Ինչպես է պատրաստվում սինթետիկ իզոպրենային կաուչուկը

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-02 13:56

Բնական կաուչուկն ունի բազմաթիվ անալոգներ, և իզոպրենային կաուչուկը համարվում է ամենաբազմատոննաժներից մեկը: Արդյունաբերությունն արտադրում է այս ապրանքների տեսակների լայն տեսականի, որոնք տարբերվում են ինչպես հատկություններով, այնպես էլ օգտագործվող կատալիզատորների տեսակով՝ լիթիում, կոմպլեքս և այլն:

Ինչպես է պատրաստվում ռետինը

Իզոպրենային կաուչուկը սինթետիկ է, այն ստերեկանոնավոր է և ստացվում է իներտ լուծիչ միջավայրում տեղադրված իզոպրենի պոլիմերացումից՝ բարդ կատալիզատորով։ Դա արվում է, օրինակ, SKI-3: Լուծույթում իզոպրենի պոլիմերացումը պետք է շարունակական լինի, դրա համար կան չորսից վեց պոլիմերիզատորներից բաղկացած մարտկոցներ, որոնք սառչում են աղաջրով։

Խառնուրդում մոնոմերը խտացվում է մինչև տասներկու-տասնհինգ տոկոս, այնուհետև փոխակերպման աստիճանը կհասնի իննսունհինգ տոկոսի, իսկ տեւողությունը կլինի երկու-երեք ժամ զրոյից տասը աստիճան Ցելսիուսի ջերմաստիճանում։ Եթե անհրաժեշտ է ձեռք բերել բարձր մոլեկուլային իզոպրենային կաուչուկ, ապա պոլիմերացման մեջ օգտագործվող ռեակտիվների մաքրությունը շատ է.բարձր աստիճան.

Կայունացում և չորացում

Պոլիմերը օքսիդացումից պաշտպանելու համար այն պետք է կայունացվի ֆենիլենդիամինի և նեոզոնի խառնուրդով, որը պետք է ներմուծվի պոլիմերիզատի մեջ որպես լուծույթ կամ ջրային կասեցում: Իզոպրենային կաուչուկը պոլիմերիզատից որպես փշուր առանձնացնելու համար պոլիմերիզատը պետք է խառնել գոլորշու և ջրի հետ, այնուհետ ավելացնել հավելումներ, որոնք կանխում են ագլոմերացումը (գունդը): Այնուհետև լուծիչը պետք է թորվի: Այժմ անհրաժեշտ է իրականացնել գազազերծման, փշրանքները ջրից անջատելու և ճիճու մեքենաներում և գոտի չորանոցներում չորացման գործընթացները։ Այս գործընթացի վերջում իզոպրենային կաուչուկի արտադրությունը կարելի է համարել ավարտված։

Այժմ դա կլինի բրիկետավորում ավտոմատ կայանների վրա ճնշման տակ: Ապրանքանիշ SKI-3 - սինթետիկ իզոպրենային կաուչուկ, որն արտադրվում է յուրաքանչյուրը երեսուն կիլոգրամանոց բրիկետներով: Բրիկետը փաթաթված է պոլիէթիլենային թաղանթով և տեղադրվում է չորս շերտ թղթե տոպրակի մեջ։ Այս թաղանթը բավականին լավ մշակվում է պարունակության հետ միաժամանակ, որը իզոպրենային կաուչուկն է, դրա հատկությունները խառնման ջերմաստիճանում թույլ են տալիս պոլիէթիլենին փափկել և խառնել հիմնական զանգվածի հետ ռետինե հարիչով։

Կառուցվածք

Արդյունաբերության կողմից արտադրվող յուրաքանչյուր կաուչուկ ունի իր առանձնահատկություններն ու հատկությունները, որոնք բնորոշ են միայն այս բազմազանությանը: Որոշ կաուչուկներ ունեն լավ մեխանիկական ամրություն, մյուսներն ունեն լավ քիմիական դիմադրություն կամ գազային անթափանցելիություն, մյուսները չեն վախենում ջերմաստիճանի փոփոխություններից և այլն: ՀատկություններԱռանձին սինթետիկ կաուչուկները շատ առումներով և բազմակի գերազանցում են բնական կաուչուկին: Միայն բնական կաուչուկի առաձգականությունը դեռ չի գերազանցվել, և սա ամենակարևոր հատկությունն է այնպիսի ապրանքների համար, ինչպիսիք են ինքնաթիռները կամ մեքենաների անվադողերը:

Շահագործման ընթացքում դրանք միշտ ունենում են հսկայական դեֆորմացիա՝ և՛ ձգում, և՛ սեղմում, որն առաջացնում է միջմոլեկուլային շփում, տաքացում և որակի կորուստ։ Այսինքն՝ որքան բարձր է ռետինի առաձգականությունը, այնքան ավելի դիմացկուն է արտադրանքը։ Հենց այս պատճառով է, որ բնական կաուչուկը դեռ դուրս չի եկել գործածությունից, և հենց դա է օգտագործվում արագընթաց և ծանր բեռնատար ինքնաթիռների և մեքենաների անվադողերի արտադրության համար։ Բնական կաուչուկը իզոպրենի պոլիմեր է, այդ իսկ պատճառով գիտնականներն այդքան ջանում են իզոպրենային կաուչուկը բնական կաուչուկի անալոգը դարձնելու համար։

Բանաձև

Բնական կաուչուկի արդյունահանման ռեսուրսները շատ սահմանափակ են։ Սովորական, բնական ռետինն ունի C₅H₈ բանաձևը, ինչպես պարզվեց, այն բացարձակապես նույնական է իզոպրենի մոլեկուլային բանաձևին, որը. ձևավորվում է կաուչուկի տաքացման ժամանակ, դրա տարրալուծման արտադրանքներում: Խնդիրը ողջամտորեն մատչելի ճանապարհ գտնելն է: Իսկ իզոպրենային կաուչուկը ստացվում է պոլիմերացման ռեակցիայի ժամանակ, և այստեղ կարևոր է ճիշտ կառուցել այս ռեակցիայի ընթացքը։ Պոլիմերացումը տեղի է ունենում հետևյալ կերպ. nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

Առայժմ ամենահեռանկարային մեթոդը նավթային գազերից արտազատվող իզոպենտանի կատալիտիկ ջրազրկման մեթոդն է։Իզոպրենի արտադրության սկզբնական նյութը կարող է լինել նաև պենտանը. CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, քանի որ տաքացնելիս և կատալիզատորներով այն նաև վերածվում է իզոպենտանի։ Գոյություն ունի նաև պոլիմերացման մեթոդ, երբ իզոպրենային կաուչուկի ստացման ռեակցիան կառուցված է այնպես, որ ստացվում է կաուչուկ, որն իր կառուցվածքով շատ նման է բնական կաուչուկին և, հետևաբար, ունի նույն հիանալի հատկությունները։}

Իզոպրեն

Իզոպրենը չհագեցած ածխաջրածին է, որը պատկանում է դիենների շարքին։ Այն ցնդող անգույն հեղուկ է։ Հոտը շատ բնորոշ է. Իզոպրենային կաուչուկը բնական մոնոմեր է, քանի որ դրա մոլեկուլի մնացորդը ներառված է բազմաթիվ այլ բնական միացությունների մեջ՝ իզոպրենոիդներ, տերպենոիդներ և այլն: Այն լուծվում է օրգանական լուծիչների մեջ։ Էթիլային սպիրտով, օրինակ, այն կարելի է խառնել ցանկացած հարաբերակցությամբ։ Բայց այն լավ չի լուծվում ջրի մեջ։

Բայց այն հեշտությամբ պոլիմերացման ժամանակ կազմում է իզոպրենե կաուչուկի կառուցվածքային միավոր, որի շնորհիվ ստացվում են իզոպրենային գուտապերչա և ռետիններ։ Բացի այդ, իզոպրենը կարող է տարբեր ռեակցիաների մեջ մտնել համապոլիմերացման ժամանակ: Արդյունաբերության մեջ այն անփոխարինելի է, քանի որ օգտագործվում է ռետինների, դեղամիջոցների և նույնիսկ որոշ հոտավետ նյութերի սինթեզման համար։ Մեր երկրում սինթետիկ իզոպրենային կաուչուկի արտադրությունը զարգանում է երկար ժամանակ և կազմում է համաշխարհային արտադրության մոտավորապես քսանչորս տոկոսը։

Պատմություն

Առաջին իզոպրենը ստացվել է 1860 թվականին բնական կաուչուկից պիրոլիզի միջոցով։Պիրոլիզը շատ անօրգանական և օրգանական միացությունների ջերմային (բարձր ջերմաստիճանների դեպքում) տարրալուծումն է թթվածնի պակասի պայմաններում։ Հետագայում հայտնագործվեց իզոպրենային լամպը՝ էլեկտրական տաքացվող կծիկով, որով լաբորատորիաներում ջերմային քայքայվում էր սկիպիդարի յուղը։

Երկրորդ համաշխարհային պատերազմը մեծ պահանջարկ բերեց իզոպրենային կաուչուկների համար, և, հետևաբար, սովորեցին, որ իզոպրենը արտադրվում է արդյունաբերական մասշտաբով՝ լիմոնենի պիրոլիզի միջոցով: Այնուամենայնիվ, իզոպրենը չափազանց թանկ էր սինթետիկ կաուչուկների զանգվածային արտադրության համար: Իրավիճակը փոխվեց, երբ գտավ այն նավթից ստանալու միջոց։ Այնուհետև իզոպրենի պոլիմերացման տեխնոլոգիաները սկսեցին արագ զարգանալ։

Դերը տնտեսության մեջ

Այնպիսի արտադրանքի արտադրության պլանավորման մեջ, ինչպիսին է իզոպրենային կաուչուկը, ամենակարևորը տեղանքի ճիշտ ընտրությունն է, քանի որ անհրաժեշտ կլինի բաժանման ֆրակցիաներ C₅ մատակարարել նպատակակետ միանգամից մի քանի ձեռնարկություններից, որոնք իրականացնում են ճեղքում: Երկրորդ տեղում է C_{5. մասնաբաժնի մնացած ածխաջրածինների հեռացման տեղամասի դիտարկումը:}

Քսաներորդ դարի իննսունականների սկզբին Արևմտյան Եվրոպան արտադրեց մոտ ութսունհինգ հազար տոննա C_{5 դիեններ, որից քառասունչորս հազար տոննան դիմերացված ցիկլոպենտադիեն և քսաներեք հազար տոննա եղել է իզոպրեն։ Մնացածը՝ մոտ տասնհինգ հազար տոննա, եղել են պիպերիլեններ։ Տասը տարի անց իզոպրենի համաշխարհային արտադրությունը հասել է տարեկան 850000 տոննայի։}

Հատկություններ

Ստանդարտ պայմաններում իզոպրենը, ինչպես արդեն նշվեց, ցնդող, անգույն հեղուկ է, գրեթե չի լուծվում ջրում, բայց ցանկացած հարաբերակցությամբ խառնվում է դիէթիլային սպիրտի, ստանդարտի, բենզոլի, ացետոնի հետ։ Իզոպրենը ունակ է ազեոտրոպային խառնուրդներ ստեղծել օրգանական լուծիչների լայն տեսականիով: Սպեկտրոսկոպիկ ուսումնասիրությունների տվյալները դիտարկելիս կարելի է տեսնել, որ արդեն հիսուն աստիճան Ցելսիուսի դեպքում իզոպրենային մոլեկուլների մեծ մասը ընդունում է կայուն s-trans կոնֆորմացիա, մոլեկուլների միայն տասնհինգ տոկոսն է գտնվում s-cis կոնֆորմացիայի մեջ: Այս վիճակների միջև էներգիայի տարբերությունը 6,3 կՋ է։

Իզոպրենի քիմիական հատկությունները ներկայացնում են այն որպես տիպիկ կոնյուգացված դիեն, որը մտնում է փոխարինման, ավելացման, կոմպլեքսավորման, ցիկլացման, թելոմերացման ռեակցիաների մեջ։ Ակտիվ է էլեկտրոֆիլների և դիենոֆիլների ռեակցիաներում։

Դիմում

Ներկայումս արտադրվող իզոպրենի հիմնական մասը օգտագործվում է իզոպրենային կաուչուկի սինթեզում, որը կառուցվածքով և հատկություններով նման է բնական կաուչուկին: Այն հատկապես լայնորեն օգտագործվում է անվադողերի արտադրության համար։ Գոյություն ունի նաև իզոպրենային պոլիմերացման մեկ այլ արտադրանք՝ պոլիիզոպրենը, որը շատ ավելի քիչ է օգտագործվում, քանի որ այն ունի գուտապերչայի հատկություններ։ Այն օգտագործվում է, օրինակ, մետաղալարերի մեկուսացման և գոլֆի գնդակներ պատրաստելու համար: Իզոպրենային կաուչուկն օգտագործվում է բոլոր տեսակի ռետինե արտադրանքներ պատրաստելու համար, որոնք համատեղում են բնական և այլ սինթետիկ կաուչուկները:

Օրինակ՝ կպչունությունը նվազեցնելու համար ավելացվում ենբութադիեն-մեթիլստիրոլային ռետիններ, բացի այդ, հոգնածության դիմացկունությունը մեծանում է, եթե դեֆորմացիաները կրկնվեն: Նիտրիտները ավելացնում են օզոնային դիմադրություն և դիմադրություն ջերմային ծերացմանը: Այսպիսով, դիտարկելով մի շարք տեխնիկական հատկություններ, իզոպրենային ռետինները հիանալի կերպով դրսևորվում են փոխակրիչ գոտիներ, ներծծող կամ ճնշման գուլպաներ օգտագործելիս, մեքենայի լիսեռները երեսպատելիս, կոշիկի, բժշկական և այլ ապրանքների արտադրության մեջ:

Շրջակա միջավայրի վտանգ

Իզոպրենը շատ պայթուցիկ է և դյուրավառ: Մարմնի բարձր կոնցենտրացիաների դեպքում այն կարող է հանգեցնել կաթվածի և մահվան: Սա հիմնականում տեղի է ունենում մթնոլորտային հագեցվածության ժամանակ, և, հետևաբար, նյութափոխանակությունը տեղի է ունենում շնչառական համակարգում, երբ իզոպրենը վերածվում է էպօքսիդների և դիոլների:

Քառասուն միլիգրամը մեկ խորանարդ մետրի համար համարվում է բարձր կոնցենտրացիան. սա առավելագույն չափաբաժին է: Օդում իզոպրենի փոքր կոնցենտրացիաները կարող են թմրադեղ ազդեցություն ունենալ մարդու վրա, առաջացնել աչքերի, մաշկի, շնչառական ուղիների և լորձաթաղանթների գրգռում։

Կենսաբանություն

Ժամանակակից գիտնականները հայտնաբերել են, որ իզոպրենային գոլորշիները մթնոլորտ են արտանետում գրեթե բոլոր բույսերը: Ֆիտոգեն իզոպրենի համաշխարհային քանակությունը մոտավորապես գնահատվում է (180-450)^_:10^{12 գրամ ածխածին տարեկան: Այս գործընթացը արագանում է, եթե օդի ջերմաստիճանը մոտենում է երեսուն աստիճան Ցելսիուսի, ինչպես նաև, եթե արևի ճառագայթման ինտենսիվությունը բարձր է, մինչդեռ ֆոտոսինթեզն արդեն լիովին հագեցած է: Ֆոսմիդոմիցինի և ամբողջի միացությունների կողմից արգելակված իզոպրենի կենսասինթեզըմի շարք ստատիններ. Թե ինչու են բույսերը դա անում, լիովին հասկանալի չէ: Հավանաբար, իզոպրենը նրանց լրացուցիչ դիմադրություն է տալիս գերտաքացմանը: Բացի այդ, այն արմատական մաքրող միջոց է, ինչը նշանակում է, որ այն կարող է պաշտպանել բույսերը թթվածնի ռեակտիվ տեսակներից և օզոնից:}

Գիտնականները նաև ենթադրում են, որ իզոպրենի սինթեզը առաջացնում է NADPH և ATP մոլեկուլների մշտական սպառում, որոնք բույսն արտադրում է ֆոտոսինթեզի ընթացքում: Հետևաբար, իզոպրենի արտազատումը կանխում է ֆոտոօքսիդատիվ դեգրադացիան և վերանվազեցումը, եթե լուսավորությունը չափազանց մեծ է: Այս պաշտպանական մեխանիզմի թերությունը կարող է լինել մեկը՝ ածխածինը, որն այդքան դժվարությամբ արդյունահանվում է ֆոտոսինթեզի գործընթացում, ծախսվում է իզոպրենի արտազատման վրա։ Գիտնականները կանգ չեն առել բույսերի վրա և պարզել են, որ մարդու օրգանիզմը կարող է նաև դիենային ածխաջրածիններ արտադրել, և իզոպրենը դրանցից ամենատարածվածն է։