Cómo se fabrica el caucho de isopreno sintético

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2024-01-02 13:53

El caucho natural tiene muchos análogos, y el caucho de isopreno se considera uno de los de mayor tonelaje. La industria produce una amplia variedad de tipos de estos productos, que difieren tanto en propiedades como en el tipo de catalizadores que se utilizaron: litio, complejo y similares.

Cómo se fabrica el caucho

El caucho de isopreno es sintético, estereorregular, y se obtiene por polimerización de isopreno colocado en un medio solvente inerte con un catalizador complejo. Esto se hace, por ejemplo, SKI-3. La polimerización del isopreno en solución debe ser continua, para ello existen baterías de cuatro a seis polimerizadores que se enfrían con salmuera.

El monómero en la mezcla se concentra al doce - quince por ciento, luego el grado de conversión alcanzará el noventa y cinco por ciento, y la duración será de dos a tres horas a temperaturas de cero a diez grados centígrados. Si es necesario obtener caucho de isopreno de alto peso molecular, la pureza de los reactivos utilizados en la polimerización es muy alto grado.

Estabilización y secado

Para proteger el polímero de la oxidación, se debe estabilizar con una mezcla de fenilendiamina y neozono, que se debe introducir en el polimerizado en forma de solución o suspensión acuosa. Para separar el caucho de isopreno del polimerizado como una miga, el polimerizado debe mezclarse con vapor y agua, luego agregar aditivos que eviten la aglomeración (formación de grumos). A continuación, el disolvente debe eliminarse por destilación. Ahora es necesario realizar los procesos de desgasificación, separación de las migas del agua y secado en máquinas de tornillo sinfín y secadores de banda. Al final de este proceso, la producción de caucho de isopreno puede considerarse completa.

Ahora será briqueteado en plantas automáticas bajo presión. Marca SKI-3: caucho de isopreno sintético, que se produce en briquetas de treinta kilogramos cada una. La briqueta se envuelve en una película de polietileno y se coloca en una bolsa de papel de cuatro capas. Esta película se procesa bastante bien simultáneamente con el contenido, que es caucho de isopreno, sus propiedades con la temperatura de mezcla permiten que el polietileno se ablande bastante y se mezcle con la masa principal en un mezclador de caucho.

Estructura

Cada caucho que produce la industria tiene sus propias características y propiedades inherentes únicamente a esta variedad. Algunos cauchos tienen buena resistencia mecánica, otros tienen buena resistencia química o impermeabilidad a los gases, otros no temen a los cambios de temperatura, etc. Propiedadeslos cauchos sintéticos individuales son superiores al caucho natural en muchos aspectos y muchas veces. Solo la elasticidad del caucho natural aún no ha sido superada, y esta es la propiedad más importante para productos como neumáticos para aviones o automóviles.

Durante el funcionamiento, siempre experimentan una gran deformación, tanto estiramiento como compresión, lo que provoca fricción intermolecular, calentamiento y pérdida de calidad. Es decir, cuanto mayor sea la elasticidad del caucho, más duradero será el producto. Es por esta razón que el caucho natural aún no ha dejado de usarse, y es el que se utiliza para la producción de neumáticos para aviones y automóviles de alta velocidad y servicio pesado. El caucho natural es un polímero de isopreno, razón por la cual los científicos están trabajando tan duro para hacer que el caucho de isopreno sea un análogo del caucho natural.

Fórmula

Los recursos para extraer caucho natural son muy limitados. El caucho natural normal tiene la fórmula C₅H₈, como resultó, es absolutamente idéntica a la fórmula molecular del isopreno, que es formado cuando el caucho se calienta, en sus productos de descomposición. El desafío es encontrar una manera razonablemente asequible. Y el caucho de isopreno se obtiene durante la reacción de polimerización, y aquí es importante construir correctamente el curso de esta reacción. La polimerización ocurre de la siguiente manera: nCH₂ =C(CH₃) - CH=CH₂ -- (-CH₂ - C(CH₃)=CH - CH_2)n.

El método más prometedor hasta ahora es el método de deshidrogenación catalítica de isopentano, que se libera de los gases de petróleo. El material de partida para la producción de isopreno también puede ser pentano: CH₃-CH₂-CH₂- CH ₂-CH_{3, porque cuando se calienta y con catalizadores, también se convierte en isopentano. También existe un método de polimerización en el que la reacción para la obtención del caucho de isopreno se construye de tal manera que se obtiene un caucho de estructura muy similar al caucho natural y, por lo tanto, con las mismas excelentes propiedades.}

Isopreno

El isopreno es un hidrocarburo insaturado que pertenece a la serie de los dienos. Es un líquido incoloro volátil. El olor es muy característico. El caucho de isopreno es un monómero natural, ya que el resto de su molécula está incluido en muchos otros compuestos naturales: isoprenoides, terpenoides y similares. Se disuelve en disolventes orgánicos. Con alcohol etílico, por ejemplo, se puede mezclar en cualquier proporción. Pero no se disuelve bien en agua.

Pero forma fácilmente una unidad estructural de caucho de isopreno durante la polimerización, debido a lo cual se obtienen la gutapercha de isopreno y los cauchos. Además, el isopreno puede participar en varias reacciones durante la copolimerización. En la industria es indispensable, ya que se utiliza para sintetizar cauchos, medicamentos e incluso algunas sustancias aromáticas. En nuestro país, la producción de caucho sintético de isopreno se viene desarrollando desde hace mucho tiempo, y representa aproximadamente el veinticuatro por ciento de la producción mundial.

Historia

El primer isopreno se obtuvo en 1860 por pirólisis a partir de caucho natural. La pirólisis es la descomposición térmica (a altas temperaturas) de muchos compuestos inorgánicos y orgánicos en condiciones de f alta de oxígeno. Más tarde, se inventó una lámpara de isopreno, una eléctrica con una bobina calentada, con la que se descomponía térmicamente el aceite de trementina en los laboratorios.

La Segunda Guerra Mundial generó una gran demanda de cauchos de isopreno y, por lo tanto, se descubrió que el isopreno se producía a escala industrial mediante pirólisis de limoneno. Aún así, el isopreno era demasiado caro para la producción en masa de cauchos sintéticos. La situación cambió cuando se encontró la manera de obtenerlo del petróleo. Luego, las tecnologías para la polimerización de isopreno comenzaron a desarrollarse rápidamente.

Papel en la economía

Lo más importante al planificar la producción de un producto como el caucho de isopreno es la elección correcta de la ubicación, ya que será necesario entregar fracciones de separación C₅ al destino de varias empresas a la vez, que realizan el craqueo. En segundo lugar en importancia se encuentra la consideración en los planos del sitio de disposición de los hidrocarburos remanentes de la fracción C_5..

A principios de los años noventa del siglo XX, Europa occidental producía unas ochenta y cinco mil toneladas de dienos C_{5, de las cuales cuarenta y cuatro mil toneladas eran ciclopentadieno dimerizado y veintitrés mil toneladas era isopreno. El resto, unas quince mil toneladas, eran piperilenos. Diez años después, la producción mundial de isopreno había ascendido a 850.000 toneladas al año.}

Propiedades

En condiciones estándar, el isopreno, como ya se mencionó, es un líquido incoloro volátil, casi insoluble en agua, pero miscible en cualquier proporción con alcohol dietílico, estándar, benceno, acetona. El isopreno puede formar mezclas azeotrópicas con una amplia variedad de disolventes orgánicos. Al considerar los datos de los estudios espectroscópicos, se puede ver que ya a cincuenta grados centígrados, la mayoría de las moléculas de isopreno adquieren una conformación s-trans estable, solo el quince por ciento de las moléculas están en la conformación s-cis. Entre estos estados, la diferencia de energía es de 6,3 kJ.

Las propiedades químicas del isopreno lo presentan como un dieno conjugado típico, que entra en reacciones de sustitución, adición, complejación, ciclación y telomerización. Activo en reacción con electrófilos y dienófilos.

Solicitud

La mayor parte del isopreno producido actualmente se utiliza en la síntesis de caucho de isopreno, similar en estructura y propiedades al caucho natural. Se utiliza especialmente para la producción de neumáticos. También existe otro producto de polimerización de isopreno, el poliisopreno, que se usa mucho menos porque tiene las propiedades de la gutapercha. Se utiliza para hacer aislamiento de cables y pelotas de golf, por ejemplo. El caucho de isopreno se utiliza para fabricar todo tipo de productos de caucho que combinan cauchos naturales y otros cauchos sintéticos.

Por ejemplo, para reducir la adherencia, se agregancauchos de butadieno-metilestireno, además, la resistencia a la fatiga aumenta si se repiten las deformaciones. Los nitritos agregan resistencia al ozono y resistencia al envejecimiento por calor. Así, observando un conjunto de propiedades técnicas, los cauchos de isopreno se manifiestan perfectamente cuando se utilizan cintas transportadoras, mangueras de succión o presión, en el revestimiento de ejes de máquinas, en la producción de calzado, productos médicos y otros.

Peligro medioambiental

El isopreno es altamente explosivo e inflamable. En altas concentraciones en el cuerpo, puede provocar parálisis y muerte. Esto ocurre principalmente en la saturación atmosférica y, por lo tanto, el metabolismo tiene lugar en el sistema respiratorio, cuando el isopreno se convierte en epóxidos y dioles.

Cuarenta miligramos por metro cúbico se considera una concentración alta; esta es la dosis máxima. Pequeñas concentraciones de isopreno en el aire pueden tener un efecto narcótico en una persona, causar irritación de los ojos, la piel, las vías respiratorias y las membranas mucosas.

Biología

Los científicos modernos han descubierto que casi todas las plantas emiten vapores de isopreno a la atmósfera. La cantidad global de isopreno fitogénico se estima aproximadamente en (180-450)^.10^{12 gramos de carbono por año. Este proceso se acelera si la temperatura del aire se acerca a los treinta grados centígrados, y también si la intensidad de la radiación solar es alta, mientras que la fotosíntesis ya está completamente saturada. Biosíntesis de isopreno inhibida por fosmidomicina y compuestos del conjuntouna serie de estatinas. Por qué las plantas hacen esto no se entiende completamente. Quizás el isopreno les da una resistencia extra al sobrecalentamiento. Además, es un eliminador de radicales, lo que significa que puede proteger a las plantas de las especies reactivas del oxígeno y del ozono.}

Los científicos también sugieren que la síntesis de isopreno provoca un consumo constante de moléculas de NADPH y ATP, que la planta produce durante la fotosíntesis. Por lo tanto, la liberación de isopreno evita la degradación fotooxidativa y la re-reducción si la iluminación es excesiva. La desventaja de este mecanismo de defensa puede ser una: el carbono, que se extrae con tanta dificultad en el proceso de fotosíntesis, se gasta en la liberación de isopreno. Los científicos no se detuvieron en las plantas y descubrieron que el cuerpo humano también puede producir hidrocarburos diénicos, y el isopreno es el más común entre ellos.