1.3. Виробництво полімеризаційних полімерів
З полімеризаційних полімерів широко використовуються поліетилен, полістирол, поліхлорвініл і його сополімери, фторпохідні поліетилену, поліакрилати, поліпропілен, поліізобутилен, полівінілацетат, поліформальдегід і ін.
Розглянемо особливості одержання полімеризаційних полімерів на прикладі поліетилену.
Поліетилен одержують у промисловості полімеризацією газоподібного етилену високої чистоти. Джерелом етилену служать головним чином гази нафтопереробки.
Полімеризація етилену протікає по реакції n(СН2=СН2) → (—СН2—СН2)n і здійснюється декількома способами: при високих тисках (100...200 МПа) і температурі (180...200 °С) у присутності кисню (0,005...0,05 %) або перекисів; при середньому тиску (3...7 МПа) у присутності оксидних каталізаторів (Сr2О3, СrО3 і ін.); при низькому тиску (0,2...0,6 МПа) у присутності металоорганічних каталізаторів (чотирьоххлористого титану і триетилалюмінію).
Першим способом одержують поліетилен відносно низької щільності (920...930 кг/м3) з молекулярною масою 15000...35000, температурою розм'якшення 105... 120 °С і межею міцності на розрив 12...16 МПа; другим і третім способами— поліетилен високої щільності (940...950 кг/м3) з молекулярною масою 25000...100000, температурою розм'якшення 120... 135 °С і межею міцності на розрив 22...40 МПа.
Схема виробництва поліетилену при високому тиску безперервним методом представлена на рис 1.
Рис. 1. Схема установки для одержання поліетилену безперервним методом при високому тиску:
1, 6, 9, 16, 18 — фільтри; 2 — компресор; З — водяний холодильник; 4, 8 — відділювачі мастила; 5— буферна ємність; 7 — компресор на 150— 170 МПа; 10— реактор; 11 — газовіддільник; 12— шнековий приймач; 13— ванна для поліетилену; 14— фільтр-пастка; 15— циклон; 17— скрубер
Етилен (суміш свіжого і зворотного) проходить крізь фільтр 1 із тканини для очищення від механічних домішок, змішується з киснем, надходить у чотириступінчатий компресор 2, де стискується до 35 МПа і охолоджується у водяному холодильнику 3. Стиснутий етилен проходить систему очисників — відділювачів мастила 4, буферну ємність 5, фільтр 6— і подається в одноступінчатий компресор 7, де стискається до 150—170 МПа, знову очищається в відділювачі мастила 8 та фільтрі 9. Очищений стиснутий етилен надходить у трубчастий реактор 10, конструкція якого дозволяє підтримувати оптимальний режим процесу. Отриманий у реакторі полімер і непрореагований етилен надходять у газовідділювач 11, потім у шнековий приймач 12, де тиск знижують до 0,5 МПа. Поліетилен зі шнекового приймача видавлюється у вигляді джгута, охолоджується і гранулюється у ванні. Непрореагований етилен очищають і повертають у процес.
Полістирол одержують полімеризацією стиролу лаковим, емульсійним і блоковим способом за реакцією:
Полівінілхлорид одержують головним чином полімеризацією вінілхлориду в емульсії або суспензії у водному середовищі в присутності невеликих кількостей емульгаторів і ініціаторів:
З полімерів, які містять фтор, найбільше промислове значення мають фторопласт-4, що одержують з тетрафторетилену, і фтороп-ласт-3, що одержують із трифторетилену F2C - CFC1. Поліформальдегід (—Н2С—0—)п отримують полімеризацією газоподібного формальдегіду в розчиннику— толуолі.
Серед усіх полімеризаційних полімерів поліетилен є полімером універсального призначення. Він має високу хімічну стійкість, діелектричні властивості, водонепроникність, здатність подовжуватися при витягуванні в 3...5 разів, міцність на удар та при вигинанні. Поліетилен легко переробляється у вироби і напівфабрикати: тонкі плівки, стрічки, аркуші, нитки, прутки, бруски, труби і т. п.
Застосовується поліетилен у хімічній промисловості як самостійний конструкційний матеріал (труби, шланги, деталі арматури), так і у вигляді різних захисних антикорозійних плівок, футерувальних пластин, хімічного лабораторного посуду, а також як гідроізоляційний і пакувальний матеріал. Типова структура споживання поліетилену: понад 50 % — як електроізоляцію проводів і кабелів, близько 20 % — у виробництві труб, 15%-на одержання плівки і листових матеріалів і близько 15 %— на інші потреби.
Одним з найпоширеніших у світовому виробництві пластмас є також полівінілхлорид: це високоміцний, негорючий, хімічно стійкий і механічно міцний полімер, з гарними механічними, хімічними, експлуатаційними властивостями. Високою економічністю відрізняється полістирол. Полімери, що містять фтор, незважаючи на високу собівартість, широко застосовуються в ракето-, авіа-, суднобудуванні, приладобудуванні і т. п. Фторопласти мають виняткову стійкість до дії сильно корозійних середовищ: кислот, лугів, окисників; вони мають низький коефіцієнт тертя, чудові діелектричні властивості. Фторопластові вироби (підшипники, вкладиші, електроізолятори, деталі контрольно-вимірювальних приладів) тривалий час працюють в умовах агресивних середовищ і в широкому інтервалі температур від -190 до +260 °С.
В останні роки асортимент пластмас полімеризаційного типу поповнився новим матеріалом — поліформальдегідом і сополімерами формальдегіду.
Поліформальдегід відрізняється високою механічною міцністю, теплостійкістю і твердістю, гарними діелектричними властивостями і легко переробляється у вироби. Широко застосовується в багатьох галузях техніки.
До полімеризаційних полімерів відносять також поліакрилові полімери, полівінілацеталі, поліпропілен і багато інших. Асортимент цих полімерів невпинно збільшується і поповнюється.