چگونه لاستیک ایزوپرن مصنوعی ساخته می شود

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-02 13:53

لاستیک طبیعی دارای آنالوگ های زیادی است و لاستیک ایزوپرن یکی از چند تناژترین لاستیک ها محسوب می شود. صنعت انواع مختلفی از این محصولات را تولید می کند که هم از نظر خواص و هم در نوع کاتالیزورهای مورد استفاده - لیتیوم، کمپلکس و موارد مشابه متفاوت است.

چگونه لاستیک ساخته می شود

لاستیک ایزوپرن مصنوعی است، منظم است و از پلیمریزاسیون ایزوپرن که در یک محیط حلال بی اثر با یک کاتالیزور پیچیده قرار داده شده است، به دست می آید. این کار انجام می شود، به عنوان مثال، SKI-3. پلیمریزاسیون ایزوپرن در محلول باید پیوسته باشد، برای این کار باتری های چهار تا شش پلیمریزر وجود دارد که با آب نمک خنک می شوند.

مونومر موجود در مخلوط به دوازده تا پانزده درصد تغلیظ می شود، سپس درجه تبدیل به نود و پنج درصد می رسد و مدت زمان آن در دمای صفر تا ده درجه سانتیگراد دو تا سه ساعت خواهد بود. در صورت نیاز به لاستیک ایزوپرن با وزن مولکولی بالا، خلوص معرف های مورد استفاده در پلیمریزاسیون بسیار زیاد است.درجه عالی.

تثبیت و خشک کردن

برای محافظت از پلیمر در برابر اکسیداسیون، باید آن را با مخلوطی از فنیلن دیامین و نئوزون تثبیت کرد که باید به صورت محلول یا سوسپانسیون آبی به پلیمریزیت وارد شود. برای جدا کردن لاستیک ایزوپرن از پلیمریزه به صورت خرده نان، پلیمریزه باید با بخار آب و آب مخلوط شود، سپس مواد افزودنی به آن اضافه شود که از تجمع (کلومه شدن) جلوگیری می کند. سپس حلال باید تقطیر شود. اکنون باید فرآیندهای گاز زدایی، جداسازی خرده ها از آب و خشک کردن در ماشین های کرم و تسمه خشک کن ها انجام شود. در پایان این فرآیند می توان تولید لاستیک ایزوپرن را کامل دانست.

اکنون روی کارخانه های اتوماتیک تحت فشار بریکت می شود. نام تجاری SKI-3 - لاستیک ایزوپرن مصنوعی، که در بریکت های 30 کیلوگرمی تولید می شود. بریکت در یک فیلم پلی اتیلن پیچیده شده و در یک کیسه کاغذی چهار لایه قرار می گیرد. این فیلم همزمان با محتویات آن که لاستیک ایزوپرن است کاملاً خوب پردازش می شود، خواص آن با دمای اختلاط کاملاً اجازه می دهد پلی اتیلن نرم شود و آن را با جرم اصلی در میکسر لاستیکی مخلوط کند.

ساختار

هر لاستیک که توسط صنعت تولید می شود، ویژگی ها و خواص خاص خود را دارد که فقط در این تنوع ذاتی است. برخی از لاستیک ها استحکام مکانیکی خوبی دارند، برخی دیگر مقاومت شیمیایی یا نفوذ ناپذیری گاز خوبی دارند، برخی دیگر هیچ ترسی از تغییرات دما ندارند و غیره. خواصلاستیک های مصنوعی منفرد از جهات مختلف و چندین برابر بر لاستیک طبیعی برتری دارند. فقط از خاصیت ارتجاعی لاستیک طبیعی فراتر نرفته است و این مهمترین ویژگی برای محصولاتی مانند لاستیک هواپیما یا اتومبیل است.

در طول عملیات، آنها همیشه تغییر شکل عظیمی را تجربه می کنند - هم کشش و هم فشرده شدن، که باعث اصطکاک بین مولکولی، گرم شدن و از دست دادن کیفیت می شود. به این معنا که هر چه کشش لاستیک بالاتر باشد، محصول بادوام تر است. به همین دلیل است که لاستیک طبیعی هنوز از بین نرفته است و از آن برای تولید لاستیک هواپیماها و خودروهای پرسرعت و سنگین استفاده می شود. لاستیک طبیعی پلیمری از ایزوپرن است، به همین دلیل است که دانشمندان سخت تلاش می کنند تا لاستیک ایزوپرن را شبیه به لاستیک طبیعی کنند.

فرمول

منابع استخراج لاستیک طبیعی بسیار محدود است. لاستیک معمولی و طبیعی دارای فرمول C₅H₈ است، همانطور که مشخص شد، کاملاً با فرمول مولکولی ایزوپرن یکسان است. هنگامی که لاستیک گرم می شود، در محصولات تجزیه آن تشکیل می شود. چالش این است که راهی با قیمت مناسب پیدا کنید. و لاستیک ایزوپرن در طی واکنش پلیمریزاسیون به دست می آید و در اینجا مهم است که مسیر این واکنش را به درستی بسازیم. پلیمریزاسیون به صورت زیر انجام می شود: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

امیدبخش ترین روش تاکنون روش هیدروژن زدایی کاتالیستی ایزوپنتان است که از گازهای نفتی آزاد می شود.ماده اولیه برای تولید ایزوپرن نیز می تواند پنتان باشد: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3، زیرا هنگام گرم شدن و با کاتالیزور، به ایزوپنتان نیز تبدیل می شود. همچنین یک روش پلیمریزاسیون وجود دارد که در آن واکنش برای به دست آوردن لاستیک ایزوپرن به گونه ای ساخته می شود که لاستیک به دست می آید که از نظر ساختار بسیار شبیه به لاستیک طبیعی است و بنابراین دارای همان خواص عالی است.}

ایزوپرن

ایزوپرن یک هیدروکربن غیر اشباع متعلق به سری دی ان است. این یک مایع فرار بی رنگ است. بوی بسیار مشخص است. لاستیک ایزوپرن یک مونومر طبیعی است، زیرا باقی مانده مولکول آن در بسیاری از ترکیبات طبیعی دیگر - ایزوپرنوئیدها، ترپنوئیدها و مانند آن قرار دارد. در حلال های آلی حل می شود. به عنوان مثال با اتیل الکل می توان آن را به هر نسبتی مخلوط کرد. اما به خوبی در آب حل نمی شود.

اما به راحتی در حین پلیمریزاسیون یک واحد ساختاری از لاستیک ایزوپرن را تشکیل می دهد که به واسطه آن ایزوپرن گوتاپرکا و لاستیک ها به دست می آید. همچنین ایزوپرن می تواند در طی کوپلیمریزاسیون وارد واکنش های مختلفی شود. در صنعت، ضروری است، زیرا از آن برای سنتز لاستیک، داروها و حتی برخی از مواد معطر استفاده می شود. در کشور ما، تولید لاستیک ایزوپرن مصنوعی برای مدت طولانی در حال توسعه بوده و تقریباً بیست و چهار درصد از تولید جهانی را به خود اختصاص داده است.

تاریخ

اولین ایزوپرن در سال 1860 با تجزیه در اثر حرارت از لاستیک طبیعی به دست آمد.پیرولیز تجزیه حرارتی (در دماهای بالا) بسیاری از ترکیبات معدنی و آلی در شرایط کمبود اکسیژن است. بعداً یک لامپ ایزوپرن اختراع شد - یک لامپ الکتریکی با یک سیم پیچ گرم که با آن روغن سقز در آزمایشگاه ها به صورت حرارتی تجزیه می شد.

جنگ جهانی دوم تقاضای زیادی برای لاستیک های ایزوپرن به همراه داشت، و بنابراین، ایزوپرن در مقیاس صنعتی با تجزیه در اثر حرارت لیمونن تولید می شود. با این حال، ایزوپرن برای تولید انبوه لاستیک های مصنوعی بسیار گران بود. وقتی راهی برای به دست آوردن آن از نفت پیدا شد، وضعیت تغییر کرد. سپس فناوری های پلیمریزاسیون ایزوپرن به سرعت شروع به توسعه کردند.

نقش در اقتصاد

مهمترین نکته در برنامه ریزی برای تولید محصولی مانند لاستیک ایزوپرن، انتخاب درست مکان است، زیرا لازم است کسری از جداسازی C₅ به مقصد از چندین شرکت به طور همزمان، که کرک را انجام می دهند. در وهله دوم اهمیت، در نظر گرفتن در طرح‌ها برای محل دفع هیدروکربن‌های باقی‌مانده از کسر C_{5. است.}

در آغاز دهه نود قرن بیستم، اروپای غربی حدود هشتاد و پنج هزار تن C_{5 دیین تولید کرد که چهل و چهار هزار تن آن سیکلوپنتادین دیمر شده و بیست و سه هزار تن ایزوپرن بود. بقیه - حدود پانزده هزار تن - پیپریلن بودند. ده سال بعد، تولید جهانی ایزوپرن به 850000 تن در سال افزایش یافت.}

خواص

در شرایط استاندارد، ایزوپرن، همانطور که قبلاً ذکر شد، یک مایع بی رنگ فرار است، تقریباً در آب نامحلول است، اما به هر نسبت با دی اتیل الکل، استاندارد، بنزن، استون قابل اختلاط است. ایزوپرن قادر است مخلوط های آزئوتروپیک را با طیف گسترده ای از حلال های آلی تشکیل دهد. هنگام در نظر گرفتن داده های مطالعات طیف سنجی، می توان مشاهده کرد که در حال حاضر در پنجاه درجه سانتیگراد، اکثر مولکول های ایزوپرن یک ترکیب S-trans پایدار به خود می گیرند، تنها پانزده درصد از مولکول ها در ترکیب s-cis هستند. بین این حالات، اختلاف انرژی 6.3 کیلوژول است.

خواص شیمیایی ایزوپرن آن را به عنوان یک دین کونژوگه معمولی نشان می دهد که وارد واکنش های جایگزینی، افزودن، کمپلکس شدن، چرخه شدن، تلومریزاسیون می شود. در واکنش با الکتروفیل ها و دی انوفیل ها فعال است.

برنامه

بخش اصلی ایزوپرن تولید شده در حال حاضر در سنتز لاستیک ایزوپرن استفاده می شود که از نظر ساختار و خواص مشابه لاستیک طبیعی است. این به ویژه به طور گسترده ای برای تولید لاستیک استفاده می شود. همچنین یک محصول پلیمریزاسیون ایزوپرن دیگر به نام پلی ایزوپرن وجود دارد که به دلیل دارا بودن خواص گوتاپرکا بسیار کمتر مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان مثال از آن برای ساخت عایق سیم و توپ گلف استفاده می شود. از لاستیک ایزوپرن برای ساخت انواع محصولات لاستیکی که ترکیبی از لاستیک های طبیعی و سایر لاستیک های مصنوعی هستند استفاده می شود.

مثلاً برای کاهش چسبندگی، اضافه می شودلاستیک های بوتادین-متیل استایرن، علاوه بر این، در صورت تکرار تغییر شکل ها، استقامت خستگی افزایش می یابد. نیتریت ها مقاومت در برابر ازن و مقاومت در برابر پیری گرما را افزایش می دهند. بنابراین، با رعایت مجموعه‌ای از ویژگی‌های فنی، لاستیک‌های ایزوپرن هنگام استفاده از تسمه نقاله، شیلنگ‌های مکش یا فشار، هنگام آستر کردن محورهای ماشین‌ها، در تولید کفش، پزشکی و سایر محصولات کاملاً خود را نشان می‌دهند.

خطر زیست محیطی

ایزوپرن بسیار انفجاری و قابل اشتعال است. در غلظت های بالا در بدن می تواند منجر به فلج و مرگ شود. این عمدتا در اشباع اتمسفر رخ می دهد، و بنابراین متابولیسم در سیستم تنفسی انجام می شود، زمانی که ایزوپرن به اپوکسیدها و دیول ها تبدیل می شود.

چهل میلی گرم در متر مکعب غلظت بالایی در نظر گرفته می شود - این حداکثر دوز است. غلظت های اندک ایزوپرن در هوا می تواند اثر مخدر بر روی فرد داشته باشد و باعث تحریک چشم ها، پوست، دستگاه تنفسی و غشاهای مخاطی شود.

زیست شناسی

دانشمندان مدرن کشف کرده اند که بخارهای ایزوپرن تقریباً همه گیاهان را در جو منتشر می کنند. مقدار جهانی ایزوپرن فیتوژنیک تقریباً در (180-450) _{^{تخمین زده می شود.}}10^{12 گرم کربن در سال اگر دمای هوا به سی درجه سانتیگراد نزدیک شود، و همچنین اگر شدت تابش خورشیدی زیاد باشد، در حالی که فتوسنتز از قبل کاملاً اشباع شده باشد، این فرآیند تسریع می شود. بیوسنتز ایزوپرن توسط فوسمیدومایسین و ترکیبات کل مهار می شودتعدادی از استاتین ها چرا گیاهان این کار را انجام می دهند به طور کامل درک نشده است. شاید ایزوپرن به آنها مقاومت بیشتری در برابر گرمای بیش از حد بدهد. بعلاوه، یک جاذب رادیکال است، به این معنی که می تواند از گیاهان در برابر گونه های فعال اکسیژن و ازن محافظت کند.}

دانشمندان همچنین پیشنهاد می‌کنند که سنتز ایزوپرن باعث مصرف مداوم مولکول‌های NADPH و ATP می‌شود که گیاه در طول فتوسنتز تولید می‌کند. از این رو، آزاد شدن ایزوپرن از تخریب نور اکسیداتیو و کاهش مجدد آن در صورت نور بیش از حد جلوگیری می کند. معایب این مکانیسم دفاعی ممکن است یکی باشد: کربنی که در فرآیند فتوسنتز با چنین سختی استخراج می شود، صرف آزادسازی ایزوپرن می شود. دانشمندان به گیاهان بسنده نکردند و دریافتند که بدن انسان همچنین می‌تواند هیدروکربن‌های داین تولید کند و ایزوپرن رایج‌ترین آنها در بین آنهاست.