როგორ მზადდება სინთეზური იზოპრენის რეზინი

2024 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-02 13:57

ნატურალურ რეზინას ბევრი ანალოგი აქვს და იზოპრენის რეზინი ითვლება ერთ-ერთ ყველაზე მრავალტონაჟიან. ინდუსტრია აწარმოებს ამ პროდუქტების მრავალფეროვან ტიპებს, რომლებიც განსხვავდება როგორც თვისებებით, ასევე გამოყენებული კატალიზატორების ტიპებით - ლითიუმი, კომპლექსი და მსგავსი.

როგორ მზადდება რეზინი

იზოპრენის რეზინი სინთეტიკურია, ის სტერეორეგულარულია და მიიღება ინერტულ გამხსნელ გარემოში მოთავსებული იზოპრენის პოლიმერიზაციით რთული კატალიზატორით. ეს კეთდება, მაგალითად, SKI-3. ხსნარში იზოპრენის პოლიმერიზაცია უნდა იყოს უწყვეტი, ამისთვის არის ოთხი-ექვსი პოლიმერიზატორის ბატარეები, რომლებიც გაცივებულია მარილწყალში.

ნარევში მონომერი კონცენტრირებულია თორმეტ-თხუთმეტ პროცენტამდე, შემდეგ გარდაქმნის ხარისხი მიაღწევს ოთხმოცდათხუთმეტ პროცენტს და ხანგრძლივობა იქნება ორი-სამი საათი ნულიდან ათ გრადუს ცელსიუსამდე ტემპერატურაზე. თუ საჭიროა მაღალი მოლეკულური წონის იზოპრენის რეზინის მიღება, პოლიმერიზაციაში გამოყენებული რეაგენტების სისუფთავე ძალიან მაღალია.მაღალი ხარისხი.

სტაბილიზება და გაშრობა

პოლიმერის დაჟანგვისგან დასაცავად, ის უნდა იყოს სტაბილიზირებული ფენილენდიამინისა და ნეოზონის ნარევით, რომელიც უნდა შევიდეს პოლიმერიზატში ხსნარის ან წყალხსნარის სახით. იმისათვის, რომ იზოპრენის რეზინი პოლიმერიზატისგან ნამსხვრევად გამოვყოთ, პოლიმერიზატი უნდა შეურიოთ ორთქლსა და წყალს, შემდეგ დაამატეთ დანამატები, რომლებიც ხელს უშლიან აგლომერაციას (გაყრას). შემდეგ გამხსნელი უნდა გამოიხადოს. ახლა აუცილებელია გაჟონვის პროცესების ჩატარება, ნამსხვრევების წყლისგან გამოყოფა და გაშრობა ჭიის მანქანებში და ქამრების საშრობებში. ამ პროცესის დასასრულს, იზოპრენის რეზინის წარმოება შეიძლება ჩაითვალოს დასრულებულად.

ახლა იქნება ბრიკეტირება ავტომატურ ქარხნებზე ზეწოლის ქვეშ. ბრენდი SKI-3 - სინთეზური იზოპრენის კაუჩუკი, რომელიც იწარმოება თითო ოცდაათი კილოგრამიან ბრიკეტებში. ბრიკეტი შეფუთულია პოლიეთილენის ფილმში და მოთავსებულია ოთხფენიან ქაღალდის პარკში. ეს ფილმი საკმაოდ კარგად არის დამუშავებული შიგთავსთან ერთად, რაც არის იზოპრენის რეზინი, მისი თვისებები შერევის ტემპერატურაზე საკმაოდ იძლევა პოლიეთილენის დარბილებას და ძირითად მასასთან შერევას რეზინის მიქსერით.

სტრუქტურა

თითოეულ რეზინას, რომელიც წარმოებულია ინდუსტრიის მიერ, აქვს საკუთარი მახასიათებლები და თვისებები, რომლებიც თან ახლავს მხოლოდ ამ ჯიშს. ზოგიერთ რეზინას აქვს კარგი მექანიკური სიმტკიცე, ზოგს აქვს კარგი ქიმიური წინააღმდეგობა ან გაზის გამტარიანობა, ზოგს არ აქვს ტემპერატურის ცვლილების შიში და ა.შ. Თვისებებიინდივიდუალური სინთეზური რეზინები ბევრჯერ და ბევრჯერ აღემატება ბუნებრივ რეზინას. მხოლოდ ბუნებრივი რეზინის ელასტიურობა ჯერ არ არის გადაჭარბებული და ეს არის ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისება ისეთი პროდუქტებისთვის, როგორიცაა თვითმფრინავი ან მანქანის საბურავები.

ოპერაციის დროს ისინი ყოველთვის განიცდიან უზარმაზარ დეფორმაციას - როგორც დაჭიმვას, ასევე შეკუმშვას, რაც იწვევს მოლეკულათაშორის ხახუნს, გათბობას და ხარისხის დაკარგვას. ანუ რაც უფრო მაღალია რეზინის ელასტიურობა, მით უფრო გამძლეა პროდუქტი. სწორედ ამ მიზეზით, ბუნებრივი რეზინი ჯერ არ გამოსულა ხმარებიდან და სწორედ ის გამოიყენება ჩქაროსნული და მძიმე თვითმფრინავებისა და მანქანების საბურავების წარმოებისთვის. ბუნებრივი კაუჩუკი არის იზოპრენის პოლიმერი, რის გამოც მეცნიერები ძალიან ბევრს მუშაობენ, რათა იზოპრენის რეზინი ბუნებრივი რეზინის ანალოგად აქციონ.

ფორმულა

რესურსები ბუნებრივი რეზინის მოპოვებისთვის ძალიან შეზღუდულია. ჩვეულებრივ, ბუნებრივ რეზინას აქვს ფორმულა C₅H₈, როგორც აღმოჩნდა, ის აბსოლუტურად იდენტურია იზოპრენის მოლეკულური ფორმულისა, რომელიც არის წარმოიქმნება რეზინის გაცხელებისას, მისი დაშლის პროდუქტებში. გამოწვევა არის გონივრულად ხელმისაწვდომი გზის პოვნა. და იზოპრენის რეზინი მიიღება პოლიმერიზაციის რეაქციის დროს და აქ მნიშვნელოვანია ამ რეაქციის კურსის სწორად აშენება. პოლიმერიზაცია ხდება შემდეგნაირად: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

ყველაზე პერსპექტიული მეთოდი ჯერჯერობით არის იზოპენტანის კატალიზური დეჰიდროგენაციის მეთოდი, რომელიც გამოიყოფა ნავთობის აირებიდან.იზოპრენის წარმოების საწყისი მასალა ასევე შეიძლება იყოს პენტანი: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, რადგან გაცხელებისას და კატალიზატორებთან ერთად ისიც იზოპენტანად იქცევა. ასევე არსებობს პოლიმერიზაციის მეთოდი, რომლის დროსაც იზოპრენის რეზინის მიღების რეაქცია აგებულია ისე, რომ მიიღება რეზინი, რომელიც სტრუქტურაში ძალიან ჰგავს ბუნებრივ რეზინას და, შესაბამისად, აქვს იგივე შესანიშნავი თვისებები.}

იზოპრენი

იზოპრენი არის უჯერი ნახშირწყალბადი, რომელიც მიეკუთვნება დიენის სერიას. ეს არის აქროლადი უფერო სითხე. სუნი ძალიან დამახასიათებელია. იზოპრენის რეზინი ბუნებრივი მონომერია, რადგან მისი მოლეკულის დარჩენილი ნაწილი შედის ბევრ სხვა ბუნებრივ ნაერთში - იზოპრენოიდებში, ტერპენოიდებში და ა.შ. ის იხსნება ორგანულ გამხსნელებში. მაგალითად, ეთილის სპირტთან, მისი შერევა შესაძლებელია ნებისმიერი თანაფარდობით. მაგრამ წყალში კარგად არ იხსნება.

მაგრამ პოლიმერიზაციისას ადვილად ქმნის იზოპრენის რეზინის სტრუქტურულ ერთეულს, რის გამოც მიიღება იზოპრენის გუტაპერჩა და რეზინები. ასევე, იზოპრენი შეიძლება შევიდეს სხვადასხვა რეაქციაში კოპოლიმერიზაციის დროს. ინდუსტრიაში ის შეუცვლელია, რადგან გამოიყენება რეზინის, მედიკამენტების და ზოგიერთი სურნელოვანი ნივთიერების სინთეზისთვის. ჩვენს ქვეყანაში სინთეზური იზოპრენის რეზინის წარმოება უკვე დიდი ხანია ვითარდება და მსოფლიო წარმოების დაახლოებით ოცდაოთხ პროცენტს შეადგენს.

ისტორია

პირველი იზოპრენი მიიღეს 1860 წელს ბუნებრივი რეზინის პიროლიზის შედეგად.პიროლიზი არის მრავალი არაორგანული და ორგანული ნაერთების თერმული (მაღალ ტემპერატურაზე) დაშლა ჟანგბადის ნაკლებობის პირობებში. მოგვიანებით გამოიგონეს იზოპრენის ნათურა - ელექტრო გახურებული ხვეულით, რომლითაც სკიპიდარის ზეთი თერმულად იშლებოდა ლაბორატორიებში..

მეორე მსოფლიო ომმა მოიტანა დიდი მოთხოვნა იზოპრენის რეზინებზე და, შესაბამისად, ისწავლეს იზოპრენის წარმოება სამრეწველო მასშტაბით ლიმონინის პიროლიზით. მიუხედავად ამისა, იზოპრენი ძალიან ძვირი ღირდა სინთეზური რეზინის მასობრივი წარმოებისთვის. სიტუაცია შეიცვალა, როდესაც იპოვეს მისი ნავთობიდან მოპოვების გზა. შემდეგ იზოპრენის პოლიმერიზაციის ტექნოლოგიები სწრაფად განვითარდა.

როლი ეკონომიკაში

ყველაზე მნიშვნელოვანი ისეთი პროდუქტის წარმოების დაგეგმვისას, როგორიცაა იზოპრენის რეზინი, არის ადგილმდებარეობის სწორი არჩევანი, რადგან საჭირო იქნება გამოყოფის ფრაქციების C₅ მიწოდება დანიშნულება ერთდროულად რამდენიმე საწარმოდან, რომლებიც ახორციელებენ კრეკინგს. მნიშვნელობით მეორე ადგილზეა C_{5. ფრაქციიდან დარჩენილი ნახშირწყალბადების განკარგვის ადგილის გეგმებში გათვალისწინება.}

მეოცე საუკუნის ოთხმოცდაათიანი წლების დასაწყისისთვის დასავლეთ ევროპას აწარმოებდა დაახლოებით ოთხმოცდახუთი ათასი ტონა C_{5 დიენი, საიდანაც ორმოცდაოთხი ათასი ტონა იყო დიმერიზებული ციკლოპენტადიენი და ოცდასამი ათასი ტონა იყო იზოპრენი. დანარჩენი - დაახლოებით თხუთმეტი ათასი ტონა - იყო პიპერილენი. ათი წლის შემდეგ, იზოპრენის მსოფლიო წარმოება წელიწადში 850 000 ტონამდე გაიზარდა.}

თვისებები

სტანდარტულ პირობებში, იზოპრენი, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, არის აქროლადი უფერო სითხე, თითქმის წყალში ხსნადი, მაგრამ ნებისმიერი თანაფარდობით ერევა დიეთილის სპირტთან, სტანდარტთან, ბენზოლთან, აცეტონთან. იზოპრენს შეუძლია შექმნას აზეოტროპული ნარევები ორგანული გამხსნელების მრავალფეროვნებით. სპექტროსკოპიული კვლევების მონაცემების განხილვისას ჩანს, რომ უკვე ორმოცდაათი გრადუს ცელსიუსზე, იზოპრენის მოლეკულების უმეტესობა იღებს სტაბილურ s-trans კონფორმაციას, მოლეკულების მხოლოდ თხუთმეტი პროცენტია s-cis კონფორმაციაში. ამ მდგომარეობებს შორის ენერგიის სხვაობა არის 6,3 კჯ.

იზოპრენის ქიმიური თვისებები წარმოაჩენს მას, როგორც ტიპიური კონიუგირებული დიენი, რომელიც შედის ჩანაცვლების, დამატების, დაკომპლექსების, ციკლიზაციის, ტელომერიზაციის რეაქციებში. აქტიურია ელექტროფილებთან და დიენოფილებთან რეაქციაში.

აპლიკაცია

ამჟამად წარმოებული იზოპრენის ძირითადი ნაწილი გამოიყენება იზოპრენის რეზინის სინთეზში, სტრუქტურით და თვისებებით მსგავსი ბუნებრივი რეზინის. განსაკუთრებით ფართოდ გამოიყენება საბურავების წარმოებისთვის. ასევე არსებობს იზოპრენის პოლიმერიზაციის კიდევ ერთი პროდუქტი, პოლიიზოპრენი, რომელიც გაცილებით ნაკლებად გამოიყენება, რადგან მას აქვს გუტაპერჩას თვისებები. იგი გამოიყენება მავთულის საიზოლაციო და გოლფის ბურთების დასამზადებლად, მაგალითად. იზოპრენის რეზინი გამოიყენება ყველა სახის რეზინის ნაწარმის დასამზადებლად, რომელიც აერთიანებს ბუნებრივ და სხვა სინთეტიკურ რეზინებს.

მაგალითად, წებოვნების შესამცირებლად, ემატებაბუტადიენ-მეთილსტიროლის რეზინები, გარდა ამისა, დეფორმაციების განმეორების შემთხვევაში დაღლილობის გამძლეობა იზრდება. ნიტრიტები ამატებენ ოზონის წინააღმდეგობას და მდგრადობას სითბოს დაბერების მიმართ. ამრიგად, ტექნიკური თვისებების ერთობლიობის დაკვირვებით, იზოპრენის რეზინები მშვენივრად ვლინდება კონვეიერის ქამრების, შეწოვის ან წნევის შლანგების გამოყენებისას, მანქანების ლილვების დაფარვისას, ფეხსაცმლის, სამედიცინო და სხვა პროდუქტების წარმოებაში.

ეკოლოგიური საფრთხე

იზოპრენი არის ძლიერ ფეთქებადი და აალებადი. ორგანიზმში მაღალი კონცენტრაციით, მას შეუძლია გამოიწვიოს დამბლა და სიკვდილი. ეს ძირითადად ხდება ატმოსფერული გაჯერების დროს და, შესაბამისად, მეტაბოლიზმი ხდება სასუნთქ სისტემაში, როდესაც იზოპრენი გარდაიქმნება ეპოქსიდებად და დიოლებად.

ორმოცი მილიგრამი კუბურ მეტრზე ითვლება მაღალ კონცენტრაციად - ეს არის მაქსიმალური დოზა. იზოპრენის მცირე კონცენტრაციამ ჰაერში შეიძლება მოახდინოს ნარკოტიკული ეფექტი ადამიანზე, გამოიწვიოს თვალების, კანის, სასუნთქი გზების და ლორწოვანი გარსების გაღიზიანება.

ბიოლოგია

თანამედროვე მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ იზოპრენის ორთქლი ატმოსფეროში გამოყოფს თითქმის ყველა მცენარეს. ფიტოგენური იზოპრენის გლობალური რაოდენობა დაახლოებით შეფასებულია (180-450)^.10^{12 გრამი ნახშირბადი წელიწადში. ეს პროცესი აჩქარდება, თუ ჰაერის ტემპერატურა ოცდაათი გრადუს ცელსიუსს უახლოვდება და ასევე, თუ მზის გამოსხივების ინტენსივობა მაღალია, ხოლო ფოტოსინთეზი უკვე სრულად გაჯერებულია. იზოპრენის ბიოსინთეზი ინჰიბირებულია ფოსმიდომიცინის და მთლიანი ნაერთების მიერრიგი სტატინები. რატომ აკეთებენ ამას მცენარეები, ბოლომდე არ არის გასაგები. შესაძლოა, იზოპრენი აძლევს მათ დამატებით წინააღმდეგობას გადახურების მიმართ. გარდა ამისა, ის არის რადიკალების გამწმენდი, რაც ნიშნავს, რომ მას შეუძლია დაიცვას მცენარეები რეაქტიული ჟანგბადის სახეობებისა და ოზონისგან.}

მეცნიერები ასევე ვარაუდობენ, რომ იზოპრენის სინთეზი იწვევს NADPH და ATP მოლეკულების მუდმივ მოხმარებას, რომლებსაც მცენარე გამოიმუშავებს ფოტოსინთეზის დროს. ამრიგად, იზოპრენის გამოყოფა ხელს უშლის ფოტო-ჟანგვის დეგრადაციას და ხელახლა შემცირებას, თუ განათება გადაჭარბებულია. ამ თავდაცვითი მექანიზმის მინუსი შეიძლება იყოს ერთი: ნახშირბადი, რომელიც ფოტოსინთეზის პროცესში ასეთი გაჭირვებით მოიპოვება, იხარჯება იზოპრენის გამოყოფაზე. მეცნიერები მცენარეებზე არ შეჩერებულან და აღმოაჩინეს, რომ ადამიანის ორგანიზმს ასევე შეუძლია დიენის ნახშირწყალბადების გამომუშავება და მათ შორის ყველაზე გავრცელებული იზოპრენი.