā daļa tiek izmantota izoprēna gumijas sintēzē, kas pēc struktūras un īpašībām ir līdzīga dabiskajam kaučukam. Īpaši plaši to izmanto riepu ražošanā. Ir arī vēl viens izoprēna polimerizācijas produkts, poliizoprēns, ko izmanto daudz mazāk, jo tam piemīt gutaperčas īpašības. To izmanto, piemēram, stiepļu izolāciju un golfa bumbiņu izgatavošanai. Izoprēna gumiju izmanto, lai izgatavotu visa veida gumijas izstrādājumus, kuros apvienotas dabiskās un citas sintētiskās gumijas.

Piemēram, lai samazinātu lipīgumu, tiek pievienotibutadiēna-metilstirola gumijas, turklāt noguruma noturība palielinās, ja deformācijas atkārtojas. Nitrīti palielina ozona izturību un izturību pret termisko novecošanos. Tādējādi, ievērojot tehnisko īpašību kopumu, izoprēna gumijas lieliski izpaužas, izmantojot konveijera lentes, sūkšanas vai spiediena šļūtenes, oderējot mašīnu vārpstas, apavu, medicīnas un citu preču ražošanā.

Bīstamība videi

Izoprēns ir ļoti sprādzienbīstams un viegli uzliesmojošs. Augstā koncentrācijā organismā tas var izraisīt paralīzi un nāvi. Tas galvenokārt notiek pie atmosfēras piesātinājuma, un tāpēc vielmaiņa notiek elpošanas sistēmā, kad izoprēns tiek pārveidots par epoksīdiem un dioliem.

Četrdesmit miligrami uz kubikmetru tiek uzskatīti par augstu koncentrāciju – tā ir maksimālā deva. Neliela izoprēna koncentrācija gaisā var iedarboties uz cilvēku narkotiski, izraisīt acu, ādas, elpceļu un gļotādu kairinājumu.

Bioloģija

Mūsdienu zinātnieki ir atklājuši, ka izoprēna dūmi atmosfērā izdala gandrīz visus augus. Aptuvenais fitogēnā izoprēna daudzums pasaulē ir aptuveni (180-450)^.10^{12 grami ogleklis gadā. Šis process tiek paātrināts, ja gaisa temperatūra tuvojas trīsdesmit grādiem pēc Celsija, un arī tad, ja saules starojuma intensitāte ir augsta, kamēr fotosintēze jau ir pilnībā piesātināta. Izoprēna biosintēzi inhibē fosmidomicīns un tā savienojumivairāki statīni. Kāpēc augi to dara, nav pilnībā saprotams. Iespējams, ka izoprēns tiem piešķir papildu izturību pret pārkaršanu. Turklāt tas ir radikāļu uztvērējs, kas nozīmē, ka tas var aizsargāt augus no reaktīvām skābekļa sugām un ozona.}

Zinātnieki arī norāda, ka izoprēna sintēze izraisa pastāvīgu NADPH un ATP molekulu patēriņu, ko augs ražo fotosintēzes laikā. Tādējādi izoprēna izdalīšanās novērš fotooksidatīvo noārdīšanos un atkārtotu samazināšanos, ja apgaismojums ir pārmērīgs. Šī aizsardzības mehānisma trūkums var būt viens: ogleklis, kas fotosintēzes procesā tiek iegūts ar tādām grūtībām, tiek tērēts izoprēna izdalīšanai. Zinātnieki neapstājas pie augiem un noskaidroja, ka cilvēka ķermenis var ražot arī diēnu ogļūdeņražus, un izoprēns ir visizplatītākais no tiem.