книги из ГПНТБ / Фурмер, И. Э. Общая химическая технология учеб. пособие

вом при помощи пара, подаваемого в паровую рубашку 4, и электри­ ческим обогревом нижней части колонны 3. По мере движения стирола сверху вниз колонны заканчивается его полимеризация. При этом стирол частично испаряется, его пары поступают в холодильник 1, где он конденсируется и возвращается снова в процесс.

Расплавленный полистирол, выходящий из колонны, поступает в обогреваемый шнек-пресс 5, откуда в виде вязкой непрерывной струи

Стирол

колонна, 4 — паровая рубашка, 5 — шнек-пресс, 6 — рольганг

выходит на охлаждаемый водой или воздухом рольганг 6, здесь он затвердевает и после охлаждения передается на переработку. Реакто­ ры и полимеризационная колонна изготовляются из алюминия или из эмалированной стали.

При полимеризации полистирола в эмульсии получают эмульсион­

ционного материала. Из него изготавливают детали машин, облицо­ вочные плиты, пленку, предметы бытового потребления.

Э м у л ь с и о н н ы й п о л и с т и р о л — белый порошок, ис­ пользуемый не только для изготовления различных изделий, но также для получения пенопластов.

240

Получение полиакрилатов. Полиакрилаты — продукты полимери­ зации производных акриловой кислоты СН2 =С Н —СООН. Наиболь­ шее распространение получил полиметилметакрилат — продукт по­ лимеризации метилового эфира метакриловои кислоты СН2 =ССН3 СООСН3:

Эмульсионным, блочным и лаковым способами получают полимер (—СН2—ССНзСООСН з—)„.

Полиметилметакрилат начал получать распространение тогда, когда потребовались материалы для остекления самолетов. Он обла­ дает высокой прозрачностью и потому был назван о р г а н и ч е с к и м с т е к л о м . Органическое стекло — очень твердый, хорошо формуе­ мый материал. Он не подвергается действию масел, бензина, хоро­ шо поддается механической обработке, легко окрашивается. Органическое стекло применяют для остекления самолетов, автомо­ билей и др., для изготовления химической аппаратуры, используют в радиотехнике, для изготовления бытовых изделий. Способность органического стекла пропускать ультрафиолетовые лучи обусловила его применение для остекления теплиц.

На основе полимеризационных смол получают полипропилен, полиизобутилен, полиформальдегид.

ническую прочность и более высокую температуру размягчения, чем полиэтилен. Он устойчив к действию растворов кислот, щелочей, солей, органических растворителей. Из него изготавливают трубы,

сн3/ „

масса, хорошо смешивающаяся с наполнителями (сажа, графит). Он химически стоек, пластичен и потому используется для защиты аппаратуры от коррозии.

П о л и ф о р м а л ь д е г и д (—СН2 —О—)„ нерастворим при низ­ ких температурах во всех обычных растворителях, стоек к воздейст­ вию многих химических сред, плесени, насекомых, имеет высокие диэлектрические и механические свойства. Полимер жесткий, твер­ дый и сохраняет все свойства при нагревании до 120° С. Его исполь­ зуют для получения шестерен, вкладышей подшипников скольжения, труб, листов и т. п.

241

§ 72. Пластические массы на основе поликонденсационных смол

Не менее важную роль, чем термопласты, играют термореактив­ ные поликонденсационные смолы— феноло-формальдегидные, карба­ мидные и др., которые входят в качестве связующего в композиции термореактивных пластических масс.

Ф е н о л о - ф о р м а л ь д е г и д н ы е с м о л ы и п л а с т и ­

термопластична, так как ее молекулы имеют линейное строение. Если же смешать большие количества формалина с фенолом в присутствии щелочи (катализатор) и нагреть, то получится р е з о л fa-

242

Молекулы этой смолы имеют пространственную структуру, и потому смола термореактивна.

Аппаратурное оформление процессов получения новолачных и резольных смол мало отличается друг от друга (рис. 8 8 ). В реактор с мешалкой 1 загружают фенол, формалин и катализатор. Смесь пе­ ремешивают и нагревают до 70—75° С подачей пара в рубашку реак­ тора. После этого нагрев прекращают. За счет тепла реакции

воду. Пары воды, выходящие из реактора 1, охлаждаются в холодиль­ нике-конденсаторе 2, и конденсат возвращается в реактор. В реакто­ ре образуется смесь, состоящая из воды, непрореагировавших фенола и формальдегида и образовавшейся смолы. Для получения сухой фе­ нолформальдегидной смолы в реакторе создают разрежение и в ру­ башку реактора подают для обогрева пар. Получаемый в аппара­ те 2 конденсат собирают в вакуум-приемнике 3. Приготовленную смо­ лу выпускают из реактора в противень 4, где ее охлаждают и затем направляют на склад.

Феноло-формальдегидные смолы используют без наполнителей —

В качестве наполнителей используют древесную'муку, асбест, тальк, каолин, магнезию и др. При применении в качестве наполнителя ас­

243

беста получают фаолит — химически стойкий материал, используе­ мый для изготовления химической аппаратуры.

Пластические массы на основе феноло-формальдегидных смол обла­ дают высокой прочностью, химической стойкостью, электроизоля­ ционными свойствами. Их применяют для изготовления деталей ра­ диотехнической аппаратуры, деталей, работающих при повышенной

вины) (NH2)2CO с формальдегидом. Аминопласты термореактивны, их используют с различными наполнителями для изготовления пред­ метов широкого потребления, электроизоляционных изделий, строи­ тельно-облицовочных материалов.

П о л и э ф и р н ы е с м о л ы получают поликонденсацией мно­ гоосновных кислот с многоатомными спиртами. Их используют для изготовления электроизоляционных композиций, лаков и эмалей.

НОС8 Н4 —С(СН3 )2 —СвИ 4ОН в щелочной среде. Образующийся поли­ карбонат — твердое прозрачное вещество — применяется для изготов­

структура цепей которых образована кремнием и кислородом, при этом кремний связан с органическими радикалами:

-Si—О—Si—О—Si-

I I I

R R R

где R — СН3, С2 Н 5 и др. Кремнийорганические соединения получа­ ют жидкими с различной вязкостью и твердыми с макромолекулами линейной и трехмерной структуры. Они отличаются разнообразием свойств, что объясняется изменением и различным сочетанием ради­ калов, входящих в их состав, а также размерами получаемых мак­ ромолекул.

Кремнийорганические соединения выдерживают значительное на­ гревание —■они могут длительно использоваться при температуре 200°С и кратковременно при температуре 5ЭЭ° С и выше. Они стой­ ки в воде, мало изменяют вязкость при изменении температуры. Многие из них имеют хорошие диэлектрические свойства, т. е. явля­ ются надежными изоляторами. Эго обусловило широкое применение

244

их в различных отраслях промышленности в качестве смазочных

Пропиткой хлопчатобумажной ткани раствором феноло-формальде- гидной смолы с последующим горячим прессованием получают т е к с ­ т о л и т , отличающийся повышенной водостойкостью и значитель­ ной прочностью. Его используют для изготовления деталей ма­ шин.

Более прочен, чем текстолит, другой слоистый пластик — с т е к ­ л о т е к с т о л и т . Его изготовляют из стеклянной ткани, пропитан­ ной феноло-формальдегидными, полиэпоксидными, кремнийорганическими смолами. Значительный интерес представляет стеклотекстолит, полученный из стеклянной ткани, пропитанной кремнийорганическими соединениями. Он может выдержать высокотемпературную нагрузку без изменения внешней формы.

Стеклопластики нашли применение в автомобилестроении, самоле­ тостроении, для изготовления деталей машин, лодок, их используют

вкачестве электроизоляционных материалов и т. д.

§73. Эфиры целлюлозы и пластические массы

на их основе

Ц е л л ю л о з а (СвН1 0 О 5)п — это природное бесцветное, неплав­ кое и нерастворимое вещество, входящее в состав клеток древесины, хлопка и других растений.

Целлюлоза по своей химической природе является высокомолеку­ лярным спиртом — ее молекулы содержат гидроксильную группу. Целлюлоза вступает в реакцию с различными веществами; при ее взаимодействии с кислотами происходит образование эфиров целлю­ лозы. Так, при обработке ее смесью азотной и серной кислот азотная кислота соединяется с молекулами целлюлозы, образуя азотнокис­ лый эфир, который называют н и т р о ц е л л ю л о з о й . В резуль­ тате реакции между целлюлозой и уксусной кислотой или ее ангидри­ дом (ацетангидридом) получается эфир уксусной кислоты — а ц е т и л ­ ц е л л ю л о з а . Из эфиров целлюлозы нельзя непосредственно получить пластические массы, так как они недостаточно термоплас­ тичны. Для придания пластичности их смешивают с пластификатора­ ми , например с камфарой.

Н и т р о ц е л л ю л о з а при растворении ее в спиртовом раст­ воре камфары и при последующем удалении спирта образует пласти­ ческую массу ц е л л у л о и д . Целлулоид при нагревании становит­ ся пластичным, поддается обработке, легко окрашивается. Изделия

ит. п.

Ац е т и л ц е л л ю л о з а применяется для производства пласт­

масс, шелка, лаков, негорючих кино- и фотопленок.

245

§ 74. Изготовление изделий из пластмасс

Методы переработки пластмасс основаны на свойствах полимеров приобретать пластичность и текучесть при воздействии на них темпера­ туры и давления и сохранять затем в обычных условиях приданную им форму.

Рис. 89. Схема прямого прессования:

Рис. 90. Схема литьевой машины;

Пластмассы в зависимости от поведения их при нагревании делят на т е р м о р е а к т и в н ы е и т е р м о п л а с т и ч н ы е , поэто­ му принадлежность к одной из этих групп определяет и методы их переработки.

Например, при переработке термопластов материал сохраняет плав­ кость в готовом изделии и может бы1 ъ переработан повторно в отличие

246

от термореактивных материалов, у которых при переработке под влия­ нием температуры и давления происходят химические процессы, в результате чего получаемое изделие становится неплавким и нераство­ римым.

Основные способы переработки пластических масс в изделия: пря­ мое прессование, литье под давлением, экструзия, формование из листа, изготовление изделий намоткой, сварка и механическая обра­ ботка .

П р я м о е п р е с с о в а н и е (рис. 89) применяется в основном при переработке термореактивных смол. При этом способе полимер

2

и др. Порошкообразный или гранулированный материал 5 (рис. 90) по­ дают в загрузочную воронку 4, из которой он поступает в обогреваемую камеру 3. В ней он остается пластичным и приобретает способность течь • под давлением. В этой камере перемещается плунжер б, приводимый в движение от мотора. При движении плунжера вперед размягченный материал через сопло попадает в холодную форму, где он затверде­ вает. После выдавливания материала плунжер отходит назад, и при этом из загрузочной воронки в камеру поступает новая порция порош­

247

кообразного материала. Далее плунжер перемещается вперед и т. д. Такой способ позволяет быстро осуществлять все операции и не тре­ бует охлаждения формы.

М е т о д в ы д а в л и в а н и я , или э к с т р у з и я , позволя­ ет изготовлять из полимерных материалов листы, пленки, стержни, трубы и т. п. Такие изделия можно получать только при непрерыв­

грузочную воронку 2, через которую подается порошкообразный ма­ териал 3, цилиндрическую камеру 4, внутри которой вращается близко прилегающий к стенкам камеры шнек 5.

При вращении шнека 5 материал вначале поступает в обогревае­ мую зону камеры, где он становится пластичным, а затем продавли­ вается через оформляющую головку — мундштук экструдера 1. Форма оформляющей головки экструдера определяет профиль получаемого изделия. При выходе из головки экструдера изделие быстро охлажда­ ют. Этот метод позволяет также наносить пластмассы на проволоку и другие изделия.

Ф о р м о в а н и е и з л и с т а применяется при переработке термопластичных материалов и получении из них изделий сложной формы, с большой поверхностью и малой толщиной стенок.

На рис. 92 показана схема штамповки из листа. Из листа 1 гото­ вится заготовка, которая нагревается до высокоэластичного состояния, затем она закрепляется на матрице 3 штампа, установленного на не­ подвижной плите пресса. После этого на нее воздействуют пуансоном 2. Выдержка заготовки между матрицей и пуансоном осуществляется до тех пор, пока она не охладится и не зафиксируется приданная форма.

С в а р к у п л а с т м а с с применяют для соединения деталей, полученных из термопластичных материалов. Нагрев соединяемых деталей осуществляют газовыми теплоносителями, теплом трения, токами высокой частоты и ультразвуком. Выбор способа сварки (тем­ пературы нагрева, времени выдержки) зависит от свойств материала,

К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы

1.Какие материалы называют пластическими массами?

2.Каков состав простых и наполненных пластмасс?

3.Приведите схемы полимеризации этилена, стирола.

4.Напишите формулы полимеризационных смол и назовите области при­ менения пластических масс на их основе.

5.Напишите реакции получения новолачной и резольной смол. Каковы

общую формулу.

248

9. Какие эфиры целлюлозы используют для производства пластические масс и пленок?

10. По рис. 89—92 объясните способы изготовления изделий из пластиче­ ских масс.

Г Л А В А XIX

ПРОИЗВОДСТВО ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН

Волокнами называют тонкие, прочные, гибкие, нитеобразные тела,* имеющие очень малые размеры поперечного сечения.

С давних времен люди носят одежду из естественных (природных) текстильных волокон — шерсти, шелка, льна, хлопка.

Ассортимент текстильных материалов значительно расширился, когда три-четыре десятилетия назад были созданы процессы получения волокон химическим путем. Эти волокна получили название хими­ ческих волокон. Существует два типа химических волокон — искус­ ственные и синтетические.

И с к у с с т в е н н ы е в о л о к н а изготавливают из природных, высокомолекулярных соединений — целлюлозы, козеина и др., с и н ­ т е т и ч е с к и е в о л о к н а — из высокомолекулярных соедине­ ний, полученных синтезом из мономеров.

Разработка способов получения химических волокон открыла без­ граничные возможности создания волокон, превосходящих природные волокна по своим свойствам и отвечающих разнообразным требовани­ ям. Эти волокна превосходят природные по прочности, они легче, не смачиваются водой, не подвержены гниению, действию плесени, некоторые из них отличаются химической стойкостью.

Производство химических волокон позволяет применять механи­ зацию и автоматизацию технологических процессов. Себестоимость химических волокон, как правило, ниже себестоимости естественных*

§75. Процессы получения волокон

Вметодах получения различных волокон много общего. Процесс

складывается из четырех этапов: 1 ) получения исходного материала;

осуществлено не из любого полимера, а только из такого, молекулы которого обладают строгой линейной и малоразветвленной структурой.

лов, Для получения искусственных волокон на основе эфиров цел­

для изготовления синтетических волокон готовят растворением или расплавлением полимера.

2 4 9