Основні способи одержання полімерів

Синтетичні полімери одержують внаслідок реакцій полімеризації та поліконденсації. Реакцією полімеризації називається процес з’єднання багатьох молекул мономеру у велику молекулу полімеру за рахунок розривання подвійних та потрійних зв’язків. При цьому молекули полімеру мають той же елементарний склад, що і вихідний мономер.

Наприклад, полімеризація етилену проходить за схемою:

Розрізняють ланцюгову і ступеневу полімеризацію.

Ланцюгова реакція протікає за рахунок активації окремих молекул під дією температури і каталізатора, які з’єднують з неактивними молекулами, під час процесу кількість активних молекул збільшується, що і приводить до утворення полімеру з молекулярною масою 1500-100000.

Ступенева полімеризація проходить шляхом з’єднання окремих молекул мономера по дві з утворенням димерів, які з’єднуються ще з однією молекулою, утворюючи тример і т.д.

Для одержання полімерів з потрібними властивостями застосовується співполімеризація, тобто сумісна полімеризація двох і більше різних мономерів.

Застосовується декілька способів полімеризації.

Процес полімеризації здійснюється у блоці (або у масі), розчині, у емульсії і суспензії.

При блочній полімеризації чистий мономер і каталізатор вводять у реактор, де при їх нагріванні іде процес полімеризації. Цим способом одержують листові матеріали з полістиролу, поліетилену, натрій бутадієнового каучуку та ін..

При полімеризації у емульсії мономер змішують з ініціатором і емульгатором у воді (частинки мономеру знаходяться у підвищеному стані), при нагріванні у емульсії утворюється полімер. Емульсійний спосіб простий, дає полімер більш однорідного складу, ніж блочний. Застосовується при одержанні поліхлорвінілу, полістиролу та ін..

Полімеризація у розчині протікає з застосуванням речовин, у яких розчиняються мономер і полімер або тільки мономер. У першому випадку одержують розчин полімеру, який застосовується як лак, або виділяють з нього полімер, випаровуючи розчинник. У другому випадку полімер випадає у вигляді осаду з розчину і відділяється фільтруванням. Одержані полімери відрізняються однорідністю складу (полівінілацетат, полібутилакрилат та ін..).

Поліконденсація – утворення високомолекулярних речовин внаслідок взаємодії великої кількості молекул двох або декількох мономерів з одночасним виділенням побічних молекулярних продуктів реакції (води, аміаку, оксиду вуглецю (IV) та ін..).

Поліконденсація проходить за рахунок взаємодії функціональних груп взаємодіючих мономерів (-OH, -COOH, -NH₂).

Прикладом реакції поліконденсації може бути утворення полі етиленгліколю з етиленгліколю з виділенням води.

HO-CH₂-CH₂-OH+HO-CH₂-CH₂-OH       HO-CH₂-CH₂-O-CH₂-CH₂-OH+H₂O

Як приклад одержання полімерів розглянемо виробництво поліетилену. Його одержують двох видів: поліетилен високого тиску і поліетилен низького тиску.

Поліетилен високого тиску одержують за допомогою блочної полімеризації. Спеціальний автоклав заповнюють етиленом під тиском 100-170мПа і температурі 180-200°С, каталізатором є кисень (0,06-0,08% від маси етилену). Внаслідок процесу утворюється поліетилен високого тиску з питомою вагою 0,92-0,93г/см³, молекулярної маси 15000-35000.

Поліетилен низького тиску одержують з застосуванням каталізатору триетил алюмінію і чотирьох хлористого титану з розчину низько киплячого бензину під тиском 0,3-0,4мПа при 80°С. отримують полімер у вигляді суспензії у бензині, його відділяють, промивають етиловим і н-пропіловим спиртом, для розкладання каталізатора, висушують і гранулюють (питома вага 0,94-0,95, молекулярна маса 25000-100000).

Полівінілхлорид одержують полімеризацією вінілхлориду у емульсії або суспензії у водному середовищі.

Спочатку нагрівають до 45°С, а потім температуру знижують, тиск у автоклаві підтримують біля 0,5мПа. Процес продовжується 40-60 годин. Виділений твердий полівінілхлорид подрібнюють.