Могучев Иван Владимирович

Полиэфирные полимеры

Стерлитамак – 2023

Введение

Композиционные материалы (КМ) открывают широкие возможности для улучшения существующих и разработки новых конструкций. Композиционные материалы по праву считаются материалами будущего,­ поскольку сочетают в себе целый ряд уникальных свойств: лёгкость, прочность, достаточно высокую жёсткость, немагнитность, радиопрозрачность­ и т.д.

Одним из главных успехов химии являются полимеры.

2

Исторические аспекты

•Первые полимеры были синтезированы в 30-х гг. XIX века. В 1833 г. шведский химик барон Йёнс Якоб Берцелиус получил полиоксипропилен и первым ввел в обиход термин «полимер».

•1839 г. немецкий аптекарь Эдуарт Симон выполнил полимеризацию стирола, и в том же году американский изобретатель Чарльз Гудияр открыл процесс вулканизации природного каучука, который запатентовал в 1844 г.

•В 1831г профессор Лебедев осуществил полимеризацию бутадиенового каучука.

•В 1835г химиком Реньо был получен ПВХ, а в 1939 Симоном - полистирол.

3

•В 20-30 годах 20 века получили промышленное применение мочевино-формальдегидные, полиэфирные полимеры.

•Первая русская пластмасса была получена на основе ФФС в деревне Дубровка близ Орехово-Зуево.

•в 1909 году американский химик Лео Бакеланд пытался найти замену природному шеллаку (смола).

•В 1950-е годы ученые создали полиэфирное волокно и началось производство тканей на его основе. Тогда же появились полипропилен и полиэтилен низкого давления. Затем в массовое производство запустили полиуретаны.

•В 1960–1970-х годах удалось синтезировать полиамиды.

4

Способ получения полиэфиров

Способ получения полиэфиров путем гликозида исходного компонента этиленгликолем при нагревании в присутствии смеси ацетатов цинка, марганца и кальция, отгонки этиленгликоля, отличающийся тем, что в качестве исходного компонента используют изотропный или ориентированный полиэтилентерефталат, термообработанный при 100- 180oС в течение 30 -60 мин, гликолиз осуществляют в течение 30 -180 мин, частично отгоняют этиленгликоль, затем вводят серосодержащий кислотный модификатор в количестве 0,003 0,5% от массы полиэтилентерефталата, реакционную массу выдерживают и отгоняют избыточный этиленгликоль до получения полиэфира с регулируемой температурой плавления.

(Рисунок - Полиэфирные волокна из синтетического текстиля)

5

•Простые полиэфиры - гетероцепные полимеры, содержащие в основной цепи регулярно повторяющиеся группировки С-О-С. Простые алифатические полиэфиры включают:

•- полиацетали [-CHR-O-]n, где R = Н или алкил

•- полимеры алкиленоксидов [-(СН2)x-О-]n, у которых атом Н в цепи может быть замещен

•- сополимеры алкиленоксидов друг с другом (I), с ацеталями (II) или виниловыми мономерами (III)

•[-(CH2)x-O-]m[-(CH2)y-O-]n(I)

•[-(CH2)x-O-]m[-CHR-O-]n(II)

•[-(CH2)x-O-]m[-CH2CHX-]n (III)

•циклические полимеры, получаемые из бицикличных алкиленоксидов (IV) и диэпоксидов (V). ароматические простые полиэфиры - полиариленоксиды - имеют общую формулу [-ОАr]n.

6

Процесс получения Простых полиэфиров: полиформальдегид

7

в России

В 2021 году мировое производство полиэфирного волокна составило 60 530 000 метрических тонн. Эта цифра отражает значительное увеличение мирового производства полиэфира с 1975 года, когда во всем мире было произведено около 3,37 миллиона метрических тонн полиэфирных волокон.

На данный момент топ-10 стран по производству полимеров в мире включает в себя следующие государства: Китай, США, Германия, Япония, Южная Корея, Италия, Франция, Индия, Бразилия, Тайвань. (Источник: https:// vitela54.ru/reiting-stran-po-proizvodstvu-polimerov)

На протяжении последних лет производство полиуретанов на территории России постоянно росло и с 2015 по 2019 год увеличилось на 13,8% — с 335 до 381 тыс. т, а спрос — на 13,2%, с 408 до 462 тыс. т. Недостающие объемы сырья поставлялись в страну из-за рубежа, по данным СИБУР.

8

•В 2020–2022 годах из-за пандемии, санкций и волатильности цен на сырье динамика на рынках полиуретанов оказалась неустойчивой. В 2022 году производство полиуретанов в России сократилось на 12% на фоне снижения в сегментах потребления и экспорта готовых изделий.

9

Способы получения,

технологическая схема производств

Полимеризация в массе.

Достоинства: высокая чистота получаемого полимера (отсутствие загрязнений, вносимых растворителем при других способах полимеризации); отсутствие стадии обработки (выделения) полимера с целью удаления растворителя; отсутствие стадии сушки полимера;

•- полимер получается в виде готового изделия и не требует механической обработки (листовое органическое стекло, бильярдные шары, шахматные фигурки).

•Недостатками полимеризации в массе являются: увеличение вязкости системы, что затрудняет перемешивание и приводит к образованию полимера с высокой ММ (вследствие нарастания концентрации полимера в ходе полимеризации); вследствие высокой экзотермичности процесса и гель-эффекта сильно осложняется отвод тепла.

10