Լաբորատորիա 1

Ստիրոլի լուծույթի պոլիմերացում

Տեսական մաս

Երկու տարբերակ կա պոլիմերացում լուծույթում:

1. պոլիմերն ու մոնոմերը լուծելի են լուծիչում.

2. Միայն մոնոմերն է լուծվում լուծիչում, և պոլիմերը նստում է ձևավորվելիս:

Գործնական մաս

Զորավարժություններ.

Գրի՛ր լուծույթում ստիրոլի պոլիմերացման ժամանակ տեղի ունեցող քիմիական ռեակցիաների հավասարումները, 4 ժամվա ընթացքում ստիրոլի պոլիմերացումը կատարի՛ր 90-95°C ջերմաստիճանում ըստ երկու բաղադրատոմսերի (դ). բենզոիլ պերօքսիդ - 0,4; բենզոլ-10,0 գ; բ) ստիրոլ-20,0; բենզոիլ պերօքսիդ-0,4; ածխածնի տետրաքլորիդ-10.0 Մեկուսացրեք պոլիմերը և որոշեք նրա ելքը (գրամներով և %) յուրաքանչյուր ձևակերպման համար Որոշեք պոլիմերացման արագությունը տարբեր լուծիչներում Ստուգեք ստացված պոլիմերի լուծելիությունը օրգանական լուծիչներում, դրա կապը ջերմության հետ, թթուների և հիմքերի ազդեցությունը: Իրականացնել պոլիստիրոլի ապապոլիմերացում: Հաշվարկել ստիրոլի ելքը

Աշխատանքի 1-ին փուլ. Պոլիստիրոլի սինթեզը տարբեր լուծիչներում.

Ռեակտիվներ

Ստիրոլ (թարմ թորած), 20,0 գ

Բենզոիլ պերօքսիդ, 0,4 գ

Բենզոլ, 10,0 գ

Ածխածնի տետրաքլորիդ, 10,0 գ

Նավթային եթեր, 100 մլ

Էթանոլ

Խտացված ծծմբաթթու

Խտացված ազոտական ​​թթու

Նատրիումի հիդրօքսիդ, խտացված լուծույթ

Սարքեր

100 մլ տարողությամբ աղացած միացմամբ կլոր հատակով կոլբ - 2 հատ:

Գնդիկավոր ռեֆլյուքս հովացուցիչ – 2 հատ:

Վակուումային պոմպ

Քիմիական գավաթ, 200 մլ

Ճենապակյա գոլորշիացման բաժակ – 2 հատ:

Պետրի ուտեստ - 2 հատ:

Ջրային բաղնիք կամ տաքացնող թիկնոց

Էլեկտրական վառարան

Փորձի անցկացում

Երկու կոլբայի մեջ դրվում են 10,0 գ ստիրոլի կշիռներ, որոնց վրա ավելացվում է 0,2 գ բենզոիլ պերօքսիդ, ինչպես նաև լուծիչներ՝ մեկում 10,0 գ բենզոլ, մյուսում՝ 10,0 գ ածխածնի տետրաքլորիդ։ Յուրաքանչյուր կոլբը միացված է ռեֆլյուքսային կոնդենսատորին և տաքացվում է ջրային բաղնիքում կամ տաքացնող թաղանթում 90-95°C ջերմաստիճանում 4 ժամ: Այնուհետև ջեռուցումն անջատվում է, յուրաքանչյուր կոլբայի պարունակությունը սառչում է։ Ավելացնել նավթային եթեր կամ էթանոլ: Հայտնվում է պոլիմերային նստվածք։ Ստուգեք տեղումների ամբողջականությունը: Պոլիմերը լվանում է նստեցնող նյութով: Նստվածքն անջատվում է հեղուկից, տեղափոխվում կշռված ճենապակյա աման (Petri dish) և չորանում նախ սենյակային ջերմաստիճանում օդում, այնուհետև 60-70°C թերմոստատում կամ վակուումային չորացման պահարանում 30- ջերմաստիճանում։ 40°C մինչև հաստատուն քաշ։*

* բոլոր գործողությունները. պոլիմերի սինթեզը, նստեցումը և չորացումը կարող են իրականացվել մեկ կոլբայի մեջ (նախապես կշռված): Ստացված պոլիմերն օգտագործեք հետագա փորձերի համար:

Արդյունքները ներկայացրեք աղյուսակների տեսքով:

Աղյուսակ 1

աղյուսակ 2

Հաշվարկի օրինակ.Ստիրոլի պոլիմերացումը (մոլեկուլային քաշը 104,14 գ/մոլ; խտությունը ρ = 0,906 գ/մլ) իրականացվել է ցիկլոհեքսանում սկզբնավորիչ AIBN-ով (մոլեկուլային քաշը՝ 164,20 գ/մոլ): Ընդհանուր բեռնման ծավալը 30 մլ՝ 20 մլ ստիրոլ և 10 մլ ցիկլոհեքսան: Նախաձեռնող զանգված 0,6 գ Պոլիմերացման ժամանակը 4 ժամ: Ստացված պոլիստիրոլի զանգվածը 13,2 գ է։

1. Եկեք հաշվարկենք նյութի ստիրոլի զանգվածը և քանակը:

mstyrene = 20 0,906 = 18,12 գ

nctyrene = 18.12/104.14 = 0.174 մոլ

2. Հաշվե՛ք մոնոմերի նկատմամբ նախաձեռնողի զանգվածային տոկոսը.

ωDAK = (0.6/18.12) 100 = 3.31% wt (ստիրոլից)

3. Գտեք մոնոմերի կոնցենտրացիանլուծման մեջ:

s (ստիրոլ) = (18.12/30) 1000 = 604 գ/լ կամ 604/104.14 = 5.80 մոլ/լ

4. Գտեք նախաձեռնողի համակենտրոնացումըլուծման մեջ:

s(DAK) = (0.6/30) 1000 = 20 գ/լ կամ 20/164.20 = 0.122 մոլ/լ

5. Եկեք հաշվենք պոլիստիրոլի եկամտաբերություն:

Պոլիստիրոլի եկամտաբերությունը = (13.2/18.12) 100 = 72.8%

6. Եկեք հաշվենք պոլիմերացման արագություն.

υ = 72,8/4 = 18,2%/ժ կամ 18,2/60 = 0,303%/ր

υ = (5,80 0,728)/(4 3600) = 29,32 10-5 մոլ/լ վրկ

Աշխատանքի 2-րդ փուլ. Պոլիստիրոլի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների որոշում.

Փորձ 1. Արտաքին տեսք. Ուժ.

Զգուշորեն ուսումնասիրեք պոլիստիրոլի նմուշները, ուշադրություն դարձրեք գույնին, փորձարկեք դրանք փխրունության համար:

*Պոլիստիրոլը թափանցիկ է, կարող է լինել տարբեր գույների և փխրուն է: Երբ թափահարում են, պոլիստիրոլի թաղանթները հնչում են զանգի ձայն, ինչպես բարակ մետաղական ժապավեն:

Փորձ 2. Կապը ջեռուցման հետ

Պոլիստիրոլի բարակ կտորը դրվում է ջերմակայուն ցանցի վրա և մի փոքր տաքացվում է: 80-90°C ջերմաստիճանում պոլիստիրոլը փափկվում է, իսկ >250°C-ում սկսում է քայքայվել։ Փափկված պոլիստիրոլի կտորը հեշտությամբ փոխում է իր ձևը արտաքին ազդեցության տակ: Թելերը կարելի է քաշել փափկված պոլիստիրոլից։ Եթե ​​դուք միացնում եք պոլիստիրոլի երկու փափկված կտոր, դրանք եռակցվում են:

*Պոլիստիրոլը ջերմապլաստիկ է (շրջելի պլաստիկ):

Փորձ 3. Ջերմամեկուսիչ հատկություններ.

Ջերմամեկուսիչ հատկությունները ուսումնասիրելու համար օգտագործվում է պոլիստիրոլի փրփուր: Փրփուր պլաստիկի մի կտոր (երկարությունը 6-7 սմ, հաստությունը 4 սմ) անհրաժեշտ է դնել 10 սմ երկարությամբ երկաթե ձողի կամ մետաղալարի վրա։ Փրփուրը ձեռքով պահելով՝ երկաթե ձողը 1-2 րոպեով մտցնում ենք կրակի մեջ։ Ձողի և փրփուրի տաքացումը (մի քիչ տաքանում է) դրվում է ջերմաչափով։ Դրան սկզբում բերում են փրփուրը, հետո՝ ձողը։

Փորձ 4. Լուծիչների ազդեցություն.

Պոլիստիրոլի կամ թաղանթի փոքր կտորները տեղադրվում են բենզոլով, ացետոնով և ածխածնի տետրաքլորիդով առանձին փորձանոթներում: Ստացվում են մածուցիկ լուծույթներ։

Պոլիստիրոլային արտադրանքները կարող են սոսնձվել մածուցիկ լուծույթով կամ լուծիչով:

Փորձ 5. Պոլիստիրոլի այրում

*Փորձարկումն իրականացվում է գոլորշիացման սարքի մեջ։

Պոլիստիրոլի մի կտոր դնում են կրակի մեջ և պահում այնքան, մինչև այն բռնկվի։

*Պոլիստիրոլն այրվում է ծխի բոցով` տարածելով սուր հոտ: Դրսում բոցը շարունակում է այրվել։

Փորձ 6. Թթուների և հիմքերի գործողություն

Պոլիստիրոլի կտորները տեղադրում են խտացված թթուների մեջ՝ ծծմբական (խտությունը 1,84 գ/մլ), ազոտային (խտությունը 1,4 գ/մլ), ապա նատրիումի հիդրօքսիդի խտացված լուծույթում։ Դիտեք, թե ինչ է տեղի ունենում պոլիստիրոլի հետ սենյակային ջերմաստիճանում և հետո տաքացնելիս:

*Պոլիստիրոլը սենյակային ջերմաստիճանում խտացված թթուների և ալկալիների մեջ մնում է անփոփոխ: Երբ տաքանում է, այն այրվում է ծծմբական թթվով, բայց չի փոխվում ալկալային և ազոտական ​​թթվի մեջ:

Փորձ 7. Պոլիստիրոլի ապապոլիմերացում

Պոլիստիրոլի կտորները տեղադրվում են փորձանոթի մեջ, որպեսզի ծածկեն դրա ծավալի ավելի քան 1/5-ը: Փորձանոթի բացվածքին կցվում է խցանով գազի ելքի խողովակ: Ընդունիչը ևս մեկ փորձանոթ է, որը դրված է սառը ջրի մեջ և ծածկված է բամբակյա բուրդով: Պոլիստիրոլով փորձանոթը ամրացվում է անկյան տակ (որպեսզի հեղուկը թափվի): Ավելի լավ է ռետինե խցանի վրա անցք անել եզրին ավելի մոտ, որպեսզի հեռացվի ստացված հեղուկը (կեղտերով մոնոմեր): Ընդունիչում հավաքվում է անգույն կամ դեղնավուն հեղուկ՝ հատուկ հոտով։ Ստիրոլը եռում է 141-146°C ջերմաստիճանում։

Ի՞նչ է պոլիմերացումը:

Եկեք նայենք հիմնականին

և դրանց հետ կապված գործընթացները, քանի որ պարզվում է, որ մեր գրեթե ամբողջ աշխարհը պոլիմեր է։

Պոլիմերացումը ցածր մոլեկուլային զանգվածից բարձր մոլեկուլային միացության առաջացման ռեակցիան է։ Բարձր մոլեկուլային միացությունը (պոլիմեր) բարձր մոլեկուլային քաշ ունեցող նյութ է, որը բաղկացած է փոխկապակցված բազմիցս կրկնվող հատվածներից (կառուցվածքային միավորներից):

Որտե՞ղ կարող ենք գտնել պոլիմերներ առօրյա կյանքում:

Ամենուր. Ուր էլ նայես. Պոլիմերները խորապես կապված են մեր կյանքի հետ, իրականում նրանք են այն ձևավորել։

Գործվածքները (ինչպես սինթետիկ, այնպես էլ բնական), պլաստմասսա, կաուչուկը ձևավորվում են պոլիմերներից։ Բացի այդ, մենք ինքներս նույնպես պատրաստված ենք պոլիմերներից։

Եկեք հիշենք Էնգելսի կյանքի սահմանումը.

«Կյանքը սպիտակուցային մարմինների գոյության միջոց է...»

Սկյուռիկներ- դրանք բնական բիոպոլիմերներ են, բիոպոլիմերները ներառում են նաև նուկլեինաթթուներԵվ պոլիսախարիդներ.

Ի՞նչ նյութեր կարող են մտնել պոլիմերացման ռեակցիայի մեջ:

Պատասխանը պարզ է. նյութեր, բազմակի (կրկնակի, եռակի) կապեր պարունակող.

Դիտարկենք առաջինը՝ պոլիէթիլենի ձևավորման ռեակցիայի սխեման (դրանից պատրաստվում են տոպրակներ, շշեր, փաթեթավորման ֆիլմ և շատ ավելին).

Ինչպես տեսնում ենք, π կապը խզվում է, և մեկ մոլեկուլի ածխածնի ատոմները կապվում են հարևան մոլեկուլների ածխածնի ատոմների հետ։ Սա ստեղծում է երկար պոլիմերային շղթա: Քանի որ պոլիմերի երկարությունը կարող է հասնել մի քանի հարյուր կառուցվածքային միավորների, որոնց ճշգրիտ թիվը հնարավոր չէ կանխատեսել, քանի որ այն տարբեր է տարբեր մոլեկուլներում և որպեսզի չգրվի ամբողջ շղթան, պոլիմերացման ռեակցիան գրվում է հետևյալ կերպ.

Որտեղ n-ը մոլեկուլի կառուցվածքային միավորների թիվն է:

Պոլիմերացման ռեակցիայի մեջ մտնող սկզբնական ցածր մոլեկուլային զանգվածը կոչվում է մոնոմեր։

Կառուցվածքային միավորը չպետք է շփոթել մոնոմերի հետ:

Մոնոմերն ու կառուցվածքային միավորը ունեն նույն որակական և քանակական բաղադրությունը, բայց տարբեր քիմիական կառուցվածք (տարբերվում են միմյանցից բազմաթիվ կապերի քանակով)։

Պոլիմերացման հավասարումներ.

Ամենատարածված պոլիմերների արտադրության ռեակցիաները.

1. Կրթություն իզոպրենային ռետին(բնական կաուչուկը նույնպես իզոպրեն է, բայց խիստ ցիս կառուցվածք) 2-մեթիլբուտադիեն-1,3 (իզոպրեն).

1. Կրթություն պոլիստիրոլ(պլաստիկ) վինիլբենզոլից (ստիրոլ).

1. Կրթություն պոլիպրոպիլենպրոպենից (պրոպիլեն).

Ռետիններ– սա պոլիմերների խումբ է՝ միավորված ընդհանուր որակներով (առաձգականություն, էլեկտրական մեկուսացում և այլն), ռետինի արտադրության հումք։ Նախկինում դրա համար օգտագործվում էր, այսպես կոչված, կաուչուկի բույսերի հյութից բնական կաուչուկ։ Հետագայում սկսեցին արհեստական ​​կաուչուկներ արտադրել։

ԽՍՀՄ-ում 1926 թվականին մրցույթ է հայտարարվել սինթետիկ կաուչուկի արտադրության լավագույն մեթոդի համար։ Մրցույթում հաղթել է Լեբեդև Ս.Վ.

Նրա մեթոդը հետևյալն էր.

Էթիլային սպիրտից ստացվել է 1,3 բութադիեն։ Էթիլային սպիրտ ստացվում էր խմորման միջոցով ԽՍՀՄ-ում առատորեն տարածված բուսական նյութերից, ինչն ավելի էժանացրեց արտադրությունը։ Բուտադիեն-1,3 պոլիմերացումից հետո ձևավորվել է սինթետիկ կաուչուկ.

Կաուչուկը ռետինե դարձնելու համար այն ենթարկվում է վուլկանացման։

Վուլկանացումը պոլիմերային ռետինե թելերը մեկ ցանցի մեջ կարելու գործընթաց է, որի արդյունքում բարելավվում է առաձգականությունը, ամրությունը և օրգանական լուծիչների նկատմամբ դիմադրությունը: .

Ստորև բերված դիագրամը ցույց է տալիս բութադիենային կաուչուկի վուլկանացման գործընթացը՝ պոլիմերային մոլեկուլների միջև դիսուլֆիդային կամուրջների ձևավորման միջոցով.

Անհրաժեշտ է տարբերել պոլիմերացման ռեակցիաները պոլիկոնդենսացիայի ռեակցիաներից։

Պոլիկոնդենսացիայի ռեակցիան ցածր մոլեկուլային միացությունից բարձր մոլեկուլային միացության առաջացման ռեակցիան է, որում արտազատվում է կողմնակի արտադրանք (ջուր, ամոնիակ, քլորաջրածին և այլն)։

Նյութի պոլիկոնդենսացման ռեակցիա մտնելու ունակությունը որոշվում է ծայրահեղության առկայությամբառնվազն երկու տարբեր ֆունկցիոնալ խմբեր .

Դիտարկենք մի օրինակ ամինաթթուներ:

Երկու ամինաթթուները միանում են միմյանց՝ ձևավորելով պեպտիդային կապ՝ արտազատելով կողմնակի արտադրանք՝ ջուր։ Եթե ​​գործընթացը շարունակվի՝ ավելացնելով ամինաթթուների մնացորդներ այս շղթային, մենք ստանում ենք սպիտակուց: Ամինաթթուների պոլիկոնդենսացման ռեակցիա մտնելու ունակությունը որոշում է նրանց կառուցվածքում երկու ֆունկցիոնալ խմբերի առկայությունը՝ կարբոքսիլ և ամինային խմբեր: Պոլիկոնդենսացման ռեակցիայի արդյունքում պոլիպեպտիդներից (սպիտակուցներ) բացի առաջանում են նուկլեինաթթուներ և պոլիսախարիդներ։

Հետապնդելով արտադրանքի որակը, մարդը սովորել է ստեղծել այնպիսի դիմացկուն պոլիմերներ, որոնք չեն քայքայվում մի քանի հազար տարի: Եվ երբեմն, երբ քայքայվելով, դրանք վնասակար նյութեր են արտանետում շրջակա միջավայր: Սա բնապահպանական մեծ խնդիր է։ Այժմ բացվում են պլաստիկի վերամշակման կենտրոններ։

Եթե ​​մենք բոլորս միասին այնտեղ տանենք պլաստիկ թափոններ, մենք հսկայական ներդրում կունենանք մեր ընդհանուր տան՝ Երկիր մոլորակի և նրա բնության պահպանման գործում։

Ավելին այս թեմայի վերաբերյալ.

Ստիրոլի բլոկային պոլիմերացման ժամանակ սինթեզված պոլիմերի լուծույթ է առաջանում չհակազդող մոնոմերի մեջ։ Գործընթացի խորության (մոնոմերի փոխակերպման աստիճանի) աճով կենտրոնացումլուծում և համապատասխանաբար աճում է բեկման ինդեքս. Պոլիմերացման ժամանակ լուծույթի բեկման ինդեքսը չափելով՝ հնարավոր է տեղեկատվություն ստանալ պրոցեսի կինետիկայի (այս դեպքում՝ ստիրոլի պոլիմերացման) մասին։

5 մլ ստիրոլը տեղադրվում է երեք փորձանոթի մեջ՝ աղացած խցաններով, և վերլուծական հավասարակշռության վրա վերցված նախաձեռնիչի կշռված մասերը՝ AIBN, ավելացվում են մոտ 10, 25 և 50 մգ քանակությամբ (լուծույթների կոնցենտրացիան, համապատասխանաբար, մոտ է. 0.2, 0.5 և 1% wt): Փորձարկման խողովակները 5 րոպե մաքրվում են իներտ գազով և տեղադրվում մոտ 70 0 ջերմաստիճան ունեցող թերմոստատի մեջ: 10 րոպեում. Թերմոստատավորումն սկսելուց հետո յուրաքանչյուր փորձանոթից լուծույթի մի քանի կաթիլ վերցվում է ապակե ձողով ժամացույցի ապակու վրա և որոշվում է բեկման ինդեքսը: Յուրաքանչյուր փորձանոթից վերցրեք առնվազն հինգ նմուշ, ամեն անգամ նշելով ժամանակը՝ պոլիմերացման սկզբից.

Մոնոմերների փոխակերպման աստիճանը որոշվում է ստորև բերված աղյուսակից:

n D բեկման ինդեքսի կախվածությունը ստիրոլի փոխակերպման աստիճանից (p)

p,%	n Դ	p, %	n Դ	p, %	n Դ
	1,5420		1,5475		1,5518
	1,5429		1,5482		1,5519
	1,5435		1,5488		1,5523
	1,5441		1,5492		1,5525
	1,5446		1,5495		1,5528
	1,5451		1,5500		1,5531
	1, 5455		1,5504		1,5534
	1,5461		1,5508		1,5537
	1,5465		1,5511		1,5540
	1,5468		1,5515		1,5543

Նախաձեռնողի համակենտրոնացում(մոլ/լ-ով) հայտնաբերվում է բանաձևով.

Որտեղ g-ը նախաձեռնողի կշիռն է (g-ով)

V – պոլիմերացնող խառնուրդի ծավալը (այս դեպքում՝ 5 մլ)

M 1 - նախաձեռնողի մոլեկուլային քաշը (AIBN M 1 = 164)

Ստացված ուղիղ գծի թեքության անկյան շոշափողը հավասար է արձագանքման կարգը՝ ըստ նախաձեռնողի:

ՍՏԻՐՈՆԻ ԿԱՏԻՈՆԱԿԱՆ ՊՈԼԻՄԵՐԱՑՈՒՄ

Ստիրոլի պոլիմերացումը կարող է տեղի ունենալ տարբեր ձևերով, ներառյալ կատիոնային մեխանիզմը: Անօրգանական Լյուիս թթուները հաճախ օգտագործվում են որպես կատալիզատորներ կատիոնային պոլիմերացման համար, այս դեպքում՝ TiCl 4: Այս կատալիզատորի օգտագործումը պահանջում է ռեակցիան իրականացնել այնպիսի պայմաններում, որոնք բացառում են խոնավության ներթափանցումը, առաջին հերթին բացարձակապես չոր սարքավորում:

Թարմ թորած ստիրոլ 3,5 մլ

Տիտանի տետրաքլորիդ թորած 1 մլ

Դիկլորէթան չոր 70 մլ

70 մլ չոր դիքլորէթան տեղադրվում է հարիչով, ջերմաչափով և կաթիլային ձագարով հագեցած երեք պարանոցով կոլբայի մեջ և 3-5 րոպե մաքրվում է իներտ գազով և սառչում 0 0 C ջերմաստիճանում սառեցնող խառնուրդով լոգարանում:

Չոր խողովակի միջոցով կաթիլային ձագարից ավելացրեք 1 մլ TiCl 4 15-20 րոպե: Մոնոմերը՝ ստիրոլը, ներմուծվում է կաթիլ առ կաթիլ՝ համոզվելով, որ ջերմաստիճանը չի գերազանցում 0 0-ը։ Մոնոմերը ներմուծելուց հետո խառնուրդը հարում են ևս 30 րոպե, այնուհետև ավելացնում են 80 մլ սպիրտ (ռեակցիոն խառնուրդը քայքայելու համար)։ Մի քանի րոպե հետո զգուշորեն թափեք լուծիչը ստացված յուղոտ ռեակցիայի արտադրանքից, ավելացրեք ևս 10-15 մլ սպիրտ և փայտով քսեք մինչև պնդանա։ Պինդ պոլիմերը զտվում է, լվանում սպիրտով և չորանում։ Որոշվում է պոլիմերային ելքը և մոնոմերի փոխակերպման աստիճանը, ինչպես նաև կատալիզատորի սպառումը գ/գ պոլիմերում։

Ընդարձակվող պոլիստիրոլը (EPS)՝ մասնիկների մակերեսային մշակմամբ, արտադրվում է ստիրոլի կասեցման պոլիմերացման միջոցով՝ պենտանի և զանգվածային պոլիմերացման առկայության դեպքում: Պոլիստիրոլն արտադրվում է գնդաձև մասնիկների (ուլունքների) տեսքով, որոնց մակերեսը մշակվում է տարբեր նյութերով, որոնք մշակման ընթացքում բարելավում են պոլիմերի մշակելիությունը և տալիս նրան նոր հատկություններ (օրինակ՝ հակաստատիկ հատկություններ, ոչ դյուրավառ):

Փրփրացող պոլիստիրոլի արտադրության մեջ հիմնական մեթոդներն են կասեցման պոլիմերացում և զանգվածային պոլիմերացում. Ամենաժամանակակից և արդյունավետը IPN-ի ստացման երկրորդ մեթոդն է:

Փրփրացող պոլիստիրոլի զանգվածային պոլիմերացում

Մոնոմերների թերի փոխակերպմամբ պոլիստիրոլների արտադրության մեթոդը մեծածավալ պոլիմերացումով (բլոկ պոլիստիրոլ) ներկայումս ամենատարածվածներից է իր բարձր տեխնիկական և տնտեսական ցուցանիշներով: Ժամանակակից արդյունաբերությունների մեծ մասը գործում է հենց այս սխեմայի համաձայն, քանի որ այն ամենաարդյունավետն է: Այս մեթոդն ունի օպտիմալ շարունակական գործընթացի հոսք: Գործընթացն իրականացվում է 2-3 սարքերում, որոնք սերիական միացված են խառնիչներով; գործընթացի վերջնական փուլը հաճախ իրականացվում է սյունակային ապարատում:

Ռեակցիայի սկզբնական ջերմաստիճանը 80-100°C է, վերջնականը՝ 200-220°C։ Պոլիմերացումը ընդհատվում է, երբ ստիրոլի փոխակերպման աստիճանը 80-90% է: Չարձագանքած մոնոմերը հալոցքից հանվում է վակուումի տակ, այնուհետև ջրային գոլորշով, մինչև պոլիմերի մեջ ստիրոլի պարունակությունը դառնա 0,01-0,05%: Պոլիստիրոլին ավելացվում են կայունացուցիչներ, ներկանյութեր, հրակայուն նյութեր և այլ հավելումներ և հատիկավորվում: Պոլիստիրոլը բնութագրվում է բարձր մաքրությամբ: Այս տեխնոլոգիան ամենատնտեսողն է (այն չի ներառում մանր ցրված արտադրանքի լվացման, ջրազրկման և չորացման գործողություններ) և գործնականում թափոններից զերծ է (չարձագանքած ստիրոլը վերադարձվում է պոլիմերացման):

Գործընթացի իրականացումը մինչև մոնոմերի թերի փոխակերպումը (80-90%) թույլ է տալիս օգտագործել պոլիմերացման բարձր արագություն, վերահսկել ջերմաստիճանի պարամետրերը և ապահովել պոլիմերացված միջավայրի ընդունելի մածուցիկություն: Գործընթացը մոնոմերի փոխակերպման ավելի խորը աստիճանի հասցնելիս դժվարանում է ջերմության հեռացումը բարձր մածուցիկ ռեակցիայի զանգվածից, և անհնար է դառնում պոլիմերացում կատարել իզոթերմային ռեժիմում։ Զանգվածային պոլիմերացման գործընթացի այս առանձնահատկությունը հանգեցրել է նրան, որ մեծ ուշադրություն է դարձվում արտադրության այլ մեթոդներին և, առաջին հերթին, կասեցման եղանակին:

Կախովի պոլիմերացում

Կախովի պոլիմերացումը մրցակցային տեխնոլոգիական գործընթաց է, որը հիմնված է ջրի մեջ վինիլային մոնոմերների ցածր լուծելիության և արմատական ​​պոլիմերացման ռեակցիաներում վերջիններիս չեզոքության վրա։ Կախոցի արտադրության մեթոդն իրականացվում է ռեակտորում, այն կիսամյակային գործընթաց է, որը բնութագրվում է լրացուցիչ տեխնոլոգիական փուլերի առկայությամբ (ռեակցիոն համակարգի ստեղծում, ստացված պոլիմերի մեկուսացում) և պոլիմերացման ժամանակ սարքավորումների պարբերական կիրառմամբ։ փուլ. Ստիրոլը կասեցվում է դեմինալացված ջրի մեջ՝ օգտագործելով էմուլսիա կայունացուցիչներ. Պոլիմերացման նախաձեռնողը (օրգանական պերօքսիդներ) լուծվում է մոնոմերի կաթիլներում, որտեղ տեղի է ունենում պոլիմերացում։ Արդյունքում, ջրի մեջ պոլիմերի կասեցման մեջ մեծ հատիկներ են ձևավորվում: Պոլիմերացումն իրականացվում է 8-14 ժամ ճնշման տակ ջերմաստիճանը 40-ից 130°C աստիճանաբար բարձրացնելով։ Ստացված կախույթից պոլիմերը մեկուսացվում է ցենտրիֆուգմամբ, որից հետո այն լվանում և չորացնում են։ Այնուհետև դրանք դասակարգվում են ըստ աստիճանի թրթռացող էկրանների վրա: Այս գործընթացում զգալիորեն հեշտացվում է ջերմության հեռացումը և համակարգի բաղադրիչների խառնումը:

Կիրառելի:

• ցանկացած նպատակի համար շենքերի և տարածքների տարբեր կոնֆիգուրացիաների պոլիստիրոլի փրփուր բլոկների և սալերի (պատեր, տանիքներ, հատակներ, պահեստներ, տաղավարներ, բնակելի շենքեր, ավտոտնակներ, նկուղներ, լոգգիաներ) արտադրության մեջ.
• տարբեր սարքերի համար բարդ ձևերի փաթեթավորման արտադրության մեջ, որոնք պահանջում են հարվածային պաշտպանություն պահեստավորման և տեղափոխման ժամանակ.
• ավտոմոբիլային բաղադրիչների արտադրության մեջ;
• պոլիստիրոլե բետոնի արտադրության մեջ - թեթև բետոն, որը հիմնված է ցեմենտի կապի և փրփուր պոլիստիրոլի լցանյութի վրա, որն օգտագործվում է ջերմամեկուսիչ բլոկների և սալերի արտադրության մեջ, ձեղնահարկի, տանիքների, արտաքին պատերի, հատակների և այլնի միաձույլ ջերմամեկուսացում;

Առաստաղի հարդարման նյութերի արտադրության մեջ `սալիկներ, սալիկներ, վարդակներ;

• միաձույլ բնակարանաշինության և խողովակաշարերի ջերմամեկուսացման համար պատյաններ:
• մետաղի ձուլման մեջ օգտագործվող պոլիստիրոլի փրփուր գազաֆիկացված մոդելների արտադրության համար։

Ստիրոլի համապոլիմերներ ակրիլոնիտրիլ SAN-ով

Ստիրոլի համապոլիմերը ակրիլոնիտրիլով (SAN) սովորաբար պարունակում է վերջինիս 24%-ը, որը համապատասխանում է մոնոմերների խառնուրդի անիզոտրոպ բաղադրությանը և հնարավորություն է տալիս ստանալ հաստատուն բաղադրության արտադրանք։ SAN-ը գերազանցում է ջերմակայունությամբ, առաձգական ուժով, ազդեցության ուժով և ագրեսիվ հեղուկ միջավայրում ճաքերի դիմադրությամբ, բայց զիջում է դիէլեկտրական հատկություններով և թափանցիկությամբ: SAN-ի արժեքը զգալիորեն ավելի բարձր է, քան պոլիստիրոլը: Ստիրոլ-ակրիլոնիտրիլ-մեթիլ մետակրիլատ (SAM) եռակի համապոլիմերն ունի նմանատիպ հատկություններ, բայց ավելի լավ թափանցիկություն և դիմադրություն ուլտրամանուշակագույն ճառագայթմանը. սակայն, դրա արժեքը նույնիսկ ավելի բարձր է, քան SAN-ը:

SAN համապոլիմերները սովորաբար արտադրվում են կասեցման կամ էմուլսիայի պոլիմերացման միջոցով՝ նման PS-ի արտադրությանը:

SAN համապոլիմերներն ունեն ավելի բարձր քիմիական դիմադրություն և մակերեսային կարծրություն, քան հոմոպոլիմերները: Ելակետային նյութն ունի դեղնավուն երանգ և պետք է լինի կապտավուն։ Եղանակային դիմադրությունը լավ է, ինչը թույլ է տալիս այն օգտագործել, օրինակ, երեսպատման և թանկարժեք կենցաղային տեխնիկայում փխրուն և ոչ ցրտադիմացկուն ընդհանուր նշանակության պոլիստիրոլի փոխարեն:

Ակրիլոնիտրիլի, բութադիենի և ստիրոլի համապոլիմերներ՝ ABS պլաստիկ

Նման համապոլիմերները կոչվում են «ABS պլաստիկ»: Կան երեք միավորից բաղկացած պոլիմեր (տերպոլիմեր) արտադրելու մի քանի եղանակներ, սակայն դրանց հիմնական սկզբունքները պարզ են հետևյալ օրինակներից. այնուհետև ավելացվում է ջրում լուծվող նյութ, ինչպիսին է կալիումի պերսուլֆատը, և խառնուրդը պոլիմերացվում է. 2) բուտադիեն ակրիլոնիտրիլ լատեքսը ավելացնում են ստիրոլի ակրիլոնիտրիլ լատեքսին, խառնուրդը կոագուլացնում են և չորացնում ցողումով։

Հատկությունները շատ տարբեր են՝ կախված կազմից և արտադրության եղանակից: Ընդհանուր առմամբ, այնուամենայնիվ, ABS պլաստմասսաները ունեն բարձր ազդեցության ուժ, քիմիական դիմադրություն և ճկունություն; դիմացկուն չէ մեթիլէթիլ կետոնի և էսթերների նկատմամբ։

ABS-ը շատ տեխնոլոգիապես առաջադեմ է և կարող է հեշտությամբ մշակվել ինչպես ներարկման, այնպես էլ արտամղման միջոցով: Արտադրողները արտադրում են ABS պլաստմասսա՝ տարբեր հալման հոսքի ինդեքսներով, ավելացված փայլով և փայլատմամբ: Բարակ թիթեղները ջերմային ձևավորվում են բանկաների և սկուտեղների մեջ: ABS պլաստմասսաները լայնորեն օգտագործվում են կենցաղային տեխնիկայի արտադրության մեջ, որտեղ պահանջարկ ունեն բարձր ամրությունը, բարձր փայլը, վարպետության խմբաքանակներով ներկելու համար արտադրելիությունը, շրջակա միջավայրի չեզոքությունը և ջերմակայունությունը: Դեկորատիվ ծածկույթները և դիզայնը ավելի լավ են կիրառվում ABS պլաստիկից պատրաստված արտադրանքի վրա, քան պոլիստիրոլի արտադրանքի համար:

Պոլիստիրոլի արտադրության տեխնոլոգիա

Արդյունաբերության մեջ պոլիստիրոլն արտադրվում է ստիրոլի արմատական ​​պոլիմերացման միջոցով։ Պոլիստիրոլների արտադրության մեթոդները տարբերվում են աշխատանքային ցիկլով, արտադրանքի հեռացման մեկ միավորի ծավալով և պոլիմերացման գործընթացի պայմաններով: Ստացված պոլիստիրոլի հատկությունները կախված են արտադրության կոնկրետ մեթոդից: Գոյություն ունի ստիրոլի պոլիմերացման 4 եղանակ՝ պոլիմերացում մոնոմերի զանգվածում (բլոկում), մոնոմերի պոլիմերացում էմուլսիայում (հիմնականում ABS պլաստիկի արտադրություն), կախովի պոլիմերացում (հարվածակայուն պոլիստիրոլ և ընդլայնված պոլիստիրոլ) և պոլիմերացում լուծույթ (բութադիենի և ստիրենի բլոկային համապոլիմերներ):

Ընդհանուր նշանակության պոլիստիրոլի արտադրության մեջ հիմնական մեթոդներն են կասեցման պոլիմերացումը և զանգվածային պոլիմերացումը: Էմուլսիոն պոլիմերացումն օգտագործվում է համեմատաբար փոքր մասշտաբով։

Կաուչուկով ստիրոլի ազդեցության դիմացկուն համապոլիմերներ ստանալու համար առավել լայնորեն կիրառվող մեթոդը բլոկ-կասեցիայի պոլիմերացումն է, որի դեպքում պոլիմերացումը սկզբում իրականացվում է զանգվածային (մինչև 20%-40% փոխակերպումը ձեռք բերելը), այնուհետև՝ ջրային: ցրվածություն.

Սինթեզի տեխնոլոգիայի զարգացման ընդհանուր միտումը առանձին ստորաբաժանումների հզորության բարձրացումն է, ինչպես ռեակցիայի ծավալների ավելացման, այնպես էլ սինթեզի ռեժիմների ինտենսիվացման շնորհիվ: Ներկայումս առանձին սինթեզի ագրեգատների արտադրողականությունը հասնում է տարեկան 15-30 հազար տոննայի պոլիմերների։

Զանգվածային պոլիմերացում

Մոնոմերների թերի փոխակերպմամբ զանգվածային պոլիմերացման եղանակը ներկայումս ամենատարածվածներից է իր բարձր տեխնիկական և տնտեսական ցուցանիշներով: Ներքին արդյունաբերության մեջ 70-ականներին որպես հիմնական ընտրվել է զանգվածային պոլիմերացման մեթոդը, և ներկայումս արտադրանքի մոտ 60%-ը արտադրվում է այս մեթոդով։ Այս մեթոդն ունի օպտիմալ գործընթացի հոսքի դիագրամ: Գործընթացն իրականացվում է շարունակական սխեմայի համաձայն 2-3 սարքերից բաղկացած համակարգում, որոնք սերիական միացված են խառնիչներով; գործընթացի վերջնական փուլը հաճախ իրականացվում է սյունակային ապարատում: Ռեակցիայի սկզբնական ջերմաստիճանը 80-100°C է, վերջնականը՝ 200-220°C։ Պոլիմերացումն ընդհատվում է, երբ ստիրոլի փոխակերպման աստիճանը 80%-90% է: Չարձագանքած մոնոմերը վակուումային պայմաններում հեռացվում է պոլիստիրոլի հալոցքից, այնուհետև ջրային գոլորշիով, մինչև պոլիմերի մեջ ստիրոլի պարունակությունը դառնա 0,01%-0,05%:

Պոլիստիրոլին ավելացվում են կայունացուցիչներ, ներկանյութեր, հրակայուն նյութեր և այլ հավելումներ և հատիկավորվում: Բլոկ պոլիստիրոլը բնութագրվում է բարձր մաքրությամբ: Այս տեխնոլոգիան ամենատնտեսողն է (այն չի ներառում մանր ցրված արտադրանքի լվացման, ջրազրկման և չորացման գործողություններ) և գործնականում թափոններից զերծ է (չարձագանքած ստիրոլը վերադարձվում է պոլիմերացման): Գործընթացի իրականացումը մինչև մոնոմերի թերի փոխակերպումը (80% - 90%) հնարավորություն է տալիս օգտագործել պոլիմերացման բարձր արագություն, վերահսկել ջերմաստիճանի պարամետրերը և ապահովել պոլիմերացված միջավայրի ընդունելի մածուցիկություն: Գործընթացը մոնոմերի փոխակերպման ավելի խորը աստիճանի հասցնելիս դժվարանում է ջերմության հեռացումը բարձր մածուցիկ ռեակցիայի զանգվածից, և անհնար է դառնում պոլիմերացում կատարել իզոթերմային ռեժիմում։ Զանգվածային պոլիմերացման գործընթացի այս առանձնահատկությունը հանգեցրել է նրան, որ մեծ ուշադրություն է դարձվում արտադրության այլ մեթոդներին և, առաջին հերթին, կասեցման եղանակին:

Կախովի պոլիմերացում

Կախովի պոլիմերացումը մրցակցային տեխնոլոգիական գործընթաց է, որը զարգանում է զանգվածային պոլիմերացմանը զուգահեռ և հիմնված է ջրի մեջ վինիլային մոնոմերների ցածր լուծելիության և արմատական ​​պոլիմերացման ռեակցիաներում վերջիններիս չեզոքության վրա: Գործընթացն օգտագործվում է պոլիստիրոլի հատուկ դասերի, հիմնականում ընդլայնված պոլիստիրոլի արտադրության համար: Կախոցի արտադրության մեթոդը կիսամյակային գործընթաց է և բնութագրվում է լրացուցիչ տեխնոլոգիական փուլերի առկայությամբ (ռեակցիայի համակարգի ստեղծում, ստացված պոլիմերի մեկուսացում) և պոլիմերացման փուլում սարքավորումների պարբերական օգտագործմամբ:

Գործընթացն իրականացվում է 10-50 մ 3 ծավալով ռեակտորներում՝ հագեցած խառնիչով և բաճկոնով։ Ստիրոլը կասեցվում է դեմինալացված ջրի մեջ՝ օգտագործելով էմուլսիա կայունացուցիչներ. Պոլիմերացման նախաձեռնողը (օրգանական պերօքսիդներ) լուծվում է մոնոմերի կաթիլներում, որտեղ տեղի է ունենում պոլիմերացում։ Արդյունքում, ջրի մեջ պոլիմերի կասեցման մեջ մեծ հատիկներ են ձևավորվում: Պոլիմերացումն իրականացվում է 8-14 ժամ ճնշման տակ ջերմաստիճանը 40-ից 130°C աստիճանաբար բարձրացնելով։ Ստացված կախույթից պոլիմերը մեկուսացվում է ցենտրիֆուգմամբ, որից հետո այն լվանում և չորացնում են։ Կախովի պոլիմերացման օրենքները մոտ են մոնոմերային զանգվածում պոլիմերացման օրենքներին, սակայն համակարգի բաղադրիչների ջերմության հեռացումը և խառնումը զգալիորեն հեշտացվում է։

Էմուլսիայի պոլիմերացում

Պոլիստիրոլի արտադրության մեջ պոլիմերացման էմուլսիայի մեթոդը չի ստացել այնպիսի զարգացում, ինչպիսին է զանգվածային պոլիմերացումը կամ կասեցումը: Դա պայմանավորված է նրանով, որ էմուլսիայի պոլիմերացումը առաջացնում է չափազանց բարձր մոլեկուլային քաշի արտադրանք: Ամենից հաճախ, հետագա մշակման համար անհրաժեշտ է գլորել այն կամ նվազեցնել դրա մոլեկուլային քաշը որևէ այլ եղանակով: Դրա կիրառման հիմնական ուղղությունը միջանկյալ արտադրանքի արտադրությունն է պոլիստիրոլի փրփուրի հետագա արտադրության համար՝ էքստրուզիայի մեթոդով: Էմուլսիայի պոլիմերացման համակարգը պարունակում է ստիրոլ, ջուր՝ որպես ցրման միջավայր, ջրում լուծվող նախաձեռնող (կալիումի պերսուլֆատ), իոնային էմուլգատոր և տարբեր հավելումներ, մասնավորապես նրանք, որոնք նախատեսված են շրջակա միջավայրի pH-ը կարգավորելու համար:

Պոլիմերացումը տեղի է ունենում մոնոմեր պարունակող էմուլգատոր միցելներում: Ստացված պոլիմերն իրենից ներկայացնում է բարձր ցրված կախույթ (լատեքս), ջրի մեջ չլուծվող: Համակարգը, որպես ամբողջություն, բազմաբաղադրիչ է, ինչը դժվարացնում է պոլիմերի մեկուսացումը մաքուր տեսքով: Հետեւաբար, օգտագործվում են այն լվանալու տարբեր մեթոդներ: Մեթոդի կիրառումը աստիճանաբար կրճատվում է, քանի որ այն ներառում է մեծ քանակությամբ կեղտաջրեր։

Խիմիչ Իրինա

Սինթետիկ պոլիմերներ

Քսաներորդ դարում սինթետիկ բարձր մոլեկուլային միացությունների՝ պոլիմերների առաջացումը տեխնիկական հեղափոխություն էր: Պոլիմերները շատ լայնորեն օգտագործվում են տարբեր գործնական ոլորտներում: Դրանց հիման վրա նյութեր են ստեղծվել նոր և շատ առումներով անսովոր հատկություններով, որոնք զգալիորեն գերազանցում են նախկինում հայտնի նյութերը:

Պոլիմերները միացություններ են, որոնց մոլեկուլները բաղկացած են կրկնվող միավորներից՝ մոնոմերներից։

Հայտնի է բնական պոլիմերներ . Դրանք ներառում են պոլիպեպտիդներ և սպիտակուցներ, պոլիսախարիդներ և նուկլեինաթթուներ:

Սինթետիկ պոլիմերներ ստացվում են ցածր մոլեկուլային քաշի մոնոմերների պոլիմերացման և պոլիկոնդենսացիայի միջոցով (տես ստորև):

Պոլիմերների կառուցվածքային դասակարգում

ա) գծային պոլիմերներ

Նրանք ունեն գծային շղթայական կառուցվածք։ Նրանց անվանումները առաջացել են մոնոմերի անունից՝ նախածանցի ավելացումով պոլի-:

բ) ցանցային պոլիմերներ.

գ) ցանցային եռաչափ պոլիմերներ.

Տարբեր մոնոմերների համատեղ պոլիմերացման արդյունքում ստացվում է համապոլիմերներ . Օրինակ:

Պոլիմերների ֆիզիկաքիմիական հատկությունները որոշվում են պոլիմերացման աստիճանով (n արժեք) և պոլիմերի տարածական կառուցվածքով։ Սրանք կարող են լինել հեղուկներ, խեժեր կամ պինդ նյութեր:

Պինդ պոլիմերները տաքացնելիս տարբեր կերպ են վարվում:

Թերմոպլաստիկ պոլիմերներ– տաքացնելիս հալվել և սառչելուց հետո ստանալ ցանկացած ձև: Սա կարող է կրկնվել անսահմանափակ թվով անգամ:

Ջերմակայուն պոլիմերներ- Սրանք հեղուկ կամ պլաստմասսա նյութեր են, որոնք տաքացնելիս ամրանում են տվյալ ձևով և չեն հալվում հետագա տաքացման ժամանակ։

Պոլիմերների առաջացման պոլիմերացման ռեակցիաները

Պոլիմերացում - Սա մոնոմերի մոլեկուլների հաջորդական ավելացումն է աճող շղթայի վերջում: Այս դեպքում բոլոր մոնոմերի ատոմները ներառված են շղթայում, և ռեակցիայի ընթացքում ոչինչ չի ազատվում։

Պոլիմերացման ռեակցիան սկսելու համար անհրաժեշտ է ակտիվացնել մոնոմերի մոլեկուլները՝ օգտագործելով նախաձեռնող: Կախված նախաձեռնողի տեսակից, կան

արմատական,

կատիոնային և

անիոնային պոլիմերացում.

Արմատական ​​պոլիմերացում

Թերմոլիզի կամ ֆոտոլիզի ընթացքում ազատ ռադիկալներ առաջացնելու ունակ նյութերը օգտագործվում են որպես արմատական ​​պոլիմերացման նախաձեռնողներ, առավել հաճախ դրանք օրգանական պերօքսիդներ կամ ազո միացություններ են, օրինակ.

Երբ տաքացվում կամ լուսավորվում է ուլտրամանուշակագույն լույսով, այս միացությունները ձևավորում են ռադիկալներ.

Պոլիմերացման ռեակցիան ներառում է երեք փուլ.

Ընդունելը,

Շղթայի աճ

Շղթայի ընդմիջում.

Օրինակ - ստիրոլի պոլիմերացում.

Ռեակցիայի մեխանիզմ

ա) մեկնարկ.

բ) շղթայի աճ.

գ) բաց միացում.

Արմատական ​​պոլիմերացումն ամենահեշտն է տեղի ունենում այն ​​մոնոմերների մոտ, որոնցում առաջացող ռադիկալները կայունանում են կրկնակի կապում փոխարինողների ազդեցությամբ: Բերված օրինակում ձևավորվում է բենզիլի տիպի ռադիկալ։

Ռադիկալ պոլիմերացումից ստացվում է պոլիէթիլեն, պոլիվինիլքլորիդ, պոլիմեթիլ մետակրիլատ, պոլիստիրոլ և դրանց համապոլիմերներ։

Կատիոնային պոլիմերացում

Այս դեպքում մոնոմերային ալկենների ակտիվացումն իրականացվում է պրոտիկ թթուներով կամ Լյուիս թթուներով (BF 3, AlCl 3, FeCl 3) ջրի առկայությամբ։ Ռեակցիան տեղի է ունենում որպես էլեկտրոֆիլ հավելում կրկնակի կապով:

Օրինակ՝ իզոբուտիլենի պոլիմերացումը.

Ռեակցիայի մեխանիզմ

ա) մեկնարկ.

բ) շղթայի աճ.

գ) բաց միացում.

Կատիոնային պոլիմերացումը բնորոշ է էլեկտրոն նվիրաբերող փոխարինիչներ ունեցող վինիլային միացություններին՝ իզոբուտիլեն, բուտիլ վինիլեթեր, α-մեթիլստիրոլ։