Bagaimana karet isoprena sintetis dibuat

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-02 13:57

Karet alami memiliki banyak analog, dan karet isoprena dianggap sebagai salah satu yang paling multi-tonase. Industri memproduksi berbagai jenis produk ini, berbeda baik dalam sifat maupun jenis katalis yang digunakan - litium, kompleks, dan sejenisnya.

Bagaimana karet dibuat

Karet isoprena adalah sintetis, stereoreguler, dan diperoleh dengan polimerisasi isoprena yang ditempatkan dalam media pelarut inert dengan katalis kompleks. Ini dilakukan, misalnya, SKI-3. Polimerisasi isoprena dalam larutan harus terus menerus, untuk ini ada baterai dari empat hingga enam polimerisasi yang didinginkan dengan air garam.

Monomer dalam campuran dipekatkan menjadi dua belas - lima belas persen, maka tingkat konversi akan mencapai sembilan puluh lima persen, dan durasinya akan menjadi dua hingga tiga jam pada suhu dari nol hingga sepuluh derajat Celcius. Jika perlu untuk mendapatkan karet isoprena dengan berat molekul tinggi, kemurnian reagen yang digunakan dalam polimerisasi sangatderajat tinggi.

Menstabilkan dan mengeringkan

Untuk melindungi polimer dari oksidasi, polimer harus distabilkan dengan campuran fenilendiamin dan neozon, yang harus dimasukkan ke dalam polimerisasi sebagai larutan atau suspensi berair. Untuk memisahkan karet isoprena dari polimerisasi sebagai remah, polimerisasi harus dicampur dengan uap dan air, kemudian ditambahkan aditif yang mencegah penggumpalan (lumping). Pelarut kemudian harus didistilasi. Sekarang perlu untuk melakukan proses degassing, memisahkan remah-remah dari air dan pengeringan di mesin cacing dan pengering sabuk. Pada akhir proses ini, produksi karet isoprena dapat dianggap selesai.

Sekarang akan dibriket pada tanaman otomatis di bawah tekanan. Merek SKI-3 - karet isoprena sintetis, yang diproduksi dalam briket masing-masing tiga puluh kilogram. Briket dibungkus dengan film polietilen dan ditempatkan dalam kantong kertas empat lapis. Film ini diproses dengan cukup baik bersamaan dengan kandungannya yaitu karet isoprena, sifat-sifatnya dengan suhu pencampuran cukup memungkinkan polietilen untuk melunak dan mencampurnya dengan massa utama dalam mixer karet.

Struktur

Setiap karet yang dihasilkan oleh industri memiliki karakteristik dan sifat yang hanya dimiliki oleh varietas ini. Beberapa karet memiliki kekuatan mekanik yang baik, yang lain memiliki ketahanan kimia atau impermeabilitas gas yang baik, yang lain tidak takut akan perubahan suhu, dan sebagainya. Propertikaret sintetis individu lebih unggul dari karet alam dalam banyak hal dan berkali-kali lipat. Hanya elastisitas karet alam yang belum terlampaui, dan ini adalah properti terpenting untuk produk seperti ban pesawat atau mobil.

Selama operasi, mereka selalu mengalami deformasi besar - baik peregangan dan kompresi, yang menyebabkan gesekan antarmolekul, pemanasan dan penurunan kualitas. Artinya, semakin tinggi elastisitas karet, semakin tahan lama produk tersebut. Karena alasan inilah karet alam belum habis digunakan, dan inilah yang digunakan untuk produksi ban untuk pesawat terbang dan mobil berkecepatan tinggi dan tugas berat. Karet alam adalah polimer dari isoprena, itulah sebabnya para ilmuwan bekerja sangat keras untuk membuat karet isoprena sebagai analog dari karet alam.

Rumus

Sumber daya untuk mengekstraksi karet alam sangat terbatas. Karet alam yang normal memiliki rumus C₅H₈, ternyata benar-benar identik dengan rumus molekul isoprena, yaitu terbentuk ketika karet dipanaskan, dalam produk dekomposisinya. Tantangannya adalah menemukan cara yang cukup terjangkau. Dan karet isoprena diperoleh selama reaksi polimerisasi, dan di sini penting untuk membangun jalannya reaksi ini dengan benar. Polimerisasi terjadi sebagai berikut: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

Metode yang paling menjanjikan sejauh ini adalah metode dehidrogenasi katalitik dari isopentana, yang dilepaskan dari gas minyak bumi. Bahan awal untuk produksi isoprena juga bisa pentana: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, karena ketika dipanaskan dan dengan katalis, juga berubah menjadi isopentana. Ada juga metode polimerisasi di mana reaksi untuk memperoleh karet isoprena dibangun sedemikian rupa sehingga diperoleh karet yang strukturnya sangat mirip dengan karet alam dan, oleh karena itu, memiliki sifat yang sangat baik yang sama.}

Isoprena

Isoprena adalah hidrokarbon tak jenuh yang termasuk dalam deret diena. Ini adalah cairan tidak berwarna yang mudah menguap. Baunya sangat khas. Karet isoprena adalah monomer alami, karena sisa molekulnya termasuk dalam banyak senyawa alami lainnya - isoprenoid, terpenoid, dan sejenisnya. Ini larut dalam pelarut organik. Dengan etil alkohol, misalnya, dapat dicampur dalam rasio apa pun. Tapi itu tidak larut dengan baik dalam air.

Tetapi ia dengan mudah membentuk unit struktural karet isoprena selama polimerisasi, karena itu diperoleh isoprena gutta-percha dan karet. Juga, isoprena dapat masuk ke dalam berbagai reaksi selama kopolimerisasi. Dalam industri, itu sangat diperlukan, karena digunakan untuk mensintesis karet, obat-obatan, dan bahkan beberapa zat harum. Di negara kita, produksi karet isoprena sintetis telah berkembang sejak lama, dan menyumbang sekitar dua puluh empat persen dari produksi dunia.

Sejarah

Isoprena pertama diperoleh pada tahun 1860 dengan pirolisis dari karet alam.pirolisis adalah dekomposisi termal (pada suhu tinggi) dari banyak senyawa anorganik dan organik dalam kondisi kekurangan oksigen. Kemudian, lampu isoprena ditemukan - lampu listrik dengan koil yang dipanaskan, yang dengannya minyak terpentin didekomposisi secara termal di laboratorium.

Perang Dunia Kedua membawa permintaan besar untuk karet isoprena, dan oleh karena itu, isoprena dipelajari untuk diproduksi pada skala industri dengan pirolisis limonena. Namun, isoprena terlalu mahal untuk produksi massal karet sintetis. Situasi berubah ketika ditemukan cara untuk mendapatkannya dari minyak. Kemudian teknologi untuk polimerisasi isoprena mulai berkembang pesat.

Peranan dalam perekonomian

Hal terpenting dalam merencanakan produksi suatu produk seperti karet isoprena adalah pemilihan lokasi yang tepat, karena akan diperlukan pengiriman fraksi pisah C₅ ke tujuan dari beberapa perusahaan sekaligus, yang melakukan cracking. Di tempat kedua yang penting adalah pertimbangan dalam rencana lokasi pembuangan sisa hidrokarbon dari fraksi C_5..

Pada awal tahun sembilan puluhan abad kedua puluh, Eropa Barat memproduksi sekitar delapan puluh lima ribu ton diena C_{5, di mana empat puluh empat ribu ton di antaranya adalah siklopentadiena dimer dan dua puluh tiga ribu ton adalah isoprena. Sisanya - sekitar lima belas ribu ton - adalah piperilena. Sepuluh tahun kemudian, produksi isoprena dunia meningkat menjadi 850.000 ton per tahun.}

Properti

Dalam kondisi standar, isoprena, seperti yang telah disebutkan, adalah cairan tak berwarna yang mudah menguap, hampir tidak larut dalam air, tetapi dapat larut dalam rasio apa pun dengan dietil alkohol, standar, benzena, aseton. Isoprena mampu membentuk campuran azeotropik dengan berbagai macam pelarut organik. Ketika mempertimbangkan data studi spektroskopi, dapat dilihat bahwa sudah pada lima puluh derajat Celcius, sebagian besar molekul isoprena mengambil konformasi s-trans yang stabil, hanya lima belas persen molekul berada dalam konformasi s-cis. Antara keadaan ini, perbedaan energi adalah 6,3 kJ.

Sifat kimia isoprena menyajikannya sebagai diena terkonjugasi yang khas, yang masuk ke dalam reaksi substitusi, adisi, kompleksasi, siklisasi, telomerisasi. Aktif dalam reaksi dengan elektrofil dan dienofil.

Aplikasi

Bagian utama dari isoprena yang saat ini diproduksi digunakan dalam sintesis karet isoprena, serupa dalam struktur dan sifat karet alam. Ini digunakan terutama secara luas untuk produksi ban. Ada juga produk polimerisasi isoprena lain, poliisoprena, yang digunakan jauh lebih sedikit karena memiliki sifat gutta-percha. Ini digunakan untuk membuat isolasi kawat dan bola golf, misalnya. Karet isoprena digunakan untuk membuat semua jenis produk karet yang menggabungkan karet alam dan karet sintetis lainnya.

Misalnya, untuk mengurangi lengket, ditambahkankaret butadiena-metilstirena, selain itu, daya tahan kelelahan meningkat jika deformasi diulang. Nitrit menambah ketahanan ozon dan ketahanan terhadap penuaan panas. Dengan demikian, mengamati serangkaian sifat teknis, karet isoprena dengan sempurna memanifestasikan dirinya saat menggunakan ban berjalan, selang hisap atau tekanan, saat melapisi poros mesin, dalam produksi alas kaki, medis, dan produk lainnya.

Bahaya lingkungan

Isoprena sangat mudah meledak dan mudah terbakar. Dalam konsentrasi tinggi dalam tubuh, dapat menyebabkan kelumpuhan dan kematian. Ini terutama terjadi pada saturasi atmosfer, dan oleh karena itu metabolisme terjadi di sistem pernapasan, ketika isoprena diubah menjadi epoksida dan diol.

Empat puluh miligram per meter kubik dianggap sebagai konsentrasi tinggi - ini adalah dosis maksimum. Konsentrasi kecil isoprena di udara dapat menimbulkan efek narkotik pada seseorang, menyebabkan iritasi pada mata, kulit, saluran pernapasan, dan selaput lendir.

Biologi

Ilmuwan modern telah menemukan bahwa asap isoprena memancarkan hampir semua tanaman ke atmosfer. Jumlah global isoprena fitogenik diperkirakan sekitar (180-450)^.10^{12 gram karbon per tahun. Proses ini dipercepat jika suhu udara mendekati tiga puluh derajat Celcius, dan juga jika intensitas radiasi matahari tinggi, sedangkan fotosintesis sudah jenuh penuh. Biosintesis isoprena dihambat oleh fosmidomycin dan senyawa secara keseluruhansejumlah statin. Mengapa tanaman melakukan ini tidak sepenuhnya dipahami. Mungkin isoprena memberi mereka ketahanan ekstra terhadap panas berlebih. Selain itu, itu adalah pemulung radikal, yang berarti dapat melindungi tanaman dari spesies oksigen reaktif dan ozon.}

Para ilmuwan juga menyarankan bahwa sintesis isoprena menyebabkan konsumsi konstan molekul NADPH dan ATP, yang dihasilkan tanaman selama fotosintesis. Oleh karena itu, pelepasan isoprena mencegah degradasi foto-oksidatif dan reduksi ulang jika iluminasi berlebihan. Kerugian dari mekanisme pertahanan ini mungkin satu: karbon, yang diekstraksi dengan sangat sulit dalam proses fotosintesis, dihabiskan untuk pelepasan isoprena. Para ilmuwan tidak berhenti pada tanaman dan menemukan bahwa tubuh manusia juga dapat menghasilkan diena hidrokarbon, dan isoprena adalah yang paling umum di antara mereka.