Методи синтезу полімерів

Метод полімеризації. Реакцією полімеризації називається процес з'єднання багатьох молекул мономера в одну велику молекулу полімера, за рахунок розриву подвійних зв'язків або розкриття циклу. Побічні продукти реакції при цьому відсутні.

Для одержання полімерів необхідних властивостей застосовується також сополімеризація, тобто спільна полімеризація двох і більше різних мономерів.

Процеси полімеризації здійснюються в блоці (або в масі), в розчині, в емульсії і суспензії (краплинна або бісерна полімеризація).

При блоковій полімеризації полімер утворюється в середовищі мономера, і в міру зростання концентрації полімеру в'язкість середовища збільшується, що обумовлює його нерівномірне нагрівання і неоднорідний склад. Цим методом одержують листові матеріали з полістиролу, поліетилену, поліметилметакрилату, натрійбутадієнового каучуку і т. п.

При полімеризації в емульсії мономер змішується з ініціатором і емульгатором у воді (частки мономера знаходяться в завислому стані), при нагріванні в полімер перетворюються емульсії. Емульсійний спосіб простий, дає полімер більш однорідного складу, ніж блоковий, та застосовується при одержанні полівінілхлориду, полістиролу, деяких марок і різних сополімерів бутадієну, вінілацетату, акрилонітрилу й ін.

Полімеризація в розчині здійснюється із застосуванням речовин, у яких розчиняються мономер і полімер або тільки мономер. У першому випадку одержують розчин полімеру, що застосовують як лак, або виділяють з нього полімер випаровуванням розчинника. В другому випадку полімер випадає у вигляді осаду з розчину і відокремлюється фільтруванням. Одержувані полімери відрізняються однорідністю складу (полівінілацетат, полібутилакрилат і ін.).

Краплинна або суспензійна полімеризація полягає в тому, що мономер рівномірно розподіляється (диспергується) у воді; ініціатори полімеризації, застосовувані при цьому, розчиняються в мономері, але нерозчинні у воді.

Полімеризація відбувається в кожній великій краплі мономера розміром 0,05...0,3 см (на відміну від емульсії, де розмір краплі складає 10^-4...10^-3 см). Полімер утворюється у вигляді твердих часток, що не розчиняються у воді, і відокремлюється фільтруванням.

Метод поліконденсації. Реакцією поліконденсації називається утворення високомолекулярної сполуки внаслідок взаємодії великої кількості молекул двох або кількох різних мономерів з одночасним виділенням побічних низькомолекулярних продуктів реакції (Н₂О, NH₃, HC1, СО₂ та ін.)

Полімери, що утворюються при поліконденсації, мають як лінійну (поліаміди, поліефіри, полікарбонати), так і просторову структуру (амінокислоти, фенолоальдегідні смоли). Здійснюється процес поліконденсації в розплаві, в розчині і на поверхні двох фаз.

Сировина для синтезу полімерів. Для проведення процесів, синтезу полімерів необхідні різні мономери, що одержують на основі продуктів переробки деревини і паливних копалин: кам'яного вугілля, нафти, природних і нафтових супутніх газів.

Різноманіття продукції промисловості органічного синтезу обумовлює необхідність у досить різноманітних сировинних матеріалах. Так, наприклад, асортимент тільки основних видів пластмас налічує багато десятків найменувань. Сировина для виробництва включає більш як 300 різних хімічних продуктів і напівпродуктів.

Сировину для виробництва полімерів можна умовно розділити на такі групи: коксохімічна – бензол, фенол, ксилоли, крезоли, резорцин, фенантрен, ацетанафтен, етилен, нафталін; нафтохімічна, що одержується при переробці нафти, нафтопродуктів і побічних газів нафтовидобутку, – етилен, пропілен, бутилен, ацетилен, бензол, фенол, ацетон; сировина, одержувана при переробці природного газу, – ацетилен, метанол, аміак, карбамід; мінеральна сировина – хлор, сірчана кислота, оксид кальцію; рослинна сировина – целюлоза, фурфурол і ін.

Нафтохімічна сировина і продукти переробки природних газів складають 90...95% від загального обсягу сировини усіх видів.