Jak se vyrábí syntetická izoprenová pryž

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-02 13:51

Přírodní kaučuk má mnoho analogů a isoprenový kaučuk je považován za jeden z nejvíce tonážních. Průmysl vyrábí širokou škálu typů těchto produktů, lišících se jak vlastnostmi, tak typem použitých katalyzátorů – lithium, komplexní a podobně.

Jak se vyrábí guma

Isoprenový kaučuk je syntetický, je stereoregulární a získává se polymerací isoprenu umístěného v inertním rozpouštědlovém médiu s komplexním katalyzátorem. To se provádí například SKI-3. Polymerace isoprenu v roztoku musí být kontinuální, k tomu jsou k dispozici baterie čtyř až šesti polymerátorů, které jsou chlazeny solankou.

Monomer ve směsi se zahustí na dvanáct až patnáct procent, potom stupeň přeměny dosáhne devadesáti pěti procent a doba trvání bude dvě až tři hodiny při teplotách od nuly do deseti stupňů Celsia. Pokud je nutné získat vysokomolekulární isoprenový kaučuk, je čistota činidel používaných při polymeraci velmi vysoká.vysoký stupeň.

Stabilizace a sušení

Aby byl polymer chráněn před oxidací, musí být stabilizován směsí fenylendiaminu a neozonu, která se musí zavádět do polymerizátu jako roztok nebo vodná suspenze. Aby bylo možné oddělit izoprenový kaučuk od polymerizátu jako drť, musí být polymerizát smíchán s párou a vodou a poté přidány přísady, které zabraňují aglomeraci (hrudkování). Rozpouštědlo se pak musí oddestilovat. Nyní je nutné provést procesy odplynění, oddělení drti od vody a sušení ve šnekových a pásových sušárnách. Na konci tohoto procesu lze výrobu izoprenového kaučuku považovat za dokončenou.

Nyní to bude briketování na automatických zařízeních pod tlakem. Značka SKI-3 - syntetický isoprenový kaučuk, který se vyrábí v briketách po třiceti kilogramech. Briketa je zabalena do polyetylenové fólie a umístěna do čtyřvrstvého papírového sáčku. Tato fólie se celkem dobře zpracovává současně s obsahem, kterým je isoprenový kaučuk, svými vlastnostmi při teplotě míchání dovoluje polyetylenu změknout a smíchat jej s hlavní hmotou v gumovém mixéru.

Struktura

Každý kaučuk, který je vyráběn průmyslem, má své vlastní charakteristiky a vlastnosti vlastní pouze této odrůdě. Některé pryže mají dobrou mechanickou pevnost, jiné mají dobrou chemickou odolnost nebo nepropustnost pro plyny, jiné se nebojí změn teplot a podobně. Vlastnostijednotlivé syntetické kaučuky jsou v mnoha ohledech a mnohonásobně lepší než přírodní kaučuk. Pouze elasticita přírodního kaučuku dosud nebyla překonána, a to je nejdůležitější vlastnost pro výrobky, jako jsou pneumatiky pro letadla nebo automobily.

Během provozu dochází vždy k obrovské deformaci – natažení i stlačení, což způsobuje mezimolekulární tření, zahřívání a ztrátu kvality. To znamená, že čím vyšší je elasticita pryže, tím odolnější je výrobek. Z tohoto důvodu se přírodní kaučuk ještě nevytratil a používá se k výrobě pneumatik pro vysokorychlostní a těžká letadla a automobily. Přírodní kaučuk je polymer isoprenu, a proto vědci tak usilovně pracují na tom, aby se z isoprenu stal analog přírodního kaučuku.

Formule

Zdroje na těžbu přírodního kaučuku jsou velmi omezené. Normální, přirozeně se vyskytující kaučuk má vzorec C₅H₈, jak se ukázalo, je naprosto identický s molekulárním vzorcem isoprenu, který je vzniká při zahřívání kaučuku v produktech jeho rozkladu. Úkolem je najít přiměřeně dostupný způsob. A isoprenový kaučuk se získává během polymerační reakce a zde je důležité správně postavit průběh této reakce. Polymerizace probíhá následovně: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

Dosud nejslibnější metodou je metoda katalytické dehydrogenace isopentanu, který se uvolňuje z ropných plynů. Výchozím materiálem pro výrobu isoprenu může být také pentan: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, protože při zahřátí as katalyzátory se také mění na isopentan. Existuje také polymerační metoda, při které je reakce pro získání isoprenového kaučuku postavena tak, že se získá kaučuk, který je strukturou velmi podobný přírodnímu kaučuku, a proto má stejně vynikající vlastnosti.}

Isopren

Isopren je nenasycený uhlovodík patřící do řady dienů. Je to těkavá bezbarvá kapalina. Vůně je velmi charakteristická. Isoprenový kaučuk je přírodní monomer, protože zbytek jeho molekuly je obsažen v mnoha dalších přírodních sloučeninách - isoprenoidy, terpenoidy a podobně. Rozpouští se v organických rozpouštědlech. Například s ethylalkoholem se může míchat v libovolném poměru. Ale ve vodě se špatně rozpouští.

Při polymeraci ale snadno tvoří strukturní jednotku isoprenového kaučuku, díky čemuž se získává isoprenová gutaperča a kaučuky. Také isopren může během kopolymerace vstupovat do různých reakcí. V průmyslu je nepostradatelný, protože se používá k syntéze kaučuků, léků a dokonce i některých vonných látek. U nás se výroba syntetického isoprenového kaučuku rozvíjí dlouhodobě a tvoří přibližně dvacet čtyři procent světové produkce.

Historie

První isopren byl získán v roce 1860 pyrolýzou z přírodního kaučuku.pyrolýza je tepelný (při vysokých teplotách) rozklad mnoha anorganických a organických sloučenin za podmínek nedostatku kyslíku. Později byla vynalezena izoprenová lampa - elektrická s vyhřívanou spirálou, pomocí které se v laboratořích tepelně rozkládal terpentýnový olej.

Druhá světová válka přinesla obrovskou poptávku po isoprenových kaučucích, a proto se isopren naučil vyrábět v průmyslovém měřítku pyrolýzou limonenu. Přesto byl izopren příliš drahý pro hromadnou výrobu syntetických kaučuků. Situace se změnila, když se našel způsob, jak ji získat z ropy. Poté se začaly rychle rozvíjet technologie pro polymeraci isoprenu.

Role v ekonomice

Nejdůležitější věcí při plánování výroby produktu, jako je izoprenový kaučuk, je správná volba místa, protože bude nutné dodat frakce separace C₅ do určení z několika podniků najednou, které provádějí cracking. Na druhém místě důležitého významu je zohlednění v plánech úložiště zbývajících uhlovodíků z frakce C_5..

Začátkem devadesátých let dvacátého století vyrobila západní Evropa asi osmdesát pět tisíc tun C_{5 dienů, z nichž čtyřicet čtyři tisíc tun tvořil dimerizovaný cyklopentadien a dvacet tři tisíc tun byl isopren. Zbytek – asi patnáct tisíc tun – byly piperyleny. O deset let později se světová produkce isoprenu zvýšila na 850 000 tun ročně.}

Vlastnosti

Za standardních podmínek je isopren, jak již bylo zmíněno, těkavá bezbarvá kapalina, téměř nerozpustná ve vodě, ale mísitelná v jakémkoli poměru s diethylalkoholem, standardem, benzenem, acetonem. Isopren je schopen tvořit azeotropní směsi s širokou škálou organických rozpouštědel. Když vezmeme v úvahu data spektroskopických studií, je vidět, že již při padesáti stupních Celsia nabývá většina molekul isoprenu stabilní s-trans konformace, pouze patnáct procent molekul je v s-cis konformaci. Mezi těmito stavy je energetický rozdíl 6,3 kJ.

Chemické vlastnosti isoprenu prezentují jako typický konjugovaný dien, který vstupuje do substitučních, adicích, komplexačních, cyklizačních, telomerizačních reakcí. Aktivní v reakci s elektrofily a dienofily.

Aplikace

Hlavní část v současnosti vyráběného isoprenu se používá při syntéze isoprenového kaučuku, který je strukturou a vlastnostmi podobný přírodnímu kaučuku. Používá se zvláště široce pro výrobu pneumatik. Existuje také další produkt polymerace isoprenu, polyisopren, který se používá mnohem méně, protože má vlastnosti gutaperči. Vyrábí se z něj například izolace drátů a golfové míčky. Isoprenový kaučuk se používá k výrobě všech druhů pryžových výrobků, které kombinují přírodní a jiné syntetické pryže.

Například pro snížení lepivosti se přidávajíbutadien-methylstyrenových kaučuků se navíc zvyšuje únavová odolnost, pokud se deformace opakují. Dusitany dodávají odolnost vůči ozónu a odolnost vůči tepelnému stárnutí. Izoprenové kaučuky se tak při dodržení souboru technických vlastností dokonale projevují při použití dopravních pásů, sacích nebo tlakových hadic, při obložení hřídelí strojů, při výrobě obuvi, lékařských a jiných výrobků.

Nebezpečí pro životní prostředí

Isopren je vysoce výbušný a hořlavý. Ve vysokých koncentracích v těle může vést k paralýze a smrti. K tomu dochází hlavně při nasycení atmosféry, a proto metabolismus probíhá v dýchacím systému, kdy se isopren přeměňuje na epoxidy a dioly.

Čtyřicet miligramů na metr krychlový se považuje za vysokou koncentraci – to je maximální dávka. Malé koncentrace isoprenu ve vzduchu mohou mít na člověka narkotický účinek, způsobit podráždění očí, kůže, dýchacích cest a sliznic.

Biologie

Moderní vědci zjistili, že izoprenové výpary uvolňují do atmosféry téměř všechny rostliny. Globální množství fytogenního isoprenu se přibližně odhaduje na (180–450)^.10^{12 gramů uhlíku za rok. Tento proces se urychluje, pokud se teplota vzduchu blíží třiceti stupňům Celsia a také je-li intenzita slunečního záření vysoká, zatímco fotosyntéza je již plně saturována. Biosyntéza isoprenu inhibována fosmidomycinem a sloučeninami celkuřadu statinů. Proč to rostliny dělají, není zcela pochopeno. Možná jim izopren dává extra odolnost proti přehřátí. Kromě toho je to lapač radikálů, což znamená, že může chránit rostliny před reaktivními formami kyslíku a ozonem.}

Vědci také naznačují, že syntéza isoprenu způsobuje neustálou spotřebu molekul NADPH a ATP, které rostlina produkuje během fotosyntézy. Uvolňování isoprenu tedy zabraňuje fotooxidační degradaci a opětovné redukci, pokud je osvětlení nadměrné. Nevýhodou tohoto obranného mechanismu může být jedna: uhlík, který se tak obtížně získává v procesu fotosyntézy, se vynakládá na uvolňování isoprenu. Vědci nezůstali jen u rostlin a zjistili, že lidské tělo dokáže produkovat i dienové uhlovodíky a isopren je z nich nejrozšířenější.