Реферат: Анализ и технологическая оценка химического производства

Полимеризация — процесс образования высокомолекулярных сое­динений в результате взаимодействия мономеров с двойными связями в молекуле между собой или взаимодействия гетероциклов с размы­канием колец

При проведении полимеризации совмещают воздействие тепла и химических веществ (катализаторы или инициаторы). Процесс полиме­ризации может вызываться облучением мономера γ-лучами, лучами рентгена, токами высокой частоты и фотохимически.

На процесс полимеризации большое влияние оказывает температу­ра, которая резко повышает или скорость роста цепи, или обрыв цепи полимера, что ведет к уменьшению молекулярного веса полимера и средней степени полимеризации, поэтому поддерживают оптимальную температуру процесса.

В описанных процессах полимеризации, как правило, образуются полимеры аморфной структуры с неупорядоченным пространственным расположением боковых групп вдоль оси макромолекулы.

Применение комплексных катализаторов, состоящих из металлоорганических соединений А1(С₂ Н₅ )₃ и хлоридов металлов переменной валентности (TiCI₂ , TiCl₄ ), обеспечивает получение полимеров со строго линейной структурой и симметричной пространственной ори­ентацией. Такие полимеры получили название стереорегулярных. Они имеют большую прочность, плотность, высокую температуру плавления и легко ориентируются при вытягивании.

В промышленности применяют блочную, эмульсионную, лаковую, капельную или бисерную полимеризации.

При блочном методе мономер, очищенный от примесей и смешанный с катализатором или инициатором, подается в форму (сосуд), где нагревается. Для получения полимера с высокими свойст­вами необходимо строго поддерживать температуру. Полимер, полу­чаемый в виде блока листа и т. п., из-за перегрева реакционной массы неоднороден.

При эмульсионной полимеризации мономер сме­шивается с инициатором и эмульгатором и с помощью мешалок пре­вращается в мельчайшие капельки, взвешенные в другой жидкости — обычно в воде. Полученные эмульсии нагреваются до температуры начала реакции, и процесс полимеризации мономера в каждой мель­чайшей капельке проходит самостоятельно. При этом можно легко от­водить тепло, выделяемое в процессе полимеризации, поэтому полу­чаемый полимер более однороден. Но эмульгатор трудно отделить от полимера, что затрудняет получение бесцветных материалов.

Лаковая полимеризация осуществляется в раство­рителе, смешивающемся с мономером и растворяющем образующийся полимер. Из полученного раствора полимер выделяют путем испарения растворителя или осаждением, или раствор может использоваться и качества лака. Кроме того, полимеризацию можно проводить в раство­рителе, в котором растворяется мономер, но не растворяется полимер. Образующийся полимер выпадает в твердом виде и отделяется фильтро­ванием. При этом получаются полимеры однородного состава, так как удается поддерживать определенную температуру процесса.

При капельной (суспензионной) полимери­зации используются инициаторы, растворимые в мономере, но не растворимые в воде. Полимеризация проходит самостоятельно в каж­дой крупной капле мономера размером от 0,05 до 0,3 см в отличие от размера капли (от 10³ до 10⁴ см) при эмульсионной полимеризации. Образовавшийся полимер в виде твердых частичек, не растворимых в воде, осаждается.

Если при получении полимеров участвуют два различных ненасы­щенных мономера, то такой процесс называется сополимеризацией. Метод сополимеризации позволяет увеличить число высокомолекуляр­ных соединений, широко варьировать свойства получаемых продуктов. Процессы сополимеризации аналогичны процессам полимеризации.

Образование полимеров из мономеров при проведении процессов полимеризации или сополимеризации происходит без выделения по­бочных продуктов.

Поликонденсация — процесс образования высокомолекулярных сое­динений — полимеров путем реакции поликонденсации, с образова­нием полимеров и выделением побочных продуктов (H₂ O, эфиры, NH₃ СО₂ и др.). В реакцию поликонденсации вступают как одноимен­ные мономеры, содержащие две различные реакционные группы, например аминокислоты (процесс гомополиконденсации), так и мо­номеры различного химического состава (процесс гетерополиконденсации).

При поликонденсации образующиеся полимеры могут иметь как линейное (полиамиды, полиэфиры, поликарбонаты), так и трехмерное строение (аминопласты, фенопласты). Скорость процесса поликонден­сации и молекулярный вес полимера зависят от скорости вывода обра­зующегося в процессе реакции побочного продукта, от температуры, концентрации реагирующих компонентов. Поликонденсацию прово­дят как с использованием катализаторов (аминопласты, фенопласты), так и без них (полиамиды). Процесс поликонденсации можно прово­дить в расплаве, по лаковому способу и на поверхности двух фаз.

Поликонденсацию в расплаве осуществляют при температуре 200—280°С в реакторе в атмосфере инертного газа. В конце процесса для полного удаления низкомолекулярных соедине­ний в реакторе создается высокий вакуум. Этим способом получают полимеры в отсутствие растворителя.

Поликонденсация в растворе (мономеры раство­ряются в растворителе) проходит при малых скоростях, так как могут образовываться циклические соединения, и тогда затрудняется удале­ние низкомолекулярных продуктов реакции.

Полимеризация на поверхности раздела фаз проводится в несмешивающихся жидкостях, при этом взаимо­действие мономеров между собой происходит быстро при низких тем­пературах, так как выделяемые продукты выводятся из сферы реак­ции. Образующиеся высокоплавкие полимеры имеют высокий молеку­лярный вес. Такой способ получения полимера можно совместить с переработкой полимера в изделие.

Кроме основных методов получения высокомолекулярных соедине­ний, находят применение методы блок- и привитой полимеризации.

В технике высокомолекулярные соединения являются основой для получения синтетических полимерных материалов. Большое зна­чение из полимерных материалов имеют пластические массы, каучук и резина, химическое волокно, пленочные материалы, лаки, целлю­лоза и др.

5.Производство химических волокон

Волокнами называют тела, длина которых во много раз превышает очень малые (микроны) размеры их поперечного сечения.

По происхождению волокна делят на природные натуральные и химические.

Химические волокна разделяют на искусственные, получаемые из природных полимерных соединений, и синтетические, получаемые из полимеров. Особую группу составляет стеклянное волокно.

Искусственные волокна делят на целлюлозные (вискозные, медно-аммиачные, ацетатные) и белковые (казеиновые, соевобовые), а син­тетические — на карбоцепные и гетероцепные. К карбоцепным волокнам относят: хлорин, нитрон, политен, виньон, саран, винол и др., а к гетероцепным — полиамидные, полиэфирные, полиуретановые и др.

Для получения химических волокон применяются различные ме­тоды, имеющие много общего; но вместе с тем каждый метод имеет и свои особенности. Независимо от применяемого сырья технология изготовления волокон складывается из следующих стадий:

а) получение исходного материала;

б) приготовление прядильной массы;

в) формирование волокна;