איך מייצרים גומי איזופרן סינתטי

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-02 13:54

לגומי טבעי יש אנלוגים רבים, וגומי איזופרן נחשב לאחד הגומי הרב-טון. התעשייה מייצרת מגוון רחב של סוגים של מוצרים אלה, הנבדלים הן בתכונות והן בסוג הזרזים שהיו בשימוש - ליתיום, קומפלקס וכדומה.

איך מייצרים גומי

גומי איזופרן הוא סינטטי, הוא סטריאו-רגיל, והוא מתקבל על ידי פילמור של איזופרן המונח בתווך ממס אינרטי עם זרז מורכב. זה נעשה, למשל, SKI-3. הפילמור של איזופרן בתמיסה חייב להיות רציף, לשם כך יש סוללות של ארבעה עד שישה פולימריזרים שמקוררים במלח.

המונומר בתערובת מרוכז לשתים עשרה - חמישה עשר אחוז, ואז תגיע דרגת ההמרה לתשעים וחמישה אחוז, ומשך הזמן יהיה שעתיים עד שלוש שעות בטמפרטורות מאפס עד עשר מעלות צלזיוס. אם יש צורך להשיג גומי איזופרן במשקל מולקולרי גבוה, הטוהר של הריאגנטים המשמשים בפילמור הוא מאודתואר גבוה.

ייצוב וייבוש

כדי להגן על הפולימר מפני חמצון, יש לייצב אותו בתערובת של פנילדיאמין וניאוזון, אותה יש להכניס לפולימר כתמיסה או תרחיף מימי. על מנת להפריד את גומי האיזופרן מהפולימריזט כפירור, יש לערבב את הפולימר עם קיטור ומים, ולאחר מכן להוסיף תוספים המונעים הצטברות (גוש). לאחר מכן יש לזקק את הממס. כעת יש צורך לבצע את תהליכי הסרת הגז, הפרדת הפירורים מהמים וייבוש במכונות תולעים ומייבשי חגורות. בסופו של תהליך זה, ייצור גומי איזופרן יכול להיחשב כמושלם.

עכשיו זה יהיה לבנים על מפעלים אוטומטיים בלחץ. מותג SKI-3 - גומי איזופרן סינתטי, המיוצר בבריקטים של שלושים קילוגרם כל אחד. הבריקט עטוף בניילון פוליאתילן ומניח בשקית נייר בת ארבע שכבות. הסרט הזה מעובד די טוב בו-זמנית עם התוכן, שהוא גומי איזופרן, התכונות שלו עם טמפרטורת הערבוב די מאפשרות לפוליאתילן להתרכך ולערבב אותו עם המסה העיקרית במערבל גומי.

Structure

לכל גומי שמיוצר על ידי התעשייה יש מאפיינים ותכונות משלו הטבועים רק בזן זה. לחלק מהגומיות יש חוזק מכני טוב, לאחרים יש עמידות כימית טובה או אטימות גזים, לאחרים אין חשש משינויי טמפרטורה וכן הלאה. נכסיםגומי סינתטיים בודדים עדיפים על גומי טבעי במובנים רבים ופי רבים. רק הגמישות של הגומי הטבעי עדיין לא עלתה, וזהו התכונה החשובה ביותר למוצרים כמו צמיגי מטוסים או רכבים.

במהלך הפעולה, הם תמיד חווים דפורמציה עצומה - הן מתיחה והן דחיסה, מה שגורם לחיכוך בין מולקולרי, חימום ואובדן איכות. כלומר, ככל שהגמישות של הגומי גבוהה יותר, המוצר עמיד יותר. מסיבה זו הגומי הטבעי טרם יצא מכלל שימוש, והוא המשמש לייצור צמיגים למטוסים ומכוניות מהירים וכבדים. גומי טבעי הוא פולימר של איזופרן, וזו הסיבה שמדענים עובדים כל כך קשה כדי להפוך גומי איזופרן לאנלוגי של גומי טבעי.

נוסחה

המשאבים למיצוי גומי טבעי מוגבלים מאוד. לגומי רגיל, טבעי, יש את הנוסחה C₅H₈, כפי שהתברר, הוא זהה לחלוטין לנוסחה המולקולרית של איזופרן, שהיא נוצר כאשר גומי מחומם, בתוצרי הפירוק שלו. האתגר הוא למצוא דרך משתלמת למדי. וגומי איזופרן מתקבל במהלך תגובת הפילמור, וכאן חשוב לבנות נכון את מהלך התגובה הזו. הפולימריזציה מתרחשת באופן הבא: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

השיטה המבטיחה ביותר עד כה היא השיטה של דה-הידרוגנציה קטליטית של איזופנטן, המשתחררת מגזי נפט.חומר המוצא לייצור איזופרן יכול להיות גם פנטן: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, כי בחימום ועם זרזים הוא הופך גם לאיזופנטן. קיימת גם שיטת פילמור בה התגובה לקבלת גומי איזופרן בנויה כך שמתקבל גומי הדומה מאוד במבנה לגומי טבעי ולכן בעל אותן תכונות מצוינות.}

Isoprene

Isoprene הוא פחמימן בלתי רווי השייך לסדרת הדין. זהו נוזל נדיף חסר צבע. הריח מאוד אופייני. גומי איזופרן הוא מונומר טבעי, שכן יתרת המולקולה שלו כלולה בתרכובות טבעיות רבות אחרות - איזופרנואידים, טרפנואידים וכדומה. הוא מתמוסס בממיסים אורגניים. עם אלכוהול אתילי, למשל, אפשר לערבב אותו בכל יחס. אבל הוא לא מתמוסס היטב במים.

אבל הוא יוצר בקלות יחידה מבנית של גומי איזופרן במהלך הפילמור, שבזכותו מתקבלים איזופרן גוטה-פרקה וגומיות. כמו כן, איזופרן יכול להיכנס לתגובות שונות במהלך קופולימריזציה. בתעשייה, זה הכרחי, שכן הוא משמש לסינתזה של גומיות, תרופות ואפילו כמה חומרים ריחניים. בארצנו, ייצור גומי איזופרן סינתטי מתפתח מזה זמן רב, ומהווה כעשרים וארבעה אחוז מהייצור העולמי.

היסטוריה

האיזופרן הראשון הושג בשנת 1860 על ידי פירוליזה מגומי טבעי.פירוליזה היא פירוק תרמי (בטמפרטורות גבוהות) של תרכובות אנאורגניות ואורגניות רבות בתנאים של חוסר חמצן. מאוחר יותר הומצאה מנורת איזופרן - חשמלית עם סליל מחומם, שאיתה בוצע פירוק תרמי של שמן טרפנטין במעבדות.

מלחמת העולם השנייה הביאה לביקוש עצום לגומי איזופרן, ולפיכך למדו לייצר איזופרן בקנה מידה תעשייתי על ידי פירוליזה של לימונן. ובכל זאת, איזופרן היה יקר מדי לייצור המוני של גומיות סינתטיות. המצב השתנה כאשר נמצאה דרך להשיג אותו מנפט. אז החלו להתפתח במהירות טכנולוגיות לפילמור של איזופרן.

תפקיד בכלכלה

הדבר החשוב ביותר בתכנון הייצור של מוצר כמו גומי איזופרן הוא הבחירה הנכונה של המיקום, מכיוון שיהיה צורך להעביר שברי הפרדה C₅ ל- יעד מכמה מפעלים בו זמנית, המבצעים פיצוח. במקום השני בחשיבותו ניצבת השיקול בתכניות לאתר הסילוק של יתרת הפחמימנים מהשבריר C_5..

בתחילת שנות התשעים של המאה העשרים, מערב אירופה ייצרה כשמונים וחמישה אלף טון של C_{5 דינים, מתוכם ארבעים וארבעה אלף טון היה ציקלופנטדיאן דימריז עשרים ושלושה אלף טון היה איזופרן. השאר - כחמישה עשר אלף טון - היו פיפרילנים. עשר שנים מאוחר יותר, הייצור העולמי של איזופרן עלה ל-850,000 טון בשנה.}

Properties

בתנאים סטנדרטיים, איזופרן, כפי שכבר הוזכר, הוא נוזל נדיף חסר צבע, כמעט בלתי מסיס במים, אך מתערבב בכל יחס עם דיאתיל אלכוהול, סטנדרטי, בנזן, אצטון. איזופרן מסוגלת ליצור תערובות אזאוטרופיות עם מגוון רחב של ממיסים אורגניים. כאשר בוחנים את הנתונים של מחקרים ספקטרוסקופיים, ניתן לראות שכבר בחמישים מעלות צלזיוס, רוב מולקולות האיזופרן מקבלות קונפורמציה s-trans יציבה, רק חמישה עשר אחוז מהמולקולות נמצאות בקונפורמציה s-cis. בין מצבים אלה, הפרש האנרגיה הוא 6.3 קילו-ג'יי.

התכונות הכימיות של איזופרן מציגות אותו כדיאן מצומד טיפוסי, הנכנס לתגובות החלפה, הוספה, קומפלקס, מחזוריות, טלומריזציה. פעיל בתגובה עם אלקטרופילים ודינופילים.

Application

החלק העיקרי של האיזופרן המיוצר כיום משמש בסינתזה של גומי איזופרן, הדומה במבנה ובתכונות לגומי טבעי. הוא משמש באופן נרחב במיוחד לייצור צמיגים. ישנו גם מוצר פילמור איזופרן נוסף, פוליאיזופרן, שמשתמשים בו הרבה פחות כי יש לו תכונות של גוטה-פרקה. הוא משמש לייצור בידוד תיל וכדורי גולף, למשל. גומי איזופרן משמש לייצור כל מיני מוצרי גומי המשלבים גומי טבעי וגומי סינתטי אחרים.

לדוגמה, כדי להפחית את הדביקות, מוסיפיםגומיות בוטאדיאן-מתילסטירן, בנוסף, סיבולת העייפות עולה אם העיוותים חוזרים על עצמם. ניטריטים מוסיפים עמידות לאוזון ועמידות בפני הזדקנות בחום. לפיכך, תוך התבוננות בסט של מאפיינים טכניים, גומיות איזופרן מתבטאות בצורה מושלמת בעת שימוש ברצועות מסוע, צינורות יניקה או לחץ, בעת ציפוי פירי מכונות, בייצור של הנעלה, מוצרים רפואיים ואחרים.

סכנה סביבתית

איזופרן הוא נפיץ מאוד ודליק. בריכוזים גבוהים בגוף, זה יכול להוביל לשיתוק ולמוות. זה מתרחש בעיקר ברוויה אטמוספרית, ולכן מטבוליזם מתרחש במערכת הנשימה, כאשר איזופרן הופך לאפוקסידים ודיולים.

ארבעים מיליגרם למטר מעוקב נחשב לריכוז גבוה - זהו המינון המרבי. ריכוזים קטנים של איזופרן באוויר עלולים להשפיע נרקוטית על אדם, לגרום לגירוי בעיניים, בעור, בדרכי הנשימה ובריריות.

ביולוגיה

מדענים מודרניים גילו שאדי איזופרן פולטים כמעט את כל הצמחים לאטמוספירה. הכמות העולמית של איזופרן פיטוגני מוערכת בערך ב-(180-450)^.10^{12 גרם של פחמן לשנה. תהליך זה מואץ אם טמפרטורת האוויר מתקרבת לשלושים מעלות צלזיוס, וגם אם עוצמת קרינת השמש גבוהה, בעוד שהפוטוסינתזה כבר רוויה במלואה. ביוסינתזה של איזופרן מעוכבת על ידי פוסמידומיצין ותרכובות של כולומספר סטטינים. מדוע צמחים עושים זאת אינו מובן במלואו. אולי האיזופרן נותן להם עמידות נוספת בפני התחממות יתר. בנוסף, הוא שואב נבלות רדיקלי, מה שאומר שהוא יכול להגן על צמחים מפני מיני חמצן תגובתיים ואוזון.}

מדענים גם מציעים שהסינתזה של איזופרן גורמת לצריכה מתמדת של מולקולות NADPH ו-ATP, שהצמח מייצר במהלך הפוטוסינתזה. לפיכך, שחרור איזופרן מונע פירוק פוטו-חמצוני והפחתה מחדש אם התאורה מוגזמת. החיסרון של מנגנון הגנה זה עשוי להיות אחד: הפחמן, המופק בקושי רב בתהליך הפוטוסינתזה, מושקע בשחרור איזופרן. מדענים לא עצרו בצמחים וגילו שגוף האדם יכול לייצר גם פחמימנים דין, והאיזופרן הוא הנפוץ ביניהם.