Hvordan fremstilles syntetisk isoprengummi

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-02 13:52

Naturgummi har mange analoger, og isoprengummi betragtes som en af de mest multitonnage. Industrien producerer en bred vifte af typer af disse produkter, der adskiller sig både i egenskaber og i typen af katalysatorer, der blev brugt - lithium, kompleks og lignende.

Hvordan gummi fremstilles

Isoprengummi er syntetisk, det er stereoregulært, og det opnås ved polymerisation af isopren placeret i et inert opløsningsmiddel med en kompleks katalysator. Dette gøres for eksempel SKI-3. Polymerisationen af isopren i opløsning skal være kontinuerlig, til dette er der batterier med fire til seks polymerisatorer, der afkøles med s altlage.

Monomeren i blandingen er koncentreret til tolv - femten procent, så vil omdannelsesgraden nå femoghalvfems procent, og varigheden vil være to til tre timer ved temperaturer fra nul til ti grader Celsius. Hvis det er nødvendigt at opnå isoprengummi med høj molekylvægt, er renheden af de reagenser, der anvendes i polymerisationen, megethøj grad.

Stabilisering og tørring

For at beskytte polymeren mod oxidation skal den stabiliseres med en blanding af phenylendiamin og neozon, som skal indføres i polymerisatet som en opløsning eller vandig suspension. For at adskille isoprengummien fra polymerisatet som en krumme, skal polymerisatet blandes med damp og vand, derefter tilsættes additiver, der forhindrer agglomeration (klumpning). Derefter skal opløsningsmidlet afdestilleres. Nu er det nødvendigt at udføre processerne med afgasning, adskille krummerne fra vand og tørre i ormemaskiner og bæltetørrere. Ved afslutningen af denne proces kan produktionen af isoprengummi betragtes som afsluttet.

Nu bliver det brikettering på automatiske anlæg under pres. Mærke SKI-3 - syntetisk isoprengummi, som produceres i briketter på tredive kilogram hver. Briketten pakkes ind i polyethylenfilm og lægges i en firelags papirpose. Denne film er ret godt forarbejdet samtidigt med indholdet, som er isoprengummi, dens egenskaber med blandingstemperatur tillader ret, at polyethylen blødgøres og blandes med hovedmassen i en gummiblander.

Structure

Hver gummi, der produceres af industrien, har sine egne karakteristika og egenskaber, der kun er iboende for denne sort. Nogle gummier har god mekanisk styrke, andre har god kemisk resistens eller gasimpermeabilitet, andre har ingen frygt for temperaturændringer og så videre. Ejendommeindividuelle syntetiske gummier er overlegne i forhold til naturgummi på mange måder og mange gange. Kun elasticiteten af naturgummi er endnu ikke overgået, og dette er den vigtigste egenskab for produkter som fly- eller bildæk.

Under drift oplever de altid en enorm deformation - både strækning og kompression, hvilket forårsager intermolekylær friktion, opvarmning og tab af kvalitet. Det vil sige, jo højere elasticitet af gummi, jo mere holdbart er produktet. Det er af denne grund, at naturgummi endnu ikke er gået ud af brug, og det er det, der bruges til fremstilling af dæk til højhastigheds- og tunge fly og biler. Naturgummi er en polymer af isopren, hvilket er grunden til, at forskere arbejder så hårdt på at gøre isoprengummi til en analog af naturgummi.

Formel

Ressourcer til udvinding af naturgummi er meget begrænsede. Norm alt, naturligt forekommende gummi har formlen C₅H₈, som det viste sig, er det fuldstændig identisk med molekylformlen for isopren, som er dannes, når gummi opvarmes, i dets nedbrydningsprodukter. Udfordringen er at finde en rimeligt overkommelig måde. Og isoprengummi opnås under polymerisationsreaktionen, og her er det vigtigt at opbygge forløbet af denne reaktion korrekt. Polymerisering sker som følger: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

Den hidtil mest lovende metode er metoden til katalytisk dehydrogenering af isopentan, som frigives fra petroleumsgasser. Udgangsmaterialet til isoprenproduktion kan også være pentan: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, for når det opvarmes og med katalysatorer, bliver det også til isopentan. Der er også en polymerisationsmetode, hvor reaktionen til opnåelse af isoprengummi er opbygget på en sådan måde, at der opnås gummi, der i struktur minder meget om naturgummi og derfor har de samme fremragende egenskaber.}

Isoprene

Isopren er et umættet kulbrinte, der tilhører diene-serien. Det er en flygtig farveløs væske. Duften er meget karakteristisk. Isoprengummi er en naturlig monomer, da resten af dets molekyle er inkluderet i mange andre naturlige forbindelser - isoprenoider, terpenoider og lignende. Det opløses i organiske opløsningsmidler. Med ethylalkohol kan den for eksempel blandes i ethvert forhold. Men det opløses ikke godt i vand.

Men den danner let en strukturel enhed af isoprengummi under polymerisering, på grund af hvilken der opnås isopren guttaperka og gummier. Også isopren kan indgå i forskellige reaktioner under copolymerisation. I industrien er det uundværligt, da det bruges til at syntetisere gummi, medicin og endda nogle duftende stoffer. I vores land har produktionen af syntetisk isoprengummi været under udvikling i lang tid og tegner sig for cirka 24 procent af verdensproduktionen.

Historie

Den første isopren blev opnået i 1860 ved pyrolyse fra naturgummi.pyrolyse er den termiske (ved høje temperaturer) nedbrydning af mange uorganiske og organiske forbindelser under forhold med mangel på ilt. Senere blev en isoprenlampe opfundet - en elektrisk med en opvarmet spole, hvormed terpentinolie blev termisk nedbrudt i laboratorier.

Anden Verdenskrig bragte en enorm efterspørgsel efter isoprengummi, og derfor lærte man at producere isopren i industriel skala ved pyrolyse af limonen. Alligevel var isopren for dyrt til masseproduktion af syntetiske gummier. Situationen ændrede sig, da man fandt en måde at få det fra olie. Derefter begyndte teknologier til polymerisation af isopren at udvikle sig hurtigt.

Rolle i økonomien

Det vigtigste i planlægningen af produktionen af et produkt som f.eks. isoprengummi er det rigtige valg af placering, fordi det vil være nødvendigt at levere fraktioner af adskillelse C₅ til destination fra flere virksomheder på én gang, som udfører krakning. På andenpladsen af betydning er hensynet i planerne for deponeringsstedet af de resterende kulbrinter fra C_{5. fraktionen.}

I begyndelsen af halvfemserne af det tyvende århundrede producerede Vesteuropa omkring femogfirs tusinde tons C_{5 diener, hvoraf fireogfyrre tusinde tons var dimeriseret cyclopentadien og 23.000 tons var isopren. Resten - omkring femten tusinde tons - var piperylener. Ti år senere var verdensproduktionen af isopren steget til 850.000 tons om året.}

Properties

Under standardbetingelser er isopren, som allerede nævnt, en flygtig farveløs væske, næsten uopløselig i vand, men blandbar i ethvert forhold med diethylalkohol, standard, benzen, acetone. Isopren er i stand til at danne azeotropiske blandinger med en lang række organiske opløsningsmidler. Når man betragter dataene fra spektroskopiske undersøgelser, kan det ses, at allerede ved halvtreds grader Celsius antager de fleste isopren-molekyler en stabil s-trans-konformation, kun femten procent af molekylerne er i s-cis-konformationen. Mellem disse tilstande er energiforskellen 6,3 kJ.

Isoprens kemiske egenskaber præsenterer det som en typisk konjugeret dien, der indgår i substitutions-, additions-, kompleksdannelses-, ringslutnings-, telomeriseringsreaktioner. Aktiv i reaktion med elektrofiler og dienofiler.

Application

Størstedelen af den isopren, der i øjeblikket produceres, bruges til syntese af isoprengummi, der i struktur og egenskaber ligner naturgummi. Det bruges især bredt til fremstilling af dæk. Der er også et andet isoprenpolymerisationsprodukt, polyisopren, som bruges meget mindre, fordi det har guttaperkas egenskaber. Det bruges til at lave for eksempel ledningsisolering og golfbolde. Isoprengummi bruges til at fremstille alle slags gummiprodukter, der kombinerer naturlige og andre syntetiske gummier.

For at reducere klæbrighed tilføjes f.eksbutadien-methylstyren gummier, desuden øges træthedsudholdenheden, hvis deformationerne gentages. Nitritter tilføjer ozonbestandighed og modstand mod varmeældning. I betragtning af en række tekniske egenskaber manifesterer isoprengummi sig således perfekt ved brug af transportbånd, suge- eller trykslanger, ved foring af maskinaksler, ved produktion af fodtøj, medicinske og andre produkter.

Miljøfare

Isopren er meget eksplosivt og brandfarligt. I høje koncentrationer i kroppen kan det føre til lammelser og død. Dette sker hovedsageligt ved atmosfærisk mætning, og derfor foregår stofskiftet i åndedrætssystemet, når isopren omdannes til epoxider og dioler.

Fyrre milligram pr. kubikmeter betragtes som en høj koncentration - dette er den maksimale dosis. Små koncentrationer af isopren i luften kan have en narkotisk effekt på en person, forårsage irritation af øjne, hud, luftveje og slimhinder.

Biologi

Moderne videnskabsmænd har opdaget, at isopren-dampe udsender næsten alle planter til atmosfæren. Den globale mængde af phytogen isopren er cirka estimeret til (180-450)^.10^{12 gram kulstof om året. Denne proces accelereres, hvis lufttemperaturen nærmer sig tredive grader Celsius, og også hvis intensiteten af solstråling er høj, mens fotosyntesen allerede er fuldt mættet. Isoprenbiosyntese hæmmes af fosmidomycin og forbindelser af det heleen række statiner. Hvorfor planter gør dette er ikke fuldt ud forstået. Måske giver isoprenen dem ekstra modstand mod overophedning. Derudover er den en radikal renser, hvilket betyder, at den kan beskytte planter mod reaktive iltarter og ozon.}

Forskere foreslår også, at syntesen af isopren forårsager et konstant forbrug af NADPH- og ATP-molekyler, som planten producerer under fotosyntesen. Derfor forhindrer frigivelsen af isopren fotooxidativ nedbrydning og re-reduktion, hvis belysningen er for høj. Ulempen ved denne forsvarsmekanisme kan være en: kulstoffet, som ekstraheres med så besvær i processen med fotosyntese, bruges på frigivelsen af isopren. Forskere stoppede ikke ved planter og fandt ud af, at den menneskelige krop også kan producere dienkulbrinter, og isopren er den mest almindelige blandt dem.