Sentetik izopren kauçuk nasıl yapılır?

2024 Yazar: Howard Calhoun | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-02 14:04

Doğal kauçuğun birçok benzeri vardır ve izopren kauçuk en çok tonajlılardan biri olarak kabul edilir. Endüstri, hem özellikleri hem de kullanılan katalizörlerin türü (lityum, kompleks ve benzerleri) bakımından farklılık gösteren bu ürünlerin çok çeşitli türlerini üretir.

Kauçuk nasıl yapılır

İzopren kauçuk sentetiktir, stereo-düzenlidir ve inert bir solvent ortamına yerleştirilen izoprenin kompleks bir katalizör ile polimerizasyonu ile elde edilir. Bu, örneğin SKI-3 yapılır. İzoprenin çözelti içinde polimerizasyonu sürekli olmalıdır, bunun için tuzlu su ile soğutulan dört ila altı polimerleştiriciden oluşan piller vardır.

Karışımdaki monomer yüzde on iki - on beşe konsantre edilir, daha sonra dönüşüm derecesi yüzde doksan beşe ulaşır ve süre sıfırdan on santigrat dereceye kadar sıcaklıklarda iki ila üç saat olur. Yüksek moleküler ağırlıklı izopren kauçuk elde etmek gerekirse, polimerizasyonda kullanılan reaktiflerin saflığı çok önemlidir.yüksek derece.

Stabilize etme ve kurutma

Polimeri oksidasyondan korumak için, polimerizata bir çözelti veya sulu süspansiyon olarak eklenmesi gereken bir fenilendiamin ve neozon karışımı ile stabilize edilmelidir. İzopren kauçuğu polimerizattan bir kırıntı halinde ayırmak için, polimerizatın buhar ve su ile karıştırılması, ardından aglomerasyonu (topaklanma) önleyen katkı maddelerinin eklenmesi gerekir. Çözücü daha sonra damıtılmalıdır. Artık gazdan arındırma, kırıntıları sudan ayırma ve kurutma işlemlerini solucan makinelerinde ve bantlı kurutucularda yapmak gerekiyor. Bu sürecin sonunda izopren kauçuk üretimi tamamlanmış sayılabilir.

Artık baskı altındaki otomatik tesislerde briketleme olacak. Marka SKI-3 - her biri otuz kilogramlık briketlerde üretilen sentetik izopren kauçuk. Briket polietilen filme sarılır ve dört katlı bir kağıt torbaya yerleştirilir. Bu film, izopren kauçuk olan içerikle aynı anda oldukça iyi işlenir, karıştırma sıcaklığı ile özellikleri, polietilenin yumuşamasını ve bir kauçuk karıştırıcıda ana kütle ile karıştırılmasını sağlar.

Yapı

Sektörün ürettiği her kauçuğun kendine has özellikleri ve sadece bu çeşide özgü özellikleri vardır. Bazı kauçuklar iyi mekanik mukavemete sahiptir, diğerleri iyi kimyasal dirence veya gaz geçirimsizliğe sahiptir, diğerlerinin sıcaklık değişikliklerinden korkmaz vb. ÖzellikleriBireysel sentetik kauçuklar, birçok yönden ve birçok kez doğal kauçuktan üstündür. Sadece doğal kauçuğun esnekliği henüz aşılmamıştır ve bu, uçak veya araba lastiği gibi ürünler için en önemli özelliktir.

Çalışma sırasında, moleküller arası sürtünmeye, ısınmaya ve kalite kaybına neden olan hem esneme hem de sıkıştırma gibi her zaman büyük bir deformasyon yaşarlar. Yani, kauçuğun esnekliği ne kadar yüksek olursa, ürün o kadar dayanıklı olur. Bu nedenle, doğal kauçuk henüz kullanımdan çıkmamıştır ve yüksek hızlı ve ağır hizmet uçakları ve arabaları için lastik üretiminde kullanılmaktadır. Doğal kauçuk bir izopren polimeridir, bu yüzden bilim adamları izopren kauçuğu doğal kauçuğa benzer yapmak için çok çalışıyorlar.

Formül

Doğal kauçuk çıkarma kaynakları çok sınırlıdır. Normal, doğal olarak oluşan kauçuk, C₅H₈ formülüne sahiptir, ortaya çıktığı gibi, izoprenin moleküler formülüyle tamamen aynıdır. Ayrışma ürünlerinde kauçuk ısıtıldığında oluşur. Buradaki zorluk, makul bir şekilde uygun fiyatlı bir yol bulmaktır. Ve polimerizasyon reaksiyonu sırasında izopren kauçuk elde edilir ve burada bu reaksiyonun gidişatını doğru bir şekilde oluşturmak önemlidir. Polimerizasyon şu şekilde gerçekleşir: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

Şimdiye kadarki en umut verici yöntem, petrol gazlarından salınan izopentanın katalitik dehidrojenasyonu yöntemidir. İzopren üretimi için başlangıç malzemesi pentan da olabilir: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, çünkü ısıtıldığında ve katalizörlerle birlikte izopentana dönüşür. Ayrıca, izopren kauçuğu elde etmek için reaksiyonun, yapı olarak doğal kauçuğa çok benzeyen ve dolayısıyla aynı mükemmel özelliklere sahip olan kauçuk elde edilecek şekilde oluşturulduğu bir polimerizasyon yöntemi de vardır.}

İzopren

İzopren, dien serisine ait doymamış bir hidrokarbondur. Uçucu renksiz bir sıvıdır. Koku çok karakteristik. İzopren kauçuk, doğal bir monomerdir, çünkü molekülünün geri kalanı, izoprenoidler, terpenoidler ve benzerleri gibi diğer birçok doğal bileşiğe dahil edilmiştir. Organik çözücülerde çözünür. Örneğin etil alkol ile herhangi bir oranda karıştırılabilir. Ama suda iyi çözünmez.

Ancak polimerizasyon sırasında izopren güta-perka ve kauçukların elde edilmesinden dolayı izopren kauçuğun yapısal bir birimini kolayca oluşturur. Ayrıca izopren, kopolimerizasyon sırasında çeşitli reaksiyonlara girebilir. Kauçuk, ilaç ve hatta bazı kokulu maddelerin sentezlenmesinde kullanıldığı için endüstride vazgeçilmezdir. Ülkemizde sentetik izopren kauçuk üretimi uzun süredir gelişmekte ve dünya üretiminin yaklaşık yüzde yirmi dördünü oluşturmaktadır.

Tarih

İlk izopren 1860 yılında doğal kauçuktan piroliz ile elde edildi.piroliz, oksijen eksikliği koşulları altında birçok inorganik ve organik bileşiğin termal (yüksek sıcaklıklarda) ayrışmasıdır. Daha sonra, bir izopren lamba icat edildi - terebentin yağının laboratuvarlarda termal olarak ayrıştırıldığı, ısıtılmış bir bobine sahip elektrikli bir lamba.

İkinci Dünya Savaşı, izopren kauçuklara büyük bir talep getirdi ve bu nedenle izoprenin, limonenin pirolizi ile endüstriyel ölçekte üretildiği öğrenildi. Yine de izopren, sentetik kauçukların seri üretimi için çok pahalıydı. Petrolden elde etmenin bir yolu bulununca durum değişti. Ardından izoprenin polimerizasyonu için teknolojiler hızla gelişmeye başladı.

Ekonomideki rolü

İzopren kauçuk gibi bir ürünün üretimini planlamada en önemli şey, doğru yer seçimidir, çünkü C₅ ayırma fraksiyonlarını müşteriye teslim etmek gerekli olacaktır. çatlama gerçekleştiren birkaç işletmeden aynı anda hedef. Önem açısından ikinci sırada, C_{5. fraksiyonundan kalan hidrokarbonların bertaraf sahasına ilişkin planlarda dikkate alınmasıdır.}

Yirminci yüzyılın doksanlı yıllarının başında Batı Avrupa, kırk dört bin tonu dimerize siklopentadien olmak üzere yaklaşık seksen beş bin ton C_{5 dien üretti ve yirmi üç bin ton izoprendi. Geri kalan - yaklaşık on beş bin ton - piperilenlerdi. On yıl sonra, dünya izopren üretimi yılda 850.000 tona yükseldi.}

Özellikler

Standart koşullar altında, daha önce de belirtildiği gibi, izopren, suda hemen hemen çözünmeyen, ancak dietil alkol, standart, benzen, aseton ile her oranda karışabilen uçucu, renksiz bir sıvıdır. İzopren, çok çeşitli organik çözücülerle azeotropik karışımlar oluşturabilir. Spektroskopik çalışmaların verileri göz önüne alındığında, zaten elli santigrat derecede, izopren moleküllerinin çoğunun kararlı bir s-trans konformasyonu aldığı, moleküllerin sadece yüzde on beşinin s-cis konformasyonunda olduğu görülebilir. Bu durumlar arasındaki enerji farkı 6,3 kJ'dir.

İzoprenin kimyasal özellikleri, onu ikame, ekleme, kompleksleşme, siklizasyon, telomerizasyon reaksiyonlarına giren tipik bir konjuge dien olarak sunar. Elektrofiller ve dienofiller ile reaksiyonda aktiftir.

Uygulama

Şu anda üretilen izoprenin ana kısmı, yapı ve özellikler bakımından doğal kauçuğa benzer şekilde izopren kauçuğunun sentezinde kullanılmaktadır. Özellikle lastik üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca gütaperka özelliklerine sahip olduğu için çok daha az kullanılan bir başka izopren polimerizasyon ürünü olan poliizopren vardır. Örneğin tel yalıtımı ve golf topları yapmak için kullanılır. İzopren kauçuk, doğal ve diğer sentetik kauçukları birleştiren her türlü kauçuk ürününü yapmak için kullanılır.

Örneğin, yapışkanlığı az altmak için eklenirbütadien-metilstiren kauçuklarda ayrıca deformasyonlar tekrarlanırsa yorulma dayanımı artar. Nitritler, ozon direncini ve ısıyla yaşlanmaya karşı direnç sağlar. Böylece, bir dizi teknik özellik göz önüne alındığında, izopren kauçuklar, konveyör bantları, emme veya basınç hortumları kullanılırken, makine millerini kaplarken, ayakkabı, tıbbi ve diğer ürünlerin üretiminde mükemmel bir şekilde kendini gösterir.

Çevresel tehlike

İzopren son derece patlayıcı ve yanıcıdır. Vücutta yüksek konsantrasyonlarda, felç ve ölüme yol açabilir. Bu esas olarak atmosferik doygunlukta meydana gelir ve bu nedenle metabolizma, izopren epoksitlere ve diollere dönüştürüldüğünde solunum sisteminde gerçekleşir.

Metreküp başına kırk miligram yüksek konsantrasyon olarak kabul edilir - bu maksimum dozdur. Havadaki küçük izopren konsantrasyonları bir kişi üzerinde narkotik bir etkiye sahip olabilir, gözlerde, ciltte, solunum yollarında ve mukoza zarlarında tahrişe neden olabilir.

Biyoloji

Modern bilim adamları, izopren dumanlarının neredeyse tüm bitkileri atmosfere saldığını keşfettiler. Küresel fitojenik izopren miktarı yaklaşık olarak (180-450)^.10^{12 gram olarak tahmin edilmektedir. yılda karbon. Hava sıcaklığı otuz santigrat dereceye yaklaşırsa ve ayrıca fotosentez zaten tamamen doymuşken güneş radyasyonunun yoğunluğu yüksekse bu süreç hızlanır. Fosmidomisin ve bütünün bileşikleri tarafından inhibe edilen izopren biyosentezibir dizi statin. Bitkilerin bunu neden yaptığı tam olarak anlaşılamamıştır. Belki de izopren onlara aşırı ısınmaya karşı ekstra direnç sağlar. Ayrıca, radikal bir temizleyicidir, yani bitkileri reaktif oksijen türlerinden ve ozondan koruyabilir.}

Bilim adamları ayrıca izopren sentezinin bitkinin fotosentez sırasında ürettiği NADPH ve ATP moleküllerinin sürekli tüketimine neden olduğunu öne sürüyorlar. Bu nedenle, izopren salınımı, aydınlatma aşırı ise foto-oksidatif bozulmayı ve yeniden azalmayı önler. Bu savunma mekanizmasının dezavantajı bir olabilir: Fotosentez sürecinde bu kadar zorlukla çıkarılan karbon, izopren salınımı için harcanır. Bilim adamları bitkilerde durmadılar ve insan vücudunun dien hidrokarbonlar da üretebileceğini ve bunlar arasında en yaygın olanının izopren olduğunu keşfetti.