Styrenpolymerisationsekvation. Radikal polymerisation: mekanism, kinetik och termodynamik. Reaktioner av polymerbildningspolymerisation

06.03.2021 | Andra sjukdomar

Lab 1

Polymerisation av styren i lösning

Teoretisk del

Det finns två alternativ polymerisation i lösning:

1. polymer och monomer är lösliga i lösningsmedel;

2. Endast monomeren är löslig i lösningsmedlet och polymeren fälls ut när den bildas.

Praktisk del

Träning.

Skriv ekvationer för de kemiska reaktionerna som sker under polymerisationen av styren i lösning. Utför polymerisationen av styren vid 90-95°C i 4 timmar enligt två recept (d): a) styren -20,0; bensoylperoxid - 0,4; bensen-10,0 g; b) styren-20,0; bensoylperoxid-0,4; koltetraklorid-10.0 Isolera polymeren och bestäm dess utbyte (i gram och %) för varje formulering Bestäm polymerisationshastigheten i olika lösningsmedel Kontrollera lösligheten av den resulterande polymeren i organiska lösningsmedel, dess förhållande till värme, verkan av syror och baser Utför depolymerisation av polystyren. Beräkna styrenutbytet

Steg 1 av arbetet. Syntes av polystyren i olika lösningsmedel.

Reagens

Styren (nydestillerad), 20,0 g

Bensoylperoxid, 0,4 g

Bensen, 10,0 g

Koltetraklorid, 10,0 g

Petroleumeter, 100 ml

Etanol

Koncentrerad svavelsyra

Koncentrerad salpetersyra

Natriumhydroxid, koncentrerad lösning

Enheter

Rundbottnad kolv med slipad fog med en kapacitet på 100 ml - 2 st.

Kulrefluxkylare – 2 st.

Vakuumpump

Kemisk bägare, 200 ml

Porslinsförångningskopp – 2 st.

Petriskål - 2 st.

Vattenbad eller värmemantel

Elspis

Genomför ett experiment

Styrenvikter på 10,0 g placeras i två kolvar, 0,2 g bensoylperoxid tillsätts, samt lösningsmedel: 10,0 g bensen i den ena, 10,0 g koltetraklorid i den andra. Varje kolv ansluts till en återloppskylare och upphettas i ett vattenbad eller värmemantel vid 90-95°C under 4 timmar. Sedan stängs uppvärmningen av, innehållet i varje kolv kyls. Tillsätt petroleumeter eller etanol. En polymerfällning uppträder. Kontrollera att nederbörden är fullständig. Polymeren tvättas med ett utfällningsmedel. Fällningen separeras från vätskan, överförs till en vägd porslinsskål (petriskål) och torkas först i rumstemperatur i luft och sedan i en termostat vid 60-70°C eller i ett vakuumtorkskåp vid en temperatur av 30- 40°C till konstant vikt.*

* alla operationer: syntes, utfällning och torkning av polymeren kan utföras i en kolv (förvägd). Använd den resulterande polymeren för ytterligare experiment.

Presentera resultaten i form av tabeller.

bord 1

Tabell 2

Räkneexempel. Polymerisation av styren (molekylvikt 104,14 g/mol; densitet ρ = 0,906 g/ml) utfördes i cyklohexan med initiatorn AIBN (molekylvikt 164,20 g/mol). Total laddningsvolym 30 ml: 20 ml styren och 10 ml cyklohexan. Initiatormassa 0,6 g Polymerisationstid 4 timmar. Massan av den resulterande polystyrenen är 13,2 g.

1. Låt oss räkna massa och mängd av ämnet styren:

mstyren = 20 0,906 = 18,12 g

nctyren = 18,12/104,14 = 0,174 mol

2. Beräkna viktprocenten av initiatorn i förhållande till monomeren:

ωDAK = (0,6/18,12) 100 = 3,31 viktprocent (från styren)

3. Hitta monomerkoncentration i lösning:

s (styren) = (18.12/30) 1000 = 604 g/l eller 604/104.14 = 5.80 mol/l

4. Hitta initiatorkoncentration i lösning:

s(DAK) = (0,6/30) 1000 = 20 g/l eller 20/164,20 = 0,122 mol/l

5. Låt oss räkna polystyrenutbyte:

Polystyrenutbyte = (13,2/18,12) 100 = 72,8 %

6. Låt oss räkna polymerisationshastighet:

υ = 72,8/4 = 18,2 %/h eller 18,2/60 = 0,303 %/min

υ = (5,80 0,728)/(4 3600) = 29,32 10-5mol/l sek

Steg 2 av arbetet. Bestämning av fysikaliska och kemiska egenskaper hos polystyren.

Erfarenhet 1. Utseende. Styrka.

Undersök noggrant polystyrenproverna, var uppmärksam på färgen, testa dem för bräcklighet.

*Polystyren är transparent, kan ha olika färger och är ömtåligt. När de skakas producerar polystyrenfilmer ett ringande ljud, som en tunn metallremsa.

Experiment 2. Relation till uppvärmning

En tunn bit polystyren läggs på ett värmebeständigt nät och värms upp något. Vid en temperatur på 80-90°C mjuknar polystyren, och vid >250°C börjar det sönderfalla. En mjukgjord bit polystyren ändrar lätt sin form under yttre påverkan. Trådar kan dras från mjukgjord polystyren. Om du kopplar ihop två mjukgjorda bitar av polystyren, svetsas de.

*Polystyren är en termoplast (reversibel plast).

Experiment 3. Värmeisoleringsegenskaper.

För att studera värmeisoleringsegenskaperna används polystyrenskum. En bit skumplast (längd 6-7 cm, tjocklek 4 cm) behöver läggas på en järnstång eller tråd 10 cm lång. Håll skummet med handen och för järnstaven i lågan i 1-2 minuter. Uppvärmningen av staven och skummet (det värms upp lite) ställs in med en termometer. Först tar de skummet till det, sedan staven.

Experiment 4. Effekt av lösningsmedel.

Små bitar av polystyren eller film placeras i separata provrör med bensen, aceton och koltetraklorid. Viskösa lösningar erhålls.

Polystyrenprodukter kan limmas med en viskös lösning eller lösningsmedel.

Experiment 5. Förbränning av polystyren

*Experimentet utförs i dragskåp!!

En bit polystyren placeras i lågan och hålls kvar tills den antänds.

*Polystyren brinner med en rökig låga och sprider en stickande lukt. Utanför fortsätter lågan att brinna.

Experiment 6. Verkning av syror och baser

Bitar av polystyren placeras i koncentrerade syror: svavelsyra (densitet 1,84 g/ml), salpeter (densitet 1,4 g/ml) och sedan i en koncentrerad lösning av natriumhydroxid. Observera vad som händer med polystyren vid rumstemperatur och sedan vid uppvärmning.

*Polystyren vid rumstemperatur i koncentrerade syror och alkalier förblir oförändrade. Vid upphettning förkolnar det i svavelsyra, men ändras inte i alkali och salpetersyra.

Experiment 7. Depolymerisation av polystyren

Bitar av polystyren placeras i ett provrör för att täcka mer än 1/5 av dess volym. Ett gasutloppsrör med propp är fäst vid provrörets öppning. Mottagaren är ett annat provrör placerat i kallt vatten och täckt med bomullsull ovanpå. Provröret med polystyren fästs i ett stativ i vinkel (för att vätska ska kunna rinna av). Det är bättre att göra ett hål i gummiproppen närmare kanten för att ta bort den resulterande vätskan (monomer med föroreningar). En färglös eller gulaktig vätska med en specifik lukt samlas i mottagaren. Styren kokar vid en temperatur av 141-146°C.

Vad är polymerisation?

Låt oss titta på det huvudsakliga

och processerna förknippade med dem, eftersom det visar sig att nästan hela vår värld är polymer.

Polymerisation är reaktionen mellan bildandet av en förening med hög molekylvikt från en förening med låg molekylvikt. En högmolekylär förening (polymer) är ett ämne med hög molekylvikt, som består av upprepade upprepade segment (strukturella enheter) sammankopplade.

Var kan vi hitta polymerer i vardagen?

Överallt. Vart du än tittar. Polymerer är djupt förbundna med vårt liv, i själva verket bildade de det.

Tyger (både syntetiska och naturliga), plaster, gummi bildas av polymerer. Dessutom är vi själva också gjorda av polymerer.

Låt oss komma ihåg Engels definition av livet:

"Livet är ett sätt att existera för proteinkroppar..."

Ekorrar– dessa är naturliga biopolymerer inkluderar också nukleinsyror Och polysackarider.

Vilka ämnen kan ingå i en polymerisationsreaktion?

Svaret är enkelt: ämnen, som innehåller flera (dubbel, trippel) bindningar.

Låt oss titta på den första - reaktionsschemat för bildandet av polyeten (påsar, flaskor, förpackningsfilm och mycket mer är gjorda av det):

Som vi ser bryts π-bindningen, och kolatomerna i en molekyl binder till kolatomerna i angränsande molekyler. Detta skapar en lång polymerkedja. Eftersom längden på polymeren kan nå flera hundra strukturella enheter, vars exakta antal är omöjligt att förutsäga, eftersom det är olika i olika molekyler och för att inte skriva ner hela kedjan, skrivs polymerisationsreaktionen enligt följande:

Där n är antalet strukturella enheter i molekylen.

Den initiala substansen med låg molekylvikt som kommer in i polymerisationsreaktionen kallas en monomer.

En strukturell enhet ska inte förväxlas med en monomer.

Monomeren och den strukturella enheten har samma kvalitativa och kvantitativa sammansättning, men en annan kemisk struktur (de skiljer sig från varandra i antalet multipelbindningar).

Polymerisationsekvationer:

Reaktioner för att producera de vanligaste polymererna:

Utbildning isoprengummi(naturgummi är också isopren, men strikt cis-struktur) från 2-metylbutadien-1,3 (isopren):

Utbildning polystyren(plast) från vinylbensen (styren):

Utbildning polypropen från propen (propen):

Gummi– detta är en grupp polymerer förenade av gemensamma egenskaper (elasticitet, elektrisk isolering, etc.), råmaterial för tillverkning av gummi. Tidigare användes naturgummi från sav av så kallade gummiväxter till detta. Senare började de tillverka konstgjorda gummin.

I Sovjetunionen 1926 utlystes en tävling för den bästa metoden att tillverka syntetiskt gummi. Tävlingen vanns av Lebedev S.V.

Hans metod var följande:

1,3-butadien framställdes av etylalkohol. Etylalkohol erhölls genom jäsning från växtmaterial, som var rikligt i Sovjetunionen, vilket gjorde produktionen billigare. Butadien-1,3 bildade efter polymerisation syntetiskt gummi:

För att förvandla gummi till gummi utsätts det för vulkanisering.

Vulkanisering är processen att sy trådar av polymergummi till ett enda nätverk, vilket resulterar i förbättrad elasticitet, styrka och motståndskraft mot organiska lösningsmedel .

Diagrammet nedan visar processen för vulkanisering av butadiengummi, genom bildandet av disulfidbryggor mellan polymermolekylerna:

Det är nödvändigt att skilja polymerisationsreaktioner från polykondensationsreaktioner.

Polykondensationsreaktionen är reaktionen av bildningen av en högmolekylär förening från en lågmolekylär, i vilken en biprodukt (vatten, ammoniak, väteklorid, etc.) frigörs.

Förmågan hos ett ämne att ingå i en polykondensationsreaktion bestäms av närvaron av extremminst två olika funktionsgrupper .

Låt oss titta på ett exempel aminosyror:

De två aminosyrorna kombineras med varandra för att bilda en peptidbindning, vilket frigör en biprodukt - vatten. Om processen fortsätter - att lägga till aminosyrarester till denna kedja - får vi protein. Aminosyrornas förmåga att ingå i en polykondensationsreaktion bestämmer närvaron i deras struktur av två funktionella grupper: karboxyl- och aminogrupper. Som ett resultat av polykondensationsreaktionen bildas förutom polypeptider (proteiner), nukleinsyror och polysackarider.

I jakten på produktkvalitet har människan lärt sig att skapa så hållbara polymerer att de inte bryts ner på flera tusen år. Och ibland, när de sönderfaller, släpper de ut farliga ämnen i miljön. Detta är ett stort miljöproblem. Nu öppnar plaståtervinningscentraler.

Om vi alla tar plastavfall dit tillsammans kommer vi att göra ett enormt bidrag till bevarandet av vårt gemensamma hem - planeten Jorden och dess natur.

Mer om detta ämne:

Under blockpolymerisationen av styren bildas en lösning av den syntetiserade polymeren i en oreagerad monomer. Med ökande djup av processen (graden av monomeromvandling), koncentration lösning och växer därefter brytningsindex. Genom att mäta lösningens brytningsindex under polymerisationen är det möjligt att få information om processens kinetik (i detta fall polymerisationen av styren).

5 ml styren placeras i tre provrör med malda proppar och vägda portioner av initiatorn - SHT - tagna på analytisk våg tillsätts i mängder om ca 10, 25 och 50 mg (lösningarnas koncentration är resp. 0,2, 0,5 och 1 viktprocent). Provrören spolas med en inert gas i 5 minuter och placeras i en termostat med en temperatur på ca 70°C. Om 10 minuter. Efter start av termostateringen tas några droppar av lösningen från varje provrör på ett urglas med en glasstav och brytningsindexet bestäms. Ta från varje provrör minst fem prover, noterar varje gång tid från början av polymerisationen.

Graden av monomeromvandling bestäms från tabellen nedan.

Beroende av brytningsindex n D på omvandlingsgraden (p) av styren

p,%	n D	p, %	n D	p, %	n D
	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

Initiatorkoncentration(i mol/l) hittas av formeln:

Där g är vikten av initiatorn (i g)

V – volymen av den polymeriserande blandningen (i detta fall – 5 ml)

M 1 – initiatorns molekylvikt (för AIBN M 1 = 164)

Tangensen för lutningsvinkeln för den resulterande räta linjen är lika med reaktionsordning enligt initiator.

KATJONISK POLYMERISERING AV STYREN

Polymerisation av styren kan ske på olika sätt, inklusive den katjoniska mekanismen. Oorganiska Lewis-syror används ofta som katalysatorer för katjonisk polymerisation - i detta fall TiCl 4 . Användningen av denna katalysator kräver att reaktionen utförs under förhållanden som utesluter inträngning av fukt - först och främst absolut torr utrustning.

Nydestillerad styren 3,5 ml

Titantetraklorid destillerad 1 ml

Dikloretan torr 70 ml

70 ml torr dikloretan placeras i en trehalsad kolv utrustad med omrörare, termometer och dropptratt och spolas med en inert gas under 3-5 minuter och kyls till 0 °C i ett bad med en kylande blandning.

Använd en torrpipett och tillsätt 1 ml TiCl 4 från en dropptratt i 15-20 minuter. Monomeren, styren, införs droppe för droppe, varvid man ser till att temperaturen inte överstiger 0 0°C. Efter införandet av monomeren omrörs blandningen i ytterligare 30 minuter och sedan tillsätts 80 ml alkohol (för att sönderdela reaktionsblandningen). Efter några minuter, dekantera försiktigt lösningsmedlet från den resulterande oljiga reaktionsprodukten, tillsätt ytterligare 10-15 ml alkohol och gnugga med en pinne tills den stelnar. Den fasta polymeren filtreras, tvättas med alkohol och torkas. Polymerutbytet och graden av monomeromvandling, såväl som katalysatorförbrukningen i g/g polymer bestäms.

Expanderbar polystyren (EPS), med ytbehandling av partiklar, framställs genom suspensionspolymerisation av styren i närvaro av pentan och bulkpolymerisation. Polystyren produceras i form av sfäriska partiklar (pärlor), vars yta är behandlad med olika ämnen som förbättrar polymerens bearbetbarhet under bearbetningen och ger den nya egenskaper (till exempel antistatiska egenskaper, icke-antändlighet).

Vid tillverkning av skummande polystyren är de viktigaste metoderna suspensionspolymerisation och bulkpolymerisation. Den mest moderna och effektiva är den andra metoden för att få IPN.

Bulkpolymerisation av skummande polystyren

Metoden att framställa polystyrener genom bulkpolymerisation (blockpolystyren) med ofullständig omvandling av monomerer är för närvarande en av de vanligaste på grund av dess höga tekniska och ekonomiska indikatorer. De flesta moderna industrier fungerar exakt enligt detta schema, eftersom det är den mest produktiva. Denna metod har ett optimalt kontinuerligt processflöde. Processen utförs i 2-3 enheter kopplade i serie med blandare; det sista steget av processen utförs ofta i en apparat av kolonntyp.

Den initiala reaktionstemperaturen är 80-100°C, sluttemperaturen är 200-220°C. Polymerisationen avbryts när graden av styrenomvandling är 80-90 %. Den oreagerade monomeren avlägsnas från smältan under vakuum och sedan med vattenånga tills styrenhalten i polymeren är 0,01-0,05%. Stabilisatorer, färgämnen, brandskyddsmedel och andra tillsatser läggs till polystyren och granuleras. Polystyren kännetecknas av hög renhet. Denna teknik är den mest ekonomiska (den involverar inte tvättning, dehydrering och torkning av fint dispergerade produkter) och är praktiskt taget avfallsfri (oreagerad styren returneras för polymerisation).

Att utföra processen tills ofullständig omvandling av monomeren (80-90%) tillåter användning av höga polymerisationshastigheter, kontroll av temperaturparametrar och säkerställer acceptabla viskositeter för det polymeriserade mediet. När man genomför processen till djupare grader av monomeromvandling blir det svårt att avlägsna värme från den mycket viskösa reaktionsmassan, och det blir omöjligt att utföra polymerisation i isotermisk form. Denna egenskap hos bulkpolymerisationsprocessen har lett till att ökad uppmärksamhet ägnats åt andra tillverkningsmetoder, och först och främst till suspensionsmetoden.

Suspensionspolymerisation

Suspensionspolymerisation är en konkurrerande teknisk process baserad på vinylmonomers låga löslighet i vatten och neutraliteten hos de senare i. Suspensionsproduktionsmetoden utförs i en reaktor det är en semi-kontinuerlig process, som kännetecknas av närvaron av ytterligare tekniska steg (skapande av ett reaktionssystem, isolering av den resulterande polymeren) och periodisk användning av utrustning vid polymerisationen; skede. Styren suspenderas i avmineraliserat vatten med användning av emulsionsstabilisatorer; Polymerisationsinitiatorn (organiska peroxider) löses i monomerdroppar, där polymerisation sker. Som ett resultat bildas stora granuler i en suspension av polymeren i vatten. Polymerisation utförs genom att gradvis öka temperaturen från 40 till 130°C under tryck under 8-14 timmar. Polymeren isoleras från den resulterande suspensionen genom centrifugering, varefter den tvättas och torkas. Sedan sorteras de efter kvalitet på vibrerande skärmar. I denna process underlättas värmeavlägsnande och blandning av systemkomponenter avsevärt.

Tillämplig:

vid produktion av polystyrenskumblock och plattor av olika konfigurationer av byggnader och lokaler för alla ändamål (väggar, tak, golv, lager, paviljonger, bostadshus, garage, källare, loggier);
vid tillverkning av förpackningar av komplexa former för olika enheter som kräver skydd mot stötar under lagring och transport;
vid tillverkning av fordonskomponenter;
vid produktion av polystyrenbetong - lättbetong baserad på cementbindemedel och skumpolystyrenfyllmedel, som används vid tillverkning av värmeisoleringsblock och plattor, monolitisk värmeisolering av vindar, tak, ytterväggar, golv, etc.;

Vid produktion av efterbehandlingsmaterial för taket - kakel, golvlister, rosetter;

för monolitisk bostadskonstruktion och skal för värmeisolering av rörledningar.
för tillverkning av polystyrenskum förgasade modeller som används vid metallgjutning.

Sampolymerer av styren med akrylnitril SAN

Sampolymeren av styren med akrylnitril (SAN) innehåller vanligtvis 24% av den senare, vilket motsvarar den anisotropa sammansättningen av blandningen av monomerer och gör det möjligt att erhålla en produkt med konstant sammansättning. SAN är överlägset i värmebeständighet, draghållfasthet, slaghållfasthet och motståndskraft mot sprickbildning i aggressiva vätskemiljöer, men sämre i dielektriska egenskaper och transparens. Kostnaden för SAN är betydligt högre än polystyren. Den ternära sampolymeren styren-akrylnitril-metylmetakrylat (SAM) har liknande egenskaper, men bättre transparens och motståndskraft mot UV-bestrålning; kostnaden är dock ännu högre än SAN.

SAN-sampolymerer framställs vanligtvis genom suspensions- eller emulsionspolymerisation, liknande framställningen av PS.

SAN-sampolymerer har högre kemisk beständighet och ythårdhet än homopolymerer. Källmaterialet har en gulaktig nyans och måste vara blåaktigt. Väderbeständigheten är god, vilket gör att den kan användas till exempel för beklädnad och i dyra hushållsapparater istället för ömtålig och inte frostbeständig polystyren för allmänt bruk.

Sampolymerer av akrylnitril, butadien och styren: ABS-plast

Sådana sampolymerer kallas "ABS-plaster". Det finns flera metoder för att framställa en polymer med tre enheter (terpolymer), men deras huvudprinciper framgår tydligt av följande exempel: 1) styren och akrylnitril tillsätts till en polybutadienemulsion, blandas och upphettas till 50°C; sedan tillsätts en vattenlöslig initiator såsom kaliumpersulfat och blandningen polymeriseras; 2) butadienakrylnitrillatex sätts till styrenakrylnitrillatex, blandningen koaguleras och spraytorkas.

Egenskaperna varierar kraftigt beroende på sammansättning och tillverkningsmetod. I allmänhet har dock ABS-plaster hög slaghållfasthet, kemisk beständighet och duktilitet; inte resistent mot metyletylketon och estrar.

ABS är mycket tekniskt avancerat och kan enkelt bearbetas genom både formsprutning och extrudering. Tillverkare tillverkar kvaliteter av ABS-plast med olika smältflödesindex, med ökad glans och matt. Tunna ark termoformas till burkar och brickor. ABS-plaster används i stor utsträckning vid tillverkning av hushållsapparater, där hög hållfasthet, hög glans, tillverkningsbarhet i målning med masterbatches, miljöneutralitet och värmebeständighet efterfrågas. Dekorativa beläggningar och design appliceras på produkter tillverkade av ABS-plast bättre än på polystyrenprodukter.

Produktionsteknik för polystyren

Inom industrin framställs polystyren genom radikalpolymerisation av styren. Metoder för att framställa polystyrener skiljer sig åt i arbetscykeln, produktavlägsnande per volymenhet och villkor för polymerisationsprocessen. Egenskaperna hos den resulterande polystyrenen beror på den specifika produktionsmetoden. Det finns 4 metoder för polymerisation av styren: polymerisation i massan (blocket) av monomeren, polymerisation av monomeren i en emulsion (främst framställning av ABS-plaster), suspensionspolymerisation (slagtålig polystyren och expanderad polystyren) och polymerisation i lösning (segmentsampolymerer av butadien och styren).

Vid framställning av polystyren för allmänt bruk är de huvudsakliga metoderna suspensionspolymerisation och bulkpolymerisation. Emulsionspolymerisation används i relativt liten skala.

För att erhålla slagtåliga sampolymerer av styren med gummi är den mest använda metoden blocksuspensionspolymerisation, där polymerisation först utförs i bulk (tills en omvandling av 20% - 40% uppnås), och sedan i en vattenhaltig dispersion.

Den allmänna trenden i utvecklingen av syntesteknologi är att öka kraften hos enskilda enheter, både på grund av en ökning av reaktionsvolymer och på grund av intensifieringen av synteslägen. För närvarande når produktiviteten för individuella syntesenheter 15-30 tusen ton polymer per år.

Bulkpolymerisation

Produktionsmetoden genom bulkpolymerisation med ofullständig omvandling av monomerer är för närvarande en av de vanligaste på grund av dess höga tekniska och ekonomiska indikatorer. I den inhemska industrin valdes bulkpolymerisationsmetoden som den viktigaste på 70-talet, och för närvarande produceras cirka 60% av produkterna med denna metod. Denna metod har ett optimalt processflödesdiagram. Processen utförs enligt en kontinuerlig krets i ett system med 2-3 enheter kopplade i serie med blandare; det sista steget av processen utförs ofta i en apparat av kolonntyp. Den initiala reaktionstemperaturen är 80-100°C, sluttemperaturen är 200-220°C. Polymerisationen avbryts när graden av styrenomvandling är 80 % - 90 %. Den oreagerade monomeren avlägsnas från polystyrensmältan under vakuum och sedan med vattenånga tills styrenhalten i polymeren är 0,01 % - 0,05 %.

Stabilisatorer, färgämnen, brandskyddsmedel och andra tillsatser läggs till polystyren och granuleras. Blockpolystyren kännetecknas av hög renhet. Denna teknik är den mest ekonomiska (den involverar inte tvättning, dehydrering och torkning av fint dispergerade produkter) och är praktiskt taget avfallsfri (oreagerad styren returneras för polymerisation). Genom att utföra processen tills ofullständig omvandling av monomeren (80% - 90%) gör det möjligt att använda höga polymerisationshastigheter, kontrollera temperaturparametrar och säkerställa acceptabla viskositeter för det polymeriserade mediet. När man genomför processen till djupare grader av monomeromvandling blir det svårt att avlägsna värme från den mycket viskösa reaktionsmassan, och det blir omöjligt att utföra polymerisation i isotermisk form. Denna egenskap hos bulkpolymerisationsprocessen har lett till att ökad uppmärksamhet ägnats åt andra tillverkningsmetoder, och först och främst till suspensionsmetoden.

Suspensionspolymerisation

Suspensionspolymerisation är en konkurrerande teknologisk process som utvecklas parallellt med bulkpolymerisation och är baserad på vinylmonomers låga löslighet i vatten och neutraliteten hos de senare i. Processen används för att tillverka specialkvaliteter av polystyren, främst expanderad polystyren. Suspensionsproduktionsmetoden är en semi-kontinuerlig process och kännetecknas av närvaron av ytterligare tekniska steg (skapande av ett reaktionssystem, isolering av den resulterande polymeren) och periodisk användning av utrustning vid polymerisationssteget.

Processen utförs i reaktorer med en volym av 10-50 m 3, utrustade med en omrörare och en mantel. Styren suspenderas i avmineraliserat vatten med användning av emulsionsstabilisatorer; Polymerisationsinitiatorn (organiska peroxider) löses i monomerdroppar, där polymerisation sker. Som ett resultat bildas stora granuler i en suspension av polymeren i vatten. Polymerisation utförs genom att gradvis öka temperaturen från 40 till 130°C under tryck under 8-14 timmar. Polymeren isoleras från den resulterande suspensionen genom centrifugering, varefter den tvättas och torkas. Lagarna för suspensionspolymerisation ligger nära polymerisationslagarna i monomermassan, men värmeavlägsnandet och blandningen av systemkomponenterna underlättas avsevärt.

Emulsionspolymerisation

Vid framställning av polystyren har emulsionsmetoden för polymerisation inte fått sådan utveckling som polymerisation i massa eller suspension. Detta beror på det faktum att emulsionspolymerisation ger en produkt med för hög molekylvikt. Oftast är det för efterföljande bearbetning nödvändigt att rulla den eller minska dess molekylvikt med någon annan metod. Den huvudsakliga riktningen för dess tillämpning är produktionen av en mellanprodukt för efterföljande produktion av polystyrenskum med hjälp av extruderingsmetoden. Emulsionspolymerisationssystemet innehåller styren, vatten som ett dispersionsmedium, en vattenlöslig initiator (kaliumpersulfat), en jonisk. emulgeringsmedel och olika tillsatser, särskilt sådana som är utformade för att reglera miljöns pH.

Polymerisation sker i emulgatormiceller som innehåller monomer. Den resulterande polymeren är en högdispergerad suspension (latex), olöslig i vatten. Systemet som helhet är multikomponent vilket gör det svårt att isolera polymeren i dess rena form. Därför används olika metoder för att tvätta den. Användningen av metoden minskar successivt, eftersom det handlar om en stor mängd avloppsvatten.

Khimich Irina

Syntetiska polymerer

Under 1900-talet var uppkomsten av syntetiska högmolekylära föreningar - polymerer - en teknisk revolution. Polymerer används mycket inom en mängd olika praktiska områden. Baserat på dem skapades material med nya och på många sätt ovanliga egenskaper, betydligt överlägsna tidigare kända material.

Polymerer är föreningar vars molekyler består av repeterande enheter - monomerer.

Känd naturliga polymerer . Dessa inkluderar polypeptider och proteiner, polysackarider och nukleinsyror.

Syntetiska polymerer erhålls genom polymerisation och polykondensation (se nedan) av monomerer med låg molekylvikt.

Strukturell klassificering av polymerer

a) linjära polymerer

De har en linjär kedjestruktur. Deras namn kommer från namnet på monomeren med tillägg av prefixet poly-:

b) nätverkspolymerer:

c) nätverk tredimensionella polymerer:

Genom gemensam polymerisation av olika monomerer erhålls sampolymerer . Till exempel:

De fysikalisk-kemiska egenskaperna hos polymerer bestäms av polymerisationsgraden (n-värde) och polymerens rumsliga struktur. Dessa kan vara vätskor, hartser eller fasta ämnen.

Fasta polymerer beter sig annorlunda när de värms upp.

Termoplastiska polymerer– smält vid uppvärmning och efter kylning, ta vilken form som helst. Detta kan upprepas ett obegränsat antal gånger.

Termohärdande polymerer– Det är flytande eller plastiska ämnen som vid upphettning stelnar till en given form och inte smälter vid ytterligare uppvärmning.

Reaktioner av polymerbildningspolymerisation

Polymerisation - Detta är den sekventiella tillsatsen av monomermolekyler till slutet av den växande kedjan. I det här fallet ingår alla monomeratomer i kedjan, och ingenting frigörs under reaktionen.

För att starta polymerisationsreaktionen är det nödvändigt att aktivera monomermolekylerna med hjälp av en initiator. Beroende på typ av initiativtagare finns det

radikal,

katjonisk och

anjonisk polymerisation.

Radikal polymerisation

Ämnen som kan bilda fria radikaler under termolys eller fotolys används som initiatorer av radikalpolymerisation, dessa är oftast organiska peroxider eller azoföreningar, till exempel:

När de värms upp eller belyses med UV-ljus bildar dessa föreningar radikaler:

Polymerisationsreaktionen inkluderar tre steg:

Initiering,

Kedjetillväxt

Circuit break.

Exempel - polymerisation av styren:

Reaktionsmekanism

a) initiering:

b) kedjetillväxt:

c) öppen krets:

Radikalpolymerisation sker lättast med de monomerer i vilka de resulterande radikalerna stabiliseras genom inverkan av substituenter vid dubbelbindningen. I det angivna exemplet bildas en radikal av bensyltyp.

Radikal polymerisation ger polyeten, polyvinylklorid, polymetylmetakrylat, polystyren och deras sampolymerer.

Katjonisk polymerisation

I detta fall utförs aktiveringen av monomera alkener av protiska syror eller Lewis-syror (BF 3, AlCl 3, FeCl 3) i närvaro av vatten. Reaktionen sker som en elektrofil addition vid en dubbelbindning.

Till exempel polymerisation av isobuten: