Як отримують синтетичний ізопреновий каучук

У натурального каучуку багато аналогів, і одним зсамих багатотоннажних вважається ізопреновий каучук. Промисловість випускає найрізноманітніші типи цієї продукції, що відрізняються і властивостями, і видом каталізаторів, які були застосовані - літієві, комплексні і тому подібні.

Як виходить каучук

Ізопреновий каучук є синтетичним, вінстереорегулярен, а отримують його за допомогою полімеризації ізопрену, поміщеного в середу інертного розчинника з комплексним каталізатором. Так робиться, наприклад, СКІ-3. Полімеризація ізопрену в розчині повинна бути безперервною, для цього існують батареї з чотирьох - шести полімеризаторів, які охолоджуються розсолом.

Мономер в шихті концентрований до дванадцяти -п'ятнадцяти відсотків, тоді ступінь перетворення сягатиме дев'яноста п'яти відсотків, а тривалість складе два-три години при температурах від нуля до десяти градусів за Цельсієм. Якщо необхідно отримати високомолекулярний ізопреновий каучук, потрібна чистота реагентів, що застосовуються в полімеризації, дуже високого ступеня.

Стабілізація і сушка

Щоб полімер захистити від окислення, потрібно йогостабілізувати за допомогою суміші фенілендіаміну і неозон, які потрібно ввести в полімерізат як розчин або водну суспензію. Щоб виділити ізопреновий каучук з полімерізата як крихту, полімерізат потрібно змішати з парою і водою, потім ввести добавки, які запобігають агломерація (комкование). Після цього необхідно відігнати розчинник. Тепер належить провести процеси дегазації, відділення крихти від води і сушки в черв'ячних машинах і стрічкових сушарках. Після закінчення цього процесу отримання изопренового каучуку можна вважати закінченим.

Тепер належить його брикетування наавтоматичних установках під пресом. Марка СКІ-3 - синтетичний ізопреновий каучук, який випускається в брикетах по тридцять кілограмів кожен. Брикет загорнутий в поліетиленову плівку і поміщається в чотиришаровий паперовий мішок. Ця плівка цілком добре переробляється одночасно з вмістом, яке становить ізопреновий каучук, властивості його з температурою змішання цілком дозволяють поліетилен розм'якшити і перемішати його з основною масою в гумозмішувачах.

структура

Кожен каучук, який випускаєтьсяпромисловістю, має власну характеристику і властиві тільки цього різновиду властивості. У одних каучуків хороша механічна міцність, у інших - стійкість до хімічних впливів або газонепроникність, у третіх немає боязні при змінах температури і так далі. Властивості окремих синтетичних каучуків перевершують натуральний по багатьом параметрам і в багато разів. Тільки еластичність натурального каучуку перевершити поки не вдалося, а це найважливіше властивість для таких виробів, як авіаційні або автомобільні шини.

При експлуатації вони завжди відчувають величезнудеформацію - і розтягнення, і стиснення, що викликає межмолекулярное тертя, нагрівання і втрату якостей. Тобто, чим вище еластичність каучуку, тим довговічніше виріб. Саме з цієї причини натуральний каучук поки не вийшов з ужитку, і саме він використовується для виробництва шин швидкісних і великовантажних літаків і автомобілів. Натуральний каучук - полімер ізопрену, саме тому настільки великі роботи вчених над тим, щоб аналогом натуральному став ізопреновий каучук.

Формула

Ресурси видобутку натурального каучуку вельми обмежені. Звичайний, одержуваний в природі каучук має формулу С₅Н₈, Як виявилося, вона абсолютно ідентичнамолекулярної формулою ізопрену, який утворюється при нагріванні каучуку, в продуктах його розкладання. Завдання полягає в тому, щоб знайти достатньо доступний спосіб. А ізопреновий каучук отримують при реакції полімеризації, і тут важливо правильно вибудувати протягом цієї реакції. Полімеризація відбувається так: nCH₂ = C (CH₃) - CH = CH₂ ----> (-CH₂ - C (CH₃) = CH - CH₂) N.

Найперспективнішим методом поки є спосіб каталітичного дегідрування изопентана, який виділяється з нафтових газів. Вихідною речовиною для одержання ізопрену може бути і пентан: СН₃СН₂СН₂СН₂СН₃, Тому що при нагріванні і з каталізаторами вінтакож перетворюється в ізопентан. Існує і спосіб полімеризації, при якому реакція отримання изопренового каучуку вибудувана так, що виходить каучук, дуже схожий за своєю будовою на натуральний і, отже, володіє тими ж прекрасними властивостями.

изопрен

Изопрен є ненасиченим вуглеводнем,що належить до дієнового ряду. Являє собою летючу безбарвну рідину. Запах дуже характерний. Ізопреновий каучук - мономер натурального, оскільки залишок його молекули увійшов в багато інші природні сполуки - ізопреноїди, терпеноїди і тому подібні. В органічних розчинниках розчиняється. З етиловим спиртом, наприклад, може бути змішаний в будь-якому співвідношенні. А ось у воді розчиняється погано.

Зате легко утворює структурну ланкуизопренового каучуку при полімеризації, за рахунок чого виходять ізопренові гутаперчі і каучуки. Також изопрен може вступати в різні реакції при кополімеризації. У промисловості він незамінний, оскільки з його допомогою відбувається синтез каучуку, медичних препаратів і навіть деяких запашних речовин. У нашій країні виробництво синтетичного изопренового каучуку розвивається давно, і становить приблизно двадцять чотири відсотки від світового виробництва.

Історія

Перший изопрен був отриманий в 1860 році методомпіролізу з натурального каучуку. піроліз - це термічне (при високих температурах) розкладання багатьох неорганічних і органічних сполук в умовах нестачі кисню. Пізніше була винайдена изопренового лампа - електрична, з нагрівається спіраллю, за допомогою якої в лабораторіях термічно розкладали скипидарне масло.

Друга світова війна принесла величезнупотреба в ізопренових каучуках, і тому изопрен навчилися видобувати в промислових масштабах за допомогою піролізу лімонену. І все-таки изопрен був занадто дорогий для масового виробництва синтетичних каучуків. Ситуація змінилася, коли був знайдений спосіб отримання його з нафти. Тоді почали бурхливо розвиватися технології по полімеризації ізопрену.

Роль в економіці

Найголовніше в плануванні виробництва такого продукту, як ізопреновий каучук, - правильний вибір місця розташування, тому що доведеться доставляти фракції поділу З₅ до місця призначення з відразу декількох підприємств, які проводять крекінг. На другому місці за значимістю - облік в планах місця утилізації решти вуглеводнів від фракції С₅.

До початку дев'яностих років двадцятого століття Західна Європа виробляла близько вісімдесяти п'яти тисяч тонн диенов З₅, З яких сорок чотири тисячі тонн становивдімерізованний циклопентадієн і двадцять три тисячі тонн - ізопрен. Решта - близько п'ятнадцяти тисяч тонн - становили піперілени. Через десять років світовий обсяг виробництва ізопрену зріс до восьмисот п'ятдесяти тисяч тонн в рік.

властивості

У стандартних умовах изопрен, як вже булосказано, - це летюча безбарвна рідина, в воді майже не розчиняється, але змішується в будь-яких співвідношеннях з діетиловим спиртом, еталоном, бензолом, ацетоном. Изопрен здатний утворювати азеотропні суміші з цілою низкою різноманітних органічних розчинників. При розгляді даних спектроскопічних досліджень видно, що вже при п'ятдесяти градусів за Цельсієм велика частина молекул ізопрену приймає стійку s-транс-конформацію, всього п'ятнадцять відсотків молекул знаходяться в s-цис-конформації. Між даними станами різниця енергій дорівнює 6,3 кДж.

Хімічні властивості ізопрену представляють його яктиповий зв'язаний диен, який вступає в реакції заміщення, приєднання, комплексоутворення, циклізації, теломеризації. Активний в реакції з електрофілами і діенофіламі.

застосування

Основна частина ізопрену, який виробляється вНині, використовується в синтезі изопренового каучуку, схожого за будовою і властивостями на природний каучук. Застосовується особливо широко для виробництва шин. Ще існує інший продукт полімеризації ізопрену - поліізопрен, який використовується значно менше, оскільки володіє властивостями гутаперчі. З нього виготовляються, наприклад, ізоляція для проводів і кулі для гольфу. Ізопреновий каучук застосовується для виготовлення всіляких гумових виробів, де поєднуються натуральні і інші синтетичні каучуки.

Наприклад, щоб знизити липкість, додаютьсябутадієн-метілстірольние каучуки, до того ж підвищується втомна витривалість, якщо деформації багаторазові. Нітрити додають озоностойкості і опору до теплового старіння. Таким чином, дотримуючись комплекс технічних властивостей, ізопренові каучуки прекрасно проявляють себе при використанні транспортерних стрічок, всмоктуючих або напірних рукавів, при обкладанні валів машин, у виробництві взуття, медичних та інших виробів.

екологічна небезпека

Изопрен легко вибухає і запалюється. У великих концентраціях в організмі може привести до паралічу і смерті. В основному це відбувається при атмосферному насиченні, а тому метаболізм йде в дихальній системі, коли изопрен перетворюється в етиловий та діоли.

Високою концентрацією вважається сорокміліграмів на кубічний метр - це гранична доза. Невеликі концентрації ізопрену в повітрі можуть надати на людину наркотичну дію, викликати подразнення очей, шкіри, дихальних шляхів і слизових оболонок.

Біологія

Сучасні вчені виявили, що пари ізопрену виділяють в атмосферу майже всі рослини. Світовий обсяг фітогенні ізопрену приблизно оцінюють в (180-450)^_.10¹² грамів вуглецю на рік. Цей процес прискорюється, якщо температура повітря наближається до тридцяти градусів за Цельсієм, а також якщо висока інтенсивність сонячного випромінювання в той час як фотосинтез уже насичений повністю. Біосинтез ізопрену ингибирован фосмідоміціном і з'єднаннями цілого ряду статинів. Навіщо рослини роблять це - до кінця не з'ясовано. Можливо, ізопрен дає їм додаткову стійкість до перегрівання. Крім цього, він є уловлювачем радикалів, значить, може захищати рослини від активних форм кисню і від впливу озону.

Також вчені припускають, що синтез ізопренузмушує постійно витрачати молекули НАДФН і АТФ, які рослина напрацьовує під час фотосинтезу. Значить, виділення ізопрену оберігає від фотоокислювальне руйнування і Перевосстановленний, якщо освітлення надмірно. Недолік у цього механізму захисту може бути один: вуглець, який з такою працею видобувається в процесі фотосинтезу, витрачається на виділення ізопрену. На рослинах вчені не зупинилися і з'ясували, що людський організм теж вміє виробляти дієнових вуглеводні, і ізопрен серед них зустрічається найбільш часто.