Kako se pravi sintetička izopren guma

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-02 13:51

Prirodna guma ima mnogo analoga, a izopren guma se smatra jednom od najvišetonažnih. Industrija proizvodi veliki izbor vrsta ovih proizvoda, koji se razlikuju kako po svojstvima tako i po vrsti katalizatora koji su korišćeni - litijumski, kompleksni i sl.

Kako se pravi guma

Izoprenska guma je sintetička, stereoregularna je, a dobija se polimerizacijom izoprena koji se stavlja u inertni rastvarač sa kompleksnim katalizatorom. To se radi, na primjer, SKI-3. Polimerizacija izoprena u rastvoru mora biti kontinuirana, za to postoje baterije od četiri do šest polimerizatora koji se hlade slanom vodom.

Monomer u smjesi je koncentrisan na dvanaest - petnaest posto, tada će stepen konverzije dostići devedeset pet posto, a trajanje će biti dva do tri sata na temperaturama od nula do deset stepeni Celzijusa. Ako je potrebno dobiti izopren gumu velike molekularne težine, čistoća reagensa koji se koristi u polimerizaciji je vrlovisok stepen.

Stabilizacija i sušenje

Da bi se polimer zaštitio od oksidacije, mora se stabilizirati mješavinom fenilendiamina i neozona, koja se mora uvesti u polimerizat kao otopina ili vodena suspenzija. Da bi se izoprenska guma odvojila od polimerizata kao mrvice, polimerizat se mora pomešati sa parom i vodom, a zatim dodati aditive koji sprečavaju aglomeraciju (grudanje). Zatim se rastvarač mora oddestilirati. Sada je potrebno izvršiti procese degazacije, odvajanja mrvica od vode i sušenja u pužnim mašinama i trakastim sušarama. Na kraju ovog procesa, proizvodnja izopren 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 umotava u polietilensku foliju i stavlja u četveroslojnu papirnu vrećicu. Ovaj film je dosta dobro obrađen istovremeno sa sadržajem, a to je izopren guma, njegova svojstva sa temperaturom miješanja sasvim omogućavaju polietilenu da omekša i pomiješa ga sa glavnom masom u gumenom mikseru.

Struktura

Svaka guma koju proizvodi industrija ima svoje karakteristike i svojstva svojstvena samo ovoj sorti. Neke gume imaju dobru mehaničku čvrstoću, druge imaju dobru hemijsku otpornost ili nepropusnost za gas, druge se ne plaše temperaturnih promena i tako dalje. Svojstvapojedinačne sintetičke gume su superiornije od prirodne gume na mnogo načina i višestruko. Samo elastičnost prirodne gume još nije nadmašena, a ovo je najvažnije svojstvo za proizvode kao što su gume za avione ili automobile.

Tokom rada uvijek doživljavaju velike deformacije - i istezanje i kompresiju, što uzrokuje međumolekularno trenje, zagrijavanje i gubitak kvalitete. Odnosno, 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 avione i automobile. Prirodna guma je polimer izoprena, zbog čega naučnici toliko naporno rade na tome da izoprenska guma bude analog prirodnog kaučuka.

Formula

Resursi za vađenje prirodne gume su veoma ograničeni. Normalna, prirodna guma ima formulu C₅H₈, kako se ispostavilo, potpuno je identična molekularnoj formuli izoprena, koja je nastaje kada se guma zagrije, u produktima njenog raspadanja. Izazov je pronaći razumno pristupačan način. A izopren guma se dobija tokom reakcije polimerizacije i ovde je važno pravilno izgraditi tok ove reakcije. Polimerizacija se odvija 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 zagreje i sa katalizatorima, takođe se pretvara u izopentan. Postoji i metoda polimerizacije u kojoj se reakcija za dobijanje izoprenske gume gradi tako da se dobije guma koja je po strukturi vrlo slična prirodnoj gumi i samim tim ima ista odlična svojstva.}

Izopren

Izopren je nezasićeni ugljovodonik koji pripada seriji diena. To je isparljiva bezbojna tečnost. Miris je vrlo karakterističan. Izoprenska guma je prirodni monomer, budući da je ostatak njene molekule uključen u mnoge druge prirodne spojeve - izoprenoide, terpenoide i slično. Rastvara se u organskim rastvaračima. S etil alkoholom, na primjer, može se miješati u bilo kojem omjeru. Ali ne otapa se dobro u vodi.

Ali lako formira strukturnu jedinicu izopren gume tokom polimerizacije, zahvaljujući kojoj se dobijaju izoprenska gutaperča i gume. Takođe, izopren može ući u različite reakcije tokom kopolimerizacije. U industriji je nezamjenjiv, jer se koristi za sintezu gume, lijekova, pa čak i nekih mirisnih tvari. Kod nas se proizvodnja sintetičkog izopren kaučuka razvija već duže vrijeme i čini oko dvadeset i četiri posto svjetske proizvodnje.

Historija

Prvi izopren je dobijen 1860. pirolizom iz prirodne gume.piroliza je termička (na visokim temperaturama) razgradnja mnogih neorganskih i organskih jedinjenja u uslovima nedostatka kiseonika. Kasnije je izumljena izoprenska lampa - električna sa zagrijanim namotajem, pomoću koje se terpentinsko ulje termički razlagalo u laboratorijama.

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 kaučuka. Situacija se promijenila kada je pronađen način da se dobije iz nafte. Tada su se tehnologije za polimerizaciju izoprena počele brzo razvijati.

Uloga u ekonomiji

Najvažnija stvar u planiranju proizvodnje proizvoda kao što je izoprenska guma je pravi izbor lokacije, jer će biti potrebno isporučiti frakcije separacije C₅ do odredište od nekoliko preduzeća odjednom, koja vrše krekiranje. Na drugom mjestu po važnosti je razmatranje u planovima za odlagalište preostalih ugljovodonika iz frakcije C_5..

Početkom devedesetih godina dvadesetog veka, zapadna Evropa je proizvela oko osamdeset pet hiljada tona C_{5 diena, od čega je četrdeset četiri hiljade tona dimerizovanog ciklopentadiena i dvadeset tri hiljade tona bio je izopren. Ostatak - oko petnaest hiljada tona - bili su piperileni. Deset godina kasnije, svjetska proizvodnja izoprena porasla je na 850.000 tona godišnje.}

Properties

U standardnim uslovima, izopren, kao što je već pomenuto, je isparljiva bezbojna tečnost, skoro nerastvorljiva u vodi, ali se može mešati u bilo kom odnosu sa dietil alkoholom, standardom, benzenom, acetonom. Izopren je u stanju da formira azeotropne mešavine sa širokim spektrom organskih rastvarača. Kada se sagledaju podaci spektroskopskih studija, može se vidjeti da već na pedeset stepeni Celzijusa 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.

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

Prijava

Glavni dio izoprena koji se trenutno proizvodi 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 se koristi za izradu svih vrsta gumenih proizvoda koji kombinuju prirodne i druge sintetičke gume.

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 toplotno starenje. Dakle, posmatrajući niz tehničkih svojstava, izoprenske gume se savršeno manifestuju prilikom upotrebe transportnih traka, usisnih ili tlačnih creva, prilikom oblaganja osovina mašina, u proizvodnji obuće, medicinskih i drugih proizvoda.

Opasnost po životnu sredinu

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

Četrdeset miligrama po kubnom metru smatra se visokom koncentracijom - ovo je maksimalna doza. Male koncentracije izoprena u vazduhu mogu imati narkotičko dejstvo na čoveka, izazvati iritaciju očiju, kože, respiratornog trakta i sluzokože.

Biologija

Savremeni naučnici su otkrili da isparenja izoprena emituju skoro sve biljke u atmosferu. Globalna količina fitogenog izoprena je približno procijenjena na (180-450)^.10^{12 grama ugljika godišnje. Ovaj proces se ubrzava ako se temperatura vazduha približi tridesetak stepeni Celzijusa, kao i ako je intenzitet sunčevog zračenja visok, dok je fotosinteza već u potpunosti zasićena. Biosinteza izoprena inhibirana fosmidomicinom i spojevima u cjeliniodređeni broj statina. Zašto biljke to rade nije u potpunosti razjašnjeno. 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.}

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