Como é feita a borracha sintética de isopreno

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2024-01-02 14:01

A borracha natural tem muitos análogos, e a borracha de isopreno é considerada uma das mais multitoneladas. A indústria produz uma grande variedade de tipos desses produtos, diferindo tanto nas propriedades quanto no tipo de catalisador que foi usado - lítio, complexo e similares.

Como é feita a borracha

A borracha de isopreno é sintética, estereoregular e é obtida pela polimerização do isopreno colocado em meio solvente inerte com catalisador complexo. Isso é feito, por exemplo, SKI-3. A polimerização do isopreno em solução deve ser contínua, para isso existem baterias de quatro a seis polimerizadores que são resfriados com salmoura.

O monômero na mistura é concentrado para doze - quinze por cento, então o grau de conversão chegará a noventa e cinco por cento, e a duração será de duas a três horas em temperaturas de zero a dez graus Celsius. Se for necessário obter borracha de isopreno de alto peso molecular, a pureza dos reagentes utilizados na polimerização é muito alto grau.

Estabilização e secagem

Para proteger o polímero da oxidação, ele deve ser estabilizado com uma mistura de fenilenodiamina e neozona, que deve ser introduzida no polimerizado como solução ou suspensão aquosa. Para separar a borracha de isopreno do polimerizado como um miolo, o polimerizado deve ser misturado com vapor e água, em seguida, adicionar aditivos que evitem a aglomeração (grumos). O solvente deve então ser removido por destilação. Agora é necessário realizar os processos de desgaseificação, separando as migalhas da água e secando em máquinas sem-fim e secadores de esteira. Ao final deste processo, a produção da borracha de isopreno pode ser considerada completa.

Agora será briquetagem em usinas automáticas sob pressão. Marca SKI-3 - borracha sintética de isopreno, que é produzida em briquetes de trinta quilos cada. O briquete é envolto em filme de polietileno e colocado em um saco de papel de quatro camadas. Este filme é muito bem processado simultaneamente com o conteúdo, que é borracha de isopreno, suas propriedades com temperatura de mistura permitem bastante que o polietileno amoleça e misture-o com a massa principal em um misturador de borracha.

Estrutura

Cada borracha produzida pela indústria possui características próprias e propriedades inerentes apenas a esta variedade. Algumas borrachas têm boa resistência mecânica, outras têm boa resistência química ou impermeabilidade a gases, outras não têm medo de mudanças de temperatura e assim por diante. Propriedadesborrachas sintéticas individuais são superiores à borracha natural em muitos aspectos e muitas vezes. Apenas a elasticidade da borracha natural ainda não foi superada, e esta é a propriedade mais importante para produtos como pneus de aeronaves ou carros.

Durante a operação, eles sempre sofrem grande deformação - tanto estiramento quanto compressão, o que causa atrito intermolecular, aquecimento e perda de qualidade. Ou seja, quanto maior a elasticidade da borracha, mais durável é o produto. É por esta razão que a borracha natural ainda não saiu de uso, e é ela que é usada para a produção de pneus para aeronaves e carros de alta velocidade e pesados. A borracha natural é um polímero de isopreno, e é por isso que os cientistas estão trabalhando tanto para tornar a borracha de isopreno um análogo da borracha natural.

Fórmula

Os recursos para extração da borracha natural são muito limitados. A borracha normal, natural, tem a fórmula C₅H₈, como se viu, é absolutamente idêntica à fórmula molecular do isopreno, que é formado quando a borracha é aquecida, em seus produtos de decomposição. O desafio é encontrar uma maneira razoavelmente acessível. E a borracha de isopreno é obtida durante a reação de polimerização, e aqui é importante construir corretamente o curso dessa reação. A polimerização ocorre da seguinte forma: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

O método mais promissor até agora é o método de desidrogenação catalítica do isopentano, que é liberado dos gases de petróleo. O material de partida para a produção de isopreno também pode ser o pentano: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, pois quando aquecido e com catalisadores, também se transforma em isopentano. Existe também um método de polimerização em que a reação para a obtenção da borracha de isopreno é construída de tal forma que se obtém uma borracha com estrutura muito semelhante à borracha natural e, portanto, com as mesmas excelentes propriedades.}

Isopreno

Isopreno é um hidrocarboneto insaturado pertencente à série dos dienos. É um líquido incolor volátil. O cheiro é bem característico. A borracha de isopreno é um monômero natural, uma vez que o restante de sua molécula está incluído em muitos outros compostos naturais - isoprenóides, terpenóides e similares. Dissolve-se em solventes orgânicos. Com álcool etílico, por exemplo, pode ser misturado em qualquer proporção. Mas não se dissolve bem na água.

Mas forma facilmente uma unidade estrutural de borracha de isopreno durante a polimerização, devido à qual são obtidos isopreno guta-percha e borrachas. Além disso, o isopreno pode entrar em várias reações durante a copolimerização. Na indústria, é indispensável, pois serve para sintetizar borrachas, medicamentos e até algumas substâncias perfumadas. Em nosso país, a produção de borracha sintética de isopreno vem se desenvolvendo há muito tempo e representa aproximadamente vinte e quatro por cento da produção mundial.

Histórico

O primeiro isopreno foi obtido em 1860 por pirólise a partir de borracha natural.pirólise é a decomposição térmica (em altas temperaturas) de muitos compostos inorgânicos e orgânicos sob condições de f alta de oxigênio. Mais tarde, uma lâmpada de isopreno foi inventada - uma elétrica com bobina aquecida, com a qual o óleo de terebintina foi decomposto termicamente em laboratórios.

A Segunda Guerra Mundial trouxe uma enorme demanda por borrachas de isopreno e, portanto, o isopreno foi aprendido a ser produzido em escala industrial por pirólise de limoneno. Ainda assim, o isopreno era muito caro para a produção em massa de borrachas sintéticas. A situação mudou quando foi encontrada uma maneira de obtê-lo a partir do petróleo. Então as tecnologias para a polimerização do isopreno começaram a se desenvolver rapidamente.

Função na economia

O mais importante no planejamento da produção de um produto como a borracha de isopreno é a escolha certa do local, pois será necessário entregar frações de separação C₅ ao destino de várias empresas ao mesmo tempo, que realizam craqueamento. Em segundo lugar em importância está a consideração nos planos para o local de disposição dos hidrocarbonetos remanescentes da fração C_5..

No início dos anos noventa do século XX, a Europa Ocidental produziu cerca de oitenta e cinco mil toneladas de C_{5 dienos, dos quais quarenta e quatro mil toneladas eram ciclopentadieno dimerizado e vinte e três mil toneladas era isopreno. O restante - cerca de quinze mil toneladas - eram piperilenos. Dez anos depois, a produção mundial de isopreno subiu para 850.000 toneladas por ano.}

Propriedades

Em condições padrão, o isopreno, como já mencionado, é um líquido incolor volátil, quase insolúvel em água, mas miscível em qualquer proporção com álcool dietílico, padrão, benzeno, acetona. O isopreno é capaz de formar misturas azeotrópicas com uma grande variedade de solventes orgânicos. Ao considerar os dados dos estudos espectroscópicos, pode-se observar que já a cinquenta graus Celsius, a maioria das moléculas de isopreno assume uma conformação s-trans estável, apenas quinze por cento das moléculas estão na conformação s-cis. Entre esses estados, a diferença de energia é de 6,3 kJ.

As propriedades químicas do isopreno o apresentam como um típico dieno conjugado, que entra em reações de substituição, adição, complexação, ciclização, telomerização. Ativo em reação com eletrófilos e dienófilos.

Aplicativo

A maior parte do isopreno produzido atualmente é utilizada na síntese da borracha de isopreno, semelhante em estrutura e propriedades à borracha natural. É usado especialmente amplamente para a produção de pneus. Há também outro produto de polimerização de isopreno, o poliisopreno, que é muito menos utilizado por ter as propriedades da guta-percha. É usado para fazer isolamento de fios e bolas de golfe, por exemplo. A borracha de isopreno é usada para fazer todos os tipos de produtos de borracha que combinam borrachas naturais e outras sintéticas.

Por exemplo, para reduzir a viscosidade, são adicionadosborrachas de butadieno-metilestireno, além disso, a resistência à fadiga aumenta se as deformações forem repetidas. Os nitritos adicionam resistência ao ozônio e resistência ao envelhecimento por calor. Assim, observando um conjunto de propriedades técnicas, as borrachas de isopreno se manifestam perfeitamente no uso de correias transportadoras, mangueiras de sucção ou pressão, no revestimento de eixos de máquinas, na produção de calçados, produtos médicos e outros.

Risco ambiental

Isopreno é altamente explosivo e inflamável. Em altas concentrações no organismo, pode levar à paralisia e à morte. Isso ocorre principalmente na saturação atmosférica e, portanto, o metabolismo ocorre no sistema respiratório, quando o isopreno é convertido em epóxidos e dióis.

Quarenta miligramas por metro cúbico é considerado uma alta concentração - esta é a dose máxima. Pequenas concentrações de isopreno no ar podem ter um efeito narcótico em uma pessoa, causar irritação nos olhos, pele, trato respiratório e membranas mucosas.

Biologia

Cientistas modernos descobriram que vapores de isopreno emitem quase todas as plantas na atmosfera. A quantidade global de isopreno fitogênico é aproximadamente estimada em (180-450)^.10^{12 gramas de carbono por ano. Esse processo é acelerado se a temperatura do ar se aproximar de trinta graus Celsius, e também se a intensidade da radiação solar for alta, enquanto a fotossíntese já estiver totalmente saturada. Biossíntese de isopreno inibida por fosmidomicina e compostos de todovárias estatinas. Por que as plantas fazem isso não é totalmente compreendido. Talvez o isopreno lhes dê resistência extra ao superaquecimento. Além disso, é um limpador de radicais, o que significa que pode proteger as plantas de espécies reativas de oxigênio e ozônio.}

Os cientistas também sugerem que a síntese do isopreno provoca um consumo constante de moléculas de NADPH e ATP, que a planta produz durante a fotossíntese. Assim, a liberação de isopreno evita a degradação foto-oxidativa e re-redução se a iluminação for excessiva. A desvantagem desse mecanismo de defesa pode ser uma: o carbono, que é extraído com tanta dificuldade no processo de fotossíntese, é gasto na liberação de isopreno. Os cientistas não pararam nas plantas e descobriram que o corpo humano também pode produzir hidrocarbonetos dieno, sendo o isopreno o mais comum entre eles.