Comment est fabriqué le caoutchouc isoprène synthétique

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-02 13:54

Le caoutchouc naturel a de nombreux analogues, et le caoutchouc isoprène est considéré comme l'un des plus multitonnages. L'industrie produit une grande variété de types de ces produits, différant à la fois par leurs propriétés et par le type de catalyseurs utilisés - lithium, complexe, etc.

Comment est fabriqué le caoutchouc

Le caoutchouc isoprène est synthétique, il est stéréorégulier, et il est obtenu par polymérisation d'isoprène placé en milieu solvant inerte avec un catalyseur complexe. Ceci est fait, par exemple, SKI-3. La polymérisation de l'isoprène en solution doit être continue, pour cela il existe des batteries de quatre à six polymériseurs qui sont refroidies avec de la saumure.

Le monomère dans le mélange est concentré à douze - quinze pour cent, puis le degré de conversion atteindra quatre vingt quinze pour cent, et la durée sera de deux à trois heures à des températures de zéro à dix degrés Celsius. S'il est nécessaire d'obtenir du caoutchouc isoprène de haut poids moléculaire, la pureté des réactifs utilisés dans la polymérisation est trèshaut degré.

Stabiliser et sécher

Pour protéger le polymère de l'oxydation, il doit être stabilisé avec un mélange de phénylènediamine et de néozone, qui doit être introduit dans le polymérisat sous forme de solution ou de suspension aqueuse. Afin de séparer le caoutchouc isoprène du polymérisat sous forme de miette, le polymérisat doit être mélangé avec de la vapeur et de l'eau, puis ajouter des additifs qui empêchent l'agglomération (formation de grumeaux). Le solvant doit ensuite être distillé. Il est maintenant nécessaire d'effectuer les processus de dégazage, de séparation des miettes de l'eau et de séchage dans des machines à vis sans fin et des séchoirs à bande. À la fin de ce processus, la production de caoutchouc isoprène peut être considérée comme terminée.

Maintenant, ce sera le briquetage sur des installations automatiques sous pression. Marque SKI-3 - caoutchouc isoprène synthétique, produit en briquettes de trente kilogrammes chacune. La briquette est enveloppée dans un film de polyéthylène et placée dans un sac en papier à quatre couches. Ce film est assez bien traité simultanément avec le contenu, qui est du caoutchouc isoprène, ses propriétés avec la température de mélange permettent tout à fait au polyéthylène de se ramollir et de le mélanger avec la masse principale dans un mélangeur de caoutchouc.

Structure

Chaque caoutchouc produit par l'industrie a ses propres caractéristiques et propriétés inhérentes uniquement à cette variété. Certains caoutchoucs ont une bonne résistance mécanique, d'autres une bonne résistance chimique ou une bonne imperméabilité aux gaz, d'autres ne craignent pas les changements de température, etc. Propriétésles caoutchoucs synthétiques individuels sont supérieurs au caoutchouc naturel à bien des égards et à plusieurs reprises. Seule l'élasticité du caoutchouc naturel n'a pas encore été dépassée, et c'est la propriété la plus importante pour des produits tels que les pneus d'avion ou de voiture.

Pendant le fonctionnement, ils subissent toujours d'énormes déformations - à la fois étirement et compression, ce qui provoque une friction intermoléculaire, un échauffement et une perte de qualité. Autrement dit, plus l'élasticité du caoutchouc est élevée, plus le produit est durable. C'est pour cette raison que le caoutchouc naturel n'a pas encore cessé d'être utilisé et c'est lui qui est utilisé pour la production de pneus pour les avions et les voitures à grande vitesse et lourds. Le caoutchouc naturel est un polymère d'isoprène, c'est pourquoi les scientifiques travaillent si dur pour faire du caoutchouc isoprène un analogue du caoutchouc naturel.

Formule

Les ressources pour extraire le caoutchouc naturel sont très limitées. Le caoutchouc normal et naturel a la formule C₅H₈, il s'est avéré qu'il est absolument identique à la formule moléculaire de l'isoprène, qui est formé lorsque le caoutchouc est chauffé, dans ses produits de décomposition. Le défi consiste à trouver un moyen raisonnablement abordable. Et le caoutchouc isoprène est obtenu lors de la réaction de polymérisation, et ici il est important de construire correctement le déroulement de cette réaction. La polymérisation se produit comme suit: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

La méthode la plus prometteuse à ce jour est la méthode de déshydrogénation catalytique de l'isopentane, qui est libéré des gaz de pétrole. Le matériau de départ pour la production d'isoprène peut également être le pentane: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, car lorsqu'il est chauffé et avec des catalyseurs, il se transforme également en isopentane. Il existe également une méthode de polymérisation dans laquelle la réaction d'obtention du caoutchouc isoprène est construite de manière à obtenir un caoutchouc dont la structure est très similaire à celle du caoutchouc naturel et qui, par conséquent, possède les mêmes excellentes propriétés.}

Isoprène

L'isoprène est un hydrocarbure insaturé appartenant à la série des diènes. C'est un liquide volatil incolore. L'odeur est très caractéristique. Le caoutchouc isoprène est un monomère naturel, car le reste de sa molécule est inclus dans de nombreux autres composés naturels - isoprénoïdes, terpénoïdes, etc. Il se dissout dans les solvants organiques. Avec l'alcool éthylique, par exemple, il peut être mélangé dans n'importe quel rapport. Mais il ne se dissout pas bien dans l'eau.

Mais il forme facilement une unité structurelle de caoutchouc isoprène lors de la polymérisation, grâce à laquelle l'isoprène gutta-percha et les caoutchoucs sont obtenus. De plus, l'isoprène peut entrer dans diverses réactions lors de la copolymérisation. Dans l'industrie, il est indispensable, puisqu'il est utilisé pour synthétiser des caoutchoucs, des médicaments et même certaines substances parfumées. Dans notre pays, la production de caoutchouc synthétique isoprène se développe depuis longtemps et représente environ vingt-quatre pour cent de la production mondiale.

Histoire

Le premier isoprène a été obtenu en 1860 par pyrolyse à partir de caoutchouc naturel.la pyrolyse est la décomposition thermique (à haute température) de nombreux composés inorganiques et organiques dans des conditions de manque d'oxygène. Plus tard, une lampe à isoprène a été inventée - une lampe électrique avec une bobine chauffée, avec laquelle l'huile de térébenthine a été décomposée thermiquement dans les laboratoires.

La Seconde Guerre mondiale a entraîné une énorme demande de caoutchoucs d'isoprène, et par conséquent, l'isoprène a appris à être produit à l'échelle industrielle par pyrolyse du limonène. Pourtant, l'isoprène était trop cher pour la production de masse de caoutchoucs synthétiques. La situation a changé quand un moyen a été trouvé pour l'obtenir à partir du pétrole. Ensuite, les technologies de polymérisation de l'isoprène ont commencé à se développer rapidement.

Rôle dans l'économie

La chose la plus importante dans la planification de la production d'un produit tel que le caoutchouc isoprène est le bon choix de l'emplacement, car il sera nécessaire de livrer des fractions de séparation C₅ au destination de plusieurs entreprises à la fois, qui effectuent le craquage. En second lieu, la prise en compte dans les plans de site de stockage des hydrocarbures restants de la fraction C_5..

Au début des années 90 du XXe siècle, l'Europe occidentale produisait environ quatre-vingt-cinq mille tonnes de diènes C_{5, dont quarante-quatre mille tonnes de cyclopentadiène dimérisé et vingt-trois mille tonnes était de l'isoprène. Le reste - environ quinze mille tonnes - était composé de pipérylènes. Dix ans plus tard, la production mondiale d'isoprène était passée à 850 000 tonnes par an.}

Propriétés

Dans des conditions standard, l'isoprène, comme déjà mentionné, est un liquide volatil incolore, presque insoluble dans l'eau, mais miscible dans n'importe quel rapport avec l'alcool diéthylique, standard, le benzène, l'acétone. L'isoprène est capable de former des mélanges azéotropiques avec une grande variété de solvants organiques. En considérant les données des études spectroscopiques, on peut voir que déjà à cinquante degrés Celsius, la plupart des molécules d'isoprène prennent une conformation s-trans stable, seulement quinze pour cent des molécules sont dans la conformation s-cis. Entre ces états, la différence d'énergie est de 6,3 kJ.

Les propriétés chimiques de l'isoprène le présentent comme un diène conjugué typique, qui entre dans des réactions de substitution, d'addition, de complexation, de cyclisation, de télomérisation. Actif en réaction avec les électrophiles et les diénophiles.

Demande

La majeure partie de l'isoprène actuellement produit est utilisée dans la synthèse du caoutchouc isoprène, dont la structure et les propriétés sont similaires à celles du caoutchouc naturel. Il est particulièrement utilisé pour la production de pneus. Il existe également un autre produit de polymérisation de l'isoprène, le polyisoprène, qui est beaucoup moins utilisé car il possède les propriétés de la gutta-percha. Il est utilisé pour fabriquer des isolants de fils et des balles de golf, par exemple. Le caoutchouc isoprène est utilisé pour fabriquer toutes sortes de produits en caoutchouc qui combinent des caoutchoucs naturels et synthétiques.

Par exemple, pour réduire l'adhérence, sont ajoutéscaoutchoucs butadiène-méthylstyrène, de plus, l'endurance à la fatigue augmente si les déformations se répètent. Les nitrites ajoutent une résistance à l'ozone et une résistance au vieillissement thermique. Ainsi, en observant un ensemble de propriétés techniques, les caoutchoucs isoprène se manifestent parfaitement lors de l'utilisation de bandes transporteuses, de tuyaux d'aspiration ou de pression, lors du revêtement d'arbres de machines, dans la production de chaussures, de produits médicaux et autres.

Danger pour l'environnement

L'isoprène est hautement explosif et inflammable. À des concentrations élevées dans le corps, il peut entraîner la paralysie et la mort. Cela se produit principalement à saturation atmosphérique, et donc le métabolisme a lieu dans le système respiratoire, lorsque l'isoprène est converti en époxydes et diols.

Quarante milligrammes par mètre cube est considéré comme une concentration élevée - c'est la dose maximale. De petites concentrations d'isoprène dans l'air peuvent avoir un effet narcotique sur une personne, provoquer une irritation des yeux, de la peau, des voies respiratoires et des muqueuses.

Biologie

Les scientifiques modernes ont découvert que les vapeurs d'isoprène rejettent presque toutes les plantes dans l'atmosphère. La quantité globale d'isoprène phytogénique est approximativement estimée à (180-450)^.10^{12 grammes de carbone par an. Ce processus est accéléré si la température de l'air approche les trente degrés Celsius, et aussi si l'intensité du rayonnement solaire est élevée, alors que la photosynthèse est déjà complètement saturée. Biosynthèse de l'isoprène inhibée par la fosmidomycine et les composés de l'ensembleun certain nombre de statines. Pourquoi les plantes font cela n'est pas entièrement comprise. Peut-être que l'isoprène leur donne une résistance supplémentaire à la surchauffe. De plus, c'est un piégeur de radicaux, ce qui signifie qu'il peut protéger les plantes des espèces réactives de l'oxygène et de l'ozone.}

Les scientifiques suggèrent également que la synthèse d'isoprène entraîne une consommation constante de molécules de NADPH et d'ATP, que la plante produit lors de la photosynthèse. Par conséquent, la libération d'isoprène empêche la dégradation photo-oxydative et la re-réduction si l'éclairage est excessif. L'inconvénient de ce mécanisme de défense peut en être un: le carbone, qui est extrait si difficilement dans le processus de photosynthèse, est dépensé pour la libération d'isoprène. Les scientifiques ne se sont pas arrêtés aux plantes et ont découvert que le corps humain peut également produire des hydrocarbures diènes, et l'isoprène est le plus courant d'entre eux.