Hoe synthetisch isopreenrubber wordt gemaakt

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-02 14:00

Natuurlijk rubber heeft veel analogen en isopreenrubber wordt beschouwd als een van de meest multi-tonnage. De industrie produceert een grote verscheidenheid aan soorten van deze producten, die zowel verschillen in eigenschappen als in het type katalysator dat werd gebruikt - lithium, complex en dergelijke.

Hoe rubber wordt gemaakt

Isopreenrubber is synthetisch, is stereoregulier en wordt verkregen door polymerisatie van isopreen dat in een inert oplosmiddelmedium met een complexe katalysator is geplaatst. Dit gebeurt bijvoorbeeld bij SKI-3. De polymerisatie van isopreen in oplossing moet continu zijn, hiervoor zijn er batterijen van vier tot zes polymerisatoren die worden gekoeld met pekel.

Het monomeer in het mengsel is geconcentreerd tot twaalf - vijftien procent, dan zal de omzettingsgraad vijfennegentig procent bereiken en de duur zal twee tot drie uur zijn bij temperaturen van nul tot tien graden Celsius. Als het nodig is om isopreenrubber met een hoog molecuulgewicht te verkrijgen, is de zuiverheid van de bij de polymerisatie gebruikte reagentia zeerhoge graad.

Stabiliseren en drogen

Om het polymeer tegen oxidatie te beschermen, moet het worden gestabiliseerd met een mengsel van fenyleendiamine en neozon, dat als een oplossing of waterige suspensie in het polymerisaat moet worden gebracht. Om het isopreenrubber als een kruimel van het polymerisaat te scheiden, moet het polymerisaat worden gemengd met stoom en water en vervolgens additieven toevoegen die agglomeratie (klonteren) voorkomen. Het oplosmiddel moet dan worden afgedestilleerd. Nu is het noodzakelijk om de processen van ontgassen uit te voeren, de kruimels van water te scheiden en te drogen in wormmachines en banddrogers. Aan het einde van dit proces kan de productie van isopreenrubber als voltooid worden beschouwd.

Nu wordt het briketteren op automatische installaties onder druk. Merk SKI-3 - synthetisch isopreenrubber, dat wordt geproduceerd in briketten van elk dertig kilogram. De briket wordt in polyethyleenfolie gewikkeld en in een papieren zak met vier lagen geplaatst. Deze film is vrij goed gelijktijdig verwerkt met de inhoud, die isopreenrubber is, zijn eigenschappen met mengtemperatuur laten polyethyleen vrij zacht worden en mengen met de hoofdmassa in een rubbermixer.

Structuur

Elk rubber dat door de industrie wordt geproduceerd, heeft zijn eigen kenmerken en eigenschappen die alleen inherent zijn aan deze variëteit. Sommige rubbers hebben een goede mechanische sterkte, andere hebben een goede chemische bestendigheid of gasdichtheid, andere zijn niet bang voor temperatuurveranderingen, enzovoort. Eigendommenindividuele synthetische rubbers zijn in vele opzichten en vele malen superieur aan natuurlijk rubber. Alleen de elasticiteit van natuurrubber is nog niet overtroffen en dit is de belangrijkste eigenschap voor producten als vliegtuig- of autobanden.

Tijdens het gebruik ervaren ze altijd enorme vervorming - zowel rekken als compressie, wat intermoleculaire wrijving, verhitting en kwaliteitsverlies veroorzaakt. Dat wil zeggen, hoe hoger de elasticiteit van rubber, hoe duurzamer het product. Om deze reden is natuurlijk rubber nog niet buiten gebruik geraakt en wordt het gebruikt voor de productie van banden voor hogesnelheids- en zware vliegtuigen en auto's. Natuurrubber is een polymeer van isopreen. Daarom werken wetenschappers zo hard om van isopreenrubber een analoog van natuurlijk rubber te maken.

Formule

Resources voor de winning van natuurlijk rubber zijn zeer beperkt. Normaal, natuurlijk voorkomend rubber heeft de formule C₅H₈, het bleek absoluut identiek te zijn aan de molecuulformule van isopreen, dat is gevormd wanneer rubber wordt verwarmd, in zijn ontledingsproducten. De uitdaging is om een redelijk betaalbare manier te vinden. En isopreenrubber wordt verkregen tijdens de polymerisatiereactie, en hier is het belangrijk om het verloop van deze reactie correct op te bouwen. Polymerisatie vindt als volgt plaats: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

De meest veelbelovende methode tot nu toe is de methode van katalytische dehydrogenering van isopentaan, dat vrijkomt uit petroleumgassen. Het uitgangsmateriaal voor de productie van isopreen kan ook pentaan zijn: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, want bij verhitting en met katalysatoren verandert het ook in isopentaan. Er is ook een polymerisatiemethode waarbij de reactie voor het verkrijgen van isopreenrubber zodanig wordt opgebouwd dat rubber wordt verkregen dat qua structuur sterk lijkt op natuurlijk rubber en daarom dezelfde uitstekende eigenschappen heeft.}

Isopreen

Isopreen is een onverzadigde koolwaterstof die behoort tot de dieenreeks. Het is een vluchtige kleurloze vloeistof. De geur is zeer karakteristiek. Isopreenrubber is een natuurlijk monomeer, aangezien de rest van het molecuul is opgenomen in veel andere natuurlijke verbindingen - isoprenoïden, terpenoïden en dergelijke. Het lost op in organische oplosmiddelen. Met bijvoorbeeld ethylalcohol kan het in elke verhouding worden gemengd. Maar het lost niet goed op in water.

Maar het vormt tijdens de polymerisatie gemakkelijk een structurele eenheid van isopreenrubber, waardoor isopreen-guttapercha en rubbers worden verkregen. Ook kan isopreen tijdens de copolymerisatie verschillende reacties aangaan. In de industrie is het onmisbaar, omdat het wordt gebruikt om rubbers, medicijnen en zelfs sommige geurstoffen te synthetiseren. In ons land ontwikkelt de productie van synthetisch isopreenrubber zich al geruime tijd en is goed voor ongeveer vierentwintig procent van de wereldproductie.

Geschiedenis

Het eerste isopreen werd in 1860 verkregen door pyrolyse uit natuurlijk rubber.pyrolyse is de thermische (bij hoge temperaturen) ontleding van veel anorganische en organische verbindingen onder zuurstofgebrek. Later werd een isopreenlamp uitgevonden - een elektrische met een verwarmde spoel, waarmee terpentijnolie thermisch werd afgebroken in laboratoria.

De Tweede Wereldoorlog bracht een enorme vraag naar isopreenrubbers en daarom werd geleerd om isopreen op industriële schaal te produceren door pyrolyse van limoneen. Toch was isopreen te duur voor de massaproductie van synthetische rubbers. De situatie veranderde toen er een manier werd gevonden om het uit olie te halen. Toen begonnen technologieën voor de polymerisatie van isopreen zich snel te ontwikkelen.

Rol in de economie

Het belangrijkste bij het plannen van de productie van een product zoals isopreenrubber is de juiste locatiekeuze, omdat het nodig zal zijn om scheidingsfracties C₅ aan de bestemming van meerdere ondernemingen tegelijk, die kraken uitvoeren. Op de tweede plaats van belang is de overweging in de plannen voor de berging van de resterende koolwaterstoffen uit de C_{5. fractie.}

Aan het begin van de jaren negentig van de twintigste eeuw produceerde West-Europa ongeveer vijfentachtigduizend ton C_{5-dienen, waarvan vierenveertigduizend ton gedimeriseerd cyclopentadieen en drieëntwintigduizend ton was isopreen. De rest - zo'n vijftienduizend ton - waren piperylenen. Tien jaar later was de wereldproductie van isopreen gestegen tot 850.000 ton per jaar.}

Eigenschappen

Onder standaardomstandigheden is isopreen, zoals eerder vermeld, een vluchtige kleurloze vloeistof, bijna onoplosbaar in water, maar in elke verhouding mengbaar met diethylalcohol, standaard, benzeen, aceton. Isopreen kan azeotrope mengsels vormen met een grote verscheidenheid aan organische oplosmiddelen. Als we de gegevens van spectroscopische onderzoeken bekijken, kunnen we zien dat al bij vijftig graden Celsius de meeste isopreenmoleculen een stabiele s-trans-conformatie aannemen, terwijl slechts vijftien procent van de moleculen zich in de s-cis-conformatie bevindt. Tussen deze toestanden is het energieverschil 6,3 kJ.

De chemische eigenschappen van isopreen presenteren het als een typisch geconjugeerd dieen, dat substitutie-, additie-, complexerings-, cyclisatie- en telomerisatiereacties aangaat. Actief in reactie met elektrofielen en dienofielen.

Toepassing

Het grootste deel van het momenteel geproduceerde isopreen wordt gebruikt bij de synthese van isopreenrubber, dat qua structuur en eigenschappen vergelijkbaar is met natuurlijk rubber. Het wordt vooral veel gebruikt voor de productie van banden. Er is ook een ander isopreenpolymerisatieproduct, polyisopreen, dat veel minder wordt gebruikt omdat het de eigenschappen van guttapercha heeft. Het wordt gebruikt om bijvoorbeeld draadisolatie en golfballen van te maken. Isopreenrubber wordt gebruikt om allerlei soorten rubberproducten te maken die natuurlijke en andere synthetische rubbers combineren.

Om bijvoorbeeld plakkerigheid te verminderen, zijn toegevoegdbutadieen-methylstyreenrubbers, bovendien neemt het uithoudingsvermogen toe als de vervormingen worden herhaald. Nitrieten voegen ozonbestendigheid en weerstand tegen veroudering door hitte toe. Dus, met inachtneming van een reeks technische eigenschappen, manifesteren isopreenrubbers zich perfect bij het gebruik van transportbanden, zuig- of drukslangen, bij het bekleden van machineassen, bij de productie van schoeisel, medische en andere producten.

Milieugevaar

Isopreen is zeer explosief en ontvlambaar. In hoge concentraties in het lichaam kan het leiden tot verlamming en de dood. Dit gebeurt voornamelijk bij atmosferische verzadiging en daarom vindt het metabolisme plaats in het ademhalingssysteem, wanneer isopreen wordt omgezet in epoxiden en diolen.

Veertig milligram per kubieke meter wordt als een hoge concentratie beschouwd - dit is de maximale dosis. Kleine concentraties isopreen in de lucht kunnen een verdovend effect hebben op een persoon, irritatie van de ogen, huid, luchtwegen en slijmvliezen veroorzaken.

Biologie

Moderne wetenschappers hebben ontdekt dat isopreendampen bijna alle planten in de atmosfeer uitstoten. De globale hoeveelheid fytogeen isopreen wordt bij benadering geschat op (180-450)^.10^{12 gram koolstof per jaar. Dit proces wordt versneld als de luchttemperatuur de dertig graden nadert, en ook als de intensiteit van de zonnestraling hoog is, terwijl de fotosynthese al volledig verzadigd is. Biosynthese van isopreen geremd door fosmidomycine en verbindingen van het geheeleen aantal statines. Waarom planten dit doen is niet helemaal duidelijk. Misschien geeft het isopreen ze extra weerstand tegen oververhitting. Bovendien is het een radicalenvanger, wat betekent dat het planten kan beschermen tegen reactieve zuurstofsoorten en ozon.}

Wetenschappers suggereren ook dat de synthese van isopreen een constante consumptie van NADPH- en ATP-moleculen veroorzaakt, die de plant tijdens de fotosynthese produceert. Vandaar dat de afgifte van isopreen foto-oxidatieve afbraak en herreductie voorkomt als de verlichting overmatig is. Het nadeel van dit afweermechanisme kan er één zijn: de koolstof, die tijdens het fotosyntheseproces zo moeilijk wordt gewonnen, wordt besteed aan het vrijkomen van isopreen. Wetenschappers stopten niet bij planten en ontdekten dat het menselijk lichaam ook dieenkoolwaterstoffen kan produceren, en isopreen is de meest voorkomende onder hen.