Parašykite polistireno polimerizacijos lygtį. Stireno emulsinė polimerizacija
Siųsti savo gerą darbą žinių bazėje yra paprasta. Naudokite žemiau esančią formą
Studentai, magistrantai, jaunieji mokslininkai, kurie naudojasi žinių baze savo studijose ir darbe, bus jums labai dėkingi.
Publikuotas http://www.allbest.ru/
Tema: Stireno polimerizacija emulsijoje
Darbo tikslas: atlikti stireno polimerizaciją emulsiniu būdu, nubraižyti polistireno išeigos priklausomybę nuo laiko, viskozimetriniu metodu nustatyti polimero molekulinę masę.
Teorinė dalis
Polimerizacija yra stambiamolekulinių junginių susidarymo procesas, susijungus su daugybe monomerų molekulių į vieną makromolekulę. Šiuo atveju monomero ir polimero molekulės turi tą pačią elementinę sudėtį. Apskritai polimerizacijos reakcija gali būti pavaizduota taip:
polimerizacijos stireno emulsijos metodas
kur X yra pakaitalas. Jis neišskiria jokių šalutinių produktų.
Į polimerizacijos reakciją gali patekti junginiai, turintys dvigubų arba trigubų jungčių, taip pat anglies ir heterociklai.
Dauguma polimerizacijos procesų turi grandininį pobūdį ir vyksta grandinės pradžios, augimo ir grandinės nutraukimo etapais.
Grandinės inicijavimas įvyksta prijungus aktyvųjį centrą prie monomero molekulės, todėl jos reaktyvieji ryšiai suskaidomi hemoliziniu arba heterolitiniu būdu. Naujai suformuotas aktyvusis centras yra aktyvus radikalas arba jonas:
Priklausomai nuo aktyvių centrų, kurie inicijuoja grandinės procesą, tipo, yra radikalus ir joninės polimerizacija.
Grandinės augimas yra daugkartinis monomero molekulių prisijungimo prie aktyvaus centro grandinės gale veiksmų, dėl kurių susidaro aktyvus polimeras.
Grandinės nutraukimas dažniausiai įvyksta dėl dviejų augančių grandinių sąveikos (rekombinacija), arba dėl augančios makromolekulės sąveikos su priemaišų ar tirpiklio molekulėmis (grandinės perkėlimas).
Radikali polimerizacija
Radikaliosios polimerizacijos metu aktyvioji vieta yra laisvasis radikalas. Priklausomai nuo radikalų susidarymo (iniciacijos) būdo, galima išskirti terminę polimerizaciją, fotocheminę, spinduliuotę (veikiant gama spinduliams, rentgeno spinduliams, pagreitėjusiems elektronams), taip pat chemiškai inicijuotą polimerizaciją, vykstančią esant cheminiams iniciatoriams. - junginiai, kurie reakcijos sąlygomis lengvai suyra, susidarant laisviesiems radikalams.
Chemiškai inicijuota polimerizacija yra vienas iš labiausiai paplitusių radikalinės polimerizacijos būdų. Kaip iniciatoriai naudojami peroksidai, hidroperoksidai, azo ir diazo junginiai, redokso sistemos ir kt. Pavyzdžiui, benzeno peroksido skilimas vyksta susidarant dviem radikalams:
Azobisisosviesto rūgšties dinitrilas skyla, išskirdamas azotą, taip pat sudaro du radikalus:
Daugumos iniciatorių skilimo aktyvavimo energija viršija 120 kJ/mol.
Polimerizacijoje dažnai naudojama redokso iniciacija. Šios iniciacijos ypatybė yra maža aktyvavimo energija, kuri leis procesą atlikti žemoje temperatūroje. Tokio inicijavimo pavyzdys yra vandenilio peroksido sąveika su geležies druskomis, dėl kurios susidaro laisvieji radikalai:
Aktyvacijos energija redokso sistemose yra vidutiniškai apie 40 kJ/mol.
Polimerizacijos reakcija prasideda laisvųjų radikalų pridėjimu į monomero molekules, dėl kurių susidaro reakcijos grandinė:
Susidaręs junginys taip pat yra laisvasis radikalas ir tada reaguoja su daugybe monomerų molekulių, t.y. grandinė auga:
Taigi grandinės augimo stadija susideda iš eilės laisvojo radikalo sąveikos su monomero molekulėmis veiksmų. Radikalios polimerizacijos greitis nustatomas pagal lygtį
čia k p yra augimo greičio konstanta; k – inicijavimo greičio konstanta; k o - grandinės nutraukimo greičio konstanta; [I] -iniciatoriaus koncentracija; [M] – monomero koncentracija.
Grandinės nutraukimas arba grandinės nutraukimas paprastai yra dviejų radikalų sąveikos rezultatas ir įvyksta arba makroradikalų rekombinacijos, arba disproporcijos būdu. Makroradikalų rekombinacijos metu susidaro viena polimero molekulė, kuri negali dalyvauti tolesniame augime:
Disproporcingumo metu makromolekulių skaičius nekinta.
Grandinės nutraukimas taip pat gali įvykti dėl grandinės perdavimo reakcijos. Grandinės perkėlimas atliekamas augančių makroradikalų sąveika su monomeru, polimero molekulėmis, taip pat su priemaišomis ar tirpikliais:
Susidaręs aktyvus radikalas R, reaguodamas su monomero molekulėmis, sukuria naują grandinę:
Susidarius neaktyviam radikalui, kuris negali tęsti reakcijos grandinės, polimerizacija sustoja.
Joninė polimerizacija
Aktyvieji joninės polimerizacijos centrai yra jonai, kurie sudaro jonų poras nepoliniuose tirpikliuose. Poliniuose tirpikliuose atsiranda solvatais atskirtų jonų porų ir laisvųjų jonų.
Priklausomai nuo katalizatorių pobūdžio ir susidarančių jonų krūvio, išskiriama katijoninė ir anijoninė polimerizacija.
Katijoninė polimerizacija
Katijoninė polimerizacija vyksta veikiant rūgštims ir Fidel-Crafts katalizatoriams (AlCl 3, BF 3, SnCl 4, FeCl 3 ir kt.), t.y. elektronus priimančios medžiagos. Esant vandeniui, rūgštims, esteriams ir kitoms medžiagoms, kurios atlieka kokatalizatoriaus vaidmenį, susidaro aktyvus katalizinis kompleksas, kuris inicijuoja reakciją:
Kai šis kompleksas sąveikauja su monomero molekule, aktyvus karbonenas centras:
Augimo reakcija susideda iš monomero molekulių prijungimo prie aktyvaus karbenio centro, regeneruojant šį aktyvųjį centrą grandinės gale:
Augimo greitis apibūdinamas lygtimi
čia [C] yra katalizatoriaus koncentracija.
Katijoninė polimerizacija, kaip taisyklė, vyksta labai dideliu greičiu, todėl procesą galima atlikti žemoje temperatūroje. Pavyzdžiui, izobutileno polimerizacija atliekama esant t= -100°C skystame etilene.
Grandinės nutraukimas įvyksta kaip molekulinė reakcija, kai protonas pašalinamas iš anglies atomo, esančio šalia karbenio jono, ir disociuojant katalizinį kompleksą:
Anijoninė polimerizacija
Anijoninė polimerizacija vyksta esant šarminiams metalams, organinių metalų junginiams, natrio amidui, šarminių metalų alkoholiatams ir kitiems elektronus palaikantiems junginiams. Didžiausią praktinę reikšmę turi polimerizacija, vykstanti veikiant šarminiams metalams arba jų alkinams.
Akrilnitrilo polimerizaciją, veikiant kalio amidui skystame amoniake, sukelia laisvieji jonai dėl amido disociacijos:
Anglies anijonas susidaro, kai amido jonas sąveikauja su monomero molekule:
Grandinės augimas atsiranda dėl susidariusio karbaniono sąveikos su monomero molekule, kad susidarytų naujas anijonas. Grandinės nutraukimas įvyksta karbanionui sąveikaujant su amoniako molekule, regeneruojant amido joną, t.y. vyksta grandininė perdavimo reakcija.
Jonų koordinacinė polimerizacija
Jonų koordinacinę polimerizaciją sukelia Ziegler-Natta kompleksiniai katalizatoriai. Dažniausiai kaip katalizatoriai naudojami metalo organiniai aliuminio junginiai ir titano chloridai.
Aktyvieji jonų koordinacinės polimerizacijos centrai yra pereinamojo metalo organometaliniai junginiai. Jie atsiranda esant kokatalizatoriui arba pradiniams monomerams sąveikaujant su metalo hidrido vietomis katalizatoriaus paviršiuje.
Aktyvus metalografinis junginys susidaro taip:
Polimero grandinės augimas atliekamas įvedant monomero molekulę per jungtį į pereinamąjį metalą-anglį:
Prieš monomero molekulės įvedimo etapą ji derinama su metalu ir susidaro nestabilus p-komponentas. Todėl vadinami sudėtingi katalizatoriai joniškai -derinant. Grandinės nutraukimas įvyksta dėl vandenilio atomo migracijos iš anglies atomo į metalą, susidarant pereinamojo metalo hidridui ir polimero molekulei.
Naudojant sudėtingus organometalinius katalizatorius polimerizacijai susidaro stereoreguliarus polimerai. Šie katalizatoriai yra labai geri stereospecifiškumas.
2. POLIMERIZACIJOS METODAI
Pramonėje polimerizacija atliekama šiais pagrindiniais būdais: dujų fazėje, bloke (masėje), tirpalu, emulsija ir suspensija.
2.1 Dujų polimerizacija
Dujiniai monomerai (etilenas, propilenas) yra polimerizuojami dujų fazėje. Procesą inicijuoja deguonis, kuris į monomerą įpilamas nedideliais kiekiais (0,002 x 0,008 tūrio proc.) ir atliekamas esant aukštam slėgiui.
Kai etilenas reaguoja su deguonimi, susidaro etileno peroksido arba hidroperoksilo junginiai:
Nestabili peroksido jungtis - O - O, veikiama šilumos, nutrūksta, susidarant dvi- ir monoradikalams: OCH 2 -CH 2 O · ir CH 2 = CHO ·. Laisvieji radikalai inicijuoja etileno polimerizaciją.
2.2 Tūrinė polimerizacija
Tūrinė polimerizacija arba tūrinė polimerizacija atliekama kondensuotoje fazėje, kai nėra tirpiklio. Dėl polimerizacijos susidaro koncentruotas polimero tirpalas (arba lydalas) monomere arba monolitinė kieta masė (blokas).
Paprastai blokinė polimerizacija atliekama dalyvaujant iniciatoriams arba terminei inicijavimui. Didėjant monomero polimerizacijos laipsniui, didėja terpės molekulinė masė ir jos klampumas, todėl sunku pašalinti šilumą iš reakcijos zonos. Dėl to gali atsirasti vietinis reakcijos masės perkaitimas, dėl kurio polimeras gaunamas nehomogeniškas pagal molekulinę masę. Todėl blokinė polimerizacija atliekama mažu greičiu.
2.3 Tirpalo polimerizacija
Yra du būdai, kaip atlikti polimerizaciją tirpale. Pirmuoju metodu naudojamas tirpiklis, kuris ištirpdo ir monomerą, ir polimerą. Gautas polimero tirpalas (lakas) naudojamas kaip toks arba polimeras išskiriamas. Antruoju metodu naudojamas tirpiklis, kuris ištirpdo monomerą, bet netirpdo polimero. Gautas polimeras nusėda.
Tirpalo polimerizacijos metu ženkliai pagerėja reakcijos metu susidarančios šilumos pašalinimas, tačiau dėl grandininių pernešimo per tirpiklį reakcijų gaunami polimerai turi mažesnę molekulinę masę.
2.4 Emulsinė polimerizacija
Emulsinėje polimerizacijoje kaip dispersinė terpė dažniausiai naudojamas vanduo. Emulsijai stabilizuoti naudojami įvairūs emulsikliai (oleatai, palmitatai ir kitos riebalų rūgščių druskos). Emulsinė polimerizacija atliekama esant vandenyje tirpiems iniciatoriams (kalio persulfatui, bikarbonatiniams pirofosfatams). Merkaptanai pridedami siekiant sumažinti grandinės išsišakojimą.
Norint sukurti ploną emulsiją, reakcijos mišinys intensyviai maišomas, dėl to monomeras suskaidomas į mažus lašelius, padengtus emulsiklio sluoksniu.
Polimerizacija vyksta emulsiklio adsorbcijos sluoksniuose ant polimero-monomero dalelių paviršiaus. Auganti makromolekulė yra centras, aplink kurį susidaro latekso dalelė. Gautas lateksas koaguliuojamas įvedant į sistemą elektrolito tirpalą, o nusodintas polimeras atskiriamas. Dėl emulsijos polimerizacijos gaunamas didelės molekulinės masės ir mažo polidispersiškumo polimeras.
Galimybė naudoti emulsijos metodą kai kuriais atvejais riboja didelio nuotekų kiekio susidarymą, kurį reikia išvalyti nuo toksiškų monomerų, taip pat smulkaus polimero džiovinimo etapo sudėtingumą. Be to, šio metodo trūkumas yra polimero užterštumas emulsiklio ir kitų priedų likučiais, dėl kurių pablogėja jo elektrinės savybės.
2.5 Suspensinė polimerizacija
Suspensinė polimerizacija taip pat atliekama vandenyje. Gautos stambesnės emulsijos stabilumui padidinti naudojami silpni emulsikliai – polivinilo alkoholis, vandenyje tirpūs celiuliozės eteriai, želatina, molis, aliuminio oksidas ir kt. Naudojami iniciatoriai tirpsta monomere.
Polimerizacija vyksta lašeliuose, kurie iš esmės yra maži blokeliai, todėl ši polimerizacija kartais vadinama lašine (granuliuota) polimerizacija.
Priešingai nei emulsinė polimerizacija, šiuo atveju koaguliacijos nereikia, nes susidariusios polimero granulės laisvai išsiskiria iš vandeninės fazės.
Darbo tvarka
Stirolo polimerizacija emulsijos metodu atliekama laboratorinėje gamykloje, kurios schema parodyta 1 pav.
Stireno polimerizacija atliekama pagal toliau pateiktą receptą (masės dalimis):
Stirolas 50 g.
Distiliuotas vanduo 90 ml
Amonio persulfatas 0,35 g
Kalio stearatas 2,3 g
Reakcijos kolboje 70°C temperatūroje paruošiamas emulsiklio tirpalas vandenyje. Gerai maišant įlašinamas stirenas ir po 10-15 minučių įpilamas 10 ml vandens ištirpintas iniciatorius. Praėjus 30, 60 ir 90 minučių po iniciatoriaus įvedimo, reakcijos masės mėginiai paimami pipete tiksliai po 10 ml. Mėginiuose esanti emulsija sunaikinama pridedant 10 - 15 ml NaCl tirpalo ir 2 lašus 1N azoto rūgšties.
Emulsijos skaldymo metu susidariusios polimero nuosėdos nufiltruojamos ant pasverto filtro ir nuplaunamos vandeniu. Polimeras džiovinamas ore iki pastovaus svorio.
1 - šildymo mantija; 2 - trijų kaklelių kolba; 3 - atvirkštinis šaldytuvas; 4 - vandens sandariklis; 5 - maišytuvas; 6 - termometras; 7 - LATR
1 pav. Laboratorijos sąrankos schema
Eksperimentinių duomenų apdorojimas
Polimero išeiga kiekviename mėginyje nustatoma pagal lygtį
čia G n yra polimero masė mėginyje;
G M – monomero masė mėginyje prieš pradedant eksperimentą.
1 lentelė. Polimero masės ir išeigos priklausomybė nuo laiko
Remdamiesi gautais duomenimis, nustatome polimero išeigos priklausomybę nuo laiko
2 pav. Polimero išeigos ir laiko grafikas
Polimero molekulinės masės nustatymas
Gauto polistireno molekulinė masė nustatoma viskozimetriniu metodu. Tam iš džiovinto trečiojo mėginio paimamos trys pasvertos polimero dalys, sveriančios 0,1; 0,2 ir 0,3 g ir kiekvienas ištirpintas 20 ml tolueno.
Molekulinei masei nustatyti naudojamas stiklinis viskozimetras su dviem rizika. Paeiliui nustatykite 20 ml gryno tolueno ir polimero tirpalų galiojimo laiką, didėjančios polimero koncentracijos tvarka tarp viršutinės ir apatinės žymių.
Galiojimo laiko nustatymas kiekvienam mėginiui kartojamas tris kartus ir nustatoma vidutinė laiko reikšmė.
2 lentelė – polimero tekėjimo laikas ir grynas toluenas.
Skaičiavimams naudojamos gautos gryno tolueno ir trijų tirpalų galiojimo laiko reikšmės. Kiekvieno tirpalo santykinę klampą nustatykite pagal formulę:
čia t yra polimero tirpalo galiojimo laikas;
t o – gryno tirpiklio galiojimo laikas.
Specifinis klampumas:
Sumažintas klampumas:
čia C – polimero koncentracija tirpale (g/100 ml tirpiklio).
Raskime koncentracijas:
Pakeitę į lygtį, gauname:
Nustačius kiekvieno tirpalo sumažintą klampumą, brėžiama sumažėjusio klampumo priklausomybė nuo polimero koncentracijos. Ekstrapoliuojant gautą priklausomybę iki nulinės polimero koncentracijos, gaunama Xarasistinis klampumas.
Sumažėjusio klampumo grafinės priklausomybės nuo polimero koncentracijos ir vidinės klampos nustatymo pavyzdys parodytas 3 paveiksle.
3 lentelė. Trijų mėginių klampos
Publikuotas http://www.allbest.ru/
3 paveikslas – vidinės klampos nustatymas
Norint nustatyti polimero molekulinę masę, naudojama Mar-ka-Hooving lygtis:
Remiantis polimero tirpalo klampos tiesioginės priklausomybės nuo koncentracijos lygtimi, matome, kad = 1,2767, o polistireno-tolueno sistemos 25 ° C temperatūroje konstantos turi šias vertes: a = 0,69, K = 1,7· 10 -4. Pakeisdami gauname:
M = 413875,3 g/mol
Atliekant šį darbą emulsiniu metodu buvo atlikta stireno polimerizacija, nubraižyta polistireno išeigos priklausomybė nuo laiko, viskozimetriniu metodu nustatyta polimero molekulinė masė: M = 413875,3 g/mol.
Kaip rekomendaciją procesui, galima atsižvelgti į tai, kad reikia pakeisti maišymo elemento konstrukciją, kad susidarytų smulkesnė emulsija, o tai leis geriau gaminti stireno polimerizacijos reakcijos produktus.
Būtina naudoti pažangesnį šildytuvą, kad būtų galima tiksliai valdyti proceso temperatūrą ir pasiekti geriausią proceso išvestį į režimą.
Priglobta Allbest.ru
Panašūs dokumentai
Polimerizacijos samprata ir reikšmė, šio proceso etapų ypatumai radikalaus mechanizmo pavyzdžiu. Polistireno gamybos būdų esmė ir apžvalga, jo, kaip medžiagos, fizikinės ir cheminės savybės. Taikymo sričių ir apdorojimo technologijos analizė.
pristatymas, pridėtas 2011-11-17
Politetrafluoretileno gavimo būdų apibūdinimas: emulsija, spinduliavimas, suspensinė polimerizacija, fotopolimerizacija. Tetrafluoretileno suspensinės polimerizacijos vandenyje kinetika ir mechanizmas, jo tankio priklausomybė nuo molekulinės masės.
kursinis darbas, pridėtas 2010-12-13
Celiuliozės molekulinė masė ir polimerizacijos laipsnio įtaka atskiriems dirbtinio pluošto ir plėvelių gavimo technologinio proceso etapams. Cheminiai ir fizikiniai-cheminiai celiuliozės polimerizacijos laipsnio ir jos molekulinės masės nustatymo metodai.
santrauka, pridėta 2009-09-28
Praktiniai polimerizacijos proceso įgyvendinimo metodai, iniciatoriaus ir stabilizatoriaus parinkimo principai. Pakabos polistirolo gamybos naujovės. Žaliavų, pusgaminių ir gatavų gaminių charakteristikos. Technologinio režimo normos.
kursinis darbas, pridėtas 2014-01-25
„Gyvoji“ kontroliuojama radikalinė polimerizacija. Gauto polimero charakteristikos. Polimerizacijos, vykstančios kontroliuojamai, požymiai. Fišerio diagramos metodas. Radikali „gyva“ hidrofilinių monomerų polimerizacija. Termolizės produktų analizė.
baigiamasis darbas, pridėtas 2013-10-17
Pagrindinių reakcijų, lemiančių poliizopreno molekulinės grandinės susidarymą, tyrimas ir kiekybinis jų įvertinimas. Monomero molekulių ir nesočiųjų poliizopreno fragmentų dalyvavimas nustatant aktyviųjų vietų koncentraciją polimerizacijos metu.
santrauka, pridėta 2010-03-18
Polivinilchlorido gamybos metodų analitinė apžvalga. Vinilchlorido gamybos fizinės ir cheminės bazės. Polivinilchlorido gamyba blokinės polimerizacijos būdu. Vinilchlorido emulsinė polimerizacija. Suspensinė vinilo chlorido polimerizacija.
santrauka, pridėta 2012-05-24
Diacetileno monomerų, polimerizuojančių tik kristalinėje būsenoje, polimerizacijos, susidarant polimerams, susidedantiems iš pailgų grandinių su konjuguotais ryšiais, tyrimas. Terminė polimerizacija ir polimerizacija veikiant Y spinduliuotei.
santrauka, pridėta 2010-02-22
Praktinis emulsinės polimerizacijos ir akrilo monomerų kopolimerizacijos įgyvendinimas, reakcijos greitis ir kinetika, įtakojantys veiksniai. Koncentruotos emulsijos preliminaraus sukūrimo, mikroemulsijos formavimo ir jos dispersiškumo analizės metodas.
straipsnis, pridėtas 2010-02-22
Polistireno samprata ir bendrosios charakteristikos, jo cheminės struktūros ypatumai, fizikinės savybės ir panaudojimas. Šio junginio gavimo būdas, naudojamos žaliavos ir gamybos technologinis procesas. Polimerizacijos etapai.
Polistirenas užima ypatingą vietą įvairiose polimerinėse medžiagose. Iš šios medžiagos gaminama daugybė įvairių plastikinių gaminių, skirtų naudoti tiek buityje, tiek pramonėje. Šiandien susipažinsime su polistireno formule, jo savybėmis, gavimo būdais ir naudojimo kryptimis.
bendrosios charakteristikos
Polistirenas yra sintetinis polimeras, priklausantis termoplastų klasei. Kaip rodo pavadinimas, tai yra vinilbenzeno (stireno) polimerizacijos produktas. Tai kieta stiklinė medžiaga. Bendroji polistireno formulė yra tokia: [CH 2 CH (C 6 H 5)] n. Sutrumpintoje versijoje jis atrodo taip: (C 8 H 8) n . Sutrumpinta polistireno formulė yra labiau paplitusi.
Cheminės ir fizinės savybės
Fenolinių grupių buvimas polistireno struktūrinio vieneto formulėje neleidžia tvarkingai išdėstyti makromolekulių ir formuotis kristalinėms struktūroms. Šiuo atžvilgiu medžiaga yra standi, bet trapi. Tai amorfinis polimeras, pasižymintis mažu mechaniniu stiprumu ir dideliu šviesos pralaidumu. Jis gaminamas skaidrių cilindrinių granulių pavidalu, iš kurių ekstruzijos būdu gaunami reikalingi produktai.
Polistirenas yra geras dielektrikas. Jis tirpsta aromatiniuose angliavandeniliuose, acetone, esteriuose ir savo monomeruose. Polistirenas netirpus žemesniuosiuose alkoholiuose, fenoliuose, alifatiniuose angliavandeniliuose ir eteriuose. Kai medžiaga sumaišoma su kitais polimerais, įvyksta „kryžminis ryšys“, dėl kurio susidaro stireno kopolimerai, turintys aukštesnes struktūrines savybes.
Medžiaga mažai sugeria drėgmę ir yra atspari radioaktyviajai spinduliuotei. Tačiau jį sunaikina ledinės acto ir koncentruotos azoto rūgštys. Veikiamas ultravioletinių spindulių polistirenas genda – paviršiuje susidaro mikroįtrūkimai, pageltimas, padidėja jo trapumas. Kai medžiaga kaitinama iki 200 °C, ji pradeda irti, kai išsiskiria monomeras. Šiuo atveju, pradedant nuo 60 ° C temperatūros, polistirenas praranda savo formą. Esant normaliai temperatūrai, medžiaga nėra toksiška.
Pagrindinės polistirolo savybės:
- Tankis - 1050-1080 kg / m 3.
- Minimali darbo temperatūra yra 40 laipsnių žemiau nulio.
- Maksimali darbinė temperatūra yra 75 laipsniai Celsijaus.
- Šiluminė talpa - 34*10 3 J/kg*K.
- Šilumos laidumas - 0,093-0,140 W / m * K.
- Šiluminio plėtimosi koeficientas - 6 * 10 -5 Ohm cm.
Pramonėje polistirenas gaunamas radikaliai polimerizuojant stireną. Šiuolaikinės technologijos leidžia šį procesą atlikti su minimaliu nesureagavusios medžiagos kiekiu. Polistirolo gavimo iš stireno reakcija atliekama trimis būdais. Panagrinėkime kiekvieną iš jų atskirai.
Emulsija (PSE)
Tai seniausias sintezės metodas, kuris niekada nebuvo plačiai naudojamas pramonėje. Emulsinis polistirenas gaunamas polimerizuojant stireną vandeniniuose šarmų tirpaluose 85-95 °C temperatūroje. Šiai reakcijai reikalingos šios medžiagos: vanduo, stirenas, emulsiklis ir polimerizacijos proceso iniciatorius. Stirenas preliminariai pašalinamas iš inhibitorių (hidrochinono ir tributilo pirokatecholio). Reakcijos iniciatoriai yra vandenyje tirpūs junginiai. Paprastai tai yra kalio persulfatas arba vandenilio dioksidas. Kaip emulsikliai naudojami šarmai, sulfonrūgščių druskos ir riebalų rūgščių druskos.
Procesas yra toks. Į reaktorių pilamas vandeninis ricinos aliejaus tirpalas ir gerai maišant kartu su polimerizacijos iniciatoriais įpilamas stirenas. Gautas mišinys pašildomas iki 85-95 laipsnių. Muilo micelėse ištirpęs monomeras, atsirandantis iš emulsijos lašų, pradeda polimerizuotis. Taip gaunamos polimero-monomero dalelės. Per 20% reakcijos laiko micelinis muilas eina į adsorbcijos sluoksnių susidarymą. Be to, procesas vyksta polimero dalelių viduje. Reakcija baigta, kai stireno kiekis mišinyje yra maždaug 0,5%.
Tada emulsija patenka į nusodinimo stadiją, kuri leidžia sumažinti likutinio monomero kiekį. Šiuo tikslu jis koaguliuojamas druskos tirpalu (lentelė) ir džiovinamas. Rezultatas yra miltelių pavidalo masė, kurios dalelių dydis yra iki 0,1 mm. Likusi šarmo dalis turi įtakos gautos medžiagos kokybei. Neįmanoma visiškai pašalinti priemaišų, o jų buvimas sukelia gelsvą polimero atspalvį. Šis metodas leidžia gauti didžiausios molekulinės masės stireno polimerizacijos produktą. Tokiu būdu gauta medžiaga turi pavadinimą PSE, kurią periodiškai galima rasti techniniuose dokumentuose ir senuose polimerų vadovėliuose.
Pakaba (PSS)
Šis metodas atliekamas pagal periodinę schemą, reaktoriuje su maišytuvu ir šilumą šalinančiu apvalkalu. Stirenui gaminti jis suspenduojamas chemiškai gryname vandenyje, naudojant emulsijos stabilizatorius (polivinilo alkoholį, natrio polimetakrilatą, magnio hidroksidą), taip pat polimerizacijos iniciatorius. Polimerizacijos procesas vyksta esant slėgiui, nuolat didėjant temperatūrai iki 130 ° C. Gaunama suspensija, nuo kurios centrifuguojant atskiriamas grynas polistirenas. Po to medžiaga nuplaunama ir išdžiovinama. Šis metodas taip pat nebenaudojamas. Jis daugiausia tinka stireno kopolimerų sintezei. Jis daugiausia naudojamas putų polistirolo gamyboje.
Blokas (PSM)
Bendrosios paskirties polistirolo gavimas pagal šį metodą gali būti atliekamas pagal dvi schemas: visišką ir nepilną konversiją. Terminė polimerizacija pagal nepertraukiamą schemą atliekama sistemoje, kurią sudaro 2-3 nuosekliai sujungti kolonėlės aparatai-reaktoriai, kurių kiekvienas turi maišytuvą. Reakcija vykdoma etapais, didinant temperatūrą nuo 80 iki 220 °C. Kai stireno virsmo laipsnis pasiekia 80-90%, procesas sustoja. Taikant nepilnos konversijos metodą, polimerizacijos laipsnis siekia 50–60%. Nesureagavusio stireno monomero likučiai iš lydalo pašalinami vakuumu, todėl jo kiekis pasiekia 0,01-0,05%. Blokų metodu gautas polistirenas pasižymi dideliu stabilumu ir grynumu. Ši technologija yra pati efektyviausia dar ir dėl to, kad joje praktiškai nėra atliekų.
Polistirolo panaudojimas
Polimeras gaminamas skaidrių cilindrinių granulių pavidalu. Jie paverčiami galutiniais produktais ekstruzijos arba liejimo būdu, 190-230 °C temperatūroje. Iš polistireno gaminama daugybė plastikų. Jis išplito dėl savo paprastumo, žemos kainos ir plataus prekių ženklų asortimento. Iš medžiagos gaunama daug daiktų, kurie tapo neatsiejama mūsų kasdienio gyvenimo dalimi (vaikiški žaislai, pakuotės, vienkartiniai indai ir pan.).
Polistirenas plačiai naudojamas statybose. Iš jo gaminamos šilumą izoliuojančios medžiagos - daugiasluoksnės plokštės, plokštės, fiksuoti klojiniai ir kt. Be to, iš šios medžiagos gaminamos apdailos dekoratyvinės medžiagos - lubų bagetai ir dekoratyvinės plytelės. Medicinoje polimeras naudojamas vienkartiniams instrumentams ir kai kurioms kraujo perpylimo sistemų dalims gaminti. Putų polistirenas taip pat naudojamas vandens valymo sistemose. Maisto pramonė naudoja tonas pakavimo medžiagos, pagamintos iš šio polimero.
Taip pat yra didelio smūgio polistirenas, kurio formulė keičiama pridedant butadieno ir stireno-butadieno kaučiuko. Šio tipo polimerai sudaro daugiau nei 60% visos polistireninio plastiko produkcijos.
Dėl itin mažo medžiagos klampumo benzene galima gauti judrių tirpalų esant ribinėms koncentracijoms. Dėl to polistirenas naudojamas kaip vienos iš napalmo rūšių dalis. Jis atlieka tirštiklio vaidmenį, kuriame, didėjant polistireno molekulinei masei, mažėja priklausomybė nuo klampos ir temperatūros.
Privalumai
Baltas termoplastinis polimeras gali puikiai pakeisti PVC plastiką, o skaidrus - organinį stiklą. Medžiaga išpopuliarėjo daugiausia dėl savo lankstumo ir lengvo apdorojimo. Jis yra puikiai suformuotas ir apdorotas, apsaugo nuo šilumos nuostolių ir, svarbiausia, turi mažą kainą. Dėl to, kad polistirenas gerai praleidžia šviesą, jis naudojamas net pastatų stiklinimui. Tačiau tokio stiklo negalima dėti saulėtoje pusėje, nes medžiaga blogėja veikiant ultravioletinei spinduliuotei.
Polistirenas jau seniai naudojamas putų ir susijusių medžiagų gamybai. Putų polistirolo šilumą izoliuojančios savybės leidžia jį naudoti sienų, grindų, stogų ir lubų šiltinimui, įvairios paskirties pastatuose. Būtent dėl izoliacinių medžiagų gausos, pirmiausia polistireninio putplasčio, paprasti žmonės žino apie mūsų svarstomą medžiagą. Šios medžiagos yra lengvai naudojamos, atsparios irimui bei agresyviai aplinkai, taip pat pasižymi puikiomis termoizoliacinėmis savybėmis.
Trūkumai
Kaip ir bet kuri kita medžiaga, polistirenas turi trūkumų. Visų pirma, tai aplinkos nesaugumas (kalbame apie saugių šalinimo būdų trūkumą), trapumas ir gaisro pavojus.
Perdirbimas
Pats polistirenas nekelia pavojaus aplinkai, tačiau kai kurie iš jo pagaminti gaminiai reikalauja specialaus tvarkymo.
Atliekos ir jų kopolimerai kaupiasi pasenusių gaminių ir pramoninių atliekų pavidalu. Polistireninio plastiko perdirbimas atliekamas keliais būdais:
- Pramoninių atliekų, kurios buvo labai užterštos, šalinimas.
- Technologinių atliekų apdorojimas liejimo, ekstruzijos ir presavimo būdu.
- Susidėvėjusių gaminių išmetimas.
- Mišrių atliekų išvežimas.
Antrinis polistireno panaudojimas leidžia iš senų žaliavų gauti naujus aukštos kokybės gaminius, neteršiant aplinkos. Viena iš perspektyvių polimerų apdirbimo sričių – polistireninio betono gamyba, kuris naudojamas mažaaukščių pastatų statybai.
Polimero skilimo produktai, susidarantys terminio skilimo arba terminio oksidacinio skilimo metu, yra toksiški. Apdorojant polimerą, dalinai skaidant gali išsiskirti benzeno, stireno, etilbenzeno, anglies monoksido ir tolueno garai.
Degimas
Deginant polimerą išsiskiria anglies dioksidas, anglies monoksidas ir suodžiai. Apskritai polistireno degimo reakcijos lygtis atrodo taip: (C 8 H 8) n + O 2 \u003d CO 2 + H 2 O. Polimero, kuriame yra priedų (stiprumą didinančių komponentų, dažiklių ir kt.), degimas. .) išskiria daugybę kitų kenksmingų medžiagų.
Blokinis polistirenas gaminamas tūrinės polimerizacijos būdu. Dabar plačiai taikoma stireno polimerizacija masėje (bloke). Tai gali būti atliekama dalyvaujant iniciatoriui ir jam nesant.
polimerizacijos iniciatoriai bet dažniausiai yra benzoilo peroksidas, azobisizosviesto rūgšties dinitrilas ir kt. Iniciatorių skilimo produktai yra polistireno makromolekulių dalis, todėl šiuo metodu neįmanoma gauti polistireno, kurio dielektrinės vertės yra didelės.
Pramonėje, norint gauti didelio grynumo polistireną, polimerizacija atliekama be iniciatoriaus (terminė polimerizacija).
Stireno radikalinės polimerizacijos kinetika iki gilių konversijų buvo ištirta daug išsamiau nei kitų monomerų polimerizacijos kinetika. Tai leidžia labai tiksliai apskaičiuoti polimerizacijos temperatūros režimą, norint gauti norimų savybių polistireną.
Terminė stireno polimerizacija iki visiško konversijos monomeras nenutrūkstamu būdu kolonėlės tipo aparatuose be maišymo ("idealaus" poslinkio principas) šiuo metu nenaudojamas, nes šis procesas turi nemažai rimtų trūkumų. Pagrindiniai technologinio stireno polimerizacijos proceso su visišku monomero konversija trūkumai yra jo ilga trukmė, būtinybė procesą atlikti aukštoje temperatūroje. (200–230 °С) galutiniuose etapuose pasiekti aukštą konversiją (99%), taip pat gauti mažos molekulinės masės polimerą (1 pav.) ir platų molekulinės masės pasiskirstymą. Be to, didėjant konversijos gyliui, labai padidėja reakcijos masės klampumas, kuris pasiekia proceso pabaigą. 1 10 3 – 1 10 4 Pas. Atliekant stireno terminę polimerizaciją iki nebaigta monomero konversija (80-95%) aparatų kaskadoje su maišymu ("idealaus" maišymo principas) ir pašalinus likutinį monomerą, reakcija gali vykti žemesnėje temperatūroje. (140–160 °С) ir gauti polistireną iš siauresnis molekulinės masės pasiskirstymas. Tai leidžia žymiai suintensyvinti procesą ir gaminti aukštesnės kokybės polistireną.
Pramoniniai stireno polimerizacijos iki nepilnos monomero konversijos procesai buvo sukurti naudojant matematinio modeliavimo metodus.
Pirmasis proceso modeliavimo žingsnis yra matematinis stireno terminės polimerizacijos reakcijos aprašymas (modelis). Pramoniniams procesams apskaičiuoti galima naudoti ne pilną kinetinį modelį, o bendro reakcijos greičio priklausomybę nuo konversijos.
Polistirenui darbo diapazone temperatūra 110-150 °С polimero molekulinė masė priklauso tik nuo temperatūros ir nepriklauso nuo monomero konversijos laipsnio: 
Antrasis proceso modeliavimo etapas – matematinis reaktorių, skirtų polimerizacijos procesams, aprašymas. Jame aprašomos reakcijos terpės savybės ir šilumos mainų sąlygos reaktoriuje.
Reakcijos terpės savybės apima:
- klampumas,
- šilumos laidumas,
- šiluminė talpa,
- garų slėgis virš polimero tirpalo.
Stireno polimerizacijos ypatybė yra didelis reakcijos terpės klampumas, kuris svyruoja reaktoriuose nuo 1 prieš 1 10 3 Pa s.
Tam, kad būtų užtikrintas tam tikras šilumos perdavimas reaktoriuose, naudojami tam tikro tipo maišytuvai ir apskaičiuojamos maišymo galios sąnaudos. Konvertuojant į 40% ir reakcijos terpės klampumas iki 10 Pa s taikyti lakštų maišytuvai(pirmame reaktoriuje), esant didesniam klampumui, tampa pranašesni spiraliniai (juostos) maišytuvai.
Viena iš pagrindinių polimerizacijos problemų izoterminiame reaktoriuje yra Šilumos išsklaidymas. Didelis stireno polimerizacijos proceso intensyvumas gali būti pasiektas pašalinus šilumą išgarinant ir grąžinant monomerą į polimerizaciją. Be to, dalinis šilumos pašalinimas atliekamas per aparato apvalkalą. Reikalingas temperatūros skirtumas tarp reakcijos masės ir aušinimo skysčio reaktoriaus gaubte nustatomas pagal šilumos balanso lygtį
Q E + Q N - Q BX -Q X \u003d 0
kur Q e- egzoterminės reakcijos šiluma; Qn- maišytuvo veikimo metu išsiskirianti šiluma; QBX- šiluma, sunaudota kaitinant reakcijos terpės įvesties srautą; Qx- šilumos pašalinimas per reaktoriaus sienelę.
Norint užtikrinti stabilų režimą reaktoriuje, reikia laikytis šios sąlygos: šilumos pašalinimo pokytis priklausomai nuo temperatūros turi vykti greičiau nei šilumos išsiskyrimo pokytis.
Nustačius stabilaus reaktorių veikimo sąlygas, sprendžiamas jų valdymo galimybės ir atitinkamų automatinio valdymo priemonių parinkimo klausimas.
Šiuo metu blokinė stireno polimerizacija kol monomeras nebus visiškai paverstas polimeru maišomų reaktorių kaskadoje pagal dvi galimybes:
- kai nėra tirpiklių;
- naudojant tirpiklius.
Gamyba bendrosios paskirties blokinis polistirenas atliekama esant etilbenzenui (15-20%), kurio buvimas procese palengvina šilumos pašalinimą, įrangos, ypač siurblių, darbą dėl sumažėjusios reakcijos masės klampumo, taip pat proceso kontrolę kaip visas.
Žemiau pateikiami bendrosios paskirties blokinio polistirolo gavimo technologinių procesų aprašymai.
Blokinio bendrosios paskirties polistireno gamyba iki dalinio monomero konversijos maišomų reaktorių kaskadoje
Plačiausiai naudojama blokinio bendrosios paskirties polistireno gamybos dviejų maišomų reaktorių kaskadoje technologinė schema. Procesas apima etapai:
- pradinio stireno paruošimas,
- stireno polimerizacija 1 ir 2 pakopų reaktoriuose,
- pašalinimas ir ištaisymasnesureagavęs monomeras,
- polistirolo lydalo dažymas,
- polistireno granuliavimas,
- polistireno granulių pakavimas ir pakavimas.
Blokinio polistireno gamybos maišomų reaktorių kaskadoje schema parodyta 1 paveiksle.
Iš konteineriai 1 stirenas nuolat tiekiamas dozavimo siurbliu į I pakopos reaktorius, kuris yra vertikalus cilindrinis aparatas kūginiu dugnu, kurio talpa 16 m 3 . Reaktorius aprūpintas lakštiniu maišytuvu, kurio greitis yra 30-90 aps./min. Polimerizacija reaktoriaus 1 pakopa 2 veikia esant temperatūrai 110-130 °С prieš konversijos 32–45 % priklausomai nuo gaminio prekės ženklo. Reakcijos šilumos perteklius pašalinamas dėl to, kad iš reakcijos masės išgaruoja dalis stireno.
Reaktorius 2 pakopa 3 savo konstrukcija ir matmenimis panašus į I pakopos reaktorių, bet su juostiniu maišytuvu, kurio greitis 2-8 aps./min. Tai užtikrina efektyvų labai klampių reakcijos terpių maišymą. Polimerizacija 2-os pakopos reaktoriuje vyksta iki 75–88 proc. konversijos koeficientai esant temperatūrai 135-160 °С priklausomai nuo gauto polimero rūšies.
Polistireno tirpalas stirene iš II pakopos reaktoriaus iškrovimo siurblys 5 tarnavo vakuuminė kamera 6 per vamzdį, šildomą garais bent slėgiu 2,25 MPa. Tuo pačiu metu tai atsitinka prepolimerizacija stireno iki 90% konversijos koeficientas.
Įeina polistirolo lydalas vakuuminė kamera 6 su temperatūra 180-200 °С. Vakuuminės kameros perkaitintuvo vamzdyje kaitinamas polistirolo lydalas iki 240°C ir patenka į tuščiavidurę 10 m 3 tūrio kamerą, kurios liekamasis slėgis yra 2,0-2,6 kN/m 2. Kai tai įvyksta, stireno išgaravimas iš lydalo ir likutinio monomero kiekis sumažėja iki 0,1-0,3%. Stireno garai siunčiami regeneracijai, o po to grąžinami talpa 1.
Polistirolo lydalas iš vakuuminės kameros 6 eina į ekstruderis 7 ir granuliavimui.
Gavus bendrosios paskirties polistireną esant etilbenzenui, pastarasis yra uždarame cikle sumaišytas su stirenu. Reakcijos šilumos pertekliaus tūris įrenginiuose atliekamas išgarinant vakuume dalį stireno ir etilbenzeno. Išgarintas mišinys kondensuojasi ir grįžta į reakcijos zoną. Norint palaikyti normalų polimerizatorių maišytuvų veikimą, nuolat stebimas reakcijos masės klampumas. Nurodytas klampumas išlaikomas automatiškai, keičiant stireno ir etilbenzeno mišinio tiekimą.
Abu polimerizatoriai veikia vakuume, proceso temperatūra svyruoja ties 115-135 °С ir 140-160 °С atitinkamai. Polimero kiekis I pakopos reaktorius pasiekia 30-40% , in II pakopos reaktorius - 65-70%. Tirpale yra 15-20% etilbenzenas. Iš II pakopos reaktoriaus polimero tirpalas patenka į garintuvą, kuriame palaikomas vakuumas (liekamasis slėgis apie 2,6 kPa). Pašalinami stireno ir etilbenzeno garai, o polimero lydalas surenkamas apatinėje garintuvo dalyje, iš kurios 200-230 °С siunčiami dažyti ir granuliuoti.
Stireno ir etilbenzeno garai iš garintuvo patenka į skruberį valymui, tada kondensuojasi ir grįžta į originalią stireno ir etilbenzeno talpą.
Taigi blokinio bendrosios paskirties polistireno gamybos technologinė schema naudojant procese etilbenzeną skiriasi nuo technologinės schemos, parodytos 1 paveiksle, tik šveitiklis ir stireno ir etilbenzeno garų kondensatorius.
Stireno blokinės polimerizacijos su pilna ir nepilna monomerų konversija palyginamasis įvertinimas
Stireno blokinės polimerizacijos su nepilna monomero konversija metodas turi daug pranašumų, palyginti su blokinės polimerizacijos metodu visiškai konvertuojant stireną:
1) polimerizacijos agregato našumas padidėja daugiau nei 2 kartus dėl sutrumpėjusios polimerizacijos trukmės, dėl to sumažėja kapitalo investicijos ir energijos sąnaudos;
2) techninės įrangos konstrukcija leidžia koreguoti technologinius proceso parametrus ir gauti skirtingos kokybės produktus, priklausomai nuo vartotojo reikalavimų;
3) iš vakuuminės kameros išeinančiame polistirene yra mažiau monomero likučių (iki 0,2 %) nei gaminyje, išeinančiame iš kolonėlės visiškai konvertuojant monomerą (0,5 %).
Tačiau atliekant procesą, kai monomeras nėra visiškai konvertuojamas, neišvengiama atliekų – stireno pašalinimo kondensatų. Įgyvendinant didelio masto gamybą, atsiranda būtinybė naudoti šalinimo kondensatus. Bendras gamybos pajėgumas 100-120 tūkst. t/metus polistirolo, gaunama apie 10-12 tūkst. t/metus nuimamo kondensato.
Pašalinimo kondensatas naudojamas dviem kryptimis:
1) pašalinamo kondensato valymas, norint gauti standartinio grynumo stireną (rektifikacija);
2) distiliuotų kondensatų polimerizacija, norint gauti kiek prastesnės kokybės polistireną, kuris gali būti panaudotas mažiau kritinių produktų gamybai. Pramonėje vystosi abi kryptys.
Bibliografija:
Zubakova LB, Tvelika AS, Davankov AB Sintetinės jonų mainų medžiagos. M., Chemija, 1978. 183 p.
Saldadze K M., Valova-Kopylova VD Kompleksą formuojantys jonų mainai (kompleksai). M., Chemija, 1980. 256 p.
Kazancevas E. Ya., Pakholkov VS, Kokoshko 3. /O., Chupakhin O. Ya. Jonų mainų medžiagos, jų sintezė ir savybės. Sverdlovskas. Red. Uralo politechnikos institutas, 1969. 149 p.
Samsonovas G. V., Trostyanskaya E. B., Elkin G. E. Jonų mainai. Organinių medžiagų sorbcija. L., Nauka, 1969. 335 p.
Tulupov PE Jonų mainų medžiagų stabilumas. M., Chemija, 1984. 240 p. Polyansky Ya. G. Katalizė naudojant jonitus. M., Chemija, 1973. 213 p.
Cassidy G. Dzh.u Kun K A. Redox polimerai. M., Chemija, 1967. 214 p. Hernig R. Chelatiniai jonų mainai. M., Mir, 1971. 279 p.
Tremillon B. Atskyrimas ant jonų mainų dervų. M., Mir, 1967. 431 p.
Laskorin B. Ya., Smirnova Ya. M., Gantman M. Ya. Jonų mainų membranos ir jų pritaikymas. Maskva, Gosatomizdat, 1961. 162 p.
Egorov EV, Novikov PD Jonizuojančiosios spinduliuotės poveikis jonų mainų medžiagoms. M., Atomizdat, 1965. 398 p.
Egorovas E. V., Makarova S. B. Jonų mainai radiochemijoje. M., Atomizdatas,
449 užduotis (w)
Kaip pramonėje gaminamas stirenas? Pateikite jo polimerizacijos schemą. Diagramomis nubraižykite tiesines ir trimates polimerų struktūras.
Sprendimas:
Stireno gavimas ir polimerizacija
Dauguma stireno(apie 85%) pramonėje gauna dehidrogenavimą m
etilbenzenas esant 600-650°C temperatūrai, atmosferos slėgiui ir atskiestas perkaitintais vandens garais 3-10 kartų. Naudojami oksidiniai geležies-chromo katalizatoriai, pridedant kalio karbonato.
Kitas pramoninis metodas, kuriuo gaunami likę 15%, yra dehidratacija. metilfenilkarbinolis, susidaręs gaminant propileno oksidą iš etilbenzeno hidroperoksido. Etilbenzeno hidroperoksidas gaunamas iš etilbenzeno nekataliziškai oksiduojant orą.
Stireno anijonoidinės polimerizacijos schema:
Polistirenas- termoplastinis amorfinis polimeras, kurio formulė:
[CH2 \u003d C (C6H5)H] n------------> [-CH2 - C (C 6 H 5) H -] n
stireno polistirenas
Stireno polimerizacija atsiranda veikiant natrio arba kalio amidams skystame amoniake.
Polimerinės struktūros:
Ypatingumas linijiniai ir šakotieji polimerai- pirminių (cheminių) ryšių tarp stambiamolekulinių grandinių nebuvimas; Tarp jų veikia specialios antrinės tarpmolekulinės jėgos.
Linijinės polimero molekulės:
Šakotosios linijinės molekulės:
Jeigu stambiamolekulinės grandinės yra tarpusavyje sujungti cheminiais ryšiais, kurie sudaro eilę skersinių tiltelių (trimatis rėmas), tada tokios sudėtingos makromolekulės struktūra vadinama erdvine. Erdvinių polimerų valentiniai ryšiai atsitiktinai skiriasi visomis kryptimis. Tarp jų yra polimerų su retu kryžminių jungčių išdėstymu. Šie polimerai vadinami tinkliniais.
Trimatės polimerų struktūros:
Polimero tinklo struktūra:
Polistirenas
Ryžiai. 1. Linijinė polistirolo struktūra
Poliorganosiloksanas
Ryžiai. 2. Trimatė poliorganosiloksano struktūra
Sintetiniai polimerai
Dvidešimtajame amžiuje sintetinių didelės molekulinės masės junginių – polimerų – atsiradimas buvo techninė revoliucija. Polimerai plačiai naudojami įvairiose praktinėse srityse. Jų pagrindu buvo sukurtos naujos, daugeliu atžvilgių neįprastų savybių medžiagos, gerokai pranašesnės už anksčiau žinomas medžiagas.
Polimerai yra junginiai, kurių molekulės susideda iš pasikartojančių vienetų – monomerų.
žinomas natūralūs polimerai . Tai apima polipeptidus ir baltymus, polisacharidus, nukleorūgštis.
Sintetiniai polimerai gaunamas polimerizuojant ir polikondensuojant (žr. toliau) mažos molekulinės masės monomerus.
Struktūrinė polimerų klasifikacija
a) linijiniai polimerai
Jie turi linijinę grandinės struktūrą. Jų pavadinimai yra kilę iš monomero pavadinimo pridedant priešdėlį poli-:
b) tinkliniai polimerai:
c) tinkliniai trimačiai polimerai:
Įvairių monomerų kopolimerizacija suteikia kopolimerai . Pavyzdžiui:
Polimerų fizikines ir chemines savybes lemia polimerizacijos laipsnis (reikšmė n) ir polimero erdvinė struktūra. Jie gali būti skysčiai, dervos arba kietos medžiagos.
Kietieji polimerai kaitinami elgiasi skirtingai.
Termoplastiniai polimerai- kaitinant jie išsilydo ir atvėsę įgauna bet kokią formą. Tai gali būti kartojama neribotą skaičių kartų.
Termoreaktyvūs polimerai– Tai skystos arba plastikinės medžiagos, kurios kaitinamos tam tikra forma sukietėja ir toliau kaitinant neištirpsta.
Polimerų susidarymo reakcijos polimerizacija
Polimerizacija yra nuoseklus monomero molekulių prijungimas prie augančios grandinės galo. Šiuo atveju visi monomero atomai yra grandinės dalis, ir reakcijos metu niekas neišsiskiria.
Norint pradėti polimerizacijos reakciją, būtina iniciatoriaus pagalba aktyvuoti monomero molekules. Priklausomai nuo iniciatoriaus tipo, yra
radikalus
katijoninės ir
anijoninė polimerizacija.
Radikali polimerizacija
Medžiagos, galinčios sudaryti laisvuosius radikalus termolizės ar fotolizės metu, naudojamos kaip radikalinės polimerizacijos iniciatoriai, dažniausiai tai yra organiniai peroksidai arba azo junginiai, pavyzdžiui:
Kai šildomas arba apšviečiamas UV šviesa, šie junginiai sudaro radikalus:
Polimerizacijos reakcija apima tris etapus:
iniciacija,
grandinės augimas,
Grandinės nutrūkimas.
Pavyzdys yra stireno polimerizacija:
reakcijos mechanizmas
a) inicijavimas:
b) grandinės augimas:
c) atvira grandinė:
Radikali polimerizacija lengviausiai vyksta su tais monomerais, kuriuose susidarę radikalai stabilizuojasi veikiant pakaitams prie dvigubos jungties. Pateiktame pavyzdyje susidaro benzilo tipo radikalas.
Radikalios polimerizacijos metu gaunamas polietilenas, polivinilchloridas, polimetilmetakrilatas, polistirenas ir jų kopolimerai.
Katijoninė polimerizacija
Šiuo atveju monomerinius alkenus aktyvina proto rūgštys arba Lewis rūgštys (BF 3, AlCl 3, FeCl 3), esant vandeniui. Reakcija vyksta kaip elektrofilinis dvigubos jungties priedas.
Pavyzdžiui, izobutileno polimerizacija:
reakcijos mechanizmas
a) inicijavimas:
b) grandinės augimas:
c) atvira grandinė:
Katijoninė polimerizacija būdinga vinilo junginiams su elektronus dovanojančiais pakaitais: izobutilenu, butilvinilo eteriu, α-metilstirenu.
