Основные понятия физики и химии полимеров

Лекция 8.


Технические способы проведения полимеризации:
в массе (в блоке); в растворе; в эмульсии; в суспензии.

Каждый из способов полимеризации имеет свои преимущества и недостатки. Выбор способа определяется требованиями, предъявляемыми к полимеру, условиям его дальнейшей переработки и применения, а также экономическими и экологическими соображениями.

Полимеризация в массе.

Её проводят в реакторах - полимеризаторах или в специальных формах. Если образующийся полимер не растворим в исходном мономере, то он образуется в виде порошка или пористых частиц, если же растворим в мономере, то образуется смешанная масса или блок заполимеризававшегося материала. Полимеризацией в массе получают полиметилметакрилат (оргстекло), полистирол, поливинилхлорид. Процесс может проводиться по периодической или непрерывной схемам.

Для инициирования полимеризации применяют вещественные инициаторы. При производстве полистирола используют термическое инициирование (нагревание). Основным недостатком этого способа является трудность отвода тепла, выделяющегося при полимеризации, т.к. расплавы полимера имеют плохую теплопроводность. Кроме того, из-за высоковязкой среды возникают местные перегревы полимера, что приводит во-первых, к активации процесса передачи цепи на полимер и образованию разветвлённых макромолекул, во-вторых, получаемый полимер имеет широкое молекулярно-массовое распределение и ухудшенное свойство. Частично этого недостатка можно избежать, осуществляя технологический процесс по непрерывной схеме в нескольких реакторах, расположенных каскадно.
Преимуществом полимеризации в массе является чистота и прозрачность, повышенные диэлектрические и оптические свойства материала, которые широко применяются в качестве оргстекла и для электроизоляции.


Полимеризация в растворе.

Её проводят гомогенным или гетерогенным способами. В первом случае и мономер, и полимер растворяются в растворителе, а готовый продукт представляет собой раствор полимера (лак). Поэтому эту разновидность полимеризации называют лаковой. Метод удобен тогда, когда полимер нужно подвергать дальнейшим химическим превращениям в растворённом состоянии или, когда получаемый лак полимера непосредственно используется для изготовления клеев, покрытий.

Во втором случае мономер растворяется в растворителе, а полимер не растворяется. По мере образования полимер выпадает в осадок. Эта разновидность полимеризации называется полимеризацией в осадителе. Широко применяется в технике.
Полимеризацию в растворе проводят в реакторах, снабжённых ''рубашками'' для обогрева и мешалками.
Растворитель снижает вязкость реакционной смеси, что облегчает перемешивание и отвод избыточного тепла. Молекулярная масса полимера, синтезированного в растворе, как правило, ниже, а полидисперсность выше, чем у полимера, полученного в массе.
Молекулярные параметры полимера можно варьировать, изменяя концентрацию раствора и природу растворителя.
Полимеризация в растворе – промышленный метод многих крупных и среднетоннажных полимеров, получаемых радикальными и ионными реакциями. По радикальному механизму получают ПВА и некоторые полиакрилаты, а по ионному и ионно-координационному механизму-- полиэтилен, полипропилен и их сополимеры.
Недостатки этого метода: необходимость регенерации растворителя, что усложняет и удорожает производство, а также взрыво- и пожароопасность производства при применении легковоспламеняемых растворителей. Кроме того, нужно очищать полимер от катализатора и растворителя, что создаёт определённую экологическую нагрузку на окружающую среду и неблагоприятные условия работы персонала, т.к. приходится работать с ядовитыми веществами.