СРСП 5 ФХП. Способы проведения полимеризации
 Скачать 11.51 Kb.
|
|
Алматинский Технологический Университет Специальность: технология и конструирование изделий легкой промышленности Группа: ТиКИЛП 22-21 Дисциплина: физика и химия полимеров РЕФЕРАТ Тема: Способы проведения полимеризации Выполнила: Курданова Л. Проверил; Болосхаан С. Алматы, 2023 ПЛАН: Полимеризация в массе Полимеризация в растворе Полимеризация в суспензии Полимеризация в эмульсии ВВЕДЕНИЕ: Выбор способа полимеризации определяется конкретными требованиями, которые предъявляют к продукту полимеризации, а также природой полимеризуемого мономера, используемого инициатора и задачами, которые ставятся при осуществлении полимеризации. На практике обычно используют четыре способа проведения полимеризации: в блоке (или в массе), в растворе, в эмульсии и в суспензии (иногда суспензионную полимеризацию называют капельной или бисерной). ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ: ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ В МАССЕ Полимеризация в массе – это способ проведения полимеризации, при котором исходный мономер находится в жидкой фазе в неразбавленном виде. Механизм блочной полимеризации может быть различным в зависимости от природы возбудителя процесса и мономера: радикальным, ионным и координационно-ионным. Инициированная полимеризация является одним из наиболее распространенных методов радикальной полимеризации в промышленности, однако в ряде случаев, например, при получении полистирола, осуществляют термополимеризацию. В качестве инициаторов 8 используют органические перекиси, а также азо- и диазосоединения, при ионной полимеризации – щелочные или щелочноземельные металлы, кислоты, катализаторы Фриделя-Крафтса, Циглера-Натта и другие соединения. Об этом, в частности, необходимо помнить, если полимер в дальнейшем будет использован в изделиях медикобиологического назначения. Реакционная система при полимеризации в массе может быть гомогенной и гетерогенной. Если образующийся в ходе полимеризации полимер растворим в мономере в условиях процесса, то в конце его образуется концентрированный раствор полимера в мономере, либо расплав полимера. Это гомогенный процесс. При гетерогенном процессе полимер не растворяется в собственном мономере, а образует отдельную жидкую или твердую фазу. Помимо мономера и возбудителя полимеризации реакционная система может включать в себя различные добавки: регуляторы молекулярной массы, в качестве которых используют меркаптаны, стабилизаторы – амины, фенолы, сложные эфиры пирокатехинфосфористой кислоты и др. Некоторые из вводимых в систему компонентов оказываются химически связанными с полимером, а другие, например, стабилизаторы (антиоксиданты) механически связаны с компонентами композиции и могут мигрировать на поверхность полимерного материала и, следовательно, поступать в контактирующие с изделиями среды (воздух, воду, пищевые продукты). ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ В РАСТВОРЕ Полимеризацией в растворе называется способ проведения полимеризации, при котором исходный мономер находится в жидкой фазе в растворенном виде. Исходными компонентами полимеризации в растворе являются: - мономер, - инициатор (возбудитель), - растворитель. Отметим некоторые особенности каждого из них. Мономеры могут быть использованы либо жидкими, либо газообразными. В последнем случае мономер растворяется в реакционной среде, где находится инициатор полимеризации, и одновременно вступает в реакцию. Такими мономерами являются, например, этилен, формальдегид, пропилен и др. Возбудители полимеризации можно использовать радикального типа, ионного и координационно-ионного. Инициаторы радикальной полимеризации растворяют в реакционной среде, ионные инициаторы и координационные катализаторы либо растворяют, либо суспендируют. Основное назначение растворителя – снижение вязкости системы, что облегчает перемешивание реакционной массы, и отвод от нее избыточного тепла. Интенсивное перемешивание обеспечивает стационарный тепловой режим и высокую скорость реакции. Вопрос выбора растворителя является очень важным. Влияние растворителя на процесс, молекулярную массу, ММР полимера связано с типом применяемого возбудителя полимеризации. В реакциях, инициируемых радикалами, большая часть применяемых растворителей участвует в процессах передачи цепи и тем в большей степени, чем ниже концентрация мономера в растворителе. При ионно-координационной полимеризации в растворе получаются высокомолекулярные полимеры, что обусловлено особенностями механизма каталитического воздействия применяемых катализаторов. Например, при получении полиэтилена высокого давления в массе (трубчатый реактор) молекулярная масса достигает 80000- 500000, а при получении в среде органического растворителя (бензина) в присутствии каталитической системы: диэтилалюминийхлоридтетрахлорид титана (катализатор Циглера-Натта) молекулярная масса достигает 800000. Различают два варианта полимеризации в растворе: 1) полимер и мономер растворимы в растворителе, гомогенный способ, называемый также лаковым. Конечным продуктом является раствор полимера, который может быть непосредственно применен в виде лака, клея, адгезива, изолирующих покрытий или для пропитки. В промышленности он реализуется, например, для получения полиакрилатов, полиметилакрилатов, поливинилацетата; 38 2) гетерогенный вариант (осадительная полимеризация). Благодаря легкости отделения полимера от растворителя нашел значительное применение. Технически ценной разновидностью этого варианта является полимеризация растворенного мономера под действием диспергированных или гранулированных твердых катализаторов (Циглера-Натта), например, данный вариант реализуется при получении полиэтилена, полипропилена ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ В СУСПЕНЗИИ Суспензионной полимеризацией называют полимеризацию, протекающую в каплях мономера, диспергированного в жидкой среде. При этом капли мономера постепенно превращаются в твердые полимерные частицы (порошок, гранулы, бисер или жемчуг). Поэтому суспензионную полимеризацию называют также гранульной, бисерной или жемчужной. Основными компонентами суспензионной полимеризации являются: мономер, инициатор, стабилизатор и дисперсионная среда. Необходимым фактором для осуществления процесса является интенсивное перемешивание. Мономеры, используемые для суспензионного варианта получения полимера, – это водонерастворимые мономеры: стирол, винилацетат, эфиры акриловой и метакриловой кислот. Инициаторы используют растворимые в мономере, т.е. практически те же, что и при полимеризации в массе. В связи с этим капля мономера представляет по существу микроблок, поэтому имеется большое сходство кинетических закономерностей полимеризации в массе и в капле мономера. Назначение стабилизатора – обеспечение устойчивости эмульсии мономера в начальной стадии суспензионной полимеризации, предотвращение слипания полимерно-мономерных частиц в середине процесса и стабилизация суспензии на заключительной стадии. В качестве стабилизаторов используют гидрофильные полимеры: поливиниловый спирт, полиакриловую кислоту, крахмал; или же неорганические соединения: окись алюминия, окись магния, тальк, тонкодисперсную глину. Дисперсионная среда – это вода, основное назначение которой разделять капли мономера и служить эффективным переносчиком тепла. Поэтому экзотермичность реакции не представляет проблем. Обычно вода для суспензионной полимеризации подвергается тщательной очистке, дистилляции, деминерализации. Такие высокие требования к воде объясняются тем, что находящиеся в ней примеси загрязняют полимер, снижая его физико-механические показатели. Одним из критериев чистоты воды является ее удельное объемное сопротивление не менее 105 Ом·см. ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ В ЭМУЛЬСИИ Эмульсионная полимеризация была разработана в конце 19 века как попытка воспроизведения условий образования полимерного вещества в природных каучуконосах. С 30-х годов нашего столетия этот метод утвердился как ведущий в производстве синтетического каучука. Эмульсионная полимеризация – это способ полимеризации мономера, диспергированного в жидкой среде в виде капель размером 103 -104 нм. Она приводит к образованию латекса со средним размером частиц около 50-100 нм. Синтетические латексы – это коллоидные растворы полимера, аналогичные латексу натурального каучука. Благодаря данному сходству эмульсионную полимеризацию называют также латексной. Основными компонентами эмульсионной полимеризации являются: мономер, инициатор, дисперсионная среда, эмульгатор. Необходимый фактор осуществления реакции – интенсивное перемешивание. Отметим особенности каждого компонента. Для полимеризации в эмульсии используются сопряженные диеновые мономеры, а также стирол, винилацетат, винилхлорид, акрилаты и др. Необходимое требование для инициаторов – их растворимость в воде. В качестве инициаторов используются перекись водорода, персульфаты и др. Дисперсионная среда – это вода, занимающая от 30 до 60 % объема системы. Неотъемлемой составной частью системы является эмульгатор. Он вводится для облегчения эмульгирования мономера и повышения агрегатной устойчивости синтезированных латексов. Эмульгаторы – соли высших жирных кислот (мыла), соли органических сульфокислот, синтетические моющие средства или другие поверхностно-активные вещества. Действие эмульгаторов заключается в понижении поверхностного натяжения на границе раздела фаз мономер-вода. Однако роль эмульгатора этим не ограничивается. В отсутствие эмульгатора дисперсия капель мономера в воде, полученная перемешиванием, сразу же после остановки мешалки снова разделяется на два слоя. Вследствие высокого натяжения на 46 границе двух фаз, стремящегося уменьшить поверхность раздела, капли сливаются в сплошную массу, т.е. происходит их коалесценция. Однако, если добавить эмульгатор, последний адсорбируется на поверхности капель, образуя прочный защитный слой, препятствующий коалесценции. При этом углеводородная цепь молекул мыла, обладающая гидрофобным характером, обращена к мономерной фазе, а гидрофильная солеподобная группа – к воде. Устойчивость появляющегося таким образом “частокола” обусловлена двойным характером молекул мыла: тем, что они обладают сродством как к диспергированным частицам мономера, так и к дисперсионной фазе. ЛИТЕРАТУРА И ИСТОЧНИКИ: Т. С. Усачева. Общая химическая технология полимеров. Иваново, 2006 В о л ь ф с о н С.А. Основы создания технологического процесса получения полимеров. М.: Химия, 1987 Технология пластических масс/ Под ред. В.В.Коршака. 3-е изд. М.: Химия, 1985 |