پلی ایزوبوتیلن چگونه تولید می شود؟ فرآیند تولید توضیح داده شده است

خلاصه اجرایی

پلی ایزوبوتیلن (PIB) عمدتاً از طریق پلیمریزاسیون کاتیونی{0}در دمای پایین ایزوبوتن خالص بازیافت شده از پالایشگاه ها و جریان های پتروشیمی C4 تولید می شود. تولیدکنندگان صنعتی معمولاً از سیستم های کاتالیزور اسید لوئیس مانند تری فلوراید بور (BF3) و کلرید آلومینیوم (AlCl3) برای کنترل وزن مولکولی و عملکرد محصول استفاده می کنند.

فرآیند کامل تولید شامل بازیابی مواد اولیه، خالص‌سازی ایزوبوتن، پلیمریزاسیون به کمک کاتالیزور، خنثی‌سازی کاتالیزور، تبخیر، تثبیت، کنترل کیفیت، و بسته‌بندی است. با تنظیم نوع کاتالیزور، دمای واکنش، و زمان ماند، سازندگان می‌توانند درجات PIB را از مایعات با ویسکوزیته پایین تا پلیمرهای جامد با وزن مولکولی بالا تولید کنند.

امروزه، فناوری راکتور پیوسته بر تولید تجاری PIB غالب است، زیرا قوام محصول برتر، بازدهی بالا و کارایی تولید-در مقیاس بزرگ را ارائه می‌کند.

پلی ایزوبوتیلن چیست؟

پلی ایزوبوتیلن (PIB)یک پلیمر هیدروکربنی مصنوعی است که از پلیمریزاسیون ایزوبوتن (ایزوبوتیلن) ​​تولید می شود.

فرمول شیمیایی واحد تکرار:

[-CH2–C(CH3)2-]ₙ

فرمول مولکولی عمومی:

(C₄H₈)ₙ

PIB برای آن ارزش گذاری می شود:

• مقاومت عالی در برابر آب
• خواص برجسته مانع گاز
• پایداری شیمیایی بالا
• عایق الکتریکی خوب
• دامنه ویسکوزیته گسترده

بسته به وزن مولکولی، PIB می تواند به صورت زیر ظاهر شود:

• مایع شفاف
• نیمه جامد- چسبناک
• لاستیک-مثل جامد

برنامه های کاربردی عبارتند از:

• مواد افزودنی روان کننده
• چسب ها
• درزگیرها
• افزودنی های سوخت
• عایق برق
• مواد مرتبط با بسته بندی مواد غذایی- (در مواردی که الزامات قانونی رعایت می شود)

منبع مواد اولیه: ایزوبوتن از کجا می آید؟

ماده اولیه اولیه برای تولید PIB ایزوبوتن است.

ایزوبوتن صنعتی معمولاً از جریان های هیدروکربنی C4 تولید شده در طی:

• ترک خوردگی با بخار نفتا
• ترک خوردگی کاتالیزوری سیال (FCC)
• تولید الفین پتروشیمی

فرآیند کلی بالادستی شامل:

• پالایش نفت خام
• فرآوری نفتا یا نفت گاز
• تولید جریان C4
• استخراج بوتادین
• جداسازی و خالص سازی ایزوبوتن

پس از خالص سازی، خوراک ایزوبوتن فشرده، خشک و قبل از ورود به واحد پلیمریزاسیون سرد می شود.

اصل تولید هسته: پلیمریزاسیون کاتیونی

تقریباً تمام PIB تجاری از طریق پلیمریزاسیون کاتیونی ایزوبوتن تولید می شود.

برخلاف پلیمریزاسیون رادیکال آزاد، پلیمریزاسیون کاتیونی امکان کنترل عالی موارد زیر را فراهم می کند:

• وزن مولکولی
• توزیع وزن مولکولی
• ویسکوزیته محصول
• پایان استفاده از-عملکرد

این فرآیند زمانی آغاز می شود که یک کاتالیزور اسید لوئیس یک گونه کربوکاتیون فعال تولید می کند.

کربوکاتیون فعال به طور مداوم مولکول‌های ایزوبوتن جدید را از طریق مکانیسم رشد زنجیره‌ای- اضافه می‌کند و زنجیره‌های پلیمری هیدروکربنی طولانی تولید می‌کند.

از آنجایی که واکنش بسیار گرمازا است، کنترل دقیق دما ضروری است.

دمای بسیار پایین به سرکوب واکنش‌های انتقال و خاتمه زنجیره کمک می‌کند و به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد تا درجه‌های PIB ثابت تولید کنند.

سیستم های کاتالیست صنعتی

سیستم های تری فلوراید بور (BF3).

فناوری کاتالیزور BF3 به طور گسترده برای موارد زیر استفاده می شود:

• PIB بسیار واکنش پذیر (HR-PIB)
• PIB با وزن مولکولی کم
• PIB با وزن مولکولی متوسط

مزایای معمولی:

• کنترل بهتر عدم اشباع انتهایی
• توزیع وزن مولکولی باریک
• واکنش پذیری بالا برای تولید مواد پراکنده

برنامه های کاربردی رایج:

• مواد افزودنی روان کننده
• افزودنی های سوخت
• چسب ها
• واسطه های شیمیایی

محدوده وزن مولکولی معمولی:

280–10,000

سیستم های آلومینیوم کلرید (AlCl3).

کاتالیزورهای AlCl3 معمولاً برای موارد زیر استفاده می شوند:

• PIB با وزن مولکولی متوسط
• PIB با وزن مولکولی بالا

مزایا عبارتند از:

• فعالیت کاتالیزوری بالا
• تولید کارآمد زنجیره های پلیمری بلند
• مناسب برای لاستیک-مثل درجه های PIB

برنامه های کاربردی رایج:

• درزگیرها
• مصالح ساختمانی
• پایه آدامس
• محصولات عایق برق

محدوده وزن مولکولی معمولی:

30,000–2,500,000

فرآیند تولید صنعتی معمولی

مرحله 1: آماده سازی خوراک

ایزوبوتن خالص شده عبارت است از:

• فشرده شده
• خشک شده
• فیلتر شده
• قبل-خنک شده

آب و اکسیژن باید به حداقل برسد زیرا می توانند در عملکرد کاتالیزور اختلال ایجاد کنند.

مرحله 2: پلیمریزاسیون

ایزوبوتن خالص شده وارد راکتوری می شود که در آن:

• کاتالیست معرفی شده است
• شروع کربوکاتیون رخ می دهد
• زنجیره های پلیمری به طور مداوم رشد می کنند

محدوده دمای واکنش معمولی از:

-30 درجه تا -100 درجه

بسته به وزن مولکولی مورد نظر

مرحله 3: خاموش کردن واکنش

پس از پلیمریزاسیون، واکنش توسط:

• تصفیه آب
• عوامل خنثی سازی

این از رشد بیشتر زنجیره جلوگیری می کند و کیفیت محصول را تثبیت می کند.

مرحله 4: حذف کاتالیزور

کاتالیزور باقیمانده و محصولات جانبی از طریق:

• شستشو
• جداسازی فاز
• فیلتراسیون

مرحله 5: تخلیه آب

خلاء خلاء حذف می کند:

• ایزوبوتن واکنش نداده
• باقی مانده های حلال
• رطوبت
• هیدروکربن های فرار

مونومر بازیافت شده معمولاً دوباره به تولید بازیافت می شود.

مرحله 6: تثبیت

آنتی اکسیدان ها برای بهبود:

• پایداری ذخیره سازی
• مقاومت حرارتی
• مقاومت در برابر اکسیداسیون

مرحله 7: بسته بندی

PIB تمام شده با توجه به درجه بسته بندی می شود:

پایین-مگاوات PIB:

• طبل های فولادی
• سطل های پلاستیکی
• تانک های IBC
• مخازن ISO

PIB-مگاوات بالا:

• کارتن
• کیسه‌های{0}}پلاستیکی با آستر
• ظروف فله

نحوه کنترل وزن مولکولی توسط سازندگان

چهار پارامتر اصلی تولید، ویژگی های PIB را تعیین می کنند:

تولید مداوم در مقابل تولید دسته ای

تولید لاستیک بوتیل از فناوری PIB

یک فناوری مرتبط از ایزوبوتن همراه با مقدار کمی ایزوپرن استفاده می کند.

ترکیب معمولی:

• 97-98٪ ایزوبوتن
• ایزوپرن ۲ تا ۳ درصد

کوپلیمریزاسیون کاتیونی در دمای پایین{0} لاستیک بوتیل (IIR) تولید می کند.

اصلاح بیشتر می تواند ایجاد کند:

• لاستیک کلروبوتیل (CIIR)
• لاستیک بروموبوتیل (BIIR)

برنامه های کاربردی عبارتند از:

• آسترهای داخلی تایر
• درزگیرها
• غشاهای سقف
• درپوش های دارویی
• سیستم های ضد آب

سوالات متداول

چه واکنش شیمیایی باعث تولید پلی ایزوبوتیلن می شود؟

پلی ایزوبوتیلن تجاری عمدتاً از طریق پلیمریزاسیون کاتیونی ایزوبوتن در دمای پایین-با استفاده از سیستم های کاتالیست اسید لوئیس تولید می شود.

چرا پلیمریزاسیون PIB در دماهای پایین انجام می شود؟

دمای پایین به سرکوب واکنش‌های انتقال و خاتمه زنجیره کمک می‌کند و کنترل وزن مولکولی و قوام محصول را بهتر می‌سازد.

چه کاتالیزوری معمولا برای PIB بسیار واکنش پذیر استفاده می شود؟

سیستم های کاتالیست مبتنی بر BF3- به طور گسترده برای تولید PIB بسیار واکنش پذیر استفاده می شوند.

چه کاتالیزوری معمولاً برای PIB-مولکولی-با وزن بالا استفاده می‌شود؟

سیستم‌های کاتالیزور AlCl3 معمولاً برای تولید PIB با وزن متوسط- و{1}}مولکولی- بالا استفاده می‌شوند.

آیا تولید مستمر رایج تر از تولید دسته ای است؟

بله. تکنولوژی راکتور پیوسته به دلیل راندمان بالاتر و کیفیت محصول سازگارتر، روش تولید صنعتی غالب است.

نتیجه گیری

پلی ایزوبوتیلن عمدتاً از طریق پلیمریزاسیون کاتیونی{0}در دمای پایین ایزوبوتن خالص بازیافت شده از پالایشگاه و جریان های پتروشیمی C4 تولید می شود. تولیدکنندگان صنعتی از سیستم های کاتالیزوری مانند BF3 و AlCl3 همراه با شرایط برودتی کنترل شده برای تنظیم وزن مولکولی و ویژگی های عملکرد استفاده می کنند.

تولیدکنندگان می توانند از طریق خالص سازی مواد اولیه، پلیمریزاسیون، حذف کاتالیزور، تبخیر، تثبیت و بسته بندی، گریدهای PIB را از مایعات با ویسکوزیته پایین تا جامدات مولکولی با وزن بالا تولید کنند. فناوری مدرن تولید مداوم کیفیت ثابت را تضمین می کند و از تقاضای رو به رشد جهانی برای PIB در روان کننده ها، چسب ها، درزگیرها، مواد الکتریکی و کاربردهای صنعتی ویژه پشتیبانی می کند.