Полимерные материалы условно классифицируются на пластические массы (пластмассы), эластомеры (каучуки) и волокна. Рассмотрите классификацию и характерные свойства, применение пластмасс, каучуков и волокон. Для изучения технологии получения полимеров необходимо знать реакцию полимеризации, сополимеризации.
Реакция полимеризации может протекать по механизму цепных (цепная полимеризация) и ступенчатых реакций (ступенчатая полимеризация). Известны два вида цепной полимеризации: радикальная (инициированная) и ионная (каталитическая). Рассмотрите механизм и кинетику радикальной и ионной полимеризации, промышленные способы проведения полимеризации и поликонденсации.
При изучении способов получения полиэтилена определите характерные особенности различных процессов, влияющие на свойства полиэтилена и промышленное оформление процессов.
В промышленности полимеризацию стирола осуществляют блочным, суспензионным и эмульсионным методами. Наиболее высокие технико-экономические показатели имеет полистирол, полученный блочной полимеризацией по методу неполной конверсии стирола. Этот метод позволяет создать непрерывные и высокоавтоматизированные процессы.
Изучая получение полипропилена, обратите внимание на то, что свойства полипропилена находятся в прямой зависимости от структуры его цепей. Наиболее ценными свойствами обладает полимер с высоким содержанием изотактического изомера. Поэтому условие полимеризации и соотношение компонентов катализаторного комплекса подбирают таким образом, чтобы в основном получился изотактический полимер (80%-95%). /3.343с.-369с./
Вопросы для самоконтроля
1. Определение и характеристика пластмасс, каучуков.
2. Классификация волокон.
3. Классификация полимеров.
4. Виды цепной полимеризации: радикальная и ионная.
5. Способы проведения полимеризации.
6. Способы проведения поликонденсации.
Тема 12.3. Получение синтетических каучуков и волокон
Студент должен:
иметь представление:
- о классификации каучуков;
- о технологии получения каучуков.
Классификация каучуков. Каучуки общего назначения. Бутадиен-стирольный и бутадиен-a-метилстирольный каучуки. Получение каучука низкотемпературной полимеризацией бутадиена с a-метилстиролом. Стереорегулярные синтетические каучуки, способы их получения. Производство полибутадиеновых и полиизопреновых каучуков.
Каучуки специального назначения. Полиизобутиленовый и полихлоропреновый каучуки, свойства и применение. Схема процесса получения полиизобутилена. Схема процесса получения хлоропренового каучука.
Способы получения синтетических волокон.
Методические указания
В промышленности синтез каучуков проводится полимеризацией в растворе и эмульсии.
Преимуществом растворной полимеризации является возможность использовать для синтеза эффективные каталитические системы, позволяющие получать стереорегулярные каучуки СКИ-3, СКД, совместное применение которых в шинной промышленности позволило нашей стране впервые в мировой практике заменять натуральный каучук, улучшив при этом качество шин.
Каталитические системы Циглера-Натта нашли широкое применение для синтеза различных эластомеров с широким спектром свойств.
Технологический процесс полимеризации в растворе осуществляется по непрерывной схеме, при которой легко отводится теплота, выделяющаяся в процессе синтеза полимера. Это позволило создать единичные агрегаты большой мощности, повысить активность и стереоселективность действия каталитических систем, улучшить технико-экономические показатели процесса производства растворных каучуков.
Высокая активность каталитических систем, используемых в растворной полимеризации, позволяет достигать высоких конверсий мономеров.
Высокие требования к чистоте исходных мономеров и растворителя, а также повышение затрат на регенерацию и транспорт большого количества растворителя удорожают растворные каучуки, однако эти затраты вполне компенсируются высокими эксплуатационными характеристиками растворных каучуков.
Эмульсионная полимеризация характеризуется удобной технологией производства, пониженными требованиями к чистоте исходных мономеров, однако каучуки общего назначения, получаемые этим методом, значительно уступают эластомерам растворной полимеризации по комплексу физико-механических и эксплуатационных свойств.
Изучите производство, предусмотренных программой, эмульсионных и растворных каучуков, свойства и применение. Определите зависимость свойств каучуков от способов их получения; основные факторы, влияющие на качество полимеров. /1.151с.-164с., 3.349с.-360с., 386с.-390с., 4.124с.-143с., 173с.-188с./
Вопросы для самоконтроля
1. Технология производства растворных каучуков (по программе ТОВ).
2. Технология производства эмульсионных каучуков (по программе ТОВ).
3. Классификация синтетических волокон, способы получения.
Раздел 13. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В
ПРОМЫШЛЕННОСТИ ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА
Студент должен:
иметь представление:
- о современном состоянии промышленности электрохимического синтеза;
- об электрохимических методах получения органических веществ.
Современное состояние и перспективы развития промышленности электрохимического синтеза.
Общие сведения о конструкциях электролизеров. Условия протекания химического процесса. Промышленные методы получения себациновой и других кислот, адипонитрила, глицерина, гидрохинона.
Методические указания
В новых промышленных процессах органического электросинтеза основная проблема – пространственная – в некоторой степени решена благодаря применению простых фильтр-прессных электролизеров или путем использования электродов с развитой поверхностью, состоящих из мелких частиц. Работы в области электродиализа привели к новым подходам к решению вопросов, связанных с миграцией ионов, что явилось одновременно причиной и следствием большого успеха, достигнутого в области создания ионообменных мембран. Нужно отметить, что даже при равной стоимости электрохимические процессы имеют определенные преимущества перед химическими, поскольку электрохимические производства меньше загрязняют окружающую среду, обладают более высокой селективностью и дают меньше побочных продуктов.
Лабораторные исследования электросинтеза органических соединений обычно проводят в электролизерах периодического действия.
В промышленности предпочитают вести непрерывный электролиз, так как при этом легче контролировать температуру и состав электролита, что в свою очередь улучшает селективность процесса и выход по току. Кроме того, в непрерывных системах ток и количество отводимого тепла постоянны во времени, что позволяет применять более эффективные конструкции электрооборудования и теплообменников.
К перспективным направлениям развития электросинтеза органических соединений относятся:
- параллельный электросинтез, при котором «полезные» процессы протекают на обоих электродах. Результатом такого электролиза может быть получение двух или только одного продукта, образование которых в существенной мере обусловлено вкладом в общий процесс реакций на обоих электродах, в катодном пространстве, на аноде, в анодном пространстве и суммарные реакции;
- замена ячеек с диафрагмой на бездиафрагменные ячейки. Это дает множество практических преимуществ: снижение энергетических затрат, упрощение процессов выделения продуктов;
- гомогенный перенос электрона позволяет значительно повысить селективность процесса;
- применение химически модифицированных электродов позволяет достигнуть необходимой селективности и «каталитического» поведения соответствующих электрохимических реакций;
- конструкции электролизеров и электродные материалы. Достижения в этом направлении позволили минимизировать необходимые энергетические затраты, достигнуть максимальной специфичности и максимального выхода в расчете на единицу объема ячейки и времени электролиза.
- фотоэлектросинтез представляет интерес с точки зрения исследования и дальнейшего развития;
- электрокатализ применяется, когда реагент очень дорог, привлекателен с экономической точки зрения;
- электролиз в плазме тлеющего разряда интересен для исследования, велики энергетические затраты;
- синтез органических соединений без использования нефтехимических продуктов из таких исходных веществ СН4, СО, СО2, NH3.
- биоэлектрохимия применяется для исследования электрохимического поведения небольших по размеру молекул, таких как простейшие пурины, пиримидины, пирролы;
- электрохимические генерируемые основания – катодное восстановление органического соединения.
Дальнейшее изучение электрохимических процессов проводится по программе ТОВ.
ПЕРЕЧЕНЬ
практических занятий по технологии органических веществ
1. Выбор оптимального метода разделения парафиновых углеводородов.
2. Вычерчивание технологических схем.
3. Составление элементов технологических схем.
4. Описание отдельных узлов технологических схем.
5. Экологическая оценка различных способов получения олефинов.
6. Характеристика и расчет основных показателей химических превращений ароматических углеводородов.
7. Сравнение различных технологических схем получения ароматических углеводородов.
8. Характеристика, расчет и обоснование технологических показателей и параметров процессов получения ацетилена.
9. Составление схем реакционных узлов.
10. Расчет показателей химико-технологических процессов, расходных коэффициентов сырья и энергии для получения синтез-газа.