Тема 11. Технология высокомолекулярных соединений
Примеры тестовых заданий по теме 10
Контрольные вопросы к теме 10
1. Перечислите основные промышленные синтезы на основе синтез-газа и оксида углерода (II).
2. Какими свойствами обладает метанол?
3. За счет чего при синтезе метанола из синтез-газа достигается необходимая селективность процесса?
4. Какие технологические схемы используются в производстве метанола?
5. Перечислите важнейшие области использования метанола.
6. Из каких видов сырья может быть получен в промышленных масштабах этанол?
7. Объясните преимущества метода прямой гидратации этилена перед методом сернокислотной гидратации в производстве синтетического этанола.
8. Какие катализаторы используются при производстве этанола прямой гидратацией этилена в паровой фазе?
9. Что такое гидролизное производство? Почему оно является малоотходным?
10. Из каких стадий состоит гидролизное производство этанола и чем катализируется каждая стадия?
|
|
11. Какие соединения относят к высшим синтетическим жирным кислотам (ВЖК) и спиртам (ВЖС)?
12. Укажите основные промышленные методы производства ВЖК и ВЖС.
13. Каким образом в производстве ВЖС прерывают процесс окисления, не допуская деструкции молекулы алкана?
14. Что такое синтетические моющие средства и какова их связь с ВЖС, ВЖК?
№1
В основе промышленного способа получения этилового спирта лежит реакция ______________________ этилена:
№2
При крекинге метана получается:
- ацетилен
- формалин
- керосин
- бензин
Пластмассы, каучуки, химические волокна и полимерные композиционные материалы как основные виды полимерных материалов. Доля полимерных материалов в валовой химической продукции индустриально развитых стран. Способы осуществления реакций полимеризации в газовой фазе, в растворе, в суспензии, в эмульсии и блочная полимеризация. Преимущества и недостатки этих способов. Промышленное получение полиэтилена, полипропилена, полистирола, поливинилхлорида, а так же сополимеров на их основе. Сравнение различных технологических схем получения ПЭ (низкой и высокой плотности).
Поликонденсационные процессы и их технологическое оформление. Феноло-формальдегидные и мочевино-альдегидные, наволачные и резольные смолы. Кремнийорганические полимеры. Полиуретаны. Основные свойства и области их применения.
Химические волокна: искусственные на основе целлюлозы и синтетические. Основные приемы формирования волокон из растворов и расплавов. Свойства и области применения.
Производство синтетических каучуков. Каучуки специального назначения. Переработка каучука в резину.
|
|
Экологические аспекты производства полимерных материалов и изделий на их основе.
Вся окружающая нас живая и неживая природа построена из молекул, которые в свою очередь состоят из атомов. Атомы, соединяясь между собой в различных соотношениях, образуют молекулы, которые отличаются друг от друга размерами, строением, химическим составом и свойствами.
Вещества, построенные из небольшого числа атомов, называются низкомолекулярными. Их молекулярный вес не превышает нескольких сотен единиц. Низкомолекулярными веществами являются соли, кислоты, щелочи, спирты и другие соединения.
В то же время многие вещества состоят из гигантских молекул, в состав которых входят тысячи, десятки и сотни тысяч атомов. Такие молекулы называют макромолекулами; их молекулярный вес достигает сотен и даже тысяч единиц. Например, молекулярный вес молекул, входящих в состав натурального каучука, составляет 136 000—340 000.
Соединения, построенные из макромолекул, называют высокомолекулярными или полимерами.
Полимеры по происхождению подразделяют на природные и синтетические.
К природным, т. е. естественным, полимерам относятся целлюлоза, входящая в состав древесины, хлопка и других растений; белки, входящие в состав живых организмов; натуральный каучук и др.
Синтетические полимеры получают искусственно, путем химического синтеза; они входят в состав пластических масс, синтетических каучуков, химических волокон, лаков и др.
Состав и свойства полимеров. Молекулы полимеров представляют собой длинные цепи, в которых чередуются одинаковые звенья. Если обозначить эти звенья буквой А, то молекулу полимера можно представить так:
Свойства полимеров зависят также от химического состава мономеров, формы цепей молекул и их строения (структуры полимера).
В макромолекуле линейной структуры элементарные звенья образуют нитевидную молекулу, т. е. каждое звено связано только с двумя соседними звеньями (рис. а). Нитевидные (линейные) макромолекулы могут быть расположены в полимере параллельно друг другу (рис. б) или переплетаться без химической связи отдельных макромолекул (рис. в). Они могут быть изогнутыми, свернутыми в клубок (рис. г, д) и т. д. Макромолекулы линейной структуры характерны для полиэтилена, полипропилена, целлюлозы, полиэфиров, полиамидов и многих других высокомолекулярных соединений, широко используемых для получения волокон, пленок, пластмасс, резины. Эти полимерные материалы, как правило, прочны, эластичны, способны растворяться и плавиться при нагревании.
Макромолекулы разветвленной структуры имеют боковые ответвления от основной цепи (рис. е). Полимеры с разветвленной структурой молекул растворяются и плавятся труднее, чем линейные.
Структура цепей полимерных молекул может быть различной. В одних случаях образуются полимерные молекулы, у которых элементарные звенья имеют различное пространственное расположение боковых групп, в других — строго регулярное пространственное расположение. Полимеры со строго регулярной структурой молекул называются изотактическими. Такого типа полимеры обладают высокой твердостью и теплостойкостью.
Молекулы полимеров могут состоять не из одинаковых звеньев. Они могут быть получены из разных мономеров, например А и Б. Тогда макромолекула может быть изображена так:
Такие высокомолекулярные соединения называются сополимерами. Они совмещают в себе характерные свойства полимеров, полученных из каждого компонента в отдельности.
Таким образом, удается придавать полимерам некоторые специфические свойства, например, получать каучуки с повышенной бензо-и маслостойкостью, химической стойкостью и т. д.
|
|
Представляют интерес так называемые привитые сополимеры. Цепи их молекул построены по следующей схеме:
Если скелет молекул полимеров построен из атомов углерода, их называют карбоцепными. Существуют молекулы, в скелете которых атомы углерода периодически чередуются с атомами других элементов, например:
Такие полимеры называют гетероцепными.
Поведение полимеров при нагревании зависит от структуры молекул. Линейные и разветвленные полимеры при нагревании размягчаются, при последующем охлаждении переходят в твердое состояние. Такие полимеры называются термопластичными. Полимеры, молекулы которых имеют пространственную структуру, не плавятся при нагревании: их называют термореактивными.
Полимеры обладают малой плотностью (самые легкие пластические массы в 800 раз легче стали), высокой механической прочностью (превышает прочность дерева, стекла, керамики), высокими термо-, звуко- и электроизоляционными свойствами, высокой химической стойкостью, прекрасными оптическими свойствами, они способны поглощать и гасить вибрации, образовывать чрезвычайно тонкие пленки и волокна, они легко поддаются обработке и переработке в изделия.
Способы синтеза полимеров
Полимеры могут быть получены методами полимеризации и поликонденсации.
Полимеризация. Метод полимеризации заключается в том, что молекулы мономеров под воздействием нагревания, катализаторов, γ-лучей, света, инициаторов соединяются между собой в молекулы больших размеров. При этом образуются макромолекулы линейной, разветвленной, сетчатой структуры, молекулы сополимеров, привитых сополимеров.
Скорость полимеризации и молекулярный вес полимера зависят от температуры, давления, активности катализатора и т. д.
Существуют следующие способы полимеризации: в массе (блочный способ), в эмульсиях, в растворе и так называемая суспензионная, полимеризация.
Поликонденсация. Метод заключается в том, что соединение между собой молекул мономеров происходит при реакции между ними, идущей с выделением побочных продуктов. Например, обозначим молекулу одного из реагирующих веществ через а-А-а, а вторую б—Б—б. Схема реакции между ними может быть представлена следующим образом:
|
|
Из реагирующих молекул образовалась молекула вещества а—А—Б—б и при этом выделилось вещество а—б. Молекула вещества а—А—Б—б может дальше вступать в реакцию с мономерами. Благодаря присоединению новых молекул мономера происходит рост полимерной цепи. При этом присоединение каждой новой молекулы сопровождается выделением вещества а—б.
В результате по химическому составу полимерные молекулы несколько отличаются от исходных мономеров.