Реакция этанның түзілуімен жүреді.

Дәріс материалдарын игергеннен кейін білуге қажетті негізгі түсініктер: тотығу процестерінің жіктелуі, фенол және терефтал қышқылының өңдірісі. Этиленоксид, акролеин өңдірісі, гидратациялау, теориялық негіздері, спирттерді күкіртқышқылды және тура гидратациялаумен алу

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Тотығу процесінің теориялық негіздерін атаңыз

2. Фенолмен ацетонның өңдірісі процесс келтіріңіз

3. Қандай спиртбутена-1 гидраттауында түзіледі?

4. Этиленнің күкіртқышқылды гидраттаудың химиялық схемасын келтіріңіз

Ұсынылған әдебиеттер:

1 Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. –М.: Химия, 1988. 338-431б.

2 Белов П.С. Основы технологии нефтехимического синтеза. –М.: Химия, 1982. 478-503 б.

Дәріс 24 - Оттегісі бар өнімдер өндірісінің теориялық негіздері.

Дәріс жоспары:

1. Бетті-активті заттар туралы түсінік. БАЗдың құрылымы

2. Анионактивті бетті активті заттар

3. Катионактивті бетті активті заттар

4. Неионогенді бетті активті заттар

5. Амфотерлі бетті активті заттар

1. Беттік–активті заттар молекулалары іртекті емес, екі бөліктен тұратын молекуладан құралады: активті полюсты топтардан және көмірсутекті радикалдардан, яғни полюссыз, суды жұқтырмайтын әрекеттеспейтін топтардан тұратын молекулалардан құралады. Адсорбциялық қабатта БАЗ концентрациясы сұйық көлеміндегіден бірнеше есе жоғары, сондықтан тіпті аз мөлшерде БАЗ судың ауамен шекарасындағы беттік тартылысын 72,8·10^-3 ден 25·10^-3 Дж/м² қа дейін төмендетеді.

Ерітіндегі БАЗ күйіне тәуелді шынайы еритін (молекулярлы - диспергирленген) және коллоидты БАЗ деп шартты түрде бөледі. БАЗң екі тобы да фазалық шекараларда адсорбцияланады, яғни ерітінділерде беттік активтілікті көрсетеді, ал коллоидты фаза пайда болуымен байланысты көлемдік қасиеттерді тек коллоидты БАЗ көрсетеді. Екі топ гидрофильді - липофильді баланс (ГЛБ) деп аталатын өлшемсіз шамаларының мәнімен ажыратылады және мына қатынаспен анықталады:

Мұндағы - БАЗ молекулаларының полярлы емес бөлігінің көмірсутектік сұйыққа тартқыштығы (b-БАЗ табиғатына тәуелді өлшемсіз шама, - бір CH₂ тобына есептелген әрекеттесудің еркін энергиясы, v-көмірсутектік радикалдағы CH₂ топ саны), a-полярлы топтың суға тартқыштығы, m индекстері тартқыштың минимальды мәндеріне сәйкес болады. Коллоидты БАЗ үшін (b немесе . Әртүрлі коллоидты БАЗр үшін радикалдағы көміртегі атомдарының минималды саны 8-12 шегінде жатады, яғни коллоидты БАЗр едәуір үлкен көмірсутектік радикалдары бар.

Шынайы ерігіш БАЗ үшін беттік активтілік туындының максималды мәніне тең

және с 0 болғандағы адсорбция изотермасының S(c) бастапқы бөлігімен өлшенеді (Г-беттік бірлігімен адсорбцияланған БАЗң моль саны, R-газ тұрақтысы, T – абсолюттік температура).

2. Анионактивті БАЗ молекуласында бір немесе бірнеше полярлы топтар болады және сулы ерітіндіде олардың беттік активтігін анықтайтын ұзын тізбекті аниондарды түзе отырып диссоцияланады. Бұл топтар: COOH(M), OSO₂OH(M), SO₃H(M), мұндағы M-металл (бір-, екі- немесе үшвалентті). Молекуланың гидрофобты бөлігі қаныққан және қанықпаған алифатты тізбектер немесе алкилароматты радикалдар болады. Анионактивті БАЗң 6 тобы бар.

1) карбон қышқылдары туындылары (сабындар): RCOOM, ROOC(СН₂)_nСООМ.

2) Біріншілік және екіншілік алкилсульфаттар ROSO₃M, R'R:CHOSO₃M

3)Алкил- және алкилбензолсульфонаттар RSO₃M, RC₆H₄SO₃M.

4) Спирттердің сульфо- және карбоксиэтоксилаттары RO(C₂H₄O)_nSO₃M, RO(C₂H₄O)_nCH₂COOM.

5) Құрамында азоты бар БАЗр: амидосульфонаттар RCONR'—R:—SO₃M, сульфокарбон қышқылдарының амидтері RR'NOC—R:—SO₃M.

6) Перфторлы карбон қышқылдарының тұздары, перфторлы сульфоацетаттарының тұздары.

3. Катионактивті БАЗ деп молекулалары сулы ерітіндіде ұзын гидрофобты тізбекті беттік активті катион және әдетте галогенид, кейде күкірт немесе фосфор қышқылының аниондарын түзіп диссоциацияланатын БАЗ аталады. Катионактивті БАЗң ішіндегі артықшылығы жоғары азоты бар қосылыстар және азотсыз қосылыстар да – сульфоний қосылыстары [RR'R:S]⁺X^-, сульфоксоний қосылыстары [RR'R:SO]⁺Х^-, фосфоний қосылыстары [R₃PR']⁺ X^-, арсоний қосылыстары [R₃AsR'] ⁺ Х^- практикалық қолданыс табады. Құрамында азоты бар қосылыстарды келесі негізгі топтарға бөлуге болады: 1) аминдер және олардың тұздары RNR'R: · HX;

2) моно- және бистөртіншілік аммонийлік қосылыстар [RNR'R:R''']⁺ X^-, [RR'₂N-R:—NR'₂R]²⁺2Х^-;

3) гиброфобтық тізбегінде әр түрлі функционалдық топтары бар төртіншілік аммонийлік қосылыстар;

4) гетероциклдік сақинасында азот атомы бар моно- және бистөртіншілік аммонийлік қосылыстар;

5) аминдер оксидтері RR'R:N⁺O^-;

6) полимерлік БАЗ

Катионактивті БАЗ анионактивтіге қарағанда беттік тартылысты аз төмендетеді, бірақ олар адсорбенттің бетімен химиялық әрекеттесуі мүмкін.

4. Ионогенді емес БАЗ суда иондарға ыдырамайды. Олардың ерігіштігі молекулалардағы гидрофильдік эфирлер немесе гидроксильдік топтардың, көбінесе полиэтиленгликоль тізбегінің болуына негізделген. Ионогенді емес БАЗң ерекшілігі – сұйық күйі және сулы ерітіндіде аз көбік түзу.

Мынандай топтарға бөлінеді: 1) оксиэтилденген спирттер RO(C₂H₄O)_nH;

2) оксиэтилденген май қышқылдары RCOO (C₂H₄O)_n H;

3) оксиэтилденген алкилфенолдар RC₆H₄O(C₂H₄O)_nH;

4) оксиэтилденген алкиламиндер RN[(C₂H₄O)_nH]₂;

5) проксандар - этилен- және пропиленоксидтерінің блоксополимерлері НО(C₂H₄O)_x (C₃H₆O)_y (C₂H₄O)_z H

5. Амфотерлі (амфолиттік) БАЗң молекуласы гидрофильді радикал және гидрофобтық бөліктен турады. Әдетте мұндай БАЗда бір немесе бірнеше негіздік және қышқылдық топтары, сондай ақ ионогенді емес полигликольді топ болады. рН шамасына тәуелді олар катионактивті немесе анионактивті БАЗ қасиеттерін көрсетеді. Амфолиттік БАЗды химиялық құрылымы мен қасиеттері бойынша бес негізгі топтарға бөледі: 1) алкиламинокарбон қышқылдары RNH (CH₂)_n COOH;

2) Алкилбетаиндер. Оларды 5 негізгі топқа бөлуге болады: а) алкилбетаиндер: -С-алкилбетаиндер RCH[N⁺ (CH₃)₃]COO^- және N-алкилбетаиндер RN⁺(CH₃)₂СН₂СОО^- ; б) сульфит-, сульфо-, сульфат- және фосфатбетаиндер RN⁺(CH₃)₂CH₂CH₂ RN⁺(CH₃)₂CH₂CH₂ , RC₆H₄CH₂N⁺(CH₃)₂CH₂CH₂ RN⁺(CH₃)₂CH₂CH(OH)CH₂OP ; в) амидобетаиндер RCONH(CH₂)₃ N⁺(CH₃)₂COO^- ; г) оксиэтилденген бетаиндер RN⁺[(C₂H₄O)_pH][(C₂H₄O)_gH]CH₂COO^-; д) басқа цвиттер-ионды БАЗ.

3) Алкилимидазолиндер туындылары.

4) Алкиламиноалкансульфонаттар және сульфаттар (AAAC₁ және AAAC₂).

5) Полимерлі амфолитті БАЗ: табиғи, модифицирленген табиғи, синтетикалық.

Дәріс материалдарын игергеннен кейін білуге қажетті негізгі түсініктер: бетті-активті заттар, құрамы, жіктелуі, анионактивті, катионактивті, амфотерлі БАЗдар, құрылысы, қолдануы, қасиеттері, өңдірісі

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. БАЗң функциясы қандай?

2. БАЗң беттік активтілігі қалай анықталады?

3. Амфотерлі және ионогенді емес БАЗды сиетездеу әдістері

4. Додецилсульфонатты синтездеудің функционалды схемасын келтіріңіз

Ұсынылған әдебиеттер:

1 Николаев П.В. Основы химии и технологии производства синтетических моющих средств. – Иваново. 2007. С. 11-58, 83-96.

2 Ковалев В.М., Петренко Д. С. Технология производства синтетических моющих средств. – М.: Химия, 2002. С.45-86.

Микромодуль 4 – «Полимерлер өндірісінің теориялық негіздері»

Дәріс 25, 26 - Полимерлер өндірісінің теориялық негіздері

Дәріс жоспары:

1. Полимерлер туралы негізгі ұғымдар

2. ЖМҚ құрылымы мен формасы

3. Полимерлердің жіктелуі

4. Полимерлену

5. Поликонденсациялау

1. Үлкен молекулалық массасы және өзіне тән бірқатар қасиеттері бар қосылыстарды жоғары молекулалық қосылыстар немесе полимерлер деп атайды. Мысалы, полиэтилен этиленнің полимерленуінен түзіледі. Этилен - мономер деп аталады. Мономердің n молекуласы қосылса, полимер түзіледі.

n CH₂=CH₂ → -[- CH₂ – CH₂ -]-_n

Көп рет қайталанатын мономерлерден немесе мономерлердің негізгі бөлігінен тұратын топтар буындар деп, ал буындардан құралған үлкен молекула ө макромолекула деп аталады. Молекулалық массасы 500-5000 аралығындағы қосылыстарды олигомерлер деп атайды. Бірдей мономерлерден құралған полимерлер – гомополимерлер деп, ал тізбегінде бірнеше типті мономерлік буындар бар полимерлік қосылыстар сополимерлер деп аталады.

2. Макромолекула тізбектерінің құрылымына байланысты полимерлер үш топқа бөлінеді: сызықты, тармақталған және торланған. Асимметрия дәрежесі өте жоғары ұзын тізбекті макромолекулалар, сызықты полимерлер деп аталады: … -А – А –А – А – А – А – …

Негізгі тізбектен жан жағына таралған тармақтары бар макромолекулалар, тармақталған полимер деп аталады. Тармақталған бөлікті қосалқы тізбек деп атайды.

Ұзын тізбекті макромолекулалар бір бірінен көлденең байланыстармен қосылса торланған немесе кеңістіктік полимерлер түзіледі.

Мономер молекулалары бір бірімен α,α- (басы басына) және β,β- (соны соңына) бойынша қосылады

Немесе α,β- (басы соңына) типі бойынша

Буындары мен орынбасарлары кеңістікте белгілі бір ретпен орналасқан полимерлер стереоретті деп аталады. Полиенді қосылыстарға цис-, транс – изомерлену және L-, D- изомерлену тән.

Изотактикалық полимерлердің ирек конформациясындағы бір типті орынбасарлар негізгі тізбек жататын жазықтықтың бір жағында, ал екінші типті орынбасарлар екінші жағында болады. Синдиотактикалық жазық ирек конформациясындағы бір типті орынбасарлар негізгі тізбек жататын жазықтықтың жан жағына кезек кезек орналасады. Егер полимер тізбегіндегі орынбасарлардың орналасуында ешқандай заңдылық болмаса, онда атактикалық құрылым болады.

Изотактикалық полистирол

Синдиотактикалық полиакрилонитрил

Атактикалық полиакролеин

Изотактикалық және синдиотактикалық полимерлер стереоретті полимерлерге жатады.

3. Шығу тегіне байланысты полимерлер табиғи, синтетикалық және жасанды болып бөлінеді. Синтетикалық полимерлерді, төмен молекулалық заттарды мономерлерді синтездеу арқылы алады. Жасанды полимерлерді химиялық өндеу арқылы алады.

Полимерлерді жіктеудің бірнеше әдістері бар:

Макромолекуладағы бір немесе бірнеше типті мономерлі буындардың типіне байланысты гомо және сополимерлер деп бөлінеді.

Сополимерлер буындардың орналасу сипатына байланысты бөлінеді:

а) статистикалық - мономерлі буындар тізбекте ретсіз орналасқан;

б) кезектескен – тізбекте буындар кезектесіп орналасқан;

в) блок-сополимерлер – сызықты макромолекулалар кезектескен блоктардан тұрады, олар құрылымы және құрылысы бойынша әртүрлі.

1 кесте Сополимерлер түрлері

Полимерлер түрі	Макромолекула құрылысының схемасы
1. Гомополимер	-А-А-А-А-А-А-А-               (-А-)n
2. Сополимер
а) статистикалық	-А-В-В-А-В-А-А-В-А-В-В-
б) кезектескен	-А-В-А-В-А-В-А-В-А-В-А-В-
в) блок	-А-А-А-А-А-А-А-А-В-В-В-В-В-          -(А)-n -(B)-m
г) жалғасқан	-А-А-А-А-А-А-А-А-А-А-А-       I                    I     (B)n               (B)m

Негізгі тізбектің құрамына қарай полимерлік молекулалар екіге бөлінеді: гомотізбекті және гетеротізбекті. Гомотізбекті деп макромолекуласының негізгі тізбегі бірдей атомдардан құралған полимерлерді атайды

4. Полимерлерді алудың негізгі екі әдісі бар: полимерлену және поликонденсациялану. Полимерлену мономерлердің активтік орталыққа тізбектеліп қосылуының нәтижесінде макромолекулалардың түзілу процесі.

n M → (- M -)_n

Реакция нәтижесінде қосалқы заттар бөлінбейді, ал алынған полимерлердің құрамы мономерге сай келеді. Полимерленуге қатысқан мономерлердің түрлеріне байланысты гомополимерлену (бір түрлі мономер) және сополимерлену (екі немесе одан да көп әр түрлі мономерлер қатысса) болып екіге бөлінеді.

Активтік орталықтың табиғатына байланысты радикалдық және иондық полимерлену деп ажыратады.

Радикалдық полимерлену әрқашан тізбекті реакциялар механизмімен жүреді. Активті орталығы еркін радикал болып табылады. Полимерлену үш негізгі сатыдан тұрады:

1. Активті орталықтың түзілуі, яғни мономер молекуласын қоздыру арқылы активті күйге ауыстыру:

2. Тізбектің өсуі:

3. Тізбектің үзілуі.

Иондық полимерлену тізбекті реакция механизмімен жүреді. Өсіп келе жатқан тізбектің соңындағы атомының зарядына байланысты катиондық және аниондық полимерлену деп бөлінеді. Катиондық полимерленуге электрондонорлық орынбасарлары қос байланыстың α қалпына орналасқан, винил және дивинил мономерлер қолданылады. Протонды қышқылдар (H₂SO₄, HClO₄, H₃PO₄, HCl) және апротонды қышқылдар (AlCl₃, SnCl₄, TiCl₃, BF₃) катализатор ретінде қолданады.

Иницирлеу: BF₃ + H₂O ↔ H⁺[BF₃OH]^- ↔ H⁺ + [BF₃OH]^-

Тізбектің өсуі:

Тізбектің үзілуі. Мұнда бірнеше жағдай болуы мүмкін. Біріншіден каталитикалық комплекс бөлініп шығып, иондық жұп жоғалуы мүмкін.

Екіншіден, қарсы ионның фрагменті өсіп келе жатқан тізбекпен ковалентті байланыс түзеді. Үшіншіден, тізбектің мономерге, еріткішке және полимерге берілуінен болады.

Аниондық полимерленуде өсіп келе жатқан активті тізбектің соңында теріс заряд болады. Полимерленуге винилді және дивинилді қатардағы, қос байланыс жанында электронакцепторлы орынбасарлары бар мономерлер оңай түседі: цианды винилиден, нитроэтилен, акрилонитрил және т.б. Катализаторлар ретінде сілтілік металдардың амидтері, сілтілік металдар, сілтілік металдардың металлорганикалық қосылыстары.

Иницирлеу:

Тізбектің өсуі:

Тізбектің үзілуі әртүрлі жолдармен жүреді, мысалы, мономерге берілуі.

Сатылы механизм бойынша жүреді. Полимерленуге циклді мономерлер, изоцианаттар, карбонил топтары бар қосылыстар түседі. Циклді мономерлер иондардың немесе молекулалардың әсерінен иницирлене алады. Иницирлеу нәтижесінде цикл ашылып, тұрақты иондарын түзу арқылы иондық реакцияға түседі.

Мысалы, полиуретандар түзілуі

5. Поликонденсациялау деп көп функционалды қосылыстардың функционалды топтарының әрекеттесуінен жоғары молекулалық қосылыстар түзілу реакцияларын айтады. Поликонденсациялау кезінде төмен молекулалық қосалқы заттар бөлінеді. Мономерлер ретінде екі немесе одан да көп функционалды топтары (OH, OR, NH₂, Cl, COOH, COOR, COCl, SiOH) бар қосылыстар қолданылады. Поликонденсациялау реакцияларына этерификациялау, амидтеу, ароматикалық орын басу және т.б. Жалпы түрде:

Егер поликонденсациялануға әр түрлі функционалды тобы бар біртекті мономер қатысса, оны гомополиконденсациялау деп атайды:

Егер реакция екі типті мономерлердің функционал топтарының бір бірімен әрекеттесуі арқылы жүрсе, оны гетерополиконденсациялау дейді.

Дәріс материалдарын игергеннен кейін білуге қажетті негізгі түсініктер: полимерлер, құрылымы мен формасы, жіктелуі, алу әдістері мен сипаттамасы, полимерлену және поликонденсациялау

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Макромолекула құрылымын қандай параметрлермен сипаттайды?

2. Кандай полимерлерді органикалық, бейорганикалық, элементоорганикалық, гомо- және гетеротізбекті деп аталады?

3. Полимерлену және поликонденсациялану әдістерді салыстырыңыз. Поликонденсация әдісінің артықшылығы және кемшілігі?

4. «Тірі» молекулалар дегеніміз не? Олар қалай алынады?

Ұсынылған әдебиеттер:

1 Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения: Учебник для вузов. М.: Академия, 2010, 368 с. С.4-18, С.183-225

2. Жоғары молекулалық қосылыстар химиясы. Авторлар ұжымы.Алматы: Санат. – 1995. 4-11 б, 12-36 б

3 Киреев В.В. Высокомолекулярные соединения: Учебник для вузов. М.: Высш.школа, 1992. С.5-12, С.120-185

Дәріс 27 - Термопластарды өңдеудің теориялық негіздері

Дәріс жоспары:

1. Тұтқыраққыш күйдегі полимерлердің реологиялық қасиеттері

2. Полимерлердің ағу механизмі

3. Полимерлі жүйелердің тұтқырлығы

1. Полимерлердің аққыш күйдегі қасиеттерін реология зерттейді. Тұтқыраққыш полимерлерде механикалық күштің әсерінен ағу деформациясы пайда болады. Ағу – берілген сыртқы күштің әсерінен макромолекулалардың бір біріне қатысты қайтымсыз ауысуы. Полимер аққанда сырттан түсірілген күшке F қарсы үйкеліс күші F_γ пайда болады, яғни F=F_γ. Ішкі үйкелес тығыз текшеленген макромолекулалар арасындағы күшті жеңуге байланысты болғандықтан оның табиғаты энергетикалық. Сондықтан химиялық байланыспен жалғасқан кеңістік құрылымды торлы полимерлер тұтқыраққыш күйге өтпейді, себебі макромолекулалар еркін орнын алмастыра алмайды. Мұндай полимерлер тек көлденең байланыстары бұзылғанда ғана аға алады (химиялық ағу). Бірақ ағу процесінде сыртқы күштің әсерінен полимер макромолекулаларының конформациясы өзгеріске ұшырап, бүкіл полимерлі жүйенің құрылымы өзгеретіндіктен онда қайтымсыз деформациямен қатар серпімді (қайтымды) деформация да өрістейді. Сонда полимердегі жалпы деформация ε жоғары эластикалық деформация ε_э мен қайтымсыз деформацияның ε_а қосындысынан тұрады. Аққыш күйдегі полимерлі жүйелер бір мезгілде серпімділік және аққыштық көрсете алатындықтан, оларды тұтқыраққыш денелер дейді.

2. Я.И. Френкель мен Г. Эйрингтің теориясы бойынша сұйықтардың ағуы молекулалардың көршілес бос орынға секіріп түсуі арқылы жүреді. Молекулалар қозғалу үшін белгілі бір энергия қоры қажет және де молекулалардың арасында ол орналаса алатындай «бос» көлем болу керек. Молекуланың секіріп түсу ықтималдығы W активтену тосқауылын жеңу ықтималдығы W_E және жақын жерде тесік болу ықтималдығымен W_v анықталады:

W = W_E^.W_v

W_E – активтену теориясының негізінде есептеп шығарылады. Оның қарапайым тендеуі:

Мұндағы - тұрақты көлемдегі активтену энергиясы.

W_v-ны бос көлем теориясына сүйеніп табады:

Мұндағы V^* - «тесіктердің» көлемі, - бір бөлшекке келетін орташа бос көлем, с – 1 мен 0,5 аралығында болатын коэффициент. Молекулалар, не сегменттер, қозғалғанда көрші бөлшектерді итеріп өтіп шығу үшін белгілі бір энергия мөлшері жұмсалады. Жүйенің жылулық энергия қоры неғұрлым көп болса және де молекулааралық әсерлесу күші әлсіз болып, макромолекулалардың айналу тосқауылы төмен болса, макромолекула сегменттерінің жылжуы соғұрлым оңайға түседі. Егер сегменттің жылулық энергиясының қоры RT, ал сегменттегі молекулалық және ішкі молекулалық әсерлесу энергиясы U болса, онда сегменттердің 1 қалыптан 2 қалыпқа секіріп түсу ықтималдығы (W_1-2):

Мұндағы v₀ – сегменттің тепе теңдік қалыпта өзіндік тербелу жиілігі. Полимердегі барлық «тесіктердің» жалпы көлемі полимердің жалпы көлемінің 2,5%-на теңелгенде сегменттер көрші қалыпқа ауыса алмайды және тұтқыраққыштық тоқталып, полимер шыны тәріздес күйге ауысады. Бос көлем 2,5%-дан артқанда полимер ағу үшін сегменттердің көршілерімен әсерлесуін жеңетіндей жылулық энергия қоры қажет.

3. Полимерлердің реологиялық қасиеттері негізінен оның тұтқырлығына байланысты. Тұтқырлық жүйеге түсірілген ығысу кернеуі мен одан туатын ығысу жылдамдығының арасындағы байланысты сипаттайды. Деформациялану жылдамдығына тәуелсіз, тұрақты температура мен қысымда кернеудің ығысу жылдамдығына қатынасы динамикалық тұтқырлыққа тең болады: η₀ = σ/γ. Бұл Ньютон заңы деп аталады. Ньютон заңына бағынатын жүйелер Ньютондық жүйелер деп аталады. Мұндай сұйықтың құрылымы үздіксіз тез бұзылып және қайтадан қалыптасып үлгіріп тұрады да, іс жүзіне сыртқы әсерлер бұл процеске онша әсер етпейді. Сондықтан қалыпты кернеу мен ығысу жылдамдығында сұйықтар құрылымының өзгерісі байқалмайды. Полимерлердің ішінде монодисперсті полимерлер Ньютон заңына бағынатын идеал сұйықтарша ағады. Нақты сұйықтарда тұтқырлық тұрақты болмайды, ол кернеуге байланысты өзгеріп тұрады. Кернеу мен ығысу жылдамдығына тәуелді тұтқырлықты тиімді (эффективті) тұтқырлық дейді. Кернеуі ығысу жылдамдығына пропорционал емес өзгеретін сұйықтар Ньютондық емес немесе аномальды сұйықтар деп аталады. Аномальды тұтқыр жүйелер Ньютон формуласынан өзгеше ығысу жылдамдығы n дәрежесінде алынған

n=1 болғанда теңдеу Ньютон теңдеуіне ауысады.

Аномаль – тұтқыр ортаның тұрақталған ағысын толық сипаттау үшін ығысу кернеуіне тәуелділігін көрсететін толық ағу қисығын тұрғызады. Оның жалпы түрлі шартты үш бөлікке бөлуге болатын S тәріздес болады. Сыртқы әсерлер әлі аз болғандықтан сегменттердің қозғалысынан пайда болатын молекулалық шумақтар пішінінің өзгерісі жылулық қозғалыстың ықпалынан қайтадан қалыптасып үлгіреді де, ағу жылдамдығына әсер ете алатындай елеулі құрылымдық өзгерістер болмайдыкернеу мен ығысу жылдамдықтары бірқалыпты артып, жүйенің тұтқырлығы өзгермейді. Кернеу мен ығысу жылдамдығы қайтадан пропорционал өрістеп, тұтқырлық ығысу кернеуіне тәуелділігін жояды. Кейбір жағдайларда толық ағу қисығы алынбайды, кернеу мен ығысу жылдамдығы үлкен болғанда тұтқырлықты өлшеу мүмкін болмай қалады. Деформациялану жылдамдығы өте үлкен болған кезде макромолекулалар бір біріне қатысты қозғалып үлгермейді, олар тез арада тек конформациясын ғана өзгерте алады. Сонда сызықты полимер тұтқыраққыш күйге емес, жоғары эластикалық күйге ауысады. Полимер ағыны серпімді, ақпайтын қалыпқа келеді. Ламинарлы ағын бұзылып, полимер балқымасы қатты қоюланып, ұйып қалады.

Дәріс материалдарын игергеннен кейін білуге қажетті негізгі түсініктер: тұтқыраққыш күйдегі полимерлердің реологиялық қасиеттері, полимерлердің ағу механизмі, полимерлі жүйелердің тұтқырлығы

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Полимерлердің ағуы дегеніміз не? Полимерлердің ағуының себебі?

2. Полимерлер және томенмолекулалық сұйықтардың ағу механизмдерінде қандай айырмашылықтар бар?

3. Полимерлердің тұтқырлығын анықтау үшін қандай қондырғылар қолданылады?

Ұсынылған әдебиеттер:

1 Белоусов, А.М. Теоретические основы процессов получения и переработки полимеров. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2006. С.73-136

2. Жоғары молекулалық қосылыстар химиясы. Авторлар ұжымы.Алматы: Санат. – 1995. 167-179 б

3 Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения: Учебник для вузов. М.: Академия, 2010. 368 с. С. 154-158

Дәріс 28 - Термопластарды өңдеудің теориялық негіздері

Дәріс жоспары:

1. Экструдер типтері мен құрылғылары

2. Экструзия кезінде өтетін процестер

3. Процестің негізгі параметрлері.

1. Экструзия – керекті профильді қалыптастырушы фильер арқылы полимер балқымасын сығу жолымен шексіз ұзындықтағы полимерлік материалдан жартылай фабрикаттарды немесе бұйымдарды алу тәсілі. Полимерлеік материалдардың негізгі типтерінің барлығы, термопластар, реактопластар, сондай-ақ эластомерлер де экструзияға ұшырайды. Негізінен пластмассалар экструзиясы үшін шнектік немесе червякті экструдерлер. Червякті экструдерлер бір шнекті, екі шнекті және көп шнекті болып бөлінеді. Экструзия үшін неғұрлым қарапайым құрал болып дегазация аймағы жоқ бір шнекті (бірчервякты) экструдерлер табылады (сур.1). Мұндай экструдерлер жабындар, қағаздар, түтіктер, профильдер өндірісіне кеңінен қолданылады.

Сур.1 Біршнектіэкструдер сызбасы: 1- бункер; 2- червяк (шнек); 3- цилиндр; 4-су айналымына арналған саңылау; 5- қыздырғыш; 6- сеткалы торлар; 7-адаптері бар қалыптстырушы фильера .

2. Экструзияның технологиялық процесі сатылы пластикация мен материалдық цилиндр аймағында айналмалы шнекті материалдың орын ауысуынан тұрады. Келесі аймақтарды бөледі – қоректену (І), пластикация (ІІ), балқыманы дозалау (ІІІ).

Қоректену аймағы (I). Бункерден түскен түйіршіктер шнектің І аймақ бұранда аралық кеңістігін толтырады және тығыздалады.

Пластикация және балқыту аймағы (II). ІІ аймақ басында цилиндр бетіне жанасатын полимерді балқыту жүреді. Балқыма біртіндеп жиналады және ені бойынша кемуші тығынға әсер етеді. Шнек кескінінің тереңдігі материалдың І аймақтан ІІІ аймаққа жылжуына байланысты кемитіндіктен пайда болған қысым тығынды цилиндрдің ыстық қабырғасына тығыз ығысуына мәжбүрлейді, полимердің балқуы жүреді. Балқыманың қысымының P негізгі жоғарлауы І және ІІ аймақ шекарасында жүреді. Бұл шекарада тығыздалған материалдан түзілген тығын шнекпен жылжиды: І аймақта бұл қатты материал, ІІ аймақта – балқушы. Осы тығынның болуы балқыма қысымының көтерілуінің негізгі қорын құрады. Сондай-ақ қысымның жоғарылауы шнек кескінінің тереңдігінің кемуі есебінен болады. Цилиндрдан шығысында артық қысым тор қарсы күштерін, ұшының каналдарында балқыма ағымын жоюға және бұйым қалыптауға жұмсалады.

Дозалау аймағы (III). Балқыған массаның гомогенденуі жалғасады, ол қатты полимер қалдықтарын соңғы рет балқытқанда, балқыған бөліктің температурасы мен тұтқырлығы орташасынан байқалады. Бұранда аралық кеңістікте балқыма ағындар қатарына ие, олардың негізгілері болып қума және циркуляциялық табылады. Қума (шнек осі бойымен) ағын шамасы экструдер өнімділігін Q, ал циркуляциялық - полимердің гомогендік немесе компоненттер ығысуын сапасын анықтайды. өз кезегінде ағын балқыманың үш ағынынан тұрады: тура, кері және кему ағыны. Тура ағын шнектің қалыптаушы фильера бағытымен қозғалысынан пайда болады.

3. Технологиялық шамаларға полимерді өңдеудің температурасы, балқыма қысымы, ұш аймақтарының температуралары және қалыптасқан экструдатты салқындатудың температуралық режимдері. Біршнекті экструдердің негізгі технологиялық сипаттамалары болып L, D, L/D, шнектің айналу жылдамдығы n, шнектің геометриялық профилі (сур.2) және сығылу (компрессия) дәрежесі – жүктеу аймағында червяктың бір виткасының көлемінің дозалау аймағындағы бір витоктың көлеміне қатынасы табылады.

Сур. 2. Шнектің аймақтық конструкциясының сызбасы.

Қысқа шнекті экструдерлерде L/D= 12-18, ұзын шнектілерде L/D> 30. Ең көп тараған L/D = 20-25 болатын экструдерлер. Экструдер жұмысының көрсеткіші болып оның эффективтілігі - өнімділіктің тұтынатын қуатқа қатынасы табылады.

Дәріс материалдарын игергеннен кейін білуге қажетті негізгі түсініктер: экструдерлер типтері мен құрылғылары, экструзия кезінде өтетін процестер, негізгі параметрлері.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Полимерлердің экструзиясын қандай мақсатпен жүргізеді?

2. Пластикация зонасында қандай процестер жүреді?

3. Экструзия процесі қандай параметрлермен сипатталады?

4. Біршнекті экструдердің құрылғысын келтірініз

Ұсынылған әдебиеттер:

1 Белоусов, А.М. Теоретические основы процессов получения и переработки полимеров. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2006. С. 188-198

2. Е.А. Брацыхин. Технология пластических масс. – М.: Химия, 2008. С.275-282.

Дәріс 29 - Термопластарды өңдеудің теориялық негіздері

Дәріс жоспары:

1. Қысыммен құю процесінің маңызы

2. Технологиялық процес ерекшеліктері

1. Қысыммен құю процесін термопластардан бұйымдарды алу үшін қолданылады. Оны 80-140 МПа қысымда поршенді немесе винтті типті құю машиналарында жүргізеді. Құю машиналарда жүретін процестер: гранулдаланған бұйымдардың дозалауы, олардың тұтқыраққыш күйге айналуы, балқыма дозаның құю формасына инжекциясы, формада қысымның әсерінен қатаюуы, форманың ашылуы және дайын бұймды итеріп шығару. Термопласттарды өндегенде құю формасын қалыпты температурада ұстайды, ал реактопластарды өндегенде оны қату температурасына дейін қыздырады.

Сурет 1. Құю машинасы: 1 -материальды цилиндр; 2 – жылту элементтері; 3-винт (шнек); 4-суыту каналдары; 5-бұйым үшін бункер; 6-гидродвигатель; 7-редуктор; 8-шашырату түйінінің гидроцилиндрі; 9-манометр; 10, 17-қозғалмайтын плиталар; 11 – бағыттаушы бағаналар; 12-құю форма; 13-қозғалғыш плита; 14-дөнгелек-рычагты механизм; 15-қосылу түйінінңі гидро-цилиндрі; 16-гайкалар; 18-упор; 19-сопло.

2. Құю форма полимер балқымасымен толғанда қысым баяу көтеріліп, балқыманың жоғары тұтқырлығы және суыту немесе қату кезінде оның жылдам өсуі салдарынан ішкі аумағы ұзындығында біркелкі емес таралады. Қысыммен құю бірнеше граммнан бірнеше килограм бұйымдарды алуға мүмкіндік береді. Қалыптың толу үлгісін жасау машинасын таңдауда балқыманың көлемін және қосылу күшін есептеу қажет. Қысым бірыңғай бірдей болу үшін және қалыпты толтыру жағдайларын жақсарту үшін балқыманы алдын ала қысып, қысыммен құюды, инжекті пресстеу, механикалық өзгерістері бар қысыммен құю және т.б. әдістерді қолданады.

Алдын ала балқыманы қысып қысыммен құюды сопл блогы кранымен жабдықталған құю машиналарында жүргізеді. Полимер балқымасының қысуын машинаның қыздыру цилиндірінде жабық кранда жүргізеді. Кранды ашқан соң балқыма жоғары жылдамдықпен құю формасың толтырып, үйкелесу күшінің әсерінен қосымша жылынады. Полимерлі бұйымдардың механодеструкциясын алдын ала алу үшін балқыманың ағу жылдамдығын шектейді. Балқыманы алдын ала қысу қалыпты толтыру уақытын 1,5-2 есе азайтуға және оның ағу жолын ұзартуға мүмкіндік береді. Бұл ұзың жұқа қабатты бұйымдарды алуға мүмкіндік береді.

Дәріс материалдарын игергеннен кейін білуге қажетті негізгі түсініктер: қысыммен құю процесі, технологиялық процес ерекшеліктері

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Қандай бұйымдарды алу үшін қысыммен құюды қолданады?

2. Өңдеу процесіне қысым қалай әсер етеді?

3. Құю машинасының құрылысын келтіріңіз.

4. Қалыпты толтыру модельдеу.

Ұсынылған әдебиеттер:

1 Белоусов, А.М. Теоретические основы процессов получения и переработки полимеров. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2006. С. 215-233

2 Е.А. Брацыхин. Технология пластических масс. – М.: Химия, 2008. С.282-289.

Дәріс 30 - Термопластарды өңдеудің теориялық негіздері

Дәріс жоспары:

1. Каландрлеу процесінің негізі. Каландрдің құрылысы

2. Қолдану аймағы

1. Каландрлеу – әртүрлі қабықша бұйымдарды үздіксіз қалыптау, қабықша бұйымдардың үстіне рельефты суреттерді салу үшін қолданылатын полимерлі материалдарды өңдеу әдісі. Каландрлеуді негізгі бөлігі көпвалокты каландрі болатын үздіксіз агрегаттарда жүргізеді (1 сурет).

Каландрлеу процесінде полимерлі материал тесіктен бір рет өтеді. Калибрленген қаландықты қабықшаны алу үшін ол каландр вальцеларымен түзілген бірнеше тесіктерден өту керек. Сондықтан каландрде үш не одан көп валкілер болу керек. Каландр валкілері үлкен жылдамдықпен айналады. Бірінші жүп валкілерінің тесігіне ыстық гомогенизирленген және пластифицирленген материал беріледі. Вальцелардың қабаты бойымен материалдар қабаты вальцлардың сызықты жылдамдығына тең жылдамдықпен жылжиды. Материалдың ішкі қабаттары ығысу күші әсерінен, одан кейін үйкелесу күші әсерінен тесіктерге тартылады. Материалдың жеке қабаттарының жылдамдықтарының айырмашылығы әсерінен ығысу деформациясы пайда болады, оның әсерінен матриал пластикациясы жоғарылайды. Тесіктерге жақындаған соң орташа қабаттардың жылдамдығы өсіп өлшемдерге дейін максимальды жетеді, одан кейін азайып, вальцтердің жылдамдықтарына тең болады.