Cao su isoprene tổng hợp được tạo ra như thế nào

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-02 14:05

Cao su tự nhiên có nhiều chất tương tự, và cao su isoprene được coi là một trong những loại cao su đa trọng tải nhất. Ngành công nghiệp sản xuất nhiều loại sản phẩm này, khác nhau cả về đặc tính và loại chất xúc tác được sử dụng - liti, phức chất, và các loại tương tự.

Cao su được tạo ra như thế nào

Cao su isopren là chất tổng hợp, nó có dạng lập thể, và nó thu được bằng cách trùng hợp isopren đặt trong môi trường dung môi trơ với chất xúc tác phức tạp. Điều này được thực hiện, ví dụ, SKI-3. Quá trình trùng hợp isoprene trong dung dịch phải liên tục, vì điều này có pin gồm bốn đến sáu chất trùng hợp được làm lạnh bằng nước muối.

Đơn phân trong hỗn hợp được cô đặc đến mười hai - mười lăm phần trăm, sau đó mức độ chuyển hóa sẽ đạt tới chín mươi lăm phần trăm, và thời gian sẽ là hai đến ba giờ ở nhiệt độ từ 0 đến 10 độ C. Nếu cần thu được cao su isopren có khối lượng phân tử lớn thì độ tinh khiết của thuốc thử dùng trong phản ứng trùng hợp là rấtmức độ cao.

Ổn định và làm khô

Để bảo vệ polyme khỏi quá trình oxy hóa, nó phải được ổn định bằng hỗn hợp phenylenediamine và neozone, các chất này phải được đưa vào polyme hóa dưới dạng dung dịch hoặc huyền phù nước. Để tách cao su isopren ra khỏi chất polyme hóa dưới dạng vụn, chất polyme hóa phải được trộn với hơi nước và nước, sau đó thêm các chất phụ gia ngăn chặn sự kết tụ (vón cục). Dung môi sau đó phải được chưng cất. Lúc này cần thực hiện các công đoạn khử khí, tách vụn ra khỏi nước và sấy khô trong máy con trùn và máy sấy dây đai. Khi kết thúc quá trình này, việc sản xuất cao su isoprene có thể được coi là hoàn thành.

Bây giờ nó sẽ được đóng bánh trên các nhà máy tự động dưới áp suất. Nhãn hiệu SKI-3 - cao su isoprene tổng hợp, được sản xuất dưới dạng viên bánh nặng 30 kg mỗi viên. Viên bánh được bọc trong màng polyetylen và đặt trong túi giấy bốn lớp. Màng này được xử lý khá tốt đồng thời với nội dung là cao su isoprene, đặc tính của nó với nhiệt độ trộn khá cao cho phép polyethylene mềm và trộn với khối lượng chính trong máy trộn cao su.

Cấu trúc

Mỗi loại cao su được sản xuất bởi ngành công nghiệp đều có những đặc điểm và tính chất riêng chỉ có ở loại cao su này. Một số cao su có độ bền cơ học tốt, những loại khác có khả năng chống hóa chất tốt hoặc không thấm khí, những loại khác không sợ thay đổi nhiệt độ, v.v. Đặc tínhcao su tổng hợp riêng lẻ vượt trội hơn cao su tự nhiên về nhiều mặt và nhiều lần. Chỉ có độ đàn hồi của cao su tự nhiên là chưa vượt qua được và đây là đặc tính quan trọng nhất đối với các sản phẩm như lốp máy bay hoặc ô tô.

Trong quá trình vận hành, chúng luôn bị biến dạng rất lớn - cả kéo giãn và nén, gây ra ma sát giữa các phân tử, làm nóng và giảm chất lượng. Tức là cao su có độ đàn hồi càng cao thì sản phẩm càng bền. Chính vì lý do này mà cao su thiên nhiên vẫn chưa hết giá trị sử dụng và nó được sử dụng để sản xuất lốp cho máy bay và ô tô tải trọng nặng và tốc độ cao. Cao su tự nhiên là một polyme của isoprene, đó là lý do tại sao các nhà khoa học đang làm việc chăm chỉ để làm cho cao su isoprene trở thành một chất tương tự của cao su tự nhiên.

Công thức

Tài nguyên để chiết xuất cao su thiên nhiên rất hạn chế. Cao su thông thường, tự nhiên có công thức C₅H₈, hóa ra, nó hoàn toàn giống với công thức phân tử của isoprene, đó là được hình thành khi cao su bị nung nóng, trong các sản phẩm phân hủy của nó. Thách thức là tìm một cách hợp lý hợp lý. Và cao su isoprene thu được trong phản ứng trùng hợp, và ở đây điều quan trọng là phải xây dựng chính xác quy trình của phản ứng này. Phản ứng trùng hợp xảy ra như sau: nCH₂=C (CH₃) - CH=CH₂- (-CH₂- C (CH₃)=CH - CH_{2) n.}

Phương pháp hứa hẹn nhất cho đến nay là phương pháp khử hydro bằng xúc tác của isopentan, được giải phóng từ khí dầu mỏ. Nguyên liệu ban đầu để sản xuất isoprene cũng có thể là pentan: CH₃-CH₂-CH₂- CH₂-CH_{3, vì khi đun nóng và có xúc tác, nó cũng biến thành isopentan. Ngoài ra còn có một phương pháp trùng hợp, trong đó phản ứng thu được cao su isopren được xây dựng theo cách thu được cao su có cấu trúc rất giống với cao su tự nhiên và do đó, có cùng các đặc tính tuyệt vời.}

Isoprene

Isopren là một hiđrocacbon không no thuộc dãy đien. Nó là một chất lỏng không màu dễ bay hơi. Mùi rất đặc trưng. Cao su isoprene là một monome tự nhiên, vì phần còn lại của phân tử của nó được bao gồm trong nhiều hợp chất tự nhiên khác - isoprenoids, terpenoids, và những thứ tương tự. Nó hòa tan trong dung môi hữu cơ. Ví dụ, với rượu etylic, nó có thể được pha trộn theo bất kỳ tỷ lệ nào. Nhưng nó không hòa tan tốt trong nước.

Nhưng nó dễ dàng tạo thành một đơn vị cấu trúc của cao su isopren trong quá trình trùng hợp, do đó, ruộtta-percha và cao su isoprene thu được. Ngoài ra, isoprene có thể tham gia vào các phản ứng khác nhau trong quá trình đồng trùng hợp. Trong công nghiệp, nó là không thể thiếu, vì nó được sử dụng để tổng hợp cao su, thuốc và thậm chí một số chất có mùi thơm. Ở nước ta, việc sản xuất cao su isoprene tổng hợp đã phát triển từ lâu và chiếm khoảng hai mươi bốn phần trăm sản lượng thế giới.

Lịch sử

Isooprene đầu tiên thu được vào năm 1860 bằng cách nhiệt phân cao su tự nhiên.nhiệt phân là sự phân hủy nhiệt (ở nhiệt độ cao) của nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ trong điều kiện thiếu oxy. Sau đó, đèn isoprene được phát minh - đèn điện có cuộn dây được nung nóng, trong đó dầu nhựa thông được phân hủy bằng nhiệt trong các phòng thí nghiệm.

Chiến tranh thế giới thứ hai mang lại nhu cầu lớn về cao su isoprene, và do đó, isoprene đã được học để sản xuất ở quy mô công nghiệp bằng cách nhiệt phân limonene. Tuy nhiên, isoprene quá đắt để sản xuất hàng loạt cao su tổng hợp. Tình hình đã thay đổi khi người ta tìm ra cách lấy nó từ dầu mỏ. Sau đó, công nghệ trùng hợp isoprene bắt đầu phát triển nhanh chóng.

Vai trò trong nền kinh tế

Điều quan trọng nhất trong việc lập kế hoạch sản xuất một sản phẩm như cao su isoprene là lựa chọn vị trí phù hợp, bởi vì nó sẽ cần thiết để cung cấp các phần phân tách C₅đến điểm đến từ một số doanh nghiệp cùng một lúc thực hiện bẻ khóa. Vị trí thứ hai có tầm quan trọng là việc xem xét kế hoạch bãi thải các hydrocacbon còn lại từ phân đoạn C_5..

Đến đầu những năm chín mươi của thế kỷ XX, Tây Âu sản xuất khoảng 85 nghìn tấn C_{5dienes, trong đó bốn mươi bốn nghìn tấn là xiclopentadiene được đime hóa và hai mươi ba nghìn tấn isoprene. Phần còn lại - khoảng mười lăm nghìn tấn - là pipet. Mười năm sau, sản lượng isoprene trên thế giới đã tăng lên 850.000 tấn mỗi năm.}

Thuộc tính

Ở điều kiện tiêu chuẩn, isoprene, như đã đề cập, là một chất lỏng không màu dễ bay hơi, hầu như không hòa tan trong nước, nhưng có thể trộn lẫn theo bất kỳ tỷ lệ nào với rượu dietyl, tiêu chuẩn, benzen, axeton. Isoprene có thể tạo thành hỗn hợp azeotropic với nhiều loại dung môi hữu cơ. Khi xem xét dữ liệu của các nghiên cứu quang phổ, có thể thấy rằng đã ở nhiệt độ 50 độ C, hầu hết các phân tử isoprene có dạng s-trans ổn định, chỉ có 15% số phân tử ở dạng s-cis. Giữa các trạng thái này, sự chênh lệch năng lượng là 6,3 kJ.

Các tính chất hóa học của isoprene thể hiện nó như một diene liên hợp điển hình, tham gia vào các phản ứng thay thế, cộng, tạo phức, tuần hoàn, telome hóa. Hoạt động trong phản ứng với electrophin và dienophile.

Đơn

Phần chính của isoprene hiện đang được sản xuất được sử dụng trong quá trình tổng hợp cao su isoprene, có cấu trúc và tính chất tương tự như cao su tự nhiên. Nó được sử dụng đặc biệt rộng rãi để sản xuất lốp xe. Ngoài ra còn có một sản phẩm trùng hợp isoprene khác là polyisoprene, được sử dụng ít hơn nhiều vì nó có các đặc tính của gutta-percha. Ví dụ, nó được sử dụng để làm cách điện cho dây điện và bóng gôn. Cao su isoprene được sử dụng để sản xuất tất cả các loại sản phẩm cao su kết hợp các loại cao su tự nhiên và tổng hợp khác.

Ví dụ, để giảm độ dính, được thêm vàoNgoài ra, cao su butadien-metylstyrene tăng độ bền mỏi nếu biến dạng lặp lại. Nitrit bổ sung khả năng chống ôzôn và khả năng chống lão hóa do nhiệt. Do đó, quan sát một tập hợp các đặc tính kỹ thuật, cao su isoprene thể hiện một cách hoàn hảo khi sử dụng băng tải, ống hút hoặc ống áp lực, khi lót trục máy, trong sản xuất giày dép, y tế và các sản phẩm khác.

Nguy cơ môi trường

Isoprene rất dễ nổ và dễ cháy. Ở nồng độ cao trong cơ thể, nó có thể dẫn đến tê liệt và tử vong. Điều này chủ yếu xảy ra ở độ bão hòa của khí quyển, và do đó quá trình trao đổi chất diễn ra trong hệ hô hấp, khi isoprene được chuyển đổi thành epoxit và diols.

Bốn mươi miligam trên mét khối được coi là nồng độ cao - đây là liều lượng tối đa. Nồng độ nhỏ của isoprene trong không khí có thể có tác dụng gây mê đối với một người, gây kích ứng mắt, da, đường hô hấp và màng nhầy.

Sinh học

Các nhà khoa học hiện đại đã phát hiện ra rằng khói isoprene thải ra gần như tất cả các loài thực vật vào bầu khí quyển. Lượng isoprene phytogenic toàn cầu được ước tính vào khoảng (180-450)^.10^{12gam carbon mỗi năm. Quá trình này được đẩy nhanh nếu nhiệt độ không khí đạt tới 30 độ C, và cũng như nếu cường độ bức xạ mặt trời cao, trong khi quá trình quang hợp đã hoàn toàn bão hòa. Sinh tổng hợp isoprene bị ức chế bởi fosmidomycin và các hợp chất của toàn bộmột số statin. Tại sao thực vật làm điều này vẫn chưa được hiểu đầy đủ. Có lẽ isoprene giúp chúng có thêm khả năng chống quá nhiệt. Ngoài ra, nó còn là một chất nhặt rác triệt để, có nghĩa là nó có thể bảo vệ thực vật khỏi các loại ôxy phản ứng và ôzôn.}

Các nhà khoa học cũng gợi ý rằng quá trình tổng hợp isoprene gây ra sự tiêu thụ liên tục các phân tử NADPH và ATP, mà thực vật tạo ra trong quá trình quang hợp. Do đó, việc giải phóng isoprene ngăn chặn quá trình phân hủy và tái khử oxy hóa quang nếu chiếu sáng quá mức. Nhược điểm của cơ chế bảo vệ này có thể là một: carbon, được chiết xuất khó khăn như vậy trong quá trình quang hợp, được sử dụng để giải phóng isoprene. Các nhà khoa học không dừng lại ở thực vật và phát hiện ra rằng cơ thể con người cũng có thể tạo ra các hydrocacbon diene, và isoprene là chất phổ biến nhất trong số đó.