Лекция № 7. Технология производства, свойства и применение полиизобутилена

План

1. Получение полиизобутилена

2. Свойства и применение полиизобутилена

Получение полиизобутилена

 

Изобутилен СН₂ = С(СНз)₂ представляет собой бесцветный газ с т. кип. —6,9°С, обладающий характерным запахом. Он токсичен; первым признаком отравления является тошнота. Хранят и транспортируют изобутилен в стальных баллонах и цистернах.

Изобутилен получается при крекинге нефтяных дистиллятов (изобутановая фракция) или изомеризацией н-бутилена. Кроме того, изобутилен имеется в продуктах изосинтеза, т. е. синтеза углеводородов при высоких давлениях.

 

Полимеризация изобутилена проводится в присутствии галогенсодержащих соединений, из которых активным является трехфтористый бор BF₃. Теплота полимеризации изобутилена —10000 кал/моль, поэтому процесс протекает весьма бурно; это и заставляет полимеризовать изобутилен в растворенном виде (обычные растворители — этилен и гексан) и при низкой температуре (порядка —80—100°С), создаваемой испарением этилена или твердой двуокиси углерода.

Для полимеризации изобутилена в присутствии трехфтористого бора требуется незначительное количество активатора (сокатализатора), содержащего протонный водород. Таким активатором служит обычно изобутиловый спирт, присутствующий в техническом изобутилене. Ингибиторами полимеризации изобутилена являются сера и хлористый водород.

Полимеризация изобутилена в присутствии трехфтористого бора и активатора проходит по следующей схеме:

1. Взаимодействие активатора и катализатора

 

 

1. Активация молекулы мономера

 

3. Рост цепи

 

Высокомолекулярные продукты получаются лишь при очень низкой температуре. Снижение молекулярного веса полиизобутилена происходит как при повышении температуры, так и при наличии низкомолекулярных продуктов полимеризации, например диизобутилена.

 

 

Рисунок 9 Схема получения полиизобутилена:

1—теплообменник; 2— испаритель; 3—дозатор изобутилела;

4—приемник фтористого бора; 5—полимеризатор; 6—дозатор для стабилизатора; 7—смеситель; 8—стеллажи для охлаждения полимера;

9—упаковочный пресс; 10—башня для очистки этилена от фтористого бора

 

В качестве растворителя обычно применяется жидкий этилен, который является также регулятором температуры процесса, так как экзотермическое тепло полимеризации расходуется на испарение этилена и температура автоматически поддерживается на уровне температуры кипения этилена, т. е. около —100°С.

Полимеризацию изобутилена проводят в ленточном полимеризаторе непрерывного действия. Он представляет собой прямоугольный аппарат из листовой стали, внутри которого движется стальная транспортерная лента, имеющая вогнутую форму и натянутая на барабаны.

По обычно применяемому непрерывному способу жидкий этилен под давлением поступает в теплообменник 1, в котором охлаждается газообразным этиленом, выходящим из испарителя 2. Затем давление жидкого этилена в редукционном вентиле снижается до 1 кгс/см². В испарителе этилен дополнительно охлаждается за счет частичного испарения и стекает в межтрубное пространство змеевикового дозатора-холодильника изобутилена 3. Жидкий изобутилен-ректификат проходит внутрь змеевика, охлаждается этиленом до -85°С и подается в полимеризатор 5, смешиваясь в сливной трубе с жидким этиленом, поступающим из межтрубного пространства дозатора 6. На ленту полимеризатора поступает также фтористый бор, растворяющийся в этилене при прохождении через сливную трубу, и стабилизатор — трет-бутил-фенилсульфид.

Полимеризация изобутилена на ленте протекает очень быстро, всего несколько секунд, и сопровождается испарением этилена, который поступает

 

из полимеризатора на рекуперацию и возвращается на полимеризацию изобутилена. Полиизобутилен с ленты направляется в смеситель 7, снабженный обогревающей рубашкой. В смесителе происходит окончательное испарение этилена. Вместе с испаряющимся этиленом улетучиваются незаполимеризованный изобутилен и фтористый бор.

Из смесителя полиизобутилен в виде кусков неправильной формы поступает для охлаждения на стеллажи 8, после чего с помощью пресса упаковывается в бумажные мешки, припудренные тальком.

Практический выход полиизобутилена составляет ~90% от теоретического, а расход катализатора ~0,03%.

Изобутилен может полимеризоваться в присутствии серной кислоты в качестве катализатора. В этом случае полимеризация протекает по ступенчатому механизму и дает низкомолекулярные продукты — ди- и триизобутилен.