Skept - a jövő szintetikus gumijai - irodalmi újság
Első ízben gumi volt felfedezve Ecuadorban a 18. században. Napjainkig a természetes gumi 60% -a gumiabroncs-termelésre kerül. Az igazi tudományos és technológiai forradalom a szintetikus gumi találmánya volt. Az ipari szempontból első szintetikus gumi a polibutadién (divinil) gumi volt, amelyet S.V. módszerrel szintetizáltunk. Lebedev (folyékony butadién anionos polimerizációja nátrium jelenlétében), azonban az alacsony mechanikai tulajdonságok miatt korlátozott mértékben alkalmazták. Németországban a butadién-nátrium-gumi meglehetősen széles alkalmazást talált a "Buna" néven.
Katalizátorok gumik szintéziséhez
A gumik szintézise sokkal olcsóbbá vált a Ziegler-Natta katalizátorok találmányaival.
Titán alapú katalizátorokkal már felfedezett és szabadalmaztatott ősszel 1953-ban a csoport által vezetett német kémikus Karl Ziegler, ahol bejelentő az képes szintetizálni a nagy molekulatömegű polietilén. Először a talált vegyületeket Mülheim-katalizátoroknak neveztük el a laboratórium (Mülheim-on-Ruhr) helyén, de röviddel a Ziegler katalizátorok megnevezése után.
A szintézist a megrendelt polimerek, elsősorban alfa-olefinek, a katalizátorokat olasz Giulio Natta, barátok és együttműködnek a Ziegler-1940-es és meggyőzni a cég Montecatini, ahol Natta tanácsadó, vásárolni a használati jog Ziegler eredményeket.
Ezen eredményekért Ziegler és Natte 1963-ban elnyerte a Nobel-díjat a kémia területén.
A Ziegler-eredetű kisnyomású polietilén túlságosan "kemény" és nem megfelelő a feldolgozáshoz. A lágyulás és a sűrűség hőmérséklete sokkal magasabbnak bizonyult, mint a széles körben ismert nagynyomású polietilén, amelyet az angol vegyészek a második világháború előtt hoztak létre.
A Natta úgy döntött, hogy a Ziegler katalizátort propilénre alkalmazza. A trialkil-alumínium és a titán-tetraklorid (Ziegler-katalizátor) első kísérletei polipropilének és amorf és kristályos frakciók keverékét adták. Ezután kissé módosítottuk a katalizátort (tiCl3 helyett TiCl4 alkalmaztuk), a Natta új szintetikus nagy molekulájú vegyületeket - a sztereoreguláris polimereket - kapott.
Egy kis iskolai kémia
Emlékezzünk arra, hogy a polimereket nagy molekuláris anyagoknak nevezik, amelyek nagy molekulákból álló láncszerkezetből állnak (a görög "poli" - sok, "meros" részből).
Például az etilén CH2 = CH polimerizációjával előállított polietilén szerkezete a következő:
-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-. vagy (-CH2-CH 2-) n
A polimer molekulát macromolekulának nevezik (a görög "makró" nagy, hosszú).
A makromolekulák molekulatömege eléri az atomegységek tízmillió (és akár millió) atomját.
A makromolekulák kémiai szerkezete, amelyen az anyag tulajdonságai elsősorban függenek, a láncban lévő szerkezeti kapcsolatok összekapcsolásának sorrendje.
A polimerek, amelyekben a szerkezeti kapcsolatok szimmetrikusak, rendszeres polimereknek nevezik.
Ami a polimerek makromolekulák térbeli alakját illeti, háromféle lehet. A lineáris alakot, ha az egyik kapcsolatot a másik követi, az alacsony nyomású polietilén és a vulkanizálatlan természetes gumi jellemzi. Az elágazó forma az alacsony nyomású polietilénre jellemző. A térbeli (háromdimenziós vagy hálós) forma vulkanizált gumira jellemző.
Sztereopoiimerek - új szó a szerves szintézisben
Rátérve a katalizátorok a Ziegler-Natta katalizátor, vegye figyelembe, hogy 1954-ben godu Natta és kollégái felfedeztek egy módszert a katalitikus polimerizációs propilén, ahol a kapott nagy molekulatömegű termék azzal jellemezve, hogy az összes oldallánc mindegyik monomer egység vannak elrendezve az egyik oldalon a molekula és a nem orientált milyen szörnyű.
Natta úgy találta, hogy az új polimer erős volt, magas olvadáspontja, nagyfokú kristályossága és sok tekintetben felülmúlta a Ziegler-eredetű polietilént. Vezette őket radiográfiás és elektron diffrakciós vizsgálatok az új anyag, hogy meghatározza annak molekuláris szerkezetét mutatja, hogy az új Ziegler kiváltott makromolekulák rendkívüli rendszeres atomi térbeli kapcsolatban. A kristályos polipropilén előkészítése új területet nyitott meg a polimer kémia területén - sztereospecifikus polimerizáció. Az új osztálya polimerek térfogati rendezett struktúra nevezett sztereoreguláris, és a katalitikus alapuló rendszerek titán-triklorid és a trialkil-alumínium, és hasonlók kezdett nevezhető Ziegler-Natta-katalizátorok. Ezek a katalizátorok lehetővé teszik a vegyészek számára, hogy teljes körű ellenőrzést gyakoroljanak az új polimerek szerkezetére és térbeli orientációjára.
A házastársak, professzor nyelvészet Natta kifejlesztett egy sor sztereoreguláris polimerek és megkapta az összes lehetséges típusú szabályos szerkezeteket: szindiotaktikus, izotaktikus, ataktikus, és különböző fokú rendszeresség, egyéb lineáris nem elágazó monoolefinek polimerjeit. Mindezen komplex neveket, hogy kéri a felesége Natto-nyelvész, képviseli a térbeli tájékozódást a makromolekulák.
Ziegler-Natta katalizátor csökkentette a termelési költségek a szintetikus gumik, és így széles körben használják az összes lehetséges etilén-propilén gumik, rövidítve együttesen EPM (bináris kopolimerek), vagy EPDM (az etilén, propilén és egy dién) a modern ipar.
FAQ:
EPDM - szintetikus gumi, kopolimerizációs termékek az etilén propilénnel vagy terpolimerjei e két monomerek dién nesopryazhonnym beadott megkönnyítése vulkanizálási (általában etilidén-norbornén, diciklopentadién néha) .Obschaya képletű etilén-propilén gumik [= CH2CH2 =] n [= CH2CH (CH3) =] m. Etilén-propilén gumik kopolimerizációjával állítjuk elő etilén propilénnel és egy diénnel használatával katalizátor-rendszerek, például, Ziegler-Natta katalizátorok jelenlétében a nehéz szénhidrogén-oldószerben vagy szuszpenzióban folyékony propilén, vagy a katalizátorok vagy alkil- származékai alumínium és vanádium vagy titán vegyületek. Etilén-propilén gumik lehet szintetizálni oldat polimerizálással előforduló folyékony propilénben. Talán kapnak a gázfázisú polimerizációt.
Az etilén-propilén gumik molekulatömege 80-250 ezer egység; sűrűsége 850-870 kg / m3; üvegesedési hőmérséklet -55 ° C és -70 ° C közötti. Az etilén-propilén gumik ellenállnak az oxidatív és agresszív közegeknek. Poláris oldószerekben kissé megduzzadnak, de instabilak a szénhidrogén-olajok és a nem poláris oldószerek hatására. Az ózonrezisztencia, a fényállóság és az időjárás ellenállása miatt az etilén-propilén gumik magasabbak a többi típusú szintetikus kaucsuknál. 150 ° C-ig hőállóak, olajállóak, kopásállóak, jó dielektromos tulajdonságaik vannak; szerves peroxidokkal, kénnel, fenol-formaldehid gyantákkal vulkanizálva. Az etilén-propilén gumikra alapozott gumik jó szilárdságúak és rugalmasak. Ezek időjárásállóak, kémiailag stabilak és jó dielektrikumok; használt a kábel ipar huzal és kábel szigetelése, gyártásához autóipari tömítések, gyártásához hajtószíjak, szállítószalagok, tömlők, tömítések agresszív folyadékok, védőruházat, vegyi berendezések.
A polimerek aranykora
A következő évben megkezdődött az izotaktikus polipropilén műanyagipari termelése, majd forgó rostok és erős film formájában.
Érdemes megemlíteni, hogy a Ziegler-Natta katalizátorok lehetővé tették a különféle anyagok szintézisét, amelyek teljesen azonosak a természetes gumival.
A társaság „Goodrich” alkalmazott Ziegler-katalizátor a polimerizációs diének (grade szénhidrogének két kettős kötést a szén - szén). Így először szintetizált polimer termék - cisz-1,4-poliizoprén - a fő összetevője a természetes gumi. Ezt követően a Natta több új típusú gumit kapott. A megnyitó beszédében nevében a Svéd Királyi Tudományos Akadémia Arne Fredga Ziegler mondta a tanulmány, mint „ragyogó munkát fémorganikus vegyületek, amelyek váratlanul vezetett új polimerizációs reakciókban és így megnyílt az út egy új, rendkívül hatékony gyártási folyamatokat.”
Az 1954-ben követett két évtizedet a polimerek tudományának "aranykora" -nak nevezhetjük. És nem csak azért, mert sok új polimert lehetett szintetizálni a Ziegler-Natta katalizátor használatával. A katalizátor alkalmazása alternatív útvonalak kifejlesztéséhez vezetett a polimerek szintéziséhez.
Kettős (EPM) és terpolimerek (EPDM), etilén-propilén gumik miatt magas ózon és időjárás-ellenállóság, agresszív folyadékok, kis sűrűségű kopolimer beszerezhető nyersanyag alapján van az ipari szempontból igen fontos. Az etilén-propilén gumik széles körben használatosak az autóiparban és az építőiparban, gumi termékek, tömítőanyagok, ragasztók és olajok adalékainak előállításához.
Az autóiparban ezek a következők: szélvédőtömítések, autobuszok, különböző tömítések. Összesen körülbelül 15-30 kg EPDM-t használnak minden egyes autóhoz.
Az építőiparban az EPDM ablakkeretekben üvegszilárdságúak, épületalapúak, tetőfedő anyagok és hasonlók szigetelésére használatosak.
Egy nagyon hatékony használata EPDM irányba - olefines hőre lágyuló elasztomerek, amelyek úgy állítjuk elő az etilén-propilén-gumi és polipropilén csavaros eszközök nagyjából egyenlő arányban. Az olefin hõre lágyuló elasztomereket különféle termékekké lehet feldolgozni csavaros aggregátumokkal való fecskendezéssel. A hőre lágyuló elasztomerek megkülönböztető jellemzője a többszörös feldolgozás, azaz ismételt felhasználás lehetősége. Jelenleg az EPDM mintegy 30% -át termoplasztikus elasztomerek formájában használják.
Az EPDM ipari termelése kb. 30 évvel ezelőtt kezdődött, és az évek során folyamatosan bővült alkalmazási körük. Jelenleg ezek a legelterjedtebb elasztomerek a tömítő rendszerek és tömlők gyártásához gépkocsikhoz, ablaktömítésekhez, tetőfedő anyagokhoz, huzalok és kábelek szigeteléséhez. Ma ezeknek a gumiknak a piaca tovább bővül. A közelmúlt sikerei az EPDM használatával kapcsolódnak ipari üzemekben tartályok és csatornák lezárásához.
Szintén érdekes a hőre lágyuló dinamikus (DTPE) alapján az etilén-propilén gumik és olefin polimerek - a polietilén, polipropilén és mások, amelyek használata folyamatosan bővül. Ezek az anyagok jól öntött, hogy van egy széles működési hőmérséklet-tartomány (-60 és + 125 ° C) nem könnyen minden típusú öregedés jellemzi nagy dielektromos tulajdonságokkal rendelkezik, ezért felhasználásra szánt gépészeti, villamosmérnöki, a fogyasztási cikkek gyártása.
Az etilén-propilén gumi a legkönnyebb gumi. Tulajdonságaik a kopolimer egységekben lévő etilénegységek tartalmától és változatától függenek. Az etilén-propilén gumi nem tartalmaz kettős kötést a molekulában, színtelen, kiváló hő-, fény-, oxigén- és ózonállósággal rendelkezik. A telített etilén-propilén gumikhoz peroxid-vulkanizálást alkalmaznak. Az etilén-propilén-dién gumi (EPDM), amely kötéseket részleges telítetlenséget tartalmaz, lehetővé teszi a kénnel való vulkanizálást. Az etilén-propilén gumitól azonban valamivel kevésbé ellenáll az öregedésnek.
Az etilén és a propilén kopolimer telített természete befolyásolja a gumik tulajdonságait ezen gumaton alapulva. Ezeknek a gumiknak a hő- és öregedési ellenállása sokkal jobb, mint a sztirol-butadiéngumi és a természetes gumiké. A kész gumitermékek kiváló ellenállóképességet mutatnak a szervetlen vagy erősen poláros folyadékok, például savak, lúgok és alkoholok ellen. Tulajdonságok gumi alapján a gumi típusú nem módosított után öregítés 15 napon át 25 ° C-on 75% és 90% -os kénsav és 30% -os salétromsavat. Másrészt az alifás, aromás vagy klórtartalmú szénhidrogénekkel szembeni ellenállás meglehetősen alacsony.
Valamennyi etilén-propilén gumit erősítő töltőanyagokkal, például korommal töltünk meg, hogy jó mechanikai tulajdonságokat biztosítsunk. A tiszta etilén-propilén gumi elektromos, szigetelő és dielektromos tulajdonságai rendkívüliek, de függenek a töltőanyagok kiválasztásától is. Elasztikus tulajdonságaik jobbak, mint sok szintetikus kaucsuk, de nem érik el a természetes gumi és a sztirol-butadiéngumi szintjét. Ezeknek a gumiknak két jelentős hátrányuk van. Nem keverhetők más egyszerű gumival, és nem ellenállnak az olajnak.
Termelési technológiák
Kétféleképpen állíthatók elő etilén-propilén gumik: oldatban és szuszpenzióban. Ezenkívül olyan gázfázisú polimerizációs technológiát fejlesztettek ki, amely jelentősen kevesebb energiát igényel, és lehetővé teszi a gumi granulált formában történő előállítását.
Az első eljárásban rendszerint alifás szénhidrogéneket használnak oldószerként, mivel aromás vegyületek alkalmazásával az etilénnel és a propilénnel történő alkilezésük mellékreakciója lehetséges.
Mind az egyes szénhidrogének (hexán) és keverékeik (hexánfrakció vagy speciális minőségű benzinek) használatosak. A polimer koncentrációja az oldatban alacsony; például ciklohexánban végzett polimerizáció során nem haladja meg a 7-8% -ot, ami jelentős energiaköltséget eredményez. De magasabb polimer koncentrációknál az oldat viszkozitása jelentősen megnő, és a folyamatvezérlés lehetetlenné válik.
A folyamat sajátossága az, hogy folyamatosan meg kell őrizni a polimerizátorokban a monomereknek a megadott arányát. Ezért, ha a polimerizációt reaktorok kaszkádjában hajtják végre, akkor minden berendezés után szükséges a polimerizálható keverék összetételének szabályozására és a korrekció elvégzésére. Ez bonyolítja a folyamatot, ezért általában a polimerizációt egy vagy két sorozatban összekapcsolt berendezésben hajtják végre gőzfázis hiányában.
Az etilén-propilén gumik előállítására szolgáló második eljárás az eljárás végrehajtása olyan közegben, amely nem oldja fel az eredményül kapott kopolimert, például propilénben vagy metil-kloridban, vagyis szuszpenzióban. Az RN-CIR laboratóriumaiban a Rosneft tudósok sikeresen dolgoznak a szintetikus kaucsuk előállításához legígéretesebb technológiákon annak érdekében, hogy kielégítsék az ilyen anyagok hazai piacon történő keresletét és belépjenek a világpiacra.