Wie synthetischer Isoprenkautschuk hergestellt wird

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-02 13:52

Naturkautschuk hat viele Analoga, und Isoprenkautschuk gilt als einer der am meisten tonnenschweren. Die Industrie produziert eine Vielzahl von Arten dieser Produkte, die sich sowohl in den Eigenschaften als auch in der Art der verwendeten Katalysatoren unterscheiden – Lithium, Komplex und dergleichen.

Wie Gummi hergestellt wird

Isoprenkautschuk ist synthetisch, stereoregulär und wird durch Polymerisation von Isopren in einem inerten Lösungsmittelmedium mit einem komplexen Katalysator erh alten. Dies geschieht zum Beispiel SKI-3. Die Polymerisation von Isopren in Lösung muss kontinuierlich erfolgen, dafür gibt es Batterien von vier bis sechs Polymerisatoren, die mit Sole gekühlt werden.

Das Monomer in der Mischung wird auf zwölf bis fünfzehn Prozent konzentriert, dann erreicht der Umwandlungsgrad fünfundneunzig Prozent, und die Dauer beträgt zwei bis drei Stunden bei Temperaturen von null bis zehn Grad Celsius. Wenn es notwendig ist, Isoprenkautschuk mit hohem Molekulargewicht zu erh alten, ist die Reinheit der bei der Polymerisation verwendeten Reagenzien sehr hochhochgradig.

Stabilisieren und Trocknen

Um das Polymer vor Oxidation zu schützen, muss es mit einer Mischung aus Phenylendiamin und Neozon stabilisiert werden, die als Lösung oder wässrige Suspension in das Polymerisat eingebracht werden muss. Um den Isoprenkautschuk als Krümel vom Polymerisat abzutrennen, muss das Polymerisat mit Wasserdampf und Wasser vermischt und dann mit Additiven versetzt werden, die eine Agglomeration (Klumpenbildung) verhindern. Anschließend muss das Lösungsmittel abdestilliert werden. Nun gilt es, die Prozesse der Entgasung, der Trennung der Krümel vom Wasser und der Trocknung in Schneckenmaschinen und Bandtrocknern durchzuführen. Am Ende dieses Prozesses kann die Produktion von Isoprenkautschuk als abgeschlossen betrachtet werden.

Jetzt wird auf automatischen Anlagen unter Druck brikettiert. Marke SKI-3 - synthetischer Isoprenkautschuk, der in Briketts von jeweils dreißig Kilogramm hergestellt wird. Das Brikett wird in Polyethylenfolie eingewickelt und in eine vierlagige Papiertüte gelegt. Dieser Film lässt sich gleichzeitig mit dem Inh alt, der Isoprenkautschuk ist, ziemlich gut verarbeiten, seine Eigenschaften bei der Mischtemperatur ermöglichen es durchaus, das Polyethylen zu erweichen und es mit der Hauptmasse in einem Gummimischer zu mischen.

Struktur

Jeder Kautschuk, der von der Industrie hergestellt wird, hat seine eigenen Merkmale und Eigenschaften, die nur dieser Sorte eigen sind. Einige Kautschuke haben eine gute mechanische Festigkeit, andere haben eine gute chemische Beständigkeit oder Gasundurchlässigkeit, andere haben keine Angst vor Temperaturänderungen und so weiter. Eigenschafteneinzelne Synthesekautschuke sind dem Naturkautschuk in vielerlei Hinsicht und um ein Vielfaches überlegen. Nur die Elastizität von Naturkautschuk ist noch nicht übertroffen, und dies ist die wichtigste Eigenschaft für Produkte wie Flugzeug- oder Autoreifen.

Während des Betriebs erfahren sie immer eine enorme Verformung - sowohl Dehnung als auch Stauchung, was zu intermolekularer Reibung, Erwärmung und Qualitätsverlust führt. Das heißt, je höher die Elastizität von Gummi ist, desto h altbarer ist das Produkt. Aus diesem Grund ist Naturkautschuk noch nicht aus der Verwendung gekommen und wird zur Herstellung von Reifen für Hochgeschwindigkeits- und Schwerlastflugzeuge und -autos verwendet. Naturkautschuk ist ein Polymer von Isopren, weshalb Wissenschaftler so hart daran arbeiten, Isoprenkautschuk zu einem Analogon von Naturkautschuk zu machen.

Formel

Ressourcen zur Gewinnung von Naturkautschuk sind sehr begrenzt. Normaler, natürlich vorkommender Kautschuk hat die Formel C₅H₈, wie sich herausstellte, ist sie absolut identisch mit der Summenformel von Isopren, das heißt entsteht beim Erhitzen von Gummi in seinen Zersetzungsprodukten. Die Herausforderung besteht darin, einen einigermaßen erschwinglichen Weg zu finden. Und Isoprenkautschuk wird während der Polymerisationsreaktion erh alten, und hier ist es wichtig, den Verlauf dieser Reaktion richtig aufzubauen. Die Polymerisation erfolgt wie folgt: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH2 _{- C(CH}3_{)=CH - CH}2_)n.

Die bisher vielversprechendste Methode ist die Methode der katalytischen Dehydrierung von Isopentan, das aus Erdölgasen freigesetzt wird. Ausgangsstoff für die Isoprenherstellung kann auch Pentan sein: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, weil es beim Erhitzen und mit Katalysatoren ebenfalls zu Isopentan wird. Es gibt auch ein Polymerisationsverfahren, bei dem die Reaktion zur Gewinnung von Isoprenkautschuk so aufgebaut ist, dass ein Kautschuk entsteht, der in seiner Struktur dem Naturkautschuk sehr ähnlich ist und daher die gleichen hervorragenden Eigenschaften besitzt.}

Isopren

Isopren ist ein ungesättigter Kohlenwasserstoff, der zur Dienreihe gehört. Es ist eine flüchtige farblose Flüssigkeit. Der Geruch ist sehr charakteristisch. Isoprenkautschuk ist ein natürliches Monomer, da der Rest seines Moleküls in vielen anderen natürlichen Verbindungen – Isoprenoiden, Terpenoiden und dergleichen – enth alten ist. Es löst sich in organischen Lösungsmitteln. Mit Äthylalkohol beispielsweise ist es in jedem Verhältnis mischbar. Aber es löst sich nicht gut in Wasser auf.

Aber es bildet während der Polymerisation leicht eine Struktureinheit aus Isoprenkautschuk, wodurch Isopren-Guttapercha und -Kautschuke erh alten werden. Auch Isopren kann während der Copolymerisation verschiedene Reaktionen eingehen. In der Industrie ist es unverzichtbar, da es zur Synthese von Kautschuken, Medikamenten und sogar einigen Duftstoffen verwendet wird. In unserem Land entwickelt sich die Produktion von synthetischem Isoprenkautschuk seit langem und macht etwa vierundzwanzig Prozent der Weltproduktion aus.

Verlauf

Das erste Isopren wurde 1860 durch Pyrolyse aus Naturkautschuk gewonnen. Pyrolyse ist die thermische (bei hohen Temperaturen) Zersetzung vieler anorganischer und organischer Verbindungen unter Sauerstoffmangel. Später wurde eine Isoprenlampe erfunden - eine elektrische mit Heizwendel, mit der Terpentinöl in Laboratorien thermisch zersetzt wurde.

Der Zweite Weltkrieg brachte eine enorme Nachfrage nach Isoprenkautschuken mit sich, und daher wurde gelernt, Isopren im industriellen Maßstab durch Pyrolyse von Limonen herzustellen. Dennoch war Isopren für die Massenproduktion von Synthesekautschuken zu teuer. Die Situation änderte sich, als ein Weg gefunden wurde, es aus Öl zu gewinnen. Dann begannen sich Technologien zur Polymerisation von Isopren schnell zu entwickeln.

Rolle in der Wirtschaft

Das Wichtigste bei der Planung der Produktion eines Produkts wie Isoprenkautschuk ist die richtige Standortwahl, denn es müssen Fraktionen der Trennung C₅ an die geliefert werden Bestimmungsort von mehreren Unternehmen gleichzeitig, die Cracking durchführen. An zweiter Stelle steht die Berücksichtigung der verbleibenden Kohlenwasserstoffe aus der C_{5.-Fraktion in den Deponieplänen.}

Zu Beginn der neunziger Jahre des zwanzigsten Jahrhunderts produzierte Westeuropa etwa fünfundachtzigtausend Tonnen C_{5-Diene, von denen vierundvierzigtausend Tonnen dimerisiertes Cyclopentadien und 23.000 Tonnen waren Isopren. Der Rest – ungefähr fünfzehntausend Tonnen – waren Piperylene. Zehn Jahre später war die Weltproduktion von Isopren auf 850.000 Tonnen pro Jahr gestiegen.}

Eigenschaften

Unter Normalbedingungen ist Isopren, wie bereits erwähnt, eine flüchtige farblose Flüssigkeit, in Wasser fast unlöslich, aber in jedem Verhältnis mit Diethylalkohol, Standard, Benzol, Aceton mischbar. Isopren kann mit einer Vielzahl organischer Lösungsmittel azeotrope Gemische bilden. Betrachtet man die Daten spektroskopischer Untersuchungen, so zeigt sich, dass bereits bei fünfzig Grad Celsius die meisten Isoprenmoleküle eine stabile s-trans-Konformation einnehmen, nur fünfzehn Prozent der Moleküle befinden sich in der s-cis-Konformation. Zwischen diesen Zuständen beträgt die Energiedifferenz 6,3 kJ.

Die chemischen Eigenschaften von Isopren stellen es als ein typisches konjugiertes Dien dar, das Substitutions-, Additions-, Komplexierungs-, Cyclisierungs- und Telomerisierungsreaktionen eingeht. Aktiv in Reaktion mit Elektrophilen und Dienophilen.

Bewerbung

Der Hauptteil des derzeit produzierten Isoprens wird zur Synthese von Isoprenkautschuk verwendet, der in Struktur und Eigenschaften dem Naturkautschuk ähnelt. Es wird besonders häufig zur Herstellung von Reifen verwendet. Es gibt auch ein anderes Isopren-Polymerisationsprodukt, Polyisopren, das viel weniger verwendet wird, weil es die Eigenschaften von Guttapercha hat. Es wird zum Beispiel zur Herstellung von Drahtisolierungen und Golfbällen verwendet. Isoprenkautschuk wird verwendet, um alle Arten von Gummiprodukten herzustellen, die natürlichen und anderen synthetischen Kautschuk kombinieren.

Zum Beispiel, um die Klebrigkeit zu verringern, werden hinzugefügtButadien-Methylstyrol-Kautschuken erhöht sich außerdem die Ermüdungsfestigkeit, wenn die Verformungen wiederholt werden. Nitrite erhöhen die Ozonbeständigkeit und Beständigkeit gegen Wärme alterung. So zeigen sich Isoprenkautschuke unter Einh altung einer Reihe technischer Eigenschaften perfekt bei der Verwendung von Förderbändern, Saug- oder Druckschläuchen, beim Auskleiden von Maschinenwellen, bei der Herstellung von Schuhen, medizinischen und anderen Produkten.

Umweltgefährdung

Isopren ist hochexplosiv und brennbar. In hohen Konzentrationen im Körper kann es zu Lähmungen und zum Tod führen. Dies geschieht hauptsächlich bei atmosphärischer Sättigung, und daher findet der Metabolismus im Atmungssystem statt, wenn Isopren in Epoxide und Diole umgewandelt wird.

Vierzig Milligramm pro Kubikmeter gelten als hohe Konzentration - das ist die Höchstdosis. Geringe Konzentrationen von Isopren in der Luft können eine narkotische Wirkung auf eine Person haben, Augen, Haut, Atemwege und Schleimhäute reizen.

Biologie

Moderne Wissenschaftler haben entdeckt, dass Isoprendämpfe fast alle Pflanzen in die Atmosphäre abgeben. Die globale Menge an phytogenem Isopren wird ungefähr auf (180-450)^.10^{12 Gramm geschätzt Kohlenstoff pro Jahr. Dieser Prozess wird beschleunigt, wenn sich die Lufttemperatur der dreißig Grad Celsius nähert, und auch wenn die Intensität der Sonneneinstrahlung hoch ist, während die Photosynthese bereits vollständig gesättigt ist. Isopren-Biosynthese gehemmt durch Fosmidomycin und Verbindungen des Ganzeneine Reihe von Statinen. Warum Pflanzen dies tun, ist nicht vollständig geklärt. Vielleicht gibt ihnen das Isopren zusätzlichen Widerstand gegen Überhitzung. Außerdem ist es ein Radikalfänger, was bedeutet, dass es Pflanzen vor reaktiven Sauerstoffspezies und Ozon schützen kann.}

Wissenschaftler vermuten auch, dass die Synthese von Isopren einen konstanten Verbrauch von NADPH- und ATP-Molekülen verursacht, die die Pflanze während der Photosynthese produziert. Daher verhindert die Freisetzung von Isopren den photooxidativen Abbau und die erneute Reduktion, wenn die Beleuchtung übermäßig ist. Der Nachteil dieses Abwehrmechanismus kann einer sein: Der Kohlenstoff, der bei der Photosynthese so mühsam extrahiert wird, wird für die Freisetzung von Isopren verbraucht. Wissenschaftler hörten nicht bei Pflanzen auf und fanden heraus, dass der menschliche Körper auch Dien-Kohlenwasserstoffe produzieren kann, und Isopren ist das häufigste unter ihnen.