В цехах полимеризации в растворах

Здесь снова своя технология и свои аппараты, совершенно не похожие на те, которые мы видели в цехах эмульсионной и жидкофазной полимеризации.

Сначала ознакомимся с тем, как полимеризуют на заводах изобутилен (СH₃)₂—С=СH₂.

Впервые полимеризацию изобутилена в присутствии серной кислоты и фтористого бора осуществил в 1873 г. А. М. Бутлеров со своими учениками. Начиная с 1925 г., С. В. Лебедев, изучая полимеризацию углеводородов, имеющих одну двойную связь (этиленовых углеводородов), также получал полимеры изобутилена. Полимеры изобутилена, полученные Бутлеровым и Лебедевым, относились к числу низкомолекулярных продуктов. Однако их работы послужили научной основой для создания в последующем у нас и за границей (США, Германия, Англия) промышленных методов получения и высокомолекулярных каучукоподобных полимеров изобутилена, известных под разными торговыми названиями: «вистанекс», «оппанол», «айзолин» и др.

Реакция полимеризации изобутилена является обратимой химической реакцией:

При молекулярном весе ниже 50 тыс. полимеры изобутилена — вязкие, полужидкие продукты; когда молекулярный вес достигает 150—200 тыс., это уже твёрдые каучукоподобные вещества. Чтобы создать условия для получения этих ценных, высокомолекулярных продуктов, нужна низкая температура — минус 104°С. Это необычные условия полимеризации. Тепловой эффект полимеризации изобутилена 10 тыс. кал/мол; для отнятия такого большого количества тепла при мгновенной цепной реакции полимеризации изобутилена непригодны обычные методы — охлаждение через рубашку аппарата, трубчатое устройство его и т. п.

Процесс ведут в среде легколетучего растворителя — жидкого этилена, кипящего при —104°, под действием катализатора — фтористого бора BF3. Полимеризатор представляет непрерывно движущуюся стальную ленту в виде жёлоба. Охлаждённый до —85° изобутилен, раствор катализатора в этилене, жидкий растворитель этилен и стабилизатор — всё это подаётся сразу на ленту, моментально происходит реакция и за счёт её теплового эффекта растворитель этилен испаряется. На испарение расходуется теплота испарения, и температура резко понижается. Количества веществ рассчитываются так, чтобы температура на ленте поддерживалась по режиму —104°. С другого конца непрерывно сходят твёрдые куски полиизобутилена.

Таким оригинальным и интересным путём получают полиизобутилен.

В последние годы разработан способ производства так называемого бутилкаучука, представляющего собой совместный полимер (сополимер) изобутилена и изопрена. Процесс полимеризации проводят также в среде растворителя (хлористого этила), в присутствии катализатора (хлористого алюминия) и при низкой температуре. Как видим, условия процесса близки к условиям полимеризации чистого изобутилена.

В результате получается совместный полимер изобутилена и изопрена — бутилкаучук:

Молекулярный вес бутилкаучука значительно меньше, чем чистого полиизобутилена, и составляет лишь 25—100 тыс. При полимеризации на каждый килограмм получаемого бутилкаучука выделяется 180—215 больших калорий.

Смысл совместной полимеризации изобутилена и изопрена заключается в том, что таким путём в насыщенный полиизобутилен, неспособный к вулканизации, вводятся двойные связи (с молекулами изопрена), в результате чего образуется полимер, способный вулканизоваться. Из бутилкаучука можно получать резины с исключительно ценными свойствами.

Мы узнали о некоторых важнейших методах полимеризации мономеров. Производство синтетического каучука, характеризуется многообразием технологических процессов и аппаратуры, но размеры этой книги не позволяют, к сожалению, ознакомиться со всеми ими. О производстве других каучукоподобных продуктов — тиоколов, силиконов, бутадиен-нитрильных полимеров, полихлоропрене, можно почитать в специальных книгах, посвящённых получению синтетических каучуков.

Ограничимся сказанным. Перейдём к краткому изложению свойств синтетических каучуков и их применению.