Com es fa el cautxú d'isoprè sintètic

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2024-01-02 13:51

El cautxú natural té molts anàlegs i el cautxú d'isoprè es considera un dels de més tonatge. La indústria produeix una gran varietat de tipus d'aquests productes, que es diferencien tant en propietats com en el tipus de catalitzadors utilitzats: liti, complex i similars.

Com es fa el cautxú

El cautxú d'isoprè és sintètic, és estereoregular i s'obté per polimerització d'isoprè col·locat en un medi dissolvent inert amb un catalitzador complex. Això es fa, per exemple, SKI-3. La polimerització de l'isoprè en solució ha de ser contínua, per a això hi ha bateries de quatre a sis polimeritzadors que es refreden amb salmorra.

El monòmer de la mescla es concentra al dotze - quinze per cent, després el grau de conversió arribarà al noranta-cinc per cent i la durada serà de dues a tres hores a temperatures de zero a deu graus centígrads. Si és necessari obtenir cautxú d'isoprè d' alt pes molecular, la puresa dels reactius utilitzats en la polimerització és moltgrau alt.

Estabilitzant i assecat

Per protegir el polímer de l'oxidació, s'ha d'estabilitzar amb una barreja de fenilendiamina i neozona, que s'ha d'introduir en el polimeritzat en forma de solució o suspensió aquosa. Per tal de separar el cautxú d'isoprè del polimeritzat com a molla, el polimeritzat s'ha de barrejar amb vapor i aigua, després afegir additius que eviten l'aglomeració (aglomeració). Després s'ha de destil·lar el dissolvent. Ara cal dur a terme els processos de desgasificació, separació de les molles de l'aigua i assecat en màquines de cuc i assecadors de cinta. Al final d'aquest procés, la producció de cautxú d'isoprè es pot considerar completa.

Ara es farà briquetatge en plantes automàtiques sota pressió. Marca SKI-3: cautxú d'isoprè sintètic, que es produeix en briquetes de trenta quilos cadascuna. La briqueta s'embolica amb una pel·lícula de polietilè i es col·loca en una bossa de paper de quatre capes. Aquesta pel·lícula està bastant ben processada simultàniament amb el contingut, que és cautxú d'isoprè, les seves propietats amb la temperatura de mescla permeten que el polietilè s'estovi i es barregi amb la massa principal en una batedora de cautxú.

Estructura

Cada cautxú produït per la indústria té les seves pròpies característiques i propietats inherents només a aquesta varietat. Alguns cautxús tenen una bona resistència mecànica, altres tenen una bona resistència química o impermeabilitat als gasos, altres no tenen por als canvis de temperatura, etc. Propietatsels cautxús sintètics individuals són superiors al cautxú natural en molts aspectes i moltes vegades. Només l'elasticitat del cautxú natural encara no s'ha superat, i aquesta és la propietat més important de productes com els pneumàtics d'avions o cotxes.

Durant el funcionament, sempre experimenten una gran deformació, tant estirament com compressió, que provoca fricció intermolecular, escalfament i pèrdua de qualitat. És a dir, com més gran sigui l'elasticitat del cautxú, més durador és el producte. És per aquest motiu que el cautxú natural encara no ha deixat d'utilitzar-se, i és el que s'utilitza per a la producció de pneumàtics per a avions i cotxes d' alta velocitat i pesats. El cautxú natural és un polímer d'isoprè, per això els científics estan treballant tant per fer del cautxú d'isoprè un anàleg del cautxú natural.

Fórmula

Els recursos per extreure cautxú natural són molt limitats. El cautxú normal i natural té la fórmula C₅H₈, com va resultar, és absolutament idèntica a la fórmula molecular de l'isoprè, que és formada quan s'escalfa el cautxú, en els seus productes de descomposició. El repte és trobar una manera raonablement assequible. I el cautxú d'isoprè s'obté durant la reacció de polimerització, i aquí és important construir correctament el curs d'aquesta reacció. La polimerització es produeix de la següent manera: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

El mètode més prometedor fins ara és el mètode de deshidrogenació catalítica de l'isopenta, que s'allibera dels gasos del petroli. El material de partida per a la producció d'isoprè també pot ser pentà: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, perquè quan s'escalfa i amb catalitzadors, també es converteix en isopentà. També hi ha un mètode de polimerització en el qual la reacció per a l'obtenció del cautxú d'isoprè es construeix de manera que s'obté un cautxú d'estructura molt semblant al cautxú natural i, per tant, té les mateixes excel·lents propietats.}

Isoprè

L'isoprè és un hidrocarbur insaturat que pertany a la sèrie dels diens. És un líquid volàtil incolor. L'olor és molt característica. El cautxú d'isoprè és un monòmer natural, ja que la resta de la seva molècula s'inclou en molts altres compostos naturals: isoprenoides, terpenoides i similars. Es dissol en dissolvents orgànics. Amb alcohol etílic, per exemple, es pot barrejar en qualsevol proporció. Però no es dissol bé en aigua.

Però forma fàcilment una unitat estructural de cautxú d'isoprè durant la polimerització, gràcies a la qual s'obtenen gutaperxa d'isoprè i gomes. A més, l'isoprè pot entrar en diverses reaccions durant la copolimerització. A la indústria, és indispensable, ja que s'utilitza per sintetitzar cautxús, medicaments i fins i tot algunes substàncies oloroses. Al nostre país, la producció de cautxú d'isoprè sintètic s'ha desenvolupat des de fa molt de temps i representa aproximadament el vint-i-quatre per cent de la producció mundial.

Història

El primer isopré es va obtenir l'any 1860 per piròlisi a partir de cautxú natural. La piròlisi és la descomposició tèrmica (a altes temperatures) de molts compostos inorgànics i orgànics en condicions de manca d'oxigen. Més tard, es va inventar una làmpada d'isoprè, una elèctrica amb una bobina escalfada, amb la qual es descomposava tèrmicament l'oli de trementina als laboratoris.

La Segona Guerra Mundial va comportar una gran demanda de cautxús d'isoprè i, per tant, es va aprendre a produir l'isoprè a escala industrial mitjançant la piròlisi del limonè. Tot i així, l'isoprè era massa car per a la producció massiva de cautxús sintètics. La situació va canviar quan es va trobar una manera d'obtenir-lo del petroli. Aleshores les tecnologies per a la polimerització de l'isoprè van començar a desenvolupar-se ràpidament.

Paper a l'economia

El més important a l'hora de planificar la producció d'un producte com el cautxú d'isoprè és l'elecció correcta de la ubicació, perquè caldrà lliurar fraccions de separació C₅ al destinació de diverses empreses alhora, que duen a terme cracking. En segon lloc en importància es troba la consideració en els plànols d'abocament de la resta d'hidrocarburs de la fracció C_5..

A principis dels anys noranta del segle XX, Europa occidental va produir unes vuitanta-cinc mil tones de C_{5 diens, dels quals quaranta-quatre mil tones eren ciclopentadiè dimeritzat i vint-i-tres mil tones era d'isoprè. La resta -unes quinze mil tones- eren piperilenes. Deu anys més tard, la producció mundial d'isoprè havia augmentat fins a 850.000 tones anuals.}

Propietats

En condicions estàndard, l'isoprè, com ja s'ha esmentat, és un líquid incolor volàtil, gairebé insoluble en aigua, però miscible en qualsevol proporció amb alcohol dietílic, estàndard, benzè, acetona. L'isoprè és capaç de formar mescles azeotròpiques amb una gran varietat de dissolvents orgànics. En considerar les dades dels estudis espectroscòpics, es pot observar que ja als cinquanta graus centígrads, la majoria de les molècules d'isoprè prenen una conformació s-trans estable, només un quinze per cent de les molècules es troben en conformació s-cis. Entre aquests estats, la diferència d'energia és de 6,3 kJ.

Les propietats químiques de l'isoprè el presenten com un diè conjugat típic, que entra en reaccions de substitució, addició, complexació, ciclització, telomerització. Actiu en reacció amb electròfils i dienòfils.

Aplicació

La part principal de l'isoprè que es produeix actualment s'utilitza en la síntesi de cautxú d'isoprè, d'estructura i propietats similars al cautxú natural. S'utilitza especialment àmpliament per a la producció de pneumàtics. També hi ha un altre producte de polimerització d'isoprè, el poliisoprè, que s'utilitza molt menys perquè té les propietats de la gutaperxa. S'utilitza per fer aïllament de filferro i pilotes de golf, per exemple. El cautxú d'isoprè s'utilitza per fer tot tipus de productes de cautxú que combinen cautxús naturals i altres sintètics.

S'afegeixen Per exemple, per reduir l'adhesiócautxús de butadiè-metilestirè, a més, la resistència a la fatiga augmenta si es repeteixen les deformacions. Els nitrits afegeixen resistència a l'ozó i resistència a l'envelliment per calor. Així, observant un conjunt de propietats tècniques, les gomes d'isoprè es manifesten perfectament quan s'utilitzen cintes transportadores, mànegues d'aspiració o de pressió, en revestir eixos de màquines, en la producció de calçat, productes mèdics i altres.

Perill mediambiental

L'isoprè és altament explosiu i inflamable. En altes concentracions al cos, pot provocar paràlisi i la mort. Això es produeix principalment a la saturació atmosfèrica i, per tant, el metabolisme té lloc al sistema respiratori, quan l'isoprè es converteix en epòxids i diols.

Quarenta mil·ligrams per metre cúbic es considera una concentració elevada: aquesta és la dosi màxima. Petites concentracions d'isoprè a l'aire poden tenir un efecte narcòtic en una persona, provocar irritació dels ulls, la pell, les vies respiratòries i les mucoses.

Biologia

Els científics moderns han descobert que els fums d'isoprè emeten gairebé totes les plantes a l'atmosfera. La quantitat global d'isoprè fitogènic s'estima aproximadament en (180-450)^.10^{12 grams de carboni per any. Aquest procés s'accelera si la temperatura de l'aire s'acosta als trenta graus centígrads, i també si la intensitat de la radiació solar és elevada, mentre que la fotosíntesi ja està totalment saturada. Biosíntesi d'isoprè inhibida per fosmidomicina i compostos del conjuntuna sèrie d'estatines. No s'entén del tot per què les plantes fan això. Potser l'isoprè els dóna una resistència addicional al sobreescalfament. A més, és un eliminador de radicals, el que significa que pot protegir les plantes de les espècies reactives de l'oxigen i de l'ozó.}

Els científics també suggereixen que la síntesi d'isoprè provoca un consum constant de molècules de NADPH i ATP, que la planta produeix durant la fotosíntesi. Per tant, l'alliberament d'isoprè evita la degradació fotooxidativa i la re-reducció si la il·luminació és excessiva. El desavantatge d'aquest mecanisme de defensa pot ser un: el carboni, que s'extreu amb tanta dificultat en el procés de la fotosíntesi, es gasta en l'alliberament d'isoprè. Els científics no es van aturar en les plantes i van descobrir que el cos humà també pot produir hidrocarburs diènics, i l'isoprè és el més comú entre ells.