Технология производства полиизобутилена

Полиизобутилен (ПИБ) представляет собой каучукоподобный эластичный материал, полу­чаемый полимеризацией изобутилена.

Аппаратное оформление. Полимеризатор представляет собой металлический ко­роб, в котором движется непрерывная стальная лента в виде желоба. Лента приводится в движение с помощью вращающихся барабанов.

Условия процесса. Высокомолекулярный ПИБ можно получить путем полимеризации по катионному механизму при низких температу­рах в присутствии трехфтористого бора (0,3 %масс). При 10%-ном содержании изобутилена в реакционной смеси и концентрации катализатора 0,05% получается полимер с молеку­лярной массой 120 000-200 000. Выход его составляет около 100%, считая на исходный изобутилен.

Полимеризацию изобутилена осуществляют в растворе жидкого этилена при температуре от -80 до -100 °С. Жидкий этилен, имеющий температуру кипения —104 ⁰С, является хладоагентом. Теплота полимеризации отводится за счет кипения растворителя. Применение столь низких температур вызвано тем, что при этих температурах значительно замедляются реакции передачи цепи, приводящие к снижению молекулярной массы.

Описание технологического процесса. Схема непрерывного процесса производства полиизобутилена приведена на рис. 19. Очищенный жидкий этилен при -40 ºС под давлением подается в холодиль­ник 1, в котором дополнительно охлаждается газообразным этиленом, поступаю­щим из испарителя 2. Газообразный этилен подается в холодильник 1, а жид­кий — в дозатор 5, где он охлаждает змеевик с жидким изобутиленом. Охла­жденный до рабочей температуры около -100 ºС изобутилен смешивается в тру­бопроводе с жидким этиленом, и образовавшаяся смесь направляется на транс­портер полимеризатора 6. Одновременно со смесью изобутилена и этилена в полимеризатор 6 непре­рывно подается из емкости 4 раствор трехфтористого бора в этилене. При смешении с катали­затором мгновенно происходит полимеризация. Теплота реакции отводится за счет испарения жидкого этилена. Это позволяет вести процесс изотермически. Жидкий этилен поступает в скруббер 8. В скруббере фтористый бор, увлеченный смесью этилена и непрореагировавшего изобутилена, нейтрализуется щелочью. После отделения фтористого бора эта смесь газов поступает на ректификацию. Выделенный этилен возвращается в цикл.

Рис. 19 – Схема процесса производства полиизобутилена:

1 – холодильник для предварительного охлаждения изобутилена, 2 – испаритель, 8 – дозатор изобутилена, 4 – емкость катализатора, 5 – емкость стабилизатора, 6 – полимеризатор, 7 – смеситель, 8 – скруббер, 9 – стеллаж для охлаждения, 10 – пресс.

Для разложения катализатора, оставшегося в полимере, и предотвращения деполимеризации на ленту полимеризатора из емкости 5 непрерывно подается раствор стабилизатора (трет-бутилфенилсульфид).

По выходе из полимеризатора полиизобутилен захватывается валками сме­сителя 7, обогреваемого глухим паром, в котором происходит удаление оставшихся газов. Выходящее из смесителя полотно полимера разрезается на куски. После охлаждения воздухом на транспортере и стеллаже 9 они подаются в пресс 10 и далее на упаковку.

Особенности процесса. Молекулярная масса получающегося ПИБ зависит от температуры реакции, природы катализатора и его количества, а также от концентрации изобутилена в растворителе (этилене). Из изобутилена высокой степени чистоты может быть получен ПИБ с молекулярной массой 100 000-250 000.

Важнейшей технической задачей в этом процессе является точ­ное регулирование температуры, так как при ее повышении сильно ускоряются реакции передачи цепи, приводящие к снижению мо­лекулярной массы продукта.

Свойства и применение полиизобутилена *

Высокомолекулярный ПИБ (с молекулярной массой около 200 000) обладает высокими химической стойкостью и водо­стойкостью. Он устойчив к действию кислот (в том числе к кон­центрированной азотной кислоте) и щелочей. По химической стой­кости и диэлектрическим свойствам ПИБ уступает только полиэтилену и политетрафторэтилену.

ПИБ растворим в алифатических, ароматических и хлорированных углеводородах, в сероуглероде. Он нерастворим в полярных растворителях – спиртах, кетонах, сложных эфирах. Это один из самых легких полимеров, его плотность равна 910- 930 кг/м³.

При действии солнечных лучей в присутствии кислорода свой­ства ПИБ в значительной степени ухудшаются. Для улучшения его стойкости к ультрафиолетовым лучам в ПИБ вводят активные наполнители—сажу, графит (до 150%).

ПИБ характеризуется малой газопроницаемостью, высокими показателями диэлектрических свойств, но низкой проч­ностью и ползучестью (течет под действием собственного веса на холоду).

Свойства ПИБ зависят от молекулярной массы. С увеличением молекулярной массы повышаются разрушающее на­пряжение при растяжении, обратимая деформация и твердость.

Ниже приведены показатели основных свойств ПИБ (табл. 1.6):

Таблица 1.6 – Свойства ПИБ

ПИБ применяется для внутренней и внешней за­щиты аппаратуры от коррозии, для обкладки металлических труб, железнодорожных цистерн икислотохранилищ, как гидроизоля­ционный материал, для электроизоляции проводов и кабелей. Он может быть использован как уплотнительный материал, для изго­товления различных изделий.