Сабақ. Полимерлі материалдар өндірісі. Жмқ туралы жалпы мәліметтер: Жмқ алудың жіктелуі, қасиеттері, әдістері

Полимерлерді синтездеу әдістері

Мономерлерден полимерлердің синтезі екі типтегі реакцияларға негізделген: полимерлеу және поликонденсация.

Полимерлеу-бұл макромолекулалардың өсуі өсіп келе жатқан белсенді орталыққа төмен молекулалы зат (мономер) молекулаларын дәйекті түрде қосу арқылы жүретін Жоғары молекулалық қосылыстарды алу процесі.
Полимерлену жылдамдығы мен полимердің молекулалық салмағы температураға, қысымға, катализатордың белсенділігіне және т.б.



Полимерленудің келесі әдістері бар: массада (блоктық әдіс), эмульсияларда, ерітіндіде және суспензиялық полимерлеу деп аталады.
Массадағы полимерлеу мономерді сұйық немесе газ фазасында катализатормен немесе инициатормен (еріткіштер болмаған кезде) беру кезінде жүзеге асырылады. Мономердің массасы қатаң реттелетін температурада блок, түтіктер, парақтар, түйіршіктер түрінде полимерге айналады. Бұл әдіспен полистирол, метакрил қышқылының полимерлері, бутадиен каучук алынады.
Ерітіндідегі полимерлеу еріткіште жүзеге асырылады, онда мономер мен полимер ериді немесе тек мономер ериді, ал полимер алынған кезде тұнбаға түседі. Бірінші жағдайда дайын лак еріткіш ретінде қызмет етеді. Бұл әдіс бояу өнеркәсібінде кеңінен қолданылады. Екінші жағдайда полимер шөгіндісі сүзу арқылы бөлінеді, жуылады және кептіріледі. Әдіс, мысалы, метанолдағы винилацетилен полимерлерін өндіру үшін қолданылады.
Эмульсияда полимерлеу кеңінен қолданылады. Қоспалары бар мономер эмульгатордың қатысуымен суда немесе тұздардың сулы ерітінділерінде таралады және эмульсия түзеді. Процесс жылдамдығы массадағы полимерленуге қарағанда үлкен, ал пайда болған полимердің молекулалық массасы жоғары. Қажетті қасиеттері бар полимер алғаннан кейін олар қышқылдар немесе басқа электролиттер қосу арқылы эмульсияны бұзады. Бұл әдіспен поливинилхлорид, полистиролдың кейбір маркалары және бутадиеннің көптеген сополимерлері және т. б. алынады.
Суспензиядағы полимерлеу суда ерімейтін, бірақ мономерде еритін инициаторларды қолданады. Мономердің үлкен тамшылары алынады. Түзілген молекулалық салмағы жоғары полимер суда ерімейтін Қатты зат бөлшектері ретінде тұнбаға түседі. Бұл полимерленудің жоғары жылдамдығын сақтай отырып, түзілген полимерді бөлуді және тазартуды әлдеқайда жеңілдетеді.
Поликонденсация – бұл мономер молекулаларын біріктіру арқылы полимердің түзілу процесі, ол төмен молекулалық салмақтың бөлінуімен бірге жүреді.
Поликонденсацияны балқымада, ерітіндіде, эмульсияда, екі фазаның интерфейсінде және қатты фазада, катализаторлар болмаған кезде де, болған кезде де жүргізуге болады.
Балқымада поликонденсация жүргізу поликонденсациялық полимерлерді синтездеудің ең дамыған және кең таралған өнеркәсіптік әдісі болып табылады. Реакция синтезделген полимердің балқу температурасынан 10-20°C жоғары температурада (әдетте 200-300°C температурада) алдымен инертті газ атмосферасында және вакуумдағы соңғы сатыларда реакция аймағынан жанама өнімдерді толығымен алып тастау үшін жүзеге асырылады. Процесс мерзімді немесе үздіксіз болуы мүмкін. Балқымадағы поликонденсация әдісінің артықшылықтарына технологиялық схеманың қарапайымдылығы және алынған полимердің жоғары сапасы жатады. Алайда, жоғары температурада жұмыс істеу және вакуум жасау қажеттілігі технологиялық процестің аппараттық дизайнын қиындатады.
Ерітіндідегі поликонденсация әдісі өнеркәсіпте де кең таралған, әсіресе жоғары балқитын полимерлер өндірісінде. Поликонденсация бір еріткіште немесе еріткіштер қоспасында жүзеге асырылады. Шағын молекулалы жанама өнім еріткішпен химиялық әрекеттесу немесе еріткіш буларымен айдау арқылы жойылады.
Балқымадағы поликонденсациядан айырмашылығы, ерітіндідегі поликонденсацияны төмен температурада жүргізуге болады, бұл процестің аппараттық дизайнын жеңілдетеді. Бірақ оның технологиялық схемасы еріткішті қалпына келтірудің арнайы кезеңін жүргізу қажеттілігіне байланысты әлі де күрделі.
Балқымадағы және ерітіндідегі поликонденсацияны катализаторларды енгізу арқылы жеделдетуге болады. Мысалы, фенолоформальдегид олигомерлерін синтездеу кезінде органикалық және минералды қышқылдар немесе негіздер катализатор ретінде қолданылады.
Эмульсиядағы поликонденсация әлі кең қолданыста болған жоқ. Ол негізінен екі мономер де суда ерімейтін жағдайларда жүзеге асырылады. Поликонденсация реакциясы мономер қоспасының тұрақтандырылған тамшыларында жүреді, одан төмен молекулалық салмақты жанама өнім сулы фазаға ериді.
Фазалық поликонденсация (фазааралық поликонденсация) реакция екі араласпайтын сұйықтықтың интерфейсінде жүреді, олардың бірі әдетте су болып табылады, әр сұйықтық мономерлердің бірін ерітеді. Полимер интерфейсте пленка түрінде түзіледі, ол жерден ол үздіксіз алынады. Шағын молекулалы жанама өнім сұйықтықтардың бірінде (судағы тостаған) ериді және реакция аймағынан шығарылады. Сондықтан фазааралық поликонденсация қайтымсыз процесс болып табылады және түзілген полимерлердің молекулалық салмағы жоғары. Өнеркәсіптегі фазааралық поликонденсация полиамидтердің, поликарбонаттардың және т. б. кейбір түрлерін алады.
Қатты фазадағы поликонденсация әлі жеткілікті зерттелмеген, бірақ ол үлкен теориялық және практикалық қызығушылық тудырады.