Реакція полімеризації

Реакція полімеризації


Полімери - це сполуки, які мають високу молекулярну масу, що досягає декількох тисяч одиниць. Реакція полімерізації лежить в основі отримання сучасних матеріалів різного призначення та властивості. Вони при низькій щільності відрізняються високою міцністю, здатні розм'якшуватися при нагріванні і легко піддаватися формуванню, що дозволяє отримувати вироби різних конструкцій і розмірів. Полімери інертні в агресивних середовищах, мають електроізоляційні властивості і не схильні до корозії. Завдяки унікальним властивостям, які легко регулюються на стадії синтезу, область застосування сучасних полімерних матеріалів постійно розширюється.


При нагріванні та охолодженні ці продукти хімічного виробництва поводяться двояким чином.

Одні при нагріванні розм'якшуються, а при охолодженні знову ствердівають. До таких матеріалів належать продукти, в основі отримання яких лежить, наприклад, реакція полімеризації алкенів, тобто поліетилен і поліпропілен. Вони називаються термопластичними матеріалами. Аналогічні властивості мають також полівінілхлорид і полістирол.

Полімери іншого типу можна нагрівати тільки один раз, так як після охолодження вони затвердівають і більше при нагріванні не розм'якшуються. Ці матеріали називають термореактивними, до них належать фенолформальдегідні або сечовиноформальдегідні смоли. Термопласти і реактопласти мають свої переваги. Перші випускають у гранульованому вигляді. З них після нагрівання і розм'якшення отримують вироби будь-якої форми, але при експлуатації їх не можна нагрівати. Другі випускаються у вигляді смолоподібної маси.

Реакція полімеризації етилену може бути записана в наступному вигляді: CH2=CH2 → (—CH2–CH2—)n. За певних умов у присутності ініціатора (ними виступають газоподібний кисень або розчин органічної перекису в олії) відбувається між атомами вуглецю розрив лід-в'язку (інакше подвійного зв'язку) і з'єднання між собою n-ї кількості вільних радикалів, що утворилися. Реакція полімеризації протікає по радикально-ланцюговому механізму. Молекулярна маса полімерного матеріалу безпосередньо залежить від числа n, з його підвищенням вона зростає. Регулюючи умови реакції полімерізації, оператор синтезу поліетилену домагається отримання матеріалу з заданими властивостями: плинність (або показник плинності розплаву), міцність, щільність, тангенс кута діелектричних втрат, діелектрична проникність та інші.

Синтез поліетилену високого тиску або реакція полімеризації здійснюється в автоклавних або трубчастих реакторах при температурах до 300 ° С і тиску від 1000 до 3000 атм. При цьому виділяється величезна кількість тепла. Воно відводиться гарячою водою, яка подається в сорочки реакторів. Від ступеня чистоти води, що подається для зйому, залежить багато в чому як якість полімерного матеріалу, так і безпека процесу. Якщо вода погано очищена і містить багато домішок (наприклад, солі жорсткості у вигляді катіонів кальцію і магнію, аніонів кремнієвої кислоти, хлору та інших), то в сорочці реактора утворюються відкладення або починає корозувати метал. Через зміну товщини стінок реактора відведення тепла по всій його поверхні стає нерівномірним, а температурні умови полімеризації можуть стати некерованими. При різкому підвищенні температури може статися окислення полімеру або його розкладання з руйнуванням реактора.

Реакція полімеризації, в результаті якої утворюється поліетилен, може протікати і при більш низьких тиску і температурі. Але для цього необхідний каталізатор. Якщо поліетилен високого тиску з реактора виходить у вигляді розплаву, що містить непрореагував етилен, який потім відокремлюється, а полімер гранулюється, то поліетилен, отриманий при низькому тиску, виходить з реактора у вигляді порошку, точніше, суспензії у вуглеводневому розчиннику. Порошок відокремлюють від розчинника і відмивають від домішок каталізатора, а потім також гранулюють на спеціальному обладнанні, званому екструдером.

Таким чином, реакція полімеризації етилену в промисловості використовується для синтезу поліетилену. За ДСТУ 16338-85 випускають поліетилен низького тиску суспензійних і газофазних марок, по ДСТУ 16337-77 випускають поліетилен високого тиску як автоклавних, так і трубчастих марок.