Ocena brak

Tworzywa Sztuczne i Syntetyczne - Otrzymywanie polimerów

Autor /Mieszko Dodano /21.09.2011

Wyjściowymi surowcami do otrzymywania monomerów są przede wszystkim ropa naftowa i gaz ziemny (baza petrochemiczna) oraz węgiel kamienny. Procesy otrzymywania monomerów są przedmiotem technologii związków organicznych, a zagadnienia dotyczące wytwarzania polimerów wchodzą w zakres technologii chemicznej tworzyw sztucznych. Procesami przekształcania polimerów w wyroby użytkowe zajmuje się natomiast technologia przetwórstwa tworzyw sztucznych. Reakcje chemiczne otrzymywania polimerów z monomerów, tj. wytwarzania syntetycznych związków wielkocząsteczkowych, są nazywane zwyczajowo polireakcjami.

Rozróżnia się trzy podstawowe typy polireakcji, którymi są:

§ polimeryzacja

§ polikondensacja (polimeryzacja kondensacyjna)

§ poliaddycja (polimeryzacja addycyjna).

a) Polimeryzacja jest to proces łączenia się wielu cząsteczek monomeru, któremu nie towarzyszy wydzielanie małocząsteczkowych produktów ubocznych. Proces ten można schematycznie przedstawić następująco:

nA ------------------> (A)n

gdzie: n – liczba cząsteczek monomeru (stopień polimeryzacji);

A – cząsteczka monomeru;

(A)n – makrocząsteczka polimeru.

Polimeryzacja przebiega więc bez zmian składu substancji reagujących. Powstający polimer różni się od monomeru tylko wielkością cząsteczki.

W przedstawionym wyżej procesie reaguje tylko jeden rodzaj monomeru. Taki proces nazywany jest homopolimeryzacją, a otrzymany produkt – homopolimerem. Jeżeli polimeryzacji ulega natomiast więcej niż jeden rodzaj monomeru, to proces taki nazywa się kopolimeryzacją, a powstały produkt – kopolimerem. Stosując różne monomery i zmieniając ich wzajemny stosunek ilościowy, można otrzymać kopolimery o różnym składzie i właściwościach.

b) Polikondensacja jest procesem łączenia się wielu cząsteczek substancji wyjściowych (substratów) w związek wielkocząsteczkowy z jednoczesnym wydzieleniem prostego związku małocząsteczkowego – jako produktu ubocznego reakcji, np. wody, chlorowodoru, amoniaku. Skład chemiczny polimeru powstającego w wyniku polikondensacji nie jest identyczny ze składem substancji wyjściowych. Spowodowane jest to wydzielaniem się produktów ubocznych podczas procesu.

c) Poliaddycja ma charakter pośredni między polimeryzacją a polikondensacją. Podobnie jak polikondensacja jest to reakcja przebiegająca w sposób stopniowy, lecz w odróżnieniu od niej nie jest procesem odwracalnym. Przyłączanie kolejnych cząsteczek monomeru do rosnącego polimeru przebiega tu dość szybko, podobnie jak w procesie polimeryzacji. Nie następuje też wydzielanie się ubocznych produktów małocząsteczkowych, co dodatkowo upodabnia poliaddycję do polimeryzacji. Polimery otrzymywane w wyniku poliaddycji mają ten sam skład chemiczny co monomery, lecz różnią się od nich budową. Mechanizm reakcji polega najogólniej na przemieszczaniu (przeskoku) atomu wodoru w cząsteczce monomeru, umożliwiając tym samym wzrost łańcucha polimeru. Typowym przykładem poliaddycji jest reakcja otrzymywania poliuretanów lub żywic epoksydowych.

Sposoby prowadzenia polimeryzacji:

§ polimeryzację blokową (polimeryzację w masie). Odbywa się ona poprzez ogrzewanie monomeru w fazie stałej, ciekłej lub gazowej z inicjatorem lub katalizatorem w reaktorach chemicznych. Produktem polimeryzacji blokowej jest stały polimer (blok, taśma lub pręt) o wysokiej czystości i dużej masie cząsteczkowej. Polimeryzacja prowadzona jest w sposób ciągły lub periodyczny.

§ polimeryzację w roztworze. Środowiskiem polimeryzacji jest odpowiedni rozpuszczalnik, w którym rozpuszcza się reagenty. Polimeryzacja prowadzona jest w podwyższonej temperaturze. Jako produkt otrzymuje się polimer o małej polidyspersyjności i mniejszej masie cząsteczkowej w porównaniu z produktami polimeryzacji blokowej. Polimeryzacja prowadzona jest sposobem periodycznym lub półciągłym.

§ polimeryzację emulsyjną. Monomer przed polimeryzacją poddaje się zdyspergowaniu w wodnym roztworze emulgatora. Inicjatorami polimeryzacji w emulsji są: nadtlenek wodoru, wodoronadtlenek kumenu, nadsiarczany i układy redoksowe. Do środowiska reakcji dodaje się związków pomocniczych, które regulują pH środowiska reakcji oraz napięcie powierzchniowe. Polimeryzacja prowadzona jest w sposób ciągły lub periodyczny. Produktem polimeryzacji jest wodna zawiesina polimeru, tzw. lateks.

§ polimeryzację w zawiesinie (polimeryzację suspensyjną, perełkową). Inicjator polimeryzacji jest rozpuszczony w kroplach monomeru zdyspergowanych w odpowiednim roztworze koloidów organicznych (np. poli(alkohol winylowy)) lub zawiesinie soli nieorganicznych (np. fosforan wapniowy), które działają stabilizująco. Polimeryzacja prowadzona jest w sposób periodyczny. Uzyskany polimer ma postać gładkich lub porowatych perełek.

§ polimeryzację w fazie gazowej. Monomerami są gazy o niskiej temperaturze krytycznej, proces polimeryzacji prowadzony jest w adiabatycznych reaktorach rurowych lub autoklawach pod zwiększonym ciśnieniem (kopolimeryzacja).

Podobne prace

Do góry