Синтетикалық изопренді каучук қалай жасалады

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-02 13:58

Табиғи каучуктың көптеген аналогтары бар, ал изопренді каучук ең көп тонналылардың бірі болып саналады. Өнеркәсіп қасиеттері жағынан да, пайдаланылған катализаторлар түрімен де ерекшеленетін осы өнімдердің алуан түрін шығарады - литий, комплекс және т.б.

Резеңке қалай жасалады

Изопренді каучук синтетикалық болып табылады, ол стереорегулярлы және ол күрделі катализатормен инертті еріткіш ортада орналастырылған изопренді полимерлеу арқылы алынады. Бұл, мысалы, SKI-3 жасалады. Ерітіндідегі изопреннің полимерленуі үздіксіз болуы керек, ол үшін тұзды ерітіндімен салқындатылатын төрт-алты полимеризатордан тұратын батареялар бар.

Қоспадағы мономер он екі - он бес пайызға дейін концентрленеді, содан кейін конверсия дәрежесі тоқсан бес пайызға жетеді, ал ұзақтығы нөлден он градус Цельсийге дейінгі температурада екі-үш сағатты құрайды. Жоғары молекулалық изопренді каучук алу қажет болса, полимерлеуде қолданылатын реагенттердің тазалығы өте жоғары.жоғары дәреже.

Тұрақтандыру және кептіру

Полимерді тотығудан қорғау үшін оны фенилендиамин мен неозон қоспасымен тұрақтандыру керек, оны полимеризатқа ерітінді немесе сулы суспензия ретінде енгізу керек. Изопренді каучукты полимеризаттан үгінді ретінде бөлу үшін полимеризатты бумен және сумен араластыру керек, содан кейін агломерацияны болдырмайтын қоспаларды қосу керек. Содан кейін еріткіш тазартылуы керек. Енді газсыздандыру, үгінділерді судан бөлу және құрт машиналарында және таспалы кептіргіштерде кептіру процестерін жүргізу қажет. Бұл процестің соңында изопренді каучук өндірісі аяқталды деп санауға болады.

Енді ол қысыммен автоматты қондырғыларда брикеттеу болады. SKI-3 бренді - әрқайсысы отыз килограмм брикеттерде шығарылатын синтетикалық изопренді каучук. Брикет полиэтилен пленкасымен оралып, төрт қабатты қағаз пакетке салынған. Бұл пленка изопренді каучук болып табылатын мазмұнмен бір мезгілде өте жақсы өңделеді, оның араластыру температурасы бар қасиеттері полиэтиленді жұмсартуға және оны резеңке араластырғышта негізгі массамен араластыруға мүмкіндік береді.

Құрылым

Өнеркәсіп шығаратын әрбір резеңкенің тек осы сортқа ғана тән өзіндік сипаттамалары мен қасиеттері бар. Кейбір резеңкелер жақсы механикалық беріктікке ие, басқалары жақсы химиялық төзімділікке ие немесе газ өткізбейді, басқалары температураның өзгеруінен қорықпайды және т.б. Қасиеттержеке синтетикалық каучуктар табиғи каучуктен көптеген жолдармен және бірнеше есе артық. Тек табиғи резеңкенің серпімділігі әлі асып кеткен жоқ және бұл ұшақ немесе автомобиль шиналары сияқты өнімдер үшін ең маңызды қасиет.

Жұмыс кезінде олар әрқашан үлкен деформацияны бастан кешіреді - созылу да, қысылу да, бұл молекулааралық үйкелісті, қызуды және сапаны жоғалтуды тудырады. Яғни, резеңкенің серпімділігі неғұрлым жоғары болса, бұйым соғұрлым берік болады. Дәл осы себепті табиғи каучук әлі де қолданыстан шыққан жоқ және дәл осы жоғары жылдамдықтағы және ауыр жүкті ұшақтар мен автомобильдерге арналған шиналарды өндіру үшін қолданылады. Табиғи каучук - изопреннің полимері, сондықтан ғалымдар изопренді каучукты табиғи каучуктың аналогы ету үшін көп жұмыс істеуде.

Формула

Табиғи каучук алуға арналған ресурстар өте шектеулі. Қалыпты, табиғи резеңкеде C₅H₈ формуласы бар, белгілі болғандай, ол изопреннің молекулалық формуласына мүлдем ұқсайды. резеңке қызған кезде, оның ыдырау өнімдерінде түзіледі. Қиындық - ақылға қонымды жолды табу. Ал изопренді каучук полимерлену реакциясы кезінде алынады және бұл жерде бұл реакцияның жүру барысын дұрыс құру маңызды. Полимерлену келесідей жүреді: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

Әзірге ең перспективалы әдіс – мұнай газдарынан бөлінетін изопентанды каталитикалық дегидрлеу әдісі. Изопрен өндіруге арналған бастапқы материал пентан да болуы мүмкін: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, өйткені қыздырғанда және катализаторлармен бірге изопентанға да айналады. Сондай-ақ изопренді каучукты алу реакциясы құрылымы жағынан табиғи каучукқа өте ұқсас резеңке алынатын, сондықтан да тамаша қасиеттерге ие болатындай етіп құрастырылған полимерлеу әдісі бар.}

Изопрен

Изопрен – диендер қатарына жататын қанықпаған көмірсутек. Бұл ұшқыш түссіз сұйықтық. Иісі өте тән. Изопренді каучук табиғи мономер болып табылады, өйткені оның молекуласының қалған бөлігі көптеген басқа табиғи қосылыстарға - изопреноидтерге, терпеноидтарға және т.б. Ол органикалық еріткіштерде ериді. Мысалы, этил спиртімен оны кез келген қатынаста араластыруға болады. Бірақ ол суда жақсы ерімейді.

Бірақ ол полимерлеу кезінде изопренді каучуктың құрылымдық бірлігін оңай құрайды, соның арқасында изопрен гуттаперча және каучуктар алынады. Сондай-ақ изопрен сополимерлеу кезінде әртүрлі реакцияларға түсе алады. Өнеркәсіпте бұл өте қажет, өйткені ол каучуктерді, дәрі-дәрмектерді және тіпті кейбір хош иісті заттарды синтездеу үшін қолданылады. Біздің елімізде синтетикалық изопренді каучук өндірісі ұзақ уақыт бойы дамып келеді және әлемдік өндірістің шамамен жиырма төрт пайызын құрайды.

Тарих

Алғашқы изопрен 1860 жылы табиғи каучуктан пиролиз арқылы алынған.пиролиз - оттегінің жетіспеушілігі жағдайында көптеген бейорганикалық және органикалық қосылыстардың термиялық (жоғары температурада) ыдырауы. Кейінірек изопрен шамы ойлап табылды – қыздырылған катушкасы бар электрлік шам, оның көмегімен скипидар майы зертханаларда термиялық ыдырайтын болды.

Екінші дүниежүзілік соғыс изопренді каучуктарға үлкен сұраныс тудырды, сондықтан изопрен лимоненнің пиролизі арқылы өнеркәсіптік ауқымда өндірілетінін білді. Дегенмен, изопрен синтетикалық каучуктарды жаппай өндіру үшін тым қымбат болды. Оны мұнайдан алудың жолы табылғанда жағдай өзгерді. Содан кейін изопренді полимерлеу технологиялары қарқынды дами бастады.

Экономикадағы рөлі

Изопренді каучук сияқты өнімді өндіруді жоспарлаудағы ең маңызды нәрсе - орынды дұрыс таңдау, өйткені C₅ бөліну бөліктерін жеткізу қажет болады. крекингті жүзеге асыратын бірден бірнеше кәсіпорынның тағайындалуы. Маңыздылығы бойынша екінші орында C_{5. фракциясының қалған көмірсутектерін көму алаңының жоспарында қарастыру.}

ХХ ғасырдың тоқсаныншы жылдарының басында Батыс Еуропа сексен бес мың тоннаға жуық C_{5 диендер өндірді, оның қырық төрт мың тоннасы димерленген циклопентадиен және жиырма үш мың тонна изопрен болды. Қалғандары – шамамен он бес мың тонна – пиперилендер болды. Он жылдан кейін изопреннің әлемдік өндірісі жылына 850 000 тоннаға дейін өсті.}

Сипаттар

Стандартты жағдайларда изопрен, бұрын айтылғандай, суда дерлік ерімейтін, бірақ диэтил спиртімен, стандартпен, бензолмен, ацетонмен кез келген қатынаста араласатын ұшатын түссіз сұйықтық. Изопрен көптеген органикалық еріткіштермен азеотропты қоспалар түзе алады. Спектроскопиялық зерттеулердің мәліметтерін қарастырғанда, қазірдің өзінде елу градус Цельсийде изопрен молекулаларының көпшілігі тұрақты s-trans конформациясын қабылдайтынын, молекулалардың тек он бес пайызы s-cis конформациясында болатынын көруге болады. Бұл күйлер арасындағы энергия айырмашылығы 6,3 кДж.

Изопреннің химиялық қасиеттері оны типтік конъюгацияланған диен ретінде көрсетеді, ол алмастыру, қосу, комплекс түзу, циклдену, теломерлену реакцияларына түседі. Электрофильдер мен диенофильдермен реакцияда белсенді.

Қолданба

Қазір өндірілетін изопреннің негізгі бөлігі құрылымы мен қасиеттері бойынша табиғи каучукқа ұқсас изопренді каучук синтезінде қолданылады. Ол әсіресе шиналарды өндіру үшін кеңінен қолданылады. Сондай-ақ изопренді полимерлеудің тағы бір өнімі, полиизопрен бар, ол гуттаперча қасиеттеріне ие болғандықтан әлдеқайда аз қолданылады. Ол, мысалы, сым оқшаулау және гольф шарларын жасау үшін қолданылады. Изопренді каучук табиғи және басқа синтетикалық каучуктарды біріктіретін резеңке бұйымдардың барлық түрлерін жасау үшін қолданылады.

Мысалы, жабысқақтығын азайту үшін қосыладыбутадиен-метилстирол каучуктары, сонымен қатар деформациялар қайталанса, шаршауға төзімділік артады. Нитриттер озонға төзімділік пен жылудың қартаюына төзімділікті қосады. Осылайша, техникалық қасиеттердің жиынтығын сақтай отырып, изопренді каучуктар конвейер таспаларын, сорғыш немесе қысымды шлангтарды пайдалану кезінде, машина білігін төсеу кезінде, аяқ киім, медициналық және басқа бұйымдар өндірісінде тамаша көрінеді.

Қоршаған ортаға қауіп

Изопрен жоғары жарылғыш және жанғыш. Денедегі жоғары концентрацияда ол параличке және өлімге әкелуі мүмкін. Бұл негізінен атмосфераның қанығу кезінде орын алады, демек, метаболизм тыныс алу жүйесінде, изопрен эпоксидтер мен диолдарға айналғанда жүреді.

Бір текше метрге қырық миллиграмм жоғары концентрация болып саналады - бұл максималды доза. Ауадағы изопреннің аздаған концентрациясы адамға есірткілік әсер етіп, көздің, терінің, тыныс алу жолдарының және шырышты қабықтың тітіркенуін тудыруы мүмкін.

Биология

Қазіргі ғалымдар изопрен түтіндерінің барлық дерлік өсімдіктерді атмосфераға шығаратынын анықтады. Фитогендік изопреннің ғаламдық мөлшері шамамен (180-450) _{^{шамасында бағаланады.}}10^{12 грамм жылына көміртегі. Бұл процесс ауа температурасы отыз градус Цельсийге жақындаса, сондай-ақ күн радиациясының қарқындылығы жоғары болса, фотосинтез толығымен қаныққан кезде жеделдетіледі. Изопрен биосинтезі фосмидомицинмен және тұтас қосылыстармен тежеледібірқатар статиндер. Өсімдіктердің неліктен мұны жасайтыны толық түсінілмейді. Мүмкін изопрен оларға қызып кетуге қосымша қарсылық береді. Бұған қоса, бұл радикалды тазартқыш, яғни ол өсімдіктерді реактивті оттегі түрлерінен және озоннан қорғай алады.}

Ғалымдар сонымен қатар изопреннің синтезі өсімдік фотосинтез кезінде өндіретін NADPH және ATP молекулаларының тұрақты тұтынылуын тудырады деп болжайды. Демек, изопреннің бөлінуі фотототықтырғыштық деградацияны және жарықтандыру шамадан тыс болса, қайта қалпына келтіруді болдырмайды. Бұл қорғаныс механизмінің кемшілігі біреу болуы мүмкін: фотосинтез процесінде осындай қиындықпен алынатын көміртегі изопреннің бөлінуіне жұмсалады. Ғалымдар өсімдіктермен тоқтап қалмай, адам ағзасы диен көмірсутектерін де шығара алатынын анықтады, ал изопрен олардың ішінде ең көп таралған.