كيف يتم تصنيع مطاط الأيزوبرين الصناعي

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-02 13:49

يحتوي المطاط الطبيعي على العديد من نظائره ، ويعتبر مطاط الأيزوبرين من أكثر الأطنان تعددًا. تنتج الصناعة مجموعة متنوعة من أنواع هذه المنتجات ، تختلف في كل من الخصائص ونوع المحفزات المستخدمة - الليثيوم ، والمركب ، وما شابه ذلك.

كيف يصنع المطاط

مطاط أيزوبرين اصطناعي ، وهو منظم مجسم ، ويتم الحصول عليه عن طريق بلمرة الأيزوبرين الموضوعة في وسط مذيب خامل مع محفز معقد. يتم ذلك ، على سبيل المثال ، SKI-3. يجب أن تكون بلمرة الأيزوبرين في المحلول مستمرة ، لذلك توجد بطاريات من أربعة إلى ستة بوليمرات يتم تبريدها بمحلول ملحي.

يتركز المونومر في الخليط إلى اثني عشر - خمسة عشر بالمائة ، ثم تصل درجة التحويل إلى خمسة وتسعين بالمائة ، وستكون المدة من ساعتين إلى ثلاث ساعات عند درجات حرارة تتراوح من صفر إلى عشر درجات مئوية. إذا كان من الضروري الحصول على مطاط أيزوبرين ذو وزن جزيئي مرتفع ، فإن نقاء الكواشف المستخدمة في البلمرة يكون شديدًادرجة عالية

استقرار وتجفيف

لحماية البوليمر من الأكسدة ، يجب تثبيته بمزيج من فينيلين ديامين ونيوزون ، والذي يجب إدخاله في البلمرة كمحلول أو معلق مائي. من أجل فصل مطاط الأيزوبرين عن البلمرة كفتات ، يجب خلط البلمرة بالبخار والماء ، ثم إضافة المواد المضافة التي تمنع التكتل (التكتل). يجب بعد ذلك تقطير المذيب. من الضروري الآن إجراء عمليات إزالة الغازات ، وفصل الفتات عن الماء والتجفيف في آلات الديدان ومجففات الحزام. في نهاية هذه العملية ، يمكن اعتبار إنتاج مطاط الأيزوبرين مكتملاً.

الآن سوف يتم قولبة على النباتات الأوتوماتيكية تحت الضغط. العلامة التجارية SKI-3 - مطاط أيزوبرين صناعي ، يتم إنتاجه في قوالب يبلغ وزن كل منها ثلاثين كيلوغرامًا. يتم تغليف فحم حجري بغشاء بولي إيثيلين ووضعه في كيس ورقي من أربع طبقات. تمت معالجة هذا الفيلم جيدًا في وقت واحد مع المحتوى ، وهو مطاط الأيزوبرين ، وخصائصه مع درجة حرارة الخلط تسمح تمامًا للبولي إيثيلين بالتليين وخلطه مع الكتلة الرئيسية في خلاط المطاط.

هيكل

كل مطاط تنتجه الصناعة له خصائصه وخصائصه المتأصلة فقط في هذا التنوع. تتمتع بعض أنواع المطاط بقوة ميكانيكية جيدة ، بينما يتمتع البعض الآخر بمقاومة كيميائية جيدة أو عدم نفاذية الغاز ، والبعض الآخر لا يخاف من التغيرات في درجات الحرارة ، وما إلى ذلك. الخصائصيتفوق المطاط الاصطناعي الفردي على المطاط الطبيعي من نواح كثيرة ومرات عديدة. فقط مرونة المطاط الطبيعي لم يتم تجاوزها بعد ، وهذه هي الخاصية الأكثر أهمية لمنتجات مثل إطارات الطائرات أو السيارات.

أثناء التشغيل ، يعانون دائمًا من تشوه كبير - سواء تمدد أو ضغط ، مما يتسبب في الاحتكاك بين الجزيئات والتدفئة وفقدان الجودة. أي أنه كلما زادت مرونة المطاط ، كان المنتج أكثر متانة. ولهذا السبب لم ينفد المطاط الطبيعي بعد ، وهو يستخدم في إنتاج إطارات الطائرات والسيارات عالية السرعة والثقيلة. المطاط الطبيعي عبارة عن بوليمر من الأيزوبرين ، ولهذا السبب يعمل العلماء بجد لجعل مطاط الأيزوبرين نظيرًا للمطاط الطبيعي.

الصيغة

موارد استخراج المطاط الطبيعي محدودة للغاية. المطاط الطبيعي الذي يحدث بشكل طبيعي له الصيغة C₅H₈، كما اتضح ، إنه مطابق تمامًا للصيغة الجزيئية للأيزوبرين ، وهي تتشكل عند تسخين المطاط ، في نواتج التحلل. يكمن التحدي في إيجاد طريقة معقولة التكلفة. ويتم الحصول على مطاط الأيزوبرين أثناء تفاعل البلمرة ، وهنا من المهم بناء مسار هذا التفاعل بشكل صحيح. تحدث البلمرة على النحو التالي: nCH₂=C (CH₃) - CH=CH₂- (-CH₂- C (CH₃)=CH - CH_{2) n.}

الطريقة الواعدة حتى الآن هي طريقة نزع الهيدروجين التحفيزي من الأيزوبنتان ، والذي ينطلق من الغازات البترولية.يمكن أيضًا أن تكون مادة البداية لإنتاج الأيزوبرين من البنتان: CH₃-CH₂-CH₂- CH₂-CH_{3، لأنه عندما يتم تسخينه ومع المحفزات ، فإنه يتحول أيضًا إلى الأيزوبنتان. هناك أيضًا طريقة بلمرة يتم فيها بناء تفاعل الحصول على مطاط الأيزوبرين بطريقة يتم فيها الحصول على مطاط مشابه جدًا في هيكله للمطاط الطبيعي ، وبالتالي ، له نفس الخصائص الممتازة.}

ايزوبرين

Isoprene هو هيدروكربون غير مشبع ينتمي إلى سلسلة diene. إنه سائل عديم اللون متقلب. الرائحة مميزة جدا. مطاط الأيزوبرين هو مونومر طبيعي ، حيث يتم تضمين باقي جزيئه في العديد من المركبات الطبيعية الأخرى - isoprenoids و terpenoids وما شابه ذلك. يذوب في المذيبات العضوية. مع الكحول الإيثيلي ، على سبيل المثال ، يمكن مزجه بأي نسبة. لكنها لا تذوب جيدا في الماء

لكنها تشكل بسهولة وحدة هيكلية من مطاط الأيزوبرين أثناء البلمرة ، بسبب الحصول على إيزوبرين جوتا بيرشا والمطاط. أيضًا ، يمكن أن يدخل الأيزوبرين في تفاعلات مختلفة أثناء البلمرة المشتركة. في الصناعة ، لا غنى عنه ، حيث يتم استخدامه لتركيب المطاط والأدوية وحتى بعض المواد العطرية. في بلدنا ، تطور إنتاج مطاط الأيزوبرين الصناعي لفترة طويلة ، ويمثل ما يقرب من أربعة وعشرين بالمائة من الإنتاج العالمي.

التاريخ

تم الحصول على أول إيزوبرين في عام 1860 عن طريق الانحلال الحراري من المطاط الطبيعي.الانحلال الحراري هو التحلل الحراري (عند درجات حرارة عالية) للعديد من المركبات العضوية وغير العضوية في ظل ظروف نقص الأكسجين. في وقت لاحق ، تم اختراع مصباح إيزوبرين - مصباح كهربائي مع ملف مسخن ، حيث تم تحلل زيت التربنتين حرارياً في المعامل.

جلبت الحرب العالمية الثانية طلبًا كبيرًا على مطاط الأيزوبرين ، وبالتالي ، تم تعلم إنتاج الإيزوبرين على نطاق صناعي عن طريق الانحلال الحراري لليمونين. ومع ذلك ، كان الأيزوبرين مكلفًا للغاية بالنسبة للإنتاج الضخم للمطاط الصناعي. تغير الوضع عندما تم العثور على وسيلة للحصول عليه من النفط. ثم بدأت تقنيات بلمرة الأيزوبرين في التطور بسرعة.

دور في الاقتصاد

أهم شيء في التخطيط لإنتاج منتج مثل مطاط الأيزوبرين هو الاختيار الصحيح للموقع ، لأنه سيكون من الضروري توصيل كسور الفصل C₅إلى الوجهة من عدة شركات في وقت واحد ، والتي تنفذ عمليات التكسير. في المرتبة الثانية من الأهمية هو الاعتبار في الخطط الخاصة بموقع التخلص من الهيدروكربونات المتبقية من C_5.كسر.

بحلول بداية التسعينيات من القرن العشرين ، أنتجت أوروبا الغربية حوالي خمسة وثمانين ألف طن من C_{5dienes ، منها أربعة وأربعون ألف طن كانت ثنائية البنتادين الحلقي و ثلاثة وعشرون ألف طن من الأيزوبرين. الباقي - حوالي خمسة عشر ألف طن - كان عبارة عن أنابيب. بعد عشر سنوات ، ارتفع الإنتاج العالمي من الأيزوبرين إلى 850 ألف طن سنويًا.}

خصائص

في ظل الظروف القياسية ، يعتبر الأيزوبرين ، كما ذكرنا سابقًا ، سائلًا متطايرًا عديم اللون ، يكاد يكون غير قابل للذوبان في الماء ، ولكنه قابل للامتزاج بأي نسبة مع كحول ثنائي إيثيل ، قياسي ، بنزين ، أسيتون. الأيزوبرين قادر على تكوين مخاليط الأزيوتروبي مع مجموعة متنوعة من المذيبات العضوية. عند النظر في بيانات دراسات التحليل الطيفي ، يمكن ملاحظة أنه عند درجة حرارة خمسين درجة مئوية ، تأخذ معظم جزيئات الأيزوبرين شكلًا مستقرًا للتحول s ، حيث يوجد خمسة عشر بالمائة فقط من الجزيئات في التشكل s-cis. بين هاتين الحالتين ، فرق الطاقة 6.3 كيلو جول.

تقدم الخصائص الكيميائية للأيزوبرين على أنها ديين مترافق نموذجي ، والذي يدخل في تفاعلات الاستبدال والإضافة والتعقيد والدوران والتيلوميرات. نشط في التفاعل مع الإلكتروفيلات والدينوفيليين.

التطبيق

يستخدم الجزء الرئيسي من الأيزوبرين المنتج حاليًا في تصنيع مطاط الأيزوبرين ، وهو مشابه في هيكله وخصائصه للمطاط الطبيعي. يتم استخدامه على نطاق واسع بشكل خاص لإنتاج الإطارات. يوجد أيضًا منتج آخر لبلمرة أيزوبرين ، وهو بولي إيزوبرين ، والذي يتم استخدامه بشكل أقل نظرًا لأنه يحتوي على خصائص جوتا بيرشا. يتم استخدامه لصنع عازل الأسلاك وكرات الجولف ، على سبيل المثال. يستخدم مطاط الأيزوبرين في صناعة جميع أنواع المنتجات المطاطية التي تجمع بين المطاط الطبيعي والمطاط الصناعي الآخر.

على سبيل المثال ، لتقليل الالتصاق ، تمت إضافتهابالإضافة إلى ذلك ، تزداد قدرة التحمل على الإجهاد إذا تكررت التشوهات. تضيف النيتريت مقاومة للأوزون ومقاومة لشيخوخة الحرارة. وبالتالي ، مع مراعاة مجموعة من الخصائص التقنية ، تظهر مطاط الإيزوبرين تمامًا عند استخدام أحزمة النقل أو خراطيم الشفط أو الضغط ، عند تبطين أعمدة الماكينة ، في إنتاج الأحذية والمنتجات الطبية وغيرها.

الخطر البيئي

الايزوبرين شديدة الانفجار وقابلة للاشتعال. في حالة وجود تركيزات عالية في الجسم يمكن أن يؤدي إلى الشلل والوفاة. يحدث هذا بشكل رئيسي عند تشبع الغلاف الجوي ، وبالتالي يحدث التمثيل الغذائي في الجهاز التنفسي ، عندما يتحول الأيزوبرين إلى إيبوكسيدات وديولس.

أربعون ملليغرام لكل متر مكعب تعتبر تركيزًا عاليًا - هذه هي الجرعة القصوى. تركيزات صغيرة من الايزوبرين في الهواء يمكن أن يكون لها تأثير مخدر على الشخص ، وتسبب تهيجا في العينين والجلد والجهاز التنفسي والأغشية المخاطية.

علم الأحياء

اكتشف العلماء المعاصرون أن أبخرة الأيزوبرين تنبعث من جميع النباتات تقريبًا في الغلاف الجوي. تقدر الكمية العالمية من الأيزوبرين النباتي تقريبًا بـ (180-450)^.10^{12جرام من الكربون سنويا. تتسارع هذه العملية إذا اقتربت درجة حرارة الهواء من ثلاثين درجة مئوية ، وأيضًا إذا كانت شدة الإشعاع الشمسي عالية ، بينما يكون التمثيل الضوئي بالفعل مشبعًا بالكامل. التخليق الحيوي للأيزوبرين يثبطه فوسميدوميسين ومركبات الكلعدد من العقاقير المخفضة للكوليسترول. لماذا تفعل النباتات هذا غير مفهوم تمامًا. ربما يمنحهم الأيزوبرين مقاومة إضافية لارتفاع درجة الحرارة. بالإضافة إلى ذلك ، فهو كاسح جذري ، مما يعني أنه يمكن أن يحمي النباتات من أنواع الأكسجين التفاعلية والأوزون.}

يقترح العلماء أيضًا أن تخليق الأيزوبرين يسبب استهلاكًا مستمرًا لجزيئات NADPH و ATP ، التي ينتجها النبات أثناء عملية التمثيل الضوئي. ومن ثم ، فإن إطلاق الأيزوبرين يمنع تدهور الأكسدة الضوئية وإعادة الاختزال إذا كانت الإضاءة مفرطة. قد يكون عيب آلية الدفاع هذه واحدًا: يتم إنفاق الكربون ، الذي يتم استخراجه بهذه الصعوبة في عملية التمثيل الضوئي ، على إطلاق الأيزوبرين. لم يتوقف العلماء عند النباتات واكتشفوا أن جسم الإنسان يمكن أن ينتج أيضًا هيدروكربونات ديين ، والأيزوبرين هو الأكثر شيوعًا بينهم.