ИТС 32-2017 Производство полимеров, в том числе биоразлагаемых

     2.1.1 Каучук цис-изопреновый* (СКИ)

________________

* В бумажном оригинале слово "цис" в наименовании подпункта 2.1.1 выделено курсивом. - Примечание изготовителя базы данных.

Синтетические изопреновые каучуки (СКИ) получают стереоспецифической полимеризацией изопрена (2-метилбутадиена-1,3) в растворе.

При синтезе полиизопрена возможно образование макромолекул с четырьмя типами звеньев в зависимости от расположения первого и четвертого атомов углерода элементарного звена по отношению к двойной связи:

В полимерах, состоящих из цис- или транс-1,4-звеньев, вероятно соединение молекул по принципу "голова к хвосту" (), "голова к голове" () или "хвост к хвосту" (). Регулярность микроструктуры (доля звеньев, присоединенных в определенном порядке) является важнейшей характеристикой изопреновых каучуков, которая зависит от состава применяемого катализатора и условий полимеризации. Наибольшее техническое значение имеет стереорегулярный цис-1,4-изопреновый каучук, по строению и свойствам очень близкий к натуральному каучуку.

Стереорегулярные цис-1,4-полиизопрены синтезируют с помощью анионно-координационных катализаторов. В зависимости от природы металла, входящего в состав каталитического комплекса, различают три типа синтетических изопреновых каучуков:

- литиевый (СКИЛ) - на основе литийалкилов;

- титановый (СКИ-3) - на основе хлоридов титана и алюминийалкилов;

- лантаноидный (СКИ-5) - на основе солей лантаноидов неодимовой группы.

В России в промышленном масштабе выпускают изопреновый каучук двух типов - СКИ-3 и СКИ-5, а также такие марки, как СКИ-3Д, СКИ-3НТ, СКИ-3А, СКИ-3Ш, СКИ-3В, СКИ-3С, СКИ-3П, СКИ-3НТП, СКИ-3-01, СКИ-5ПМ (буквы в наименовании марки каучука СКИ-3 указывают на область применения).

2.1.1.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время

Строение и свойства цис-1,4-полиизопрена и скорость полимеризации зависят от состава катализатора и содержащихся в нем примесей, наличия примесей в изопрене-ректификате и в растворителе, а также от температуры полимеризации и условий выделения каучука из полимеризата.

Процесс получения промышленных цис-изопреновых каучуков включает следующие основные стадии (без учета подготовительных и вспомогательных операций):

- приготовление каталитического комплекса;

- полимеризацию изопрена;

- дезактивацию катализатора;

- стабилизацию каучука;

- выделение каучука из раствора (водную дегазацию каучука);

- сушку каучука;

- очистку возвратных углеводородов.

Приготовление каталитического комплекса осуществляется в реакторе с мешалкой и водяной рубашкой смешением толуольных растворов тетрахлорида титана и триизобутилалюминия. Для предотвращения разделения образующейся гетерогенной системы на фазы предусматривается постоянная циркуляция по контуру с помощью насоса. Процесс приготовления катализатора контролируется методами диэлектрической проницаемости, ЭПР и др.

Полимеризацию изопрена проводят непрерывно в батарее из двух-трех последовательно соединенных полимеризаторов, причем температуру полимеризации повышают по ходу процесса с (30±5)°С в первых полимеризаторах до (60±5)°С в последних. Реакция полимеризации начинается сразу же после добавления в полимеризационную шихту катализатора. Ввиду экзотермичности реакции для получения каучука хорошего качества необходим эффективный отвод теплоты в условиях высоковязкой реакционной среды. Теплоту реакции отводят путем подачи охлажденного рассола в рубашки полимеризаторов при непрерывном перемешивании содержимого полимеризаторов.

Принципиальная схема получения цис-полиизопрена приведена на рисунке 2.1.2. Охлажденный до минус 20°С раствор изопрена поступает в емкость для приема шихты 1. Шихта и раствор каталитического комплекса дозировочным насосом 2 подаются в первый из батареи последовательно включенных полимеризаторов 3. Охлаждение полимеризаторов и регулирование температуры полимеризации можно осуществлять за счет изменения массы подаваемого рассола в рубашки полимеризаторов, изменения температуры шихты, поступающей на полимеризацию, и режима подачи катализатора.

Переток раствора полимера из первого в последующие по ходу процесса полимеризаторы 3 осуществляется за счет постепенного уменьшения давления в реакторах.

После проведения процесса полимеризации до заданной конверсии изопрена, осуществляется дезактивация каталитического комплекса, заключающаяся в разрушении катализатора и удалении его из системы.

Дезактивация катализатора осуществляется путем введения специальных компонентов, имеющих в своем составе реакционно-способные кислород или азотсодержащие группы (метанол, органические кислоты, фенолы, амины).