2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-02 14:03
ยางธรรมชาติมีสารคล้ายคลึงหลายแบบ และยางไอโซพรีนถือเป็นยางที่มีหลายน้ำหนักมากที่สุด อุตสาหกรรมนี้ผลิตผลิตภัณฑ์เหล่านี้ได้หลากหลายประเภท ซึ่งแตกต่างกันทั้งในด้านคุณสมบัติและประเภทของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ เช่น ลิเธียม คอมเพล็กซ์ และอื่นๆ
ยางทำอย่างไร
ยางไอโซพรีนเป็นยางสังเคราะห์ เป็นยางธรรมดา และได้มาจากกระบวนการโพลิเมอไรเซชันของไอโซพรีนที่วางไว้ในตัวกลางตัวทำละลายเฉื่อยที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาที่ซับซ้อน เสร็จแล้ว เช่น SKI-3 โพลีเมอไรเซชันของไอโซพรีนในสารละลายจะต้องต่อเนื่อง เพราะมีแบตเตอรี่โพลีเมอร์ไรเซอร์สี่ถึงหกก้อนที่ถูกทำให้เย็นด้วยน้ำเกลือ
โมโนเมอร์ในส่วนผสมเข้มข้นถึงสิบสอง-15 เปอร์เซ็นต์ จากนั้นระดับของการเปลี่ยนแปลงจะสูงถึงเก้าสิบห้าเปอร์เซ็นต์ และระยะเวลาจะอยู่ที่สองถึงสามชั่วโมงที่อุณหภูมิตั้งแต่ศูนย์ถึงสิบองศาเซลเซียส หากจำเป็นต้องได้ยางไอโซพรีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง ความบริสุทธิ์ของรีเอเจนต์ที่ใช้ในการทำโพลิเมอไรเซชันจะสูงมากระดับสูง
ทำให้คงตัวและทำให้แห้ง
เพื่อป้องกันพอลิเมอร์จากการเกิดออกซิเดชัน จะต้องทำให้เสถียรด้วยส่วนผสมของฟีนิลีนไดเอมีนและนีโอโซน ซึ่งจะต้องใส่เข้าไปในพอลิเมอร์เป็นสารละลายหรือสารแขวนลอยที่เป็นน้ำ ในการแยกยางไอโซพรีนออกจากพอลิเมอร์เป็นชิ้นเล็กๆ โพลีเมอร์จะต้องผสมกับไอน้ำและน้ำ จากนั้นเติมสารเติมแต่งที่ป้องกันการเกาะตัวเป็นก้อน (lumping) ตัวทำละลายจะต้องถูกกลั่นออก ตอนนี้ จำเป็นต้องดำเนินการกระบวนการ degassing การแยกเศษอาหารออกจากน้ำและทำให้แห้งในเครื่องเวิร์มและเครื่องอบสายพาน เมื่อสิ้นสุดกระบวนการนี้ ถือว่าการผลิตยางไอโซพรีนเสร็จสมบูรณ์
ตอนนี้กำลังจะอัดก้อนในโรงงานอัตโนมัติภายใต้แรงกดดัน ยี่ห้อ SKI-3 - ยางไอโซพรีนสังเคราะห์ซึ่งผลิตเป็นก้อนละสามสิบกิโลกรัม อัดก้อนด้วยฟิล์มโพลีเอทิลีนและใส่ในถุงกระดาษสี่ชั้น ฟิล์มนี้ได้รับการประมวลผลอย่างดีพร้อมๆ กันกับเนื้อหาซึ่งเป็นยางไอโซพรีน คุณสมบัติของฟิล์มที่มีอุณหภูมิผสมค่อนข้างช่วยให้พอลิเอทิลีนนิ่มลงและผสมกับมวลหลักในเครื่องผสมยาง
โครงสร้าง
ยางแต่ละชนิดที่ผลิตโดยอุตสาหกรรมมีลักษณะและคุณสมบัติเป็นของตัวเองซึ่งมีอยู่ในพันธุ์นี้เท่านั้น ยางบางชนิดมีความแข็งแรงเชิงกลดี ยางอื่นๆ มีความทนทานต่อสารเคมีหรือการซึมผ่านของแก๊สได้ดี ยางอื่นๆ ไม่กลัวการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และอื่นๆ คุณสมบัติยางสังเคราะห์แต่ละชนิดนั้นเหนือกว่ายางธรรมชาติในหลาย ๆ ด้านและหลายเท่า เฉพาะความยืดหยุ่นของยางธรรมชาติเท่านั้นที่ยังไม่มีการเหนือกว่า และนี่คือคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดสำหรับผลิตภัณฑ์ เช่น เครื่องบินหรือยางรถยนต์
ระหว่างการทำงาน พวกเขามักจะพบกับการเสียรูปครั้งใหญ่ - ทั้งการยืดตัวและการกดทับ ซึ่งเป็นสาเหตุของการเสียดสีระหว่างโมเลกุล ความร้อน และการสูญเสียคุณภาพ กล่าวคือยิ่งยางมีความยืดหยุ่นสูงเท่าใดผลิตภัณฑ์ก็จะยิ่งมีความทนทานมากขึ้นเท่านั้น ด้วยเหตุผลนี้เองที่ยางธรรมชาติยังไม่เลิกใช้ และใช้สำหรับการผลิตยางสำหรับเครื่องบินและรถยนต์ที่มีความเร็วสูงและใช้งานหนัก ยางธรรมชาติเป็นพอลิเมอร์ของไอโซพรีน ซึ่งเป็นเหตุผลที่นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานอย่างหนักเพื่อทำให้ยางไอโซพรีนเป็นยางอะนาล็อกของยางธรรมชาติ
สูตร
ทรัพยากรในการสกัดยางธรรมชาติมีจำกัดมาก ยางธรรมดาที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติมีสูตร C5H8 ปรากฎออกมาเหมือนกับสูตรโมเลกุลของไอโซพรีนนั่นเอง เกิดขึ้นเมื่อยางถูกทำให้ร้อนในผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการสลายตัว ความท้าทายคือการหาวิธีที่เหมาะสมพอสมควร และได้รับยางไอโซพรีนในระหว่างปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน และที่นี่เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องสร้างแนวทางของปฏิกิริยานี้อย่างถูกต้อง การเกิดโพลิเมอไรเซชันดังนี้: nCH2 =C(CH3) - CH=CH2 -- (-CH2 - C(CH3)=CH - CH2)n.
วิธีที่มีแนวโน้มมากที่สุดคือวิธีการเร่งปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชันของไอโซเพนเทน ซึ่งปล่อยออกมาจากก๊าซปิโตรเลียมวัสดุเริ่มต้นสำหรับการผลิตไอโซพรีนสามารถเป็นเพนเทนได้เช่นกัน: CH3-CH2-CH2- CH 2-CH3 เพราะเมื่อถูกให้ความร้อนและด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา มันจะเปลี่ยนเป็นไอโซเพนเทนด้วย นอกจากนี้ยังมีวิธีการโพลิเมอไรเซชันซึ่งปฏิกิริยาสำหรับยางไอโซพรีนถูกสร้างขึ้นในลักษณะที่ได้ยางที่มีโครงสร้างคล้ายกันมากกับยางธรรมชาติ ดังนั้นจึงมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมเหมือนกัน
ไอโซพรีน
ไอโซพรีนเป็นไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัวที่อยู่ในซีรีส์ไดอีน เป็นของเหลวไม่มีสีระเหยง่าย กลิ่นเป็นลักษณะเฉพาะมาก ยางไอโซพรีนเป็นโมโนเมอร์ตามธรรมชาติ เนื่องจากโมเลกุลที่เหลือนั้นรวมอยู่ในสารประกอบธรรมชาติอื่นๆ เช่น ไอโซพรีนอยด์ เทอร์พีนอยด์ และอื่นๆ มันละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น เอทิลแอลกอฮอล์สามารถผสมในอัตราส่วนใดก็ได้ แต่ละลายน้ำได้ไม่ดี
แต่มันสร้างหน่วยโครงสร้างของยางไอโซพรีนได้อย่างง่ายดายในระหว่างการทำโพลิเมอไรเซชัน เนื่องจากได้ isoprene gutta-percha และยาง นอกจากนี้ ไอโซพรีนยังสามารถเข้าสู่ปฏิกิริยาต่างๆ ระหว่างโคพอลิเมอไรเซชัน ในอุตสาหกรรมนี้เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้เนื่องจากใช้ในการสังเคราะห์ยาง ยารักษาโรค และแม้แต่สารที่มีกลิ่นหอมบางชนิด ในประเทศของเรา การผลิตยางไอโซพรีนสังเคราะห์ได้รับการพัฒนามาเป็นเวลานาน และคิดเป็นประมาณ 24 เปอร์เซ็นต์ของการผลิตทั่วโลก
ประวัติศาสตร์
ไอโซพรีนตัวแรกได้มาในปี พ.ศ. 2403 โดยไพโรไลซิสจากยางธรรมชาติไพโรไลซิสคือการสลายตัวทางความร้อน (ที่อุณหภูมิสูง) ของสารประกอบอนินทรีย์และอินทรีย์หลายชนิดภายใต้สภาวะที่ขาดออกซิเจน ต่อมา มีการประดิษฐ์หลอดไอโซพรีน ซึ่งเป็นหลอดไฟฟ้าที่มีขดลวดความร้อน ซึ่งน้ำมันสนถูกย่อยสลายด้วยความร้อนในห้องปฏิบัติการ
สงครามโลกครั้งที่สองทำให้เกิดความต้องการยางไอโซพรีนอย่างมาก ดังนั้นจึงเรียนรู้ที่จะผลิตไอโซพรีนในระดับอุตสาหกรรมโดยไพโรไลซิสของลิโมนีน ถึงกระนั้น ไอโซพรีนก็ยังมีราคาแพงเกินไปสำหรับการผลิตยางสังเคราะห์ในปริมาณมาก สถานการณ์เปลี่ยนไปเมื่อพบวิธีรับน้ำมัน จากนั้นเทคโนโลยีสำหรับพอลิเมอไรเซชันของไอโซพรีนก็เริ่มพัฒนาอย่างรวดเร็ว
บทบาทในระบบเศรษฐกิจ
สิ่งสำคัญที่สุดในการวางแผนการผลิตผลิตภัณฑ์ เช่น ยางไอโซพรีน คือการเลือกสถานที่ที่เหมาะสม เพราะจำเป็นต้องส่งเศษของการแยก C5 ไปที่ ปลายทางจากหลายองค์กรพร้อมกันซึ่งดำเนินการแคร็ก อันดับที่สองที่มีความสำคัญคือการพิจารณาในแผนสำหรับสถานที่กำจัดไฮโดรคาร์บอนที่เหลืออยู่จากเศษ C5.
เมื่อต้นศตวรรษที่ 20 ยุโรปตะวันตกผลิต C5 ได้ประมาณแปดหมื่นห้าพันตัน โดยที่สี่หมื่นสี่พันตันถูกทำให้เป็นไดเมอร์ไซโคลเพนทาดีนและ สองหมื่นสามพันตันเป็นไอโซพรีน ส่วนที่เหลือ - ประมาณหนึ่งหมื่นห้าพันตัน - เป็นไพเพอร์ลีน สิบปีต่อมา การผลิตไอโซพรีนของโลกเพิ่มขึ้นเป็น 850,000 ตันต่อปี
คุณสมบัติ
ภายใต้สภาวะมาตรฐาน ไอโซพรีนดังที่ได้กล่าวไปแล้วว่าเป็นของเหลวไม่มีสีที่ระเหยได้ เกือบจะไม่ละลายในน้ำ แต่สามารถผสมในอัตราส่วนใดๆ กับไดเอทิลแอลกอฮอล์ สารมาตรฐาน เบนซีน อะซิโตน ไอโซพรีนสามารถสร้างสารผสมอะซีโอโทรปิกกับตัวทำละลายอินทรีย์ได้หลากหลาย เมื่อพิจารณาข้อมูลของการศึกษาทางสเปกโตรสโกปีแล้ว จะเห็นได้ว่าที่อุณหภูมิ 50 องศาเซลเซียส โมเลกุลไอโซพรีนส่วนใหญ่มีรูปแบบ s-trans ที่เสถียร มีเพียง 15 เปอร์เซ็นต์ของโมเลกุลที่อยู่ในรูปแบบ s-cis ระหว่างรัฐเหล่านี้ ความแตกต่างของพลังงานคือ 6.3 kJ
คุณสมบัติทางเคมีของไอโซพรีนแสดงเป็นไดอีนคอนจูเกตทั่วไป ซึ่งเข้าสู่การแทนที่ การบวก การทำให้ซับซ้อน การเกิดเป็นวัฏจักร ปฏิกิริยาเทโลเมอไรเซชัน ออกฤทธิ์ในปฏิกิริยากับอิเล็กโทรฟิลและไดอีโนไฟล์
แอปพลิเคชัน
ส่วนหลักของไอโซพรีนที่ผลิตในปัจจุบันนั้นใช้ในการสังเคราะห์ยางไอโซพรีน ซึ่งมีโครงสร้างและคุณสมบัติของยางคล้ายคลึงกัน มีการใช้กันอย่างแพร่หลายโดยเฉพาะสำหรับการผลิตยางรถยนต์ นอกจากนี้ยังมีผลิตภัณฑ์พอลิเมอไรเซชันไอโซพรีนอีกชนิดหนึ่งคือ พอลิไอโซพรีน ซึ่งใช้น้อยกว่ามากเพราะมีคุณสมบัติของกัทตา-เพอร์ชา ใช้ทำฉนวนลวดและลูกกอล์ฟ เป็นต้น ยางไอโซพรีนใช้ทำผลิตภัณฑ์ยางทุกชนิดที่รวมยางธรรมชาติและยางสังเคราะห์อื่นๆ
เช่น ลดความเหนียว ถูกเพิ่มยางบิวทาไดอีน-เมทิลสไตรีน นอกจากนี้ ความทนทานต่อการล้าจะเพิ่มขึ้นหากเปลี่ยนรูปซ้ำ ไนไตรต์เพิ่มความทนทานต่อโอโซนและต้านทานการเสื่อมสภาพจากความร้อน ดังนั้น เมื่อสังเกตชุดคุณสมบัติทางเทคนิค ยางไอโซพรีนจะแสดงออกมาอย่างสมบูรณ์เมื่อใช้สายพานลำเลียง ท่อดูด หรือท่อแรงดัน เมื่อหุ้มเพลาของเครื่องจักร ในการผลิตรองเท้า ผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์ และผลิตภัณฑ์อื่นๆ
อันตรายต่อสิ่งแวดล้อม
ไอโซพรีนเป็นสารระเบิดและไวไฟสูง ในร่างกายที่มีความเข้มข้นสูง อาจทำให้เป็นอัมพาตและเสียชีวิตได้ สิ่งนี้ส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่ความอิ่มตัวของบรรยากาศ ดังนั้นการเผาผลาญจะเกิดขึ้นในระบบทางเดินหายใจ เมื่อไอโซพรีนถูกแปลงเป็นอีพอกไซด์และไดออล
สี่สิบมิลลิกรัมต่อลูกบาศก์เมตรถือว่ามีความเข้มข้นสูง - นี่คือปริมาณสูงสุด ไอโซพรีนที่มีความเข้มข้นเล็กน้อยในอากาศสามารถมีผลทำให้เสพติดได้ ทำให้เกิดการระคายเคืองต่อตา ผิวหนัง ทางเดินหายใจ และเยื่อเมือก
ชีววิทยา
นักวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ค้นพบว่าไอโซพรีนปล่อยพืชเกือบทั้งหมดสู่บรรยากาศ ปริมาณไอโซพรีนจากพืชทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ (180-450).1012 กรัมของ คาร์บอนต่อปี กระบวนการนี้จะถูกเร่งถ้าอุณหภูมิของอากาศเข้าใกล้ 30 องศาเซลเซียส และถ้าความเข้มของการแผ่รังสีดวงอาทิตย์อยู่ในระดับสูง ในขณะที่การสังเคราะห์ด้วยแสงอิ่มตัวเต็มที่แล้ว การสังเคราะห์ไอโซพรีนถูกยับยั้งโดยฟอสมิโดมัยซินและสารประกอบทั้งหมดสแตตินจำนวนหนึ่ง ทำไมพืชทำเช่นนี้ไม่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ บางทีไอโซพรีนอาจต้านทานความร้อนสูงเกินไปได้เป็นพิเศษ นอกจากนี้ยังเป็นสัตว์กินของเน่าหัวรุนแรง ซึ่งหมายความว่ามันสามารถปกป้องพืชจากชนิดของออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยาและโอโซน
นักวิทยาศาสตร์ยังแนะนำว่าการสังเคราะห์ไอโซพรีนทำให้เกิดการบริโภคโมเลกุล NADPH และ ATP อย่างต่อเนื่อง ซึ่งพืชผลิตขึ้นในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง ดังนั้น การปล่อยไอโซพรีนจะช่วยป้องกันการสลายตัวของโฟโตออกซิเดชันและการลดปริมาณซ้ำหากการส่องสว่างมากเกินไป ข้อเสียของกลไกการป้องกันนี้อาจเป็นอย่างหนึ่ง: คาร์บอนซึ่งถูกสกัดด้วยความยากลำบากในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นถูกใช้ไปกับการปลดปล่อยไอโซพรีน นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้หยุดอยู่แต่ที่พืชและพบว่าร่างกายมนุษย์สามารถผลิตไดอีนไฮโดรคาร์บอนได้เช่นกัน และไอโซพรีนก็พบได้บ่อยที่สุดในบรรดาพืชเหล่านี้
