Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология получения полимеров. Учебное пособие для СПО
.pdf
СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
_________________________________________________________________
ТЕХНОЛОГИЯ
ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ
Учебное пособие для СПО
Составители С.В. Портнова, С.В. Сушкова
Профобразование
Саратов
2022
УДК 678
ББК 35.71
Т38
Рецензенты:
Карасева С.Я. — канд. техн. наук;
Лаврентьева О.В. — канд. хим. наук
Т38 Технология получения полимеров : учебное пособие для СПО / со-
ставители С.В. Портнова, С.В. Сушкова ; Самарский государственный технический университет. — Саратов : Профобразование, 2022. — 96 с. —
(Среднее профессиональное образование). — Текст : электронный.
ISBN 978-5-4488-1415-0
В учебном пособии изложены теоретические основы процессов полимеризации и поликонденсации. Представлены основные сведения о полимерах, основные характеристики. Рассмотрены механизмы, кинетика
и термодинамика реакций полимеризации и поликонденсации. Приведены
технические способы получения высокомолекулярных соединений.
Издание предназначено для изучения дисциплины «Технология полу-
чения полимеров» по специальности среднего профессионального образо-
вания 18.02.07 «Технология производства и переработки пластических
масс и эластомеров».
Учебное электронное издание
ISBN 978-5-4488-1415-0
© Портнова С.В., Сушкова С.В.,
составление, 2020
© Самарский государственный
технический университет, 2020
© Оформление. ООО «Профобразование», 20
22
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящее время производство полимеров и продуктов на их
основе является крупнейшей и быстрорастущей отраслью промышленности. Мировое производство синтетических материалов по объёму производства превысило такие отрасли, как чёрная и цветная металлургия. В России полимерная промышленность производит широкий спектр полимеров общего назначения, таких как полипропилен,
полиэтилен, полистирол и поливинилхлорид и т. д. Но одним из главных направлений развития нефтехимической промышленности является создание собственных производств дефицитных полимерных
материалов, потребность в которых в настоящее время покрывается за
счёт импорта. Например, эпоксидные смолы, полиуретан, полиэфирные смолы, полиамид-6,6 и др. [1]. Таким образом, подготовка
специалистов области химической технологии высокомолекулярных
соединения также является приоритетной задачей.
Учебное пособие состоит из трех разделов. В первом разделе
представлены общие сведения о полимерах. Даны определения
основным понятиям, приведены структуры и основные
характеристики полимеров, представлены классификации полимеров
по различным признакам, охарактеризованы основные способы
получения полимеров.
Во втором разделе представлены общие сведения о процессе по-
лимеризации и сополимеризации. Приведены механизмы реакций полимеризации, кинетическое и термодинамическое описание процессов. Рассмотрены способы осуществления промышленных процессов
полимеризации и сополимеризации, их особенности, а также достоинства и недостатки.
3
В третьем разделе представлены теоретические основы процес-
сов поликонденсации. Приведены общие сведения о процессах поликонденсации, кинетика и термодинамика процессов. Описаны
технологические особенности осуществления в промышленности
реакций поликонденсации.
Учебное пособие рассчитано на студента, начинающего изучать
процессы получения полимеров. Особое внимание направлено на
формирование у обучающегося знаний основных понятий и представления о теоретических основах получения полимеров. Каждый
раздел сопровождается контрольными вопросами.
4
ВВЕДЕНИЕ
Полимеры – особый вид материалов, обладающих в зависимости
от строения молекул, широким спектром свойств и применяются в самых различных сферах жизнедеятельности: в промышленности и сельском хозяйстве, в науке и технике. Полимерная промышленность выпускает широкий ассортимент продукции, способной удовлетворить
любые запросы к эксплуатационным свойствам материалов. На основе
полимеров производятся изделия, устойчиво работающие при повышенных и пониженных температурах, стойких к коррозии, обладающих
эластичностью и пластичностью, твёрдостью или гибкостью и т. д.
Основные свойства полимеров формируются в процессе их про-
мышленного синтеза и определяются элементным составом, пространственным строением, механизмами реакций и технологическими способами получения [2]. Современное состояние знаний о механизмах реакций синтеза полимеров при различных способах инициирования позволяют сознательно выбирать тот из них, который обеспечит заданную структуру полимера и, как следствие, необходимые
свойства. Накопленные практические знания о промышленных процессах получения полимеров позволяют давать рекомендации по
управлению реакциями полимеризации и поликонденсации.
В учебном пособии рассмотрены теоретические основы получе-
ния полимера, основные характеристики, структуры, кинетика и термодинамика процессов полимеризации и поликонденсации, а также
основные способы проведения реакций полимеризации и поликонденсации в промышленности.
5
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЛИМЕРАХ
1.1. Полимеры. Основные понятия
Полимеры (от греческого «поли» – много и «мер» – часть) – это
вещества, состоящие из молекул, характеризующихся многократным повторением одного или более типов атомов или групп
атомов [3].
Простейшим органическим полимером является полиэтилен –
продукт полимеризации этилена.
CH
n
CH
2
2
CH2CH
2
n
Этилен – ненасыщенный углеводород, легко вступающий в реак-
ции присоединения. Этилен является мономером.
Мономер (от греческого «моно» – один) – низкомолекуляр-
ное вещество, молекулы которого способны вступать в реакцию друг с другом или с молекулами других веществ с образованием полимера [3].
Многократно повторяющиеся группировки, которые являются
остатками мономеров, называются мономерными звеньями. Поли-
мер, состоящий из мономерных звеньев, также называют макромолекулой или полимерной цепью.
Число звеньев в полимерной цепи называется степенью по-
лимеризации (P) [2]. Произведение степени полимеризации на моле-
кулярный вес звена равно средней молекулярной массе полимера:
=∙зв (1.1)
пол
Величина степени полимеризации может варьироваться от не-
скольких единиц до 5000–10000 и более. Следовательно, молекулярная масса полимеров варьируется от 10000 до 2000000. Значения молекулярных масс и степени полимеризации для некоторых полимеров
приведены в табл. 1.1 [3, 4]
Полимерные цепи с молекулярной массой от 103 до 104 называют
олигомерами (от греческого «олиго» – мало) или смолами. Полимеры
с высокой молекулярной массой иногда называют высокомолеку-
лярными соединениями.
6
Таблица 1.1
зв
Молекулярная масса и степень полимеризации некоторых полимеров
№
п/п
1
2
3
4
Название
и структура
полимера
Полиэтилен
CH2CH
2
n
Полипропилен
CH2CH
n
CH
3
Полиизобутилен
CH
3
CH2C
n
CH
3
Полистирол
CH2CH
n
Средняя
молекулярная
масса
Молекулярная
масса мономер-
ного звена, М
Степень
полимеризации,
Р
18000–800000 28 643–28571
80000–200000 42 1905–4762
15000–225000 56 268–4018
50000–200000 104 481–1923
Поливинилхлорид
5
CH2CH
Cl
n
6250–1562500 62,5 100–25000
Политетрафторэтилен
F
6
F
CC
F
F
n
500000–
2000000
100 5000–20000
1.2. Классификация полимеров
Наиболее распространенные классификации полимеров основаны
на следующих признаках [5]:
1) происхождение полимера;
2) химический состав полимера;
3) количество молекул мономеров, участвующих в образовании
полимера;
4) строение макромолекулы;
5) свойства полимеров, определяющие область применения и ме-
тод переработки.
7
1.2.1. Классификация по происхождению полимера
По происхождению все известные полимеры делятся на 2 группы [5]:
– природные;
– синтетические.
К природным органическим полимерам можно отнести полиса-
хариды, белки, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук и т. д.
К природным неорганическим полимерам относятся силикаты,
алюмосиликаты, бораты, фосфаты и др.
Синтетические полимеры получают полимеризацией низкомоле-
кулярных соединений – мономеров.
1.2.2. Классификация по химическому составу полимера
По химическому составу полимеры подразделяют на [5]:
– неорганические;
– органические;
– элементоорганические.
Неорганические полимеры – высокомолекулярные соединения,
полимерные цепи, которых состоят из неорганических элементов и не
содержат связей C-H [3]. Примеры неорганических полимеров представлены в табл. 1.2 [3].
Таблица 1.2
Примеры неорганических полимеров
Название полимера Структура полимера
SiH
GeH
2
n
2
n
Полисиланы
Полигерманы
Полисера
Полифосфонитрилхлорид
8
S
n
Cl
PN
Cl
n
Органические полимеры содержат атомы углерода, водорода,
азота, кислорода, галогенов (см. табл. 1.1).
Элементоорганические полимеры содержат как органические, так
и неорганические элементы. Примеры элементоорганических полимеров представлены в табл. 1.3 [3].
Таблица 1.3
Примеры элементоорганических полимеров
Название полимера Структура полимера
R
Полиорганосилоксаны
Полиалюмоорганосилоксаны
Поликарбосиланы
Поликарбосилоксаны
Полисульфидные каучуки (тиоколы)
1.2.3. Классификация по количеству мономеров
R
O Si
R
SiO
R
Si
R
n
O
n
2
n
R
R
n
R
AlOO
O
R
SiCH
R
CH2CH2SiO
S R
x
n
По количеству мономеров, участвующих в образовании полимера
различают: гомо- и сополимеры.
Полимеры, построенные из одинаковых мономеров, называют
гомополимерами. Например: полиэтилен, полипропилен, полистирол
и др. (см. табл. 1.1).
Полимерные соединения, цепи которых содержат несколько ти-
пов мономерных звеньев, называют сополимерами. Примеры неорганических полимеров представлены в табл. 1.4 [6].
9
Таблица 1.4
Примеры сополимеров
Название сополимера Структура сополимера
Бутадиен-стирольный каучук
Бутадиен-α-метилстирольный каучук
Бутадиен-нитрильный каучук
Бутилкаучук
CH2CH CH CH
CH2CH CH CH
CH2CH CH CH
CH2CCHCH
CH
3
2
2
2
2
CH2CH
n
CH2C
n
CH2CH
n
CH
n
N
2
CH
3
C
CH
3
C
m
CH
3
m
m
m
Этиленпропиленовые каучуки
Полиэтилентерефталат
OCH2CH
H
CH2CH
2
n
2
n
O
OC
CH2CH
CH
m
3
O
CO
H
m
1.2.4. Классификация по строению полимеров
Помимо классификации, основанной на химической природе по-
лимера, весьма распространена классификация, рассматривающая
строение макромолекул полимеров. Различают следующие понятия:
конфигурация и конформация [5].
Конфигурация – взаимное расположение атомов цепи, опре-
деляющее химическую структуру макромолекулы. Конфигурация
цепи может быть изменена только с помощью химической реакции.
Различают: конфигурацию цепи в целом; дальний конфигураци-
онный порядок; конфигурация присоединения звеньев (ближний порядок); конфигурацию звена.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]