Kuinka synteettinen isopreenikumi valmistetaan

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-02 13:54

Luonnonkumilla on monia analogeja, ja isopreenikumia pidetään yhtenä monitonniisimpia. Teollisuus tuottaa monenlaisia näitä tuotteita, jotka eroavat sekä ominaisuuksiltaan että käytettyjen katalyyttien tyypeiltä - litium, kompleksi ja vastaavat.

Kuinka kumi valmistetaan

Isopreenikumi on synteettistä, se on stereosäännöllistä, ja se saadaan polymeroimalla isopreeniä, joka on asetettu inerttiin liuotinväliaineeseen monimutkaisen katalyytin kanssa. Tämä tehdään esimerkiksi SKI-3. Isopreenin polymeroitumisen liuoksessa on oltava jatkuvaa, tätä varten on neljästä kuuteen polymeroijan akkuja, jotka jäähdytetään suolavedellä.

Seoksen monomeeri väkevöidään 12-15 prosenttiin, sitten konversioaste saavuttaa yhdeksänkymmentäviisi prosenttia ja kesto on kahdesta kolmeen tuntia lämpötiloissa nollasta kymmeneen celsiusasteeseen. Jos on tarpeen saada suurimolekyylipainoinen isopreenikumi, polymeroinnissa käytettävien reagenssien puhtaus on erittäinkorkea tutkinto.

Vakautus ja kuivaus

Polymeerin suojaamiseksi hapettumiselta se on stabiloitava fenyleenidiamiinin ja neotsonin seoksella, joka on lisättävä polymeraattiin liuoksena tai vesisuspensiona. Jotta isopreenikumi erottuisi polymeraatista muruna, polymeraatti on sekoitettava höyryn ja veden kanssa, minkä jälkeen lisätään lisäaineita, jotka estävät agglomeroitumisen (paakkuuntumisen). Tämän jälkeen liuotin on tislattava pois. Nyt on tarpeen suorittaa kaasunpoisto, murujen erottaminen vedestä ja kuivaus matokoneissa ja hihnakuivauksissa. Prosessin lopussa isopreenikumin tuotantoa voidaan pitää valmiina.

Nyt se briketoi automaattisissa laitoksissa paineen alaisena. Tuotemerkki SKI-3 - synteettinen isopreenikumi, jota valmistetaan kolmenkymmenen kilogramman briketteinä. Briketti kääritään polyeteenikalvoon ja laitetaan nelikerroksiseen paperipussiin. Tämä kalvo on varsin hyvin käsitelty samanaikaisesti sisällön kanssa, joka on isopreenikumi, jonka ominaisuudet sekoituslämpötilassa sallivat polyeteenin pehmenemisen ja sekoittamisen päämassaan kumisekoittimessa.

Rakenne

Jokaisella teollisuuden valmistamalla kumilla on omat ominaisuutensa ja ominaisuutensa, jotka ovat ominaisia vain tälle lajikkeelle. Joillakin kumeilla on hyvä mekaaninen lujuus, toisilla hyvä kemiallinen kestävyys tai kaasun läpäisevyys, toiset eivät pelkää lämpötilan muutoksia ja niin edelleen. Ominaisuudetyksittäiset synteettiset kumit ovat monin tavoin ja moninkertaisesti parempia kuin luonnonkumi. Ainoastaan luonnonkumin kimmoisuutta ei ole vielä ylitetty, ja tämä on tärkein ominaisuus tuotteille, kuten lentokoneen tai autonrenkaille.

Käytön aikana ne kokevat aina v altavia muodonmuutoksia - sekä venymistä että puristusta, mikä aiheuttaa molekyylien välistä kitkaa, kuumenemista ja laadun heikkenemistä. Eli mitä korkeampi kumin elastisuus on, sitä kestävämpi tuote. Tästä syystä luonnonkumi ei ole vielä poistunut käytöstä, ja sitä käytetään nopeiden ja raskaiden lentokoneiden ja autojen renkaiden valmistukseen. Luonnonkumi on isopreenin polymeeri, minkä vuoksi tutkijat työskentelevät niin kovasti tehdäkseen isopreenikumista luonnonkumin analogin.

Formula

Resurssit luonnonkumin louhintaan ovat hyvin rajalliset. Normaalilla, luonnossa esiintyvällä kumilla on kaava C₅H₈, kuten kävi ilmi, se on täysin identtinen isopreenin molekyylikaavan kanssa, joka on muodostuu kumia kuumennettaessa sen hajoamistuotteissa. Haasteena on löytää kohtuuhintainen tapa. Ja isopreenikumi saadaan polymerointireaktion aikana, ja tässä on tärkeää rakentaa tämän reaktion kulku oikein. Polymeroituminen tapahtuu seuraavasti: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

Toistaiseksi lupaavin menetelmä on maaöljykaasuista vapautuvan isopentaanin katalyyttinen dehydraus. Isopreenin valmistuksen lähtöaine voi olla myös pentaani: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, koska kuumennettaessa ja katalyyteillä se muuttuu myös isopentaaniksi. On olemassa myös polymerointimenetelmä, jossa reaktio isopreenikumin saamiseksi rakennetaan siten, että saadaan kumia, joka on rakenteeltaan hyvin samanlaista kuin luonnonkumi ja jolla on siksi samat erinomaiset ominaisuudet.}

Isopreeni

Isopreeni on dieenisarjaan kuuluva tyydyttymätön hiilivety. Se on haihtuvaa väritöntä nestettä. Tuoksu on hyvin ominainen. Isopreenikumi on luonnollinen monomeeri, koska sen molekyylin loppuosa sisältyy moniin muihin luonnonyhdisteisiin - isoprenoideihin, terpenoideihin ja vastaaviin. Se liukenee orgaanisiin liuottimiin. Esimerkiksi etyylialkoholin kanssa sitä voidaan sekoittaa missä tahansa suhteessa. Mutta se ei liukene hyvin veteen.

Mutta se muodostaa polymeroinnin aikana helposti isopreenikumin rakenneyksikön, jonka ansiosta saadaan isopreeniguttaperkaa ja kumeja. Myös isopreeni voi osallistua erilaisiin reaktioihin kopolymeroinnin aikana. Teollisuudessa se on välttämätön, koska sitä käytetään kumien, lääkkeiden ja jopa joidenkin tuoksuvien aineiden syntetisoimiseen. Maassamme synteettisen isopreenikumin tuotanto on kehittynyt pitkään, ja sen osuus maailman tuotannosta on noin kaksikymmentäneljä prosenttia.

Historia

Ensimmäinen isopreeni saatiin vuonna 1860 pyrolyysillä luonnonkumista.pyrolyysi on monien epäorgaanisten ja orgaanisten yhdisteiden terminen (korkeissa lämpötiloissa) hajoaminen hapen puutteen olosuhteissa. Myöhemmin keksittiin isopreenilamppu - sähköinen, jossa oli lämmitetty käämi ja jolla tärpättiöljyä hajotettiin termisesti laboratorioissa.

Toinen maailmansota toi v altavan kysynnän isopreenikumille, ja siksi isopreenia opittiin valmistamaan teollisessa mittakaavassa limoneenin pyrolyysillä. Silti isopreeni oli liian kallista synteettisten kumien massatuotantoon. Tilanne muuttui, kun löydettiin tapa saada se öljystä. Sitten isopreenin polymerointiteknologiat alkoivat kehittyä nopeasti.

Rooli taloudessa

Isopreenikumin k altaisen tuotteen tuotannon suunnittelussa tärkeintä on oikean sijainnin valinta, sillä erotusosat C₅ on toimitettava useilta yrityksiltä kerralla, jotka suorittavat krakkauksen. Toisella sijalla on C_{5.-fraktiosta peräisin olevien hiilivetyjen loppusijoituspaikkaa koskevien suunnitelmien huomioiminen.}

1900-luvun 1990-luvun alkuun mennessä Länsi-Eurooppa tuotti noin kahdeksankymmentäviisi tuhatta tonnia C_{5 dieenejä, joista 44 tuhatta tonnia oli dimeroitua syklopentadieenia ja kaksikymmentäkolme tuhatta tonnia oli isopreenia. Loput - noin viisitoista tuhatta tonnia - olivat piperyleenejä. Kymmenen vuotta myöhemmin isopreenin maailmantuotanto oli noussut 850 000 tonniin vuodessa.}

Ominaisuudet

Standardiolosuhteissa isopreeni, kuten jo mainittiin, on haihtuva väritön neste, joka on lähes liukenematon veteen, mutta sekoittuu missä tahansa suhteessa dietyylialkoholin, standardin, bentseenin ja asetonin kanssa. Isopreeni pystyy muodostamaan atseotrooppisia seoksia useiden orgaanisten liuottimien kanssa. Spekroskooppisten tutkimusten tietoja tarkasteltaessa voidaan nähdä, että jo viidessäkymmenessä celsiusasteessa suurin osa isopreenimolekyyleistä saa stabiilin s-trans-konformaation, vain viisitoista prosenttia molekyyleistä on s-cis-konformaatiossa. Näiden tilojen välinen energiaero on 6,3 kJ.

Isopreenin kemialliset ominaisuudet osoittavat sen tyypillisenä konjugoituneena dieeninä, joka osallistuu substituutio-, additio-, kompleksoitumis-, syklisaatio- ja telomeroitumisreaktioihin. Aktiivinen reaktiossa elektrofiilien ja dienofiilien kanssa.

Hakemus

Pääosa tällä hetkellä tuotetusta isopreenistä käytetään isopreenikumin synteesissä, joka on rakenteeltaan ja ominaisuuksiltaan samanlainen kuin luonnonkumi. Sitä käytetään erityisen laaj alti renkaiden valmistuksessa. On myös toinen isopreenin polymerointituote, polyisopreeni, jota käytetään paljon vähemmän, koska sillä on guttaperkan ominaisuuksia. Siitä valmistetaan esimerkiksi lankaeristystä ja golfpalloja. Isopreenikumia käytetään kaikenlaisten kumituotteiden valmistukseen, joissa yhdistyvät luonnonkumit ja muut synteettiset kumit.

Lisätään esimerkiksi tahmeuden vähentämiseksibutadieeni-metyylistyreenikumit, lisäksi väsymiskestävyys paranee, jos muodonmuutokset toistuvat. Nitriitit lisäävät otsonin kestävyyttä ja lämmönkestävyyttä. Näin ollen isopreenikumit ilmenevät teknisten ominaisuuksien sarjan perusteella täydellisesti käytettäessä kuljetinhihnoja, imu- tai paineletkuja, vuorattaessa koneen akseleita, jalkineiden, lääketieteellisten ja muiden tuotteiden valmistuksessa.

Ympäristövaara

Isopreeni on erittäin räjähdysherkkää ja syttyvää. Suurina pitoisuuksina kehossa se voi johtaa halvaukseen ja kuolemaan. Tämä tapahtuu pääasiassa ilmakehän kyllästyessä, ja siksi aineenvaihdunta tapahtuu hengityselimessä, kun isopreeni muuttuu epoksideiksi ja dioleiksi.

Neljäkymmentä milligrammaa kuutiometrissä katsotaan suureksi pitoisuudeksi – tämä on suurin annos. Pienet isopreenipitoisuudet ilmassa voivat vaikuttaa ihmiseen huumaavasti, aiheuttaa silmien, ihon, hengitysteiden ja limakalvojen ärsytystä.

Biologia

Nykyaikaiset tiedemiehet ovat havainneet, että isopreenihöyryt päästävät lähes kaikki kasvit ilmakehään. Kasviperäisen isopreenin maailmanlaajuiseksi määräksi on arvioitu noin (180-450)^.10^{12 grammaa hiili vuodessa. Tämä prosessi kiihtyy, jos ilman lämpötila lähestyy kolmeakymmentä celsiusastetta, ja myös jos auringonsäteilyn intensiteetti on korkea, kun taas fotosynteesi on jo täysin kyllästynyt. Fosmidomysiini ja sen yhdisteet estävät isopreenin biosynteesinuseita statiineja. Miksi kasvit tekevät näin, sitä ei täysin ymmärretä. Ehkä isopreeni antaa niille lisäkestävyyttä ylikuumenemiselta. Lisäksi se on radikaalien poistaja, mikä tarkoittaa, että se voi suojata kasveja reaktiivisilta happilajeilta ja otsonilta.}

Tutkijat ehdottavat myös, että isopreenin synteesi kuluttaa jatkuvasti NADPH- ja ATP-molekyylejä, joita kasvi tuottaa fotosynteesin aikana. Näin ollen isopreenin vapautuminen estää valooksidatiivisen hajoamisen ja uudelleenpelkistymisen, jos valaistus on liiallista. Tämän puolustusmekanismin haittapuoli voi olla yksi: hiili, joka uutetaan niin vaikeasti fotosynteesin prosessissa, kuluu isopreenin vapautumiseen. Tiedemiehet eivät pysähtyneet kasveihin vaan havaitsivat, että ihmiskeho voi tuottaa myös dieenihiilivetyjä, joista isopreeni on yleisin.