Kuidas valmistatakse sünteetilist isopreenkummi

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-02 13:53

Looduslikul kummil on palju analooge ja isopreenkummi peetakse üheks kõige mitmetonnisemaks. Tööstus toodab mitmesuguseid neid tooteid, mis erinevad nii omaduste kui ka kasutatud katalüsaatorite tüübi poolest – liitium, kompleks jms.

Kuidas kummi valmistatakse

Isopreenkumm on sünteetiline, stereoregulaarne ja saadakse isopreeni polümerisatsioonil, mis on asetatud inertsesse lahustikeskkonda koos komplekskatalüsaatoriga. Seda tehakse näiteks SKI-3. Isopreeni polümerisatsioon lahuses peab olema pidev, selleks on nelja kuni kuue polümerisaatori patareid, mida jahutatakse soolveega.

Segus sisalduv monomeer kontsentreeritakse kaheteistkümne kuni viieteistkümne protsendini, seejärel jõuab konversiooniaste üheksakümne viie protsendini ja kestus on kaks kuni kolm tundi temperatuuril nullist kümne kraadini Celsiuse järgi. Kui on vaja saada suure molekulmassiga isopreenkummi, on polümerisatsioonis kasutatud reagentide puhtus väga kõrge.kõrge kraad.

Stabiliseerimine ja kuivatamine

Polümeeri oksüdeerumise eest kaitsmiseks tuleb see stabiliseerida fenüleendiamiini ja neosooni seguga, mis tuleb sisestada polümerisaati lahuse või vesisuspensioonina. Isopreenkummi eraldamiseks polümerisaadist puruna tuleb polümerisaat segada auru ja veega, seejärel lisada aglomeratsiooni (klompimist) takistavaid lisandeid. Seejärel tuleb lahusti välja destilleerida. Nüüd on vaja läbi viia degaseerimise, puru veest eraldamise ja kuivatamise protsessid tigumasinates ja lintkuivatites. Selle protsessi lõpus võib isopreenkummi tootmist lugeda lõpetatuks.

Nüüd hakkab see brikettima automaatsetele tehastele surve all. Kaubamärk SKI-3 - sünteetiline isopreenkumm, mida toodetakse kolmkümmend kilogrammi brikettidena. Brikett mähitakse polüetüleenkilesse ja asetatakse neljakihilisse paberkotti. See kile on üsna hästi töödeldud samaaegselt sisuga, milleks on isopreenkummi, selle omadused segamistemperatuuriga võimaldavad polüetüleenil pehmeneda ja segada seda kummisegistis põhimassiga.

Struktuur

Igal tööstuses toodetud kummil on oma omadused ja omadused, mis on omased ainult sellele sordile. Mõnel kummil on hea mehaaniline tugevus, teistel hea keemiline vastupidavus või gaasi mitteläbilaskvus, teised ei karda temperatuurimuutusi jne. Omadusedüksikud sünteetilised kummid on looduslikust kautšukist mitmel viisil ja kordades paremad. Ainult loodusliku kautšuki elastsust pole veel ületatud ja see on selliste toodete puhul nagu lennuki- või autorehvid kõige olulisem omadus.

Töö ajal kogevad nad alati tohutut deformatsiooni – nii venimist kui ka kokkusurumist, mis põhjustab molekulidevahelist hõõrdumist, kuumenemist ja kvaliteedi kadu. See tähendab, et mida suurem on kummi elastsus, seda vastupidavam on toode. Just sel põhjusel pole looduslik kautšuk veel kasutusest välja läinud ning just seda kasutatakse kiir- ja raskeveokite lennukite ja autode rehvide tootmiseks. Looduslik kautšuk on isopreeni polümeer, mistõttu teadlased teevad nii palju tööd, et muuta isopreenkummist loodusliku kautšuki analoogiks.

Valem

Ressursid loodusliku kautšuki kaevandamiseks on väga piiratud. Tavalise, looduslikult esineva kummi valem on C₅H₈, nagu selgus, on see absoluutselt identne isopreeni molekulaarvalemiga, mis on tekib kummi kuumutamisel selle lagunemissaadustes. Väljakutse on leida mõistlikult taskukohane viis. Ja polümerisatsioonireaktsiooni käigus saadakse isopreenkummi ja siin on oluline selle reaktsiooni kulg õigesti üles ehitada. Polümerisatsioon toimub järgmiselt: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

Seni paljutõotavaim meetod on naftagaasidest eralduva isopentaani katalüütilise dehüdrogeenimise meetod. Isopreeni tootmise lähteaineks võib olla ka pentaan: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, sest kuumutamisel ja katalüsaatoritega muutub ka isopetaaniks. Samuti on olemas polümerisatsioonimeetod, mille puhul isopreenkummi saamise reaktsioon ehitatakse üles nii, et saadakse kumm, mis on struktuurilt väga sarnane loodusliku kautšukiga ja millel on seetõttu samad suurepärased omadused.}

Isopreen

Isopreen on dieenide sarja kuuluv küllastumata süsivesinik. See on lenduv värvitu vedelik. Lõhn on väga iseloomulik. Isopreenkumm on looduslik monomeer, kuna selle molekuli ülejäänud osa sisaldub paljudes teistes looduslikes ühendites – isoprenoidides, terpenoidides jms. See lahustub orgaanilistes lahustites. Näiteks etüülalkoholiga võib seda segada mis tahes vahekorras. Kuid see ei lahustu vees hästi.

Aga see moodustab polümerisatsiooni käigus kergesti isopreenkummist struktuuriüksuse, tänu millele saadakse isopreengutapertš ja kummid. Samuti võib isopreen kopolümerisatsiooni käigus astuda erinevatesse reaktsioonidesse. Tööstuses on see asendamatu, kuna seda kasutatakse kummide, ravimite ja isegi mõne lõhnaaine sünteesimiseks. Meie riigis on sünteetilise isopreenkummi tootmine arenenud pikka aega ja see moodustab ligikaudu kakskümmend neli protsenti maailma toodangust.

Ajalugu

Esimene isopreen saadi 1860. aastal pürolüüsi teel looduslikust kautšukist.pürolüüs on paljude anorgaaniliste ja orgaaniliste ühendite termiline (kõrgetel temperatuuridel) lagunemine hapnikuvaeguse tingimustes. Hiljem leiutati isopreenlamp – soojendusega mähisega elektrilamp, millega tärpentiniõli laborites termiliselt lagundati.

Teine maailmasõda tõi kaasa tohutu nõudluse isopreenkummi järele ja seetõttu õpiti isopreeni tootma tööstuslikus mastaabis limoneeni pürolüüsi teel. Siiski oli isopreen sünteetiliste kummide masstootmiseks liiga kallis. Olukord muutus, kui leiti viis selle saamiseks naftast. Seejärel hakkasid isopreeni polümerisatsiooni tehnoloogiad kiiresti arenema.

Roll majanduses

Sellise toote nagu isopreenkummi tootmise planeerimisel on kõige olulisem asukoha õige valik, sest eraldusfraktsioonid C₅ tuleb tarnida mitmelt ettevõttelt korraga, mis teostavad krakkimist. Tähtsuselt teisel kohal on C_{5. fraktsioonist ülejäänud süsivesinike kõrvaldamiskoha plaanides.}

Kahekümnenda sajandi üheksakümnendate alguseks tootis Lääne-Euroopa umbes kaheksakümmend viis tuhat tonni C_{5 dieene, millest 44 tuhat tonni oli dimeriseeritud tsüklopentadieeni ja kakskümmend kolm tuhat tonni oli isopreen. Ülejäänud – umbes viisteist tuhat tonni – olid piperüleenid. Kümme aastat hiljem oli isopreeni tootmine maailmas tõusnud 850 000 tonnini aastas.}

Atribuudid

Standardtingimustes on isopreen, nagu juba mainitud, lenduv värvitu vedelik, vees peaaegu lahustumatu, kuid seguneb mis tahes vahekorras dietüülalkoholi, standardi, benseeni, atsetooniga. Isopreen on võimeline moodustama aseotroopseid segusid mitmesuguste orgaaniliste lahustitega. Arvestades spektroskoopiliste uuringute andmeid, on näha, et juba viiekümne Celsiuse kraadi juures omandab enamik isopreenimolekule stabiilse s-trans konformatsiooni, vaid viisteist protsenti molekulidest on s-cis konformatsioonis. Nende olekute vaheline energiaerinevus on 6,3 kJ.

Isopreeni keemilised omadused näitavad, et see on tüüpiline konjugeeritud dieen, mis osaleb asendus-, liitmis-, kompleksi-, tsüklistumis- ja telomerisatsioonireaktsioonides. Aktiivne reageerides elektrofiilide ja dienofiilidega.

Rakendus

Peamine osa praegu toodetavast isopreenist kasutatakse isopreenkummi sünteesiks, mis on struktuurilt ja omadustelt sarnane loodusliku kautšukiga. Seda kasutatakse eriti laialdaselt rehvide tootmisel. On ka teine isopreeni polümerisatsioonitoode, polüisopreen, mida kasutatakse palju vähem, kuna sellel on guttapertša omadused. Sellest valmistatakse näiteks traadist isolatsiooni ja golfipalle. Isopreenkummist kasutatakse igasuguste kummitoodete valmistamiseks, milles on kombineeritud looduslikud ja muud sünteetilised kummid.

Näiteks kleepuvuse vähendamiseks lisataksebutadieen-metüülstüreenkummid, lisaks suureneb väsimustaluvus deformatsioonide kordumisel. Nitritid lisavad osoonikindlust ja vastupidavust kuumuse vananemisele. Seega ilmnevad isopreenkummid tehniliste omaduste komplekti järgides suurepäraselt konveierilintide, imi- või survevoolikute kasutamisel, masinavõllide vooderdamisel, jalatsite, meditsiini- ja muude toodete valmistamisel.

Keskkonnaoht

Isopreen on väga plahvatusohtlik ja tuleohtlik. Suures kontsentratsioonis kehas võib see põhjustada halvatust ja surma. See esineb peamiselt atmosfääri küllastumisel ja seetõttu toimub ainevahetus hingamisteedes, kui isopreen muudetakse epoksiidideks ja dioolideks.

Nelikümmend milligrammi kuupmeetri kohta peetakse suureks kontsentratsiooniks – see on maksimaalne annus. Isopreeni väikesed kontsentratsioonid õhus võivad avaldada inimesele narkootilist toimet, põhjustada silmade, naha, hingamisteede ja limaskestade ärritust.

Bioloogia

Kaasaegsed teadlased on avastanud, et isopreeni aurud paiskavad atmosfääri peaaegu kõik taimed. Fütogeense isopreeni ülemaailmne kogus on hinnanguliselt (180–450)^.10^{12 grammi süsinikku aastas. See protsess kiireneb, kui õhutemperatuur läheneb kolmekümnele Celsiuse kraadile ja ka siis, kui päikesekiirguse intensiivsus on kõrge, samas kui fotosüntees on juba täielikult küllastunud. Isopreeni biosünteesi inhibeerivad fosmidomütsiin ja selle ühendidhulk statiine. Miks taimed seda teevad, pole täielikult teada. Võib-olla annab isopreen neile täiendava vastupidavuse ülekuumenemisele. Lisaks on see radikaalide püüdja, mis tähendab, et see võib kaitsta taimi reaktiivsete hapnikuliikide ja osooni eest.}

Teadlased viitavad ka sellele, et isopreeni süntees põhjustab pidevat NADPH ja ATP molekulide tarbimist, mida taim toodab fotosünteesi käigus. Seega takistab isopreeni vabanemine fotooksüdatiivset lagunemist ja uuesti redutseerimist, kui valgustus on ülemäärane. Selle kaitsemehhanismi puuduseks võib olla üks: süsinik, mida fotosünteesi käigus nii raskesti ekstraheeritakse, kulutatakse isopreeni vabastamiseks. Teadlased ei peatunud taimedel ja leidsid, et inimkeha suudab toota ka dieeni süsivesinikke ja isopreen on nende hulgas kõige levinum.