Полиизобутилен
Полиизобутилен получают полимеризацией изобутилена. Изобутилен был синтезирован в 1868 г. А. М. Бутлеровым путем дегидратации третичного бутилового спирта. Изобутилен представляет собой бесцветный газ с температурой кипения — 6,9°. В промышленных условиях изобутилен получают пиролизом бутан-бутиленовых фракций, являющихся побочным продуктом крекинга нефти или дегидратации изобутилового спирта.
Для получения высокомолекулярного полиизобутилена реакцию проводят при температурах около — 100° в присутствии растворителей. В качестве катализаторов применяют различные галоидные соединения.
Очень сильно ускоряет реакцию BF3. При внесении всего лишь 0,5% катализатора скорость полимеризации изобутилена приближается к взрыву. Эта реакция является одной из самых быстрых в химии полимеров. Она сопровождается выделением большого количества тепла, примерно около 10 000 кал/моль, что значительно осложняет процесс, так как нужно быстро отводить большое количество тепла. Поэтому на практике процесс полимеризации ведут в растворителях. Чем активнее катализатор, тем меньше должна быть его концентрация и меньше содержаться мономера в реакционной среде.
В табл. 1 приведены показатели процесса полимеризации изобутилена под действием различных катализаторов.
Таблица 1. Полимеризация изобутилена под действием различных катализаторов
Молекулярный вес получаемого полимера находится в обратной зависимости от температуры реакции: чем она ниже, тем выше молекулярный вес полимера. В табл. 2 приведены показатели полимеризации изобутилена с BF3 при различных температурах.
Таблица 2. Полимеризация изобутилена с BF3 при различных температурах
Степень полимеризации полиизобутилена кроме температуры зависит от характера растворителя (его полярности) и концентрации изобутилена.
Трехфтористый бор имеет следующие преимущества перед другими катализаторами: являясь газом, он легко дозируется, и его удобно смешивать с углеводородами, участвующими в полимеризации (изобутилен, этилен). Кроме того, фтористый бор можно удалить из полимера сравнительно несложным путем — простым нагреванием.
Полученные при низкой температуре каучукоподобные полиизобутилены весьма неустойчивы. При нагревании или под действием солнечного света они могут деструктироваться, образуя липкое вещество.
Особенно быстро меняют структуру полиизобутилены, имеющие высокую вязкость. Во избежание деструкции полиизобутилены стабилизуют сульфидами бутил- и алкилфенолов, например трет-бутилфеносульфид или трет-анилфеносульфид.
На рис. 7 приведена схема процесса полимеризации изобутилена непрерывным способом.
(рис. 7) Схема полимеризации изобутилена
Процесс сводится в основном к следующему: до поступления на полимеризацию чистый изобутилен охлаждают сначала до -40°, а затем при прохождении через дозатор 3 охлажденный жидким этиленом материал охлаждают до -85°.
Жидкий этилен поступает в отделение полимеризации и проходит трубное пространство теплообменника 1, где охлаждается газообразным этиленом, поступающим после дросселирования в холодильный цикл, затем дросселируется до 1 ат и поступает в сепаратор 2. Здесь жидкий этилен охлаждается до температуры кипения — 104° вследствие испарения некоторой его части. Газообразный этилен из сепаратора проходит через межтрубное пространство теплообменника 1 и направляется в холодильный цикл.
Жидкий этилен из сепаратора стекает в дозатор 3, где после испарения некоторой части этилена, протекающей по змеевику, изобутилен охлаждается до -85°.
Полимеризуется бутилен в непрерывно действующем ленточном полимеризаторе 6. На ленту полимеризатора поступает по одному трубопроводу смесь изобутилена с этиленом в отношении 1 : 1. Изобутилен вытекает из змеевика дозатора, этилен — из его корпуса. Из емкости 4 по трубопроводу на ленту полимеризатора стекает жидкий этилен, содержащий трехфтористый бор. После смешивания обоих потоков жидкостей на ленте образуется слой полимера изобутилена толщиной около 2-3 см. Полимеризация завершается в течение нескольких секунд. Стабилизатор подается на ленту из емкости 5.
Полимеризатор 6 представляет собой стальную ленту, натянутую на два барабана и заключенную в металлический короб. В присутствии катализатора фтористого бора смесь бутилена и изобутилена полимеризуется на движущейся ленте почти нацело: выделяющаяся при этом теплота полимеризации отводится путем испарения жидкого этилена.
Лента изготовлена из специальной нержавеющей стали толщиной около 0,6 мм, ширина ее 450 мм, длина пути по горизонтали около 9 м. Лента движется со скоростью около 60 м/мин. Полимеризация завершается раньше, чем продукт реакции достигнет конца ленты, с которой он снимается скребком.
На ленту полимеризатора подают стабилизатор для предотвращения деполимеризации полиизобутилена. В качестве стабилизатора применяют чаще всего 20-процентный раствор трет-бутилфеносульфида в низкополимерном полиизобутилене.
По пути движения ленты образовавшийся полиизобутилен дегазируется и поступает в смеситель 7, подогреваемый паром. В смесителе полимер подвергается смешению и дополнительной дегазации. Выходящий из смесителя в горячем виде полимер размещают на стеллажах 8 для охлаждения, после чего при помощи пресса 9 его упаковывают в мешки.
Газообразный этилен, выходящий из полимеризатора после прохождения через колонну 10, заполненную негашеной известью, поступает на ректификацию и возвращается в этиленовый холодильный цикл.
Негашеную известь применяют для нейтрализации остатков фтористого бора в отработанном этилене, возвращаемом в холодильный цикл.
Полиизобутилен представляет собой каучукоподобный эластичный материал. В нерастянутом состоянии он имеет аморфную структуру, но при растяжении легко кристаллизуется.
Полиизобутилен, как и полиэтилен, представляет собой один из самых легких полимеров, его удельный вес 0,9-0,93.
Полиизобутилен обладает рядом очень ценных свойств, в частности хорошей стойкостью против агрессивных сред, в том числе к соляной, серной, фосфорной, уксусной кислотам, щелочам и солям галоидов.
В технике применяют главным образом высокомолекулярные твердые полимеры со средним молекулярным весом от 100 000 до 500 000. Полимеры с молекулярным весом менее 50 000 представляют собой вязкие жидкости.
В отличие от основной группы каучуков, которые имеют в своих молекулах несколько ненасыщенных связей (полибутадиен, полиизопрен), молекулы полиизобутилена не имеют таких связей и потому он не способен к реакции вулканизации (сшивке макромолекул).
Для строительных целей ценна водостойкость полиизобутилена. Очень ценным его свойством является способность воспринимать всякого рода наполнители, которых можно вводить в смесь до 90%. Введение активных наполнителей (сажи, графита, талька) уменьшает стойкость полиизобутилена к свету и атмосферному кислороду, уменьшает текучесть композиций, увеличивает их прочность и жесткость.
В строительстве полиизобутилен применяют как компонент кровельных и гидроизоляционных материалов.
12167 всего просмотров, 0 просмотров за сегодня
