Уравнение реакции получения поливинилхлорида из соответствующего мономера (7 видео)

Please wait.

Содержание

We are checking your browser. gomolog.ru
Why do I have to complete a CAPTCHA?
What can I do to prevent this in the future?
Составьте уравнения реакций, в которых образуются поливинилхлорид, полистирол, полиметилметакилат. Где применяются эти полимеры?
Реферат на тему ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА
🎦 Видео

Видео:Реакция полимеризации. 1 часть. 11 класс.Скачать

We are checking your browser. gomolog.ru

Видео:56. Реакция образования поливинилхлоридаСкачать

Why do I have to complete a CAPTCHA?

Completing the CAPTCHA proves you are a human and gives you temporary access to the web property.

Видео:78. Что такое реакции полимеризацииСкачать

What can I do to prevent this in the future?

If you are on a personal connection, like at home, you can run an anti-virus scan on your device to make sure it is not infected with malware.

If you are at an office or shared network, you can ask the network administrator to run a scan across the network looking for misconfigured or infected devices.

Another way to prevent getting this page in the future is to use Privacy Pass. You may need to download version 2.0 now from the Chrome Web Store.

Cloudflare Ray ID: 6e3437ce7abe4c14 • Your IP : 85.95.188.35 • Performance & security by Cloudflare

Видео:3.3. Алкины: Химические свойстваСкачать

Составьте уравнения реакций, в которых образуются поливинилхлорид, полистирол, полиметилметакилат. Где применяются эти полимеры?

Поливинилхлорид получают при полимеризации винилхлорида:

Винилхлорид применяют для изготовления искусственной кожи, линолеума, изоляции для электропроводов.

Полистирол получают при полимеризации стирола (винилбензола):

Из полистирола делают различные бытовые изделия, а также пенопласт, применяемый как упаковочный материал.

Полиметилметакрилат получают при полимеризации метилметакрилата – метилового эфира метакриловой (2-метилпропеновой кислоты):

Из полиметилметакрилата делают органическое стекло. В отличие от обычного стекла, оно пропускает ультрафиолетовые лучи.

Решебник по химии за 11 класс (Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман, 2000 год),
задача №6
к главе «Глава XIII. Синтетические высокомолекулярные вещества и полимерные материалы на их основе».

Видео:2.3. Алкены: Химические свойстваСкачать

Реферат на тему ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Реферат на тему

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЛИВИНИЛХЛОРИДЕ……………..5

1.1. Строение и свойства поливинилхлорида……………………………………. 5

1.2. Область применения поливинилхлорида………………………………….…..7

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ…………………………………….8

2.1. Методы получения поливинилхлорида………………………………………..8

2.3. Производство поливинилхлорида в массе………………………………. …10

2.4. Производство поливинилхлорида в суспензии…………………………. …13

2.5. Производство поливинилхлорида в эмульсии……………………………….16

2.6. Производство жесткого поливинилхлорида………………………………. 19

2.7. Производство эластичного поливинилхлорида…………………………. …21

2.8. Техника безопасности при производстве поливинилхлорида…………. …23

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ………….25

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ………………….28

Поливинилхлорид занимает одно из ведущих мест среди полимерных продуктов, выпускаемой мировой промышленностью.

Высокий спрос на ПВХ обусловлен возможностью его модификации и получения широкого ассортимента материалов и изделий с улучшенными свойствами, а также экономически выгодным соотношением цена- производительность, доступностью сырья, возможностью сбережения природных ресурсов.

Уникальность ПВХ состоит в том, что в зависимости от способа получения, рецептуры и технологии переработки этот полимер дает большой ассортимент материалов и изделий, которые используются для самых разнообразных целей и завоевывают с каждым годом все новые области применения.

Мировые мощности производства ПВХ, преимущественно суспензионным способом, превышают 30 миллионов тонн в год и имеют тенденции к дальнейшему росту.

АО «Башкирская содовая компания» выпускает широкий марочный ассортимент суспензионного ПВХ для получения как жестких материалов, используемых в строительстве, электротехнике сельском хозяйстве, так и мягких эластичных пластикатов, являющихся основной искусственной кож, линолеума, отделочных, изоляционных, переплетных материалов.

В настоящее время, с усилением конкретной борьбы, в производстве любой продукции особое внимание уделяется качеству продукта. Поэтому, увеличение качества, и, соответственно конкурентоспособности является актуальной задачей на сегодняшний день для всех производителей, в том числе и производителей поливинилхлорида.

Цель : изучение основных свойств поливинилхлорида, способов получения поливинилхлорида в промышленных масштабах.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

1. Анализ научной литературы по процессам производства поливинилхлорида.

2. Изучить физические, химические свойства, выяснить возможные способы применения поливинилхлорида.

3. Изучить возможные способы получения поливинилхлорида.

ГЛАВА 1 ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЛИВИНИЛХЛОРИДЕ

1.1. Строение и свойства поливинилхлорида

Поливинилхлорид – высокомолекулярное органическое соединение, имеющие химическую формулу (- CH ₂ — CHCL -) _n , где n -число мономерных звеньев ( n =150-2500). Чистый ПВХ представляет собой твердый продукт белого цвета с содержанием хлора около 56,8%. Это термопластичный полимер преимущественно линейного строения. Степень упорядоченности макромолекул ПВХ зависит от температуры полимеризации, а также от молекулярной массы. Максимально возможная упорядоченность реализуется при температуре полимеризации выше 55 0 С.

Полярность полимера, обеспечиваемая вязами С-С L , обуславливает значительные силы межмолекулярного взаимодействия в ПВХ. Это является причиной сравнительно высокой механической прочности (при растяжении 40-60Мпа, при изгибе 80-120Мпа) и жесткости и малой растворимости полимера в большинстве растворителей. Поливинилхлорид не растворяется в воде, спиртах, углеводородах: стоек в растворах щелочей, кислот и солей; атмосферо – и грибостоек. Нерастворим в собственном мономере. ПВХ растворяется в дихлорэтане, циклогексаноне, хлор – и нитробензоле, тетрагидрофуране; ограниченно растворяется (набухает) в бензоле, ацетоне [8].

Благодаря высокому содержанию хлора поливинилхлорид не воспламеняется и практически не горит. При 130-150 0 С начинается медленное, а при 170 0 С более быстрое разложение поливинилхлорида, сопровождающееся выделением хлористого водорода.

Поливинилхлорид обладает хорошими электроизоляционными и теплоизоляционными свойствами [14].

Под действием энергетических и механических воздействий в поливинилхлориде протекают реакции дегидрохлорирования, окисления, деструкция, структурирования, ароматизации и графитизации.

Поливинилхлорид характеризуется очень широким молекулярно-массовым распределением (полидисперсностью)[3]. Степень полимеризации для различных фракции полимера одной и той же марки может изменяться в несколько раз ( от 100 до 2500). Поэтому на практике молекулярную массу поливинилхлорида часто характеризуют не ее численным значением, а константой Фикентчера К_ф, которую определяют по соотношению:

Значение k находят по уравнению:

Ig ƞ_отн,=[(75 k 2 C )/(1+1,5 kC )]+ kC .

где ƞ_отн,— относительная вязкость при 25 0 С;

C — концентрация поливинилхлорида в г/100 мл растворителя [7].

Величина К_ф практически постоянна для растворов поливинилхлорида различных концентраций, незначительно зависит от температуры измерения, однако сильно изменяется с природного растворителя.

В таблице приведены основные физические параметры поливинилхлорида.

Таблица 1.1. Основные свойства ПВХ

Плотность, кг/м 3

Теплостойкость, 0 С

Температура текучести, 0 С

Коэффициент теплопроводимости, Дж(м . сК)

Насыпной вес, кг/м 3

Чистый поливинилхлорид представляет собой роговидный материал, который трудно перерабатывается. Поэтому обычно его смешивают с пластификаторами [13]. Свойства конечного продукта варьируется от жесткого до очень гибкого пластика в зависимости от процента добавленного пластификатора, который может достигать до 30% массы. Свойства ПВХ можно модифицировать смешением его с другими полимерами или сополимерами.

1.2. Область применения поливинилхлорида

Продукты из ПВХ отличаются долговечностью, стойкостью к климатическим условиям, низкой воспламеняемостью и простотой ухода. До 60% производимого ПВХ используется в строительной промышленности, для труб газо- и водопроводов, оконных профилей (окно из ПВХ – одно сэкономленное дерево), жалюзи и дверей, покрытий полов, герметизирующих пленок, водосточных желобов, обоев, кабельных трубопроводов, а также для облицовки фасадов и потолков. В химической промышленности на основе ПВХ широко используются резервуары, емкости, ванны [5].

Важной областью применения ПВХ являются упаковочные материалы, такие как пленки, бутылки и стаканы. Поливинилхлорид используется также для кабельных изоляций, чековых и телефонных карточек, герметизирующих пленок для приборных щитков автомобилей, в медицине при изготовлении мешков для хранения крови, мягких трубок и защитных перчаток [14].

Интенсивно растет использование ПВХ в качестве заменителя дерева. Широкий спектр областей применения ПВХ определяется еще и тем, что поливинилхлорид – материал, относящийся к группе термопластов, т.е. пластмасс, которые после формирования изделия сохраняют способность к повторной переработке. Уникальное сочетание потребительских свойств и сравнительно невысокой цены указывает на дальнейший рост потребностей в поливинилхлориде, что предполагает увеличение мощностей производственных комплексов ВХ-ПВХ [10].

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Методы получения поливинилхлорида

Поливинилхлорид получают радикальной полимеризацией винилхлорида в присутствии пероксидных или азонницаторов. В промышленных условиях полимеризацию осуществляют в основном в суспензии (в водной среде), а также в массе и в эмульсии. Марочный состав определяется способом получения ПВХ, а также величиной средней молекулярной массы полимера, характеризуемой константой Фикентчера К_ф, которая у промышленных марок изменяется от 50 до 80 [4].

Промышленное производство ПВХ осуществляют тремя способами:

1) Суспензионная полимеризация по периодической схеме. Винилхлорид , содержащий 0,02-0,05% по массе инициатора ( диазосоединения ), интенсивно перемешивают в водной среде, содержащей 0,02-0,05% по массе защитного коллоида (метилгидроксипропилцеллюлоза, поливиниловый спирт )[12]. Смесь нагревают до 45-65 º C (в зависимости от требуемой молекулярной массы ПВХ) и заданную температуру поддерживают в узких пределах с целью получения однородного по молекулярному весу ПВХ. Полимеризация протекает в каплях ВХ, в ходе ее происходит некоторая агрегация частиц. В результате получают пористые гранулы ПВХ размером 100-300 мкм. После падения давления в реакторе (степень превращения винилхлорида около 85-90%) удаляют непрореагирующий мономер , поливинилхлорид отфильтровывают, сушат в токе горячего воздуха , просеивают через сита и расфасовывают. Полимеризацию проводят в реакторах большого объема (до 200м 3 ). Новые производства полностью автоматизированы. Удельный расход ВХ 1,03-1,05 т/т ПВХ [19].

Преимущества способа: легкость отвода тепла реакции, высокая производительность, относительная чистота ПВХ, хорошая совмещаемость его с компонентами при переработке, широкие возможности модификации свойств ПВХ путем введения различных добавок и изменения параметров режима [15].

2) Полимеризация в массе по периодической схеме в две ступени. На первой винилхлорид , содержащий 0,02-0,05% по массе инициатора, полимеризуют при интенсивном перемешивании до степени превращения около 10%. Получают тонкую взвесь частиц («зародышей») ПВХ в мономере , которую переводят в реактор второй ступени [26]. Сюда же вводят дополнительное. количества мономера и инициатора и продолжают полимеризацию при медленном перемешивании и заданной температуре до степени превращения ВХ около 80%. На второй ступени происходит дальнейший рост частиц ПВХ и их частичная агрегация (новых частиц не образуется). Получают пористые гранулы ПВХ с размерами 100-300 мкм в зависимости от температуры и скорости перемешивания на первой ступени. Незаполимеризовавшийся ВХ удаляют, ПВХ продувают азотом и просеивают. Порошок сыпуч и легко перерабатывается.

Преимущества перед суспензионным способом: отсутствие стадий приготовления водной фазы, выделения и сушки ПВХ, в результате уменьшаются капиталовложения, энергозатраты и расходы на обслуживание. Недостатки: затруднены отвод тепла реакции и борьба с коркообразованием на стенках аппаратуры; образующийся ПВХ неоднороден по молекулярной массе, его термостойкость ниже, чем у ПВХ, полученного первым способом [21].

3) Эмульсионная полимеризация по периодической и непрерывной схеме. Используют растворимые в воде инициаторы (H₂O₂, персульфаты ), в качестве эмульгаторов — ПАВ (алкил — или арилсульфаты, сульфонаты ). Радикалы зарождаются в водной фазе, содержащей до 0,5% по массе инициатора и до 3% эмульгатора , затем полимеризация продолжается в мицеллах эмульгатора . При непрерывной технологии в реактор поступают водная фаза и ВХ. Полимеризация идет при 45-60 º C и слабом перемешивании [27] . Образующийся 40-50% -ный латекс с размерами частиц поливинилхлорида 0,03-0,5 мкм отводится из нижней части реактора, где нет перемешивания . Степень превращения винилхлорида 90-95%. При периодической технологии компоненты (водная фаза, ВХ и обычно некоторое количество латекса от предыдущих операций, так называемый затравочный латекс , а также др. добавки ) загружают в реактор и перемешивают во всем объеме. Полученный латекс после удаления ВХ сушат в распылительных камерах и порошок ПВХ просеивают [21]. Хотя непрерывный процесс высокопроизводителен, преимущество часто отдается периодическому, ибо им можно получить ПВХ нужного гранулометрического состава (размеры частиц в пределах 0,5-2 мкм), что очень важно при его переработке. Эмульсионный ПВХ значительно загрязнен вспомогательными веществами, вводимыми при полимеризации , поэтому из него изготовляют только пасты и пластизоли .

Суспензионной полимеризацией в мире производится не менее 80% всего поливинилхлорида, двумя другими способами по

2.2. Технология получения ПВХ

ПВХ как было сказано выше, синтезируют в эмульсии, в суспензии и в массе. Метод получения ПВХ влияет и на его свойства (молекулярную массу, размер частиц), относительную стоимость и возможность изготовления сополимеров.

Технологический процесс состоит из стадий:

· Предварительная полимеризация ВХ

· Выделение порошка полимера

· Промывка, сушки, просеивания и упаковка [30].

Основным сырьем для производства ПВХ служит ВХ. Особенности полимеризации ВХ состоят в следующем. В отсутствие кислорода и инициаторов термическая полимеризация мономера не происходит, но в присутствии кислорода полимер после некоторого индукционного периода образуется довольно быстро. Полимеризация ВХ в присутствии инициаторов протекает гораздо быстрее в атмосфере азота, чем воздуха. Реакция полимеризации очень чувствительна к наличию примесей. Так, ацетилен, метиловый и этиловый спирты, соляная кислота сильно замедляют скорость процесса, а стирол, гидрохинон, резорцин, анилин, дифениламин, фенол прекращают его [28].

При полимеризации ВХ в массе реакцию проводят в жидком мономере, в котором предварительно растворен инициатор. Она приводит к образованию порошка полимера, нерастворимого в мономере. Процесс осуществляется периодическим или непрерывным методом как при пониженных (−10 ÷ −20°С), так и при обычных температурах (40 ÷ 70ºС). По одной из схем технологический процесс включает следующие стадии: предварительная полимеризация ВХ, окончательная полимеризация ВХ, выделение порошка полимера, промывка, сушка, просеивание и упаковка порошка (схема 2.1).

Из сборника 1 в автоклав 2 загружают ВХ и инициатор (дипитрилазобисизомасляной кислоты, изопропилпероксидикарбонат и др.), а в рубашку автоклава подают воду температурой 60 — 65°С. Давление в автоклаве повышается до 0,9 — 1,0 МПа. При непрерывном перемешивании турбинной мешалкой в течение 0,25 — 1 ч происходит предварительная полимеризация ВХ (на 10%), приводящая к образованию суспензии ПВХ в жидком ВХ. Контроль полимеризации осуществляют по давлению в автоклаве и температуре воды, циркулирующей в рубашке.

Суспензию сливают в горизонтальный автоклав 3, снабженный рубашкой для обогрева и ленточно — спиральнор мешалкой для перемешивания реакционной смеси, добавляют регулятор молекулярной массы (транс — дихлорэтилен, циклопентен, тетрагидрофуран) и низкотемпературный инициатор (пероксид водорода — аскорбиновая кислота — сульфат железа ( II ); гидропероксид трет-бутила — триэтилбор и др.) и реакцию в течение 7,5 — 9,5 ч доводят до 60-85% конверсии ВХ при температуре от -10 до 20ºС. Непрореагировавший ВХ из автоклава после фильтрования, охлаждения и конденсации возвращается в сборник 1, а порошок полимера поступает в бункер 4 и далее на вибросито 5, где отбирается фракция с размером частиц не более 1мм. Порошок полимера промывают горячей водой на центрифуге 6, подают в бункер 7, а затем с помощью транспортера 8 загружают в сушилку 9. После сушки горячим воздухом порошок собирают в бункер 10, просеивают на вибросите 11 и упаковывают в тару 12. Крупную фракцию ПВХ измельчают и перерабатывают отдельно.

Процесс предварительной и окончательной полимеризации ВХ проводят в автоклавах, из которых тщательно удаляют кислород воздуха путем продувки ВХ.

Схема производства поливинилхлорида в массе: 1 — сборник; 2 — автоклав; 3 — горизонтальный автоклав; 4, 7, 10 — бункеры; 5,11 — вибросита; 6 — центрифуга; 8 — транспортер; 9 — сушилка; 12 — тара для порошка поливинилхлорида.

Во время полимеризации приходится отводить теплоту реакции, так как повышение температуры реакционной смеси приводит к образованию полимера с более низкой молекулярной массой. После окончания процесса через каждые 3 — 4 операции автоклавы очищают от налипшего на стенки полимера, поскольку это ухудшает условия теплосъема. Получаемый ПВХ отличается высокой полидисперсностыо и широким молекулярно-массовым распределением.

Достоинства полимеризации в массе: высокая чистота полимера, его повышенные электроизоляционные свойства, прозрачность изделий.

2.4. Производство поливинилхлорида в суспензии

Анализ литературных данных показывает, что суспензионный способ производства поливинилхлорида является наиболее перспективным, так как обладает рядом преимуществ: легкость отвода тепла реакции, высокая производительность, относительная чистота поливинилхлорида, хорошая совместимость его с компонентами при переработке, широкие возможности модификации свойств поливинилхлорида путем введения различных добавок и изменения параметров режима.

Выбор технологической схемы был обусловлен наличием на территории республики Башкортостан в городе Стерлитамак крупного производства поливинилхлорида – АО «БСК» производство «Каустик» цех №11. Проектная мощность по ПВХ – 220000 тонн в год.

Большая часть ПВХ производится суспензионным методом, обеспечивающим высокое качество полимера (со сравнительно узким молекулярно-массовым распределением) и хорошее регулирование температурного режима процесса (отклонение температуры не превышает 0,5°С). Отвод теплоты реакции (91,6 кДж/моль) осуществляется через дисперсионную среду (водную фазу), в которой диспергируют жидкий ВХ в присутствии гидрофильных защитных коллоидов (стабилизаторов суспензии).

ВХ в водной фазе находится в виде отдельных капель, в которых и происходит его полимеризация. Сначала в каждой капле возникают первичные частицы, набухшие в мономере, которые по мере увеличения их числа агрегируются (слипаются). Такая картина наблюдается при конверсии ВХ до 20-30%. По мере дальнейшего расходования мономера и завершения полимеризации, образующиеся частицы начинают уплотняться с образованием пористых микроблоков, в конечном итоге превращающихся в монолитные твердые микроблоки.

Суспензионный ПВХ получают по полунепрерывной схеме: стадия полимеризации — периодический процесс, а последующие операции проводятся непрерывно. В качестве инициаторов применяют растворимые в мономере динитрил азобисизомасляной кислоты, пероксид лаурила, пероксидикарбонаты и др. Некоторые пероксидикарбонаты ускоряют процесс полимеризации ВХ в 2-3 раза. Наиболее эффективны смеси инициаторов. Стабилизаторами служат метилцеллюлоза, сополимеры винилового спирта с винилацетатом и др. Водорастворимая метилцеллюлоза с содержанием 26-32% метоксильных групп надежно защищает капли мономера от агрегирования при значительно более низких концентрациях по сравнению с другими стабилизаторами. Для обеспечения постоянного значения рН при полимеризации ВХ в систему вводят буферные добавки (водорастворимые карбонаты или фосфаты).

Температура реакции определяет молекулярную массу ПВХ, степень разветвленности макромолекул и термостабильность полимера. В определенной степени на свойства продукта влияют также рецептуры загрузки (массовые соотношения воды и мономера), степень конверсии и другие факторы [10].

Размеры частиц порошка полимера (до 600 мкм, обычно 75 — 150 мкм) зависят от типа применяемого стабилизатора, его количества и интенсивности перемешивания.

Поскольку рецептуры суспензионной и эмульсионной полимеризации винилхлорида близки, проведем их сравнение. Типичные рецептуры суспензионной и эмульсионной полимеризации винилхлорида приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2. Рецептуры суспензионной и эмульсионной полимеризации винилхлорида (масс. ч).

Технологический процесс производства ПВХ в суспензии состоит из следующих стадий: полимеризация ВХ, охлаждение и отжим суспензии, сушка порошка полимера (схема 2.2.).

Схема производства поливинилхлорида в суспензии: 1 — реактор; 2 — емкость деионизированной воды; 3 — емкость раствора стабилизатора; 4 — фильтр; 5 — весовой мерник раствора инициатора; 6 — сборник винилхлорида; 7 — сборник — усреднитель; 8 — центрифуга; 9 — сушилка; 10 — бункер; 11 — узел рассева порошка; 12 — тара для порошка поливинилхлорида.

Работающий под давлением реактор 1 объемом 20 — 40м 3 , оснащенный мешалкой и рубашкой для обогрева и охлаждения реакционной смеси, подают определенные количества деионизированной воды из емкости 2, раствора стабилизатора из емкости 3 (через фильтр 4) и раствора инициатора в мономере из мерника 5. Затем реактор продувают азотом и при перемешивании загружают жидкий ВХ из сборника 6. После загрузки компонентов в реактор в рубашку реактора подают горячую воду для нагрева реакционной смеси до 40 °С. Продолжительность полимеризации при 42 — 88ºС и давлении 0,5 — 1,4 МПа составляет 20 — 30 ч, конверсия мономера 80 — 90%. Окончанием процесса считают понижение давления в реакторе до 0,33-0,35МПа. Вакуум необходим для удаления из аппарата непрореагировавшего ВХ, который затем собирается в газгольдере и направляется на ректификацию. После очистки он вновь используется для полимеризации.

Суспензию образовавшегося полимера передают в сборник — усреднитель 7, в котором ее смешивают с другими партиями, охлаждают и сливают в центрифугу непрерывного действия 8 для отделения полимера от водной фазы и промывки его водой.

Промывные воды поступают в систему очистки сточных вод. Порошок с влажностью 25 — 35% подается в сушилку 9, где его сушат горячим воздухом при 80 — 120°С до содержания влаги 0,3 — 0,5%. Затем порошок сжатым воздухом передают в бункер 10, а из него в узел рассева 11. Полученный порошок упаковывается, а непросеянная крупная фракция поступает на дополнительный размол.

Суспензионный ПВХ выпускают в виде однородного порошка белого цвета с насыпной плотностью 450-700 кг/м 3 .

Молекулярная масса полимера характеризуется константой К_ф (константой Фикентчера), изменяющейся для суспензионного ПВХ от 47 до 76 в зависимости от марки. Константу К_ф можно вычислить из соотношения:

К_ф = 1000 k ; где значение k определяют по формуле:

где относительная вязкость раствора ПВХ при 25°С;

с — концентрация раствора (0,5 или 1г полимера в 100 мл циклогексанона или дихлорэтана).

2.5. Производство поливинилхлорида в эмульсии

Полимеризация ВХ в эмульсии так же, как и в суспензии, осуществляется в водной среде, но в присутствии ионогенных поверхностно — активных веществ (эмульгаторов) и инициаторов, растворимых в воде. К эмульгаторам относят: натриевые и калиевые соли жирных кислот (стеариновой, олеиновой и др.), соли алифатических и ароматических сульфокислот. Природа и количество эмульгатора (0,1 — 3%) оказывают существенное влияние на полимеризацию в эмульсии. В частности, с увеличением его содержания возрастает скорость процесса в 2 — 3 раза выше, чем полимеризация в суспензии и массе. Инициаторы процесса — водорастворимые пероксиды и гидропероксиды (пероксид водорода, персульфаты аммония, натрия, калия). Для снижения температуры реакции с 50 — 90ºС до 15 — 20ºС добавляют ускорители распада инициаторов: сульфат железа ( II ), бикарбонат, бисульфат и тиосульфат натрия, аскорбиновую кислоту и т.д.

Скорость процесса и свойства ПВХ зависят от природы и концентрации инициатора и эмульгатора, рН среды, соотношения мономер: водная фаза, температуры и других факторов. Обычно этим методом получают ПВХ с размером частиц от 0,1 до 3 мкм. Исходя из назначения полимера (для производства паст, латексов, пластмасс), выбирают соответствующую рецептуру и режим полимеризации. Типичная рецептура приведена в табл.1. Большое значение при эмульсионной полимеризации имеет рН водной фазы. Регуляторами рН служат фосфаты или карбонаты натрия. Обычно рН среды поддерживается в пределах 8 — 8,5.

Эмульсионный ПВХ содержит эмульгатор и буферные добавки, не удаляемые при промывке, и поэтому отличается от суспензионного полимера пониженными прозрачностью, диэлектрическими показателями, термостабильностью и др. Но из-за высокой скорости полимеризации и значительной дисперсности порошка этот способ полимеризации находит применение.

Эмульсионный ПВХ получают полимеризацией ВХ по периодической и непрерывной схемам. Технологический процесс производства непрерывным методом состоит из следующих стадий: полимеризация ВХ, дегазация, стабилизация и сушка латекса, рассев порошка приведены на рис 3.

В реактор 1 объемом 15-30м 3 под давлением 1,0 — 1,1 МПа непрерывно поступает жидкий ВХ и водная фаза — раствор эмульгатора, регулятора рН и инициатора в деионизированной воде.

В верхней секции реактора с помощью коротколопастной мешалки (1 — 1,4 об/с) создается эмульсия мономера в воде и через рубашку осуществляется, подогрев эмульсии до 40 °С.

Схема производства поливинилхлорида в эмульсии: 1 — реактор-автоклав; 2 — дегазатор; 3 — сборник латекса; 4,5 — аппараты для стабилизации: 6 — сушилка; 7 — циклон; 8 — рукавный фильтр; 9,10 – бункеры.

По мере движения эмульсии от верхней до нижней части реактора при 40-60ºС происходит полимеризация ВХ с конверсией 90 — 92%. Продолжительность полимеризации 15 — 20ч. Полимеризация проводится либо в одном реакторе, либо в двух, соединенных последовательно.

Латекс, содержащий около 42% ПВХ, направляют в дегазатор 2, в котором под вакуумом (остаточное давление 19-21кПа) удаляют непрореагировавший растворенный ВХ (после ректификации его возвращают в производство), а затем в сборник 3. Из сборника латекс поступает сначала в аппараты 4 и 5для стабилизации ПВХ 5% водным раствором соды, а затем в распылительную сушилку 6. Сушка осуществляется горячим воздухом (160°С) подаваемым в верхнюю часть сушилки. Воздух с взвешенным порошком ПВХ (70°С) направляется в циклон 7, где оседает основная часть порошка. Остальная его часть улавливается рукавным фильтром 8. Порошок ПВХ из бункеров 9 и 10 поступает на рассев и упаковку [20].

Выделение порошка из латекса можно осуществлять, не только проводя операцию сушки, но и методом коагуляции. В этом случае нестабилизированный латекс перекачивают в осадитель и с помощью электролита (водного раствора сульфата аммония) и активного перемешивания разрушают. При этом полимер выпадает в виде частиц. После фильтрования и промывки на центрифуге водой порошок сушат в сушилке. Затем его измельчают, просеивают и упаковывают [14].

Содержание влаги в порошке не должно превышать 0,4%. Эмульсионный ПВХ выпускается в виде порошка белого цвета. Константа Фикентчера изменяется в пределах 54-74.

Порошкообразный и гранулированный ПВХ является сырьем для производства основных промышленных марок, а именно — жесткого ПВХ — винипласта и эластичного пластиката. Винипласт выпускается в виде листов, прутков, труб.

Для производства листов и пленок используется метод экструзии, состоящий из следующих стадий: смешение компонентов, получение пленки экструзией, каландрование пленки, прессование листов показано на схеме 3.4 [7].

Порошкообразный ПВХ из хранилища 1 через бункер — циклон 2 и барабанный питатель 3 пневмотранспортом направляется в двухкорпусной вихревой смеситель, состоящий из смесителя с обогревом 4 и смесителя с охлаждением 5. ПВХ, унесенный воздухом из бункера — циклона 2, отделяется в рукавном фильтре 6 и поступает в общий трубопровод ПВХ. Стабилизатор (меламин) транспортером подается через бункер — циклон 7 в шаровую мельницу 8, где дробится и смешивается с небольшим количеством ПВХ. Полученная стабилизирующая смесь — концентрат из мельницы 8 подается в вакуум — приемник 9, а затем тарельчатым питателем 10 в смеситель 4, в который вводятся стеараты из плавителя и трансформаторное масло, служащие для пластификации композиции при переработке [15].

Схема производства листового винипласта: 1 — хранилище ПВХ; 2,7 — бункеры-циклоны; 3, 10 — питатели; 4 — смеситель обогреваемый; 5 — смеситель охлаждаемый; 6 — рукавный фильтр; 8 — шаровая мельница; 9 — вакуум-приемник; 11 — экструдер; 12 — каландр; 13 — тянущие валки; 14 — резательный станок; 15 — укладчик; 16 — многоэтажный пресс

Ниже приведены нормы загрузки компонентов в смеситель (масс, ч): ПВХ 100; Стабилизаторы 2 – 5; Смазывающие вещества 1,5 – 4 [4].

В отдельных случаях в рецептуру винипласта вводят до 5% пластификатора. После тщательного перемешивания композиция подается в смеситель 5, откуда непрерывно поступает в бункер вибропитателя двухшнекового экструдера 11 со щелевой головкой. В экструдере масса нагревается до 175 — 180ºС, перемешивается и пластифицируется. Из головки экструдера полимер выдавливается в виде бесконечной ленты — полотна, которая поступает на верхний валок калибрующего каландра 12, нагретый до 155 — 160ºС, огибает средний валок и выходит в зазор между средним и нижним (температура 165 — 170°С) валками. С каландра лента направляется тянущими валками 13 в станок 14, где производится обрезка кромок (дисковыми ножами) и нарезание ленты на листы (гильотинными ножницами). Далее лист поступает на транспортер укладчика 15. Таким образом, получают листы винипласта (пленочный винипласт) толщиной 0,5 -5мм. Для получения более толстых листов (листового винипласта) толщиной 5 — 20мм тонкие листы пленочного винипласта набирают в пакеты и прессуют на многоэтажных гидравлических прессах 16 при 170 — 175°С и давлении до 1,5 — 10 МПа в зависимости от вязкости ПВХ и толщины листов.

Трубы диаметром 6 — 400мм, стержни, прутки для сварки изделий из винипласта и другие профили получают по несколько упрощенной схеме с применением соответствующей формующей головки в экструдере (отсутствуют каландр, пресс, изменены тянущие и резательные устройства).

2.7. Производство эластичного поливинилхлорида

Эластичный ПВХ (пленки из него называют пластикатом) получают на основе порошкообразного ПВХ и пластификаторов. В зависимости от назначения композиции содержат различное количество пластификаторов, стабилизаторов, наполнителей, красителей. В промышленности пластикат выпускается в виде пленки (пленочный пластикат) и в виде ленты, трубок или шлангов (кабельный пластикат) [25].

Пленочный пластикат получают экструзией, каландрованием и реже вальцеванием. Технологический процесс производства пленочного пластиката методом экструзии состоит из следующих стадий: смешение компонентов, экструзия массы, каландрование пленки, намотка и упаковка пленки как изображено на схеме 3.5.

Схема производства пленочного пластиката: 1 — хранилище ПВХ; 2,5 — бункеры-циклоны; 3 — вибросито; 4 — экструдер; 6 − весовой мерник; 7 — каландр 8′ — намоточный станок .

ПВХ из хранилища 1 пневмотранспортом подают в бункер-циклон 2, а оттуда на вибросито 3 и в двухшнековый экструдер 4. Стеарат кальция из бункера пневмотранспортом направляется в бункер — циклон 5, расположенный над загрузочным бункером экструдера 4. Сюда же из весового мерника 6 самотеком поступает пластификатор. Смешение компонентов, пластикация и гомогенизация массы происходят в экструдере 4 при 145 — 155ºС, откуда смесь через щелевую головку выдавливается в виде бесконечной пленки и транспортером непрерывно подается в зазор между валками четырехвалкового каландра 7. Температуру каждого валка каландра регулируют подачей пара в пределах 140 — 170°С [30]. В процессе каландрования происходит ориентация макромолекул в направлении движения валков и окончательная калибровка пленки. После намотки на станке 8 рулоны пленки толщиной 0,12-2,0мм транспортером подают на упаковку. На современных производствах между каландром и узлом намотки размещают узлы — нормализаторы свойств пленки. Термокамеры, обеспечивающие плавное охлаждение пленки и ее релаксацию в интервале температур 100 — 50°С.

2.8. Техника безопасности при производстве поливинилхлорида

ВХ транспортируют и хранят в баллонах в присутствии ингибитора (гидрохинон, трет — бутилпирокатехин и т.д.), но в некоторых случаях допускается его хранение без ингибитора при низких температурах (− 40ºС и ниже). В отсутствии кислорода мономер устойчив. С воздухом образует взрывоопасные смеси.

Баллоны, сборники, вентили и предохранительные устройства, соприкасающиеся с ВХ, должны быть изготовлены из стали или материалов, предотвращающих образование взрывчатых ацетиленидов меди. Сборники не следует заполнять мономером более чем на 85% их объема. ВХ токсичен, обладает наркотическим и канцерогенным действием [2].

Все производства ПВХ пожаро — и взрывоопасны, поэтому отделения полимеризации располагают в одном здании, а центрифуги, сушилку, узлы рассева и хранилища — в другом. Порошки ПВХ менее опасны при хранении.

Все сточные воды (6 — 8т на 1т ПВХ) подвергают биологической отчистке после отстаивания и отделения осадка, унесенного ПВХ. ПВХ и сополимеры ВХ являются безвредными веществами, если из них полностью удален остаточный мономер. При их горении выделяются токсичные вещества [3].

Поливинилхлорид – термопластичный материал, получаемый полимеризацией винилхлорида, хлорзамещенного этилена. Именно ПВХ имеет наиболее широкое применение в строительстве. В Европе в этой отрасли используется более 50% всего производимого ПВХ, в США — более 60%. Основными преимуществами ПВХ являются все те же способности производства разнообразных видов продукции с различными свойствами.

Главные качества ПВХ в строительстве: износоустойчивость, механическая прочность, жесткость, небольшая масса, устойчивость к коррозии, химическому, погодному и температурному воздействию. ПВХ — отличный огнеупорный материал. Он с трудом поддается возгоранию. И прекращает гореть и тлеть сразу же после того, как исчезает источник высокой температуры. Основная причина — высокое содержание хлора. Это способствует повышению пожарной безопасности построенных объектов. ПВХ не проводит электричество и, таким образом, идеален в качестве изоляционного материала. Основной чертой строительных материалов из ПВХ является их долговечность. 85% всех строительных материалов из ПВХ используются для долгосрочных сооружений. ПВХ существенно дешевле конкурирующих материалов. Стройматериалы из ПВХ легче, чем стройматериалы из бетона, железа и стали. Это вновь приводит нас к мысли об экономической выгоде — на обработку продукции из ПВХ затрачивается меньше энергии, меньше транспортных услуг.

По результатам исследования можно сделать следующие выводы:

1. Были рассмотрены и изучены свойства и способы получения поливинилхлорида.

2. Рассмотрены основные технологии переработки поливинилхлорида.

3. Рассмотрена и изучена литература по данной теме.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аскадский А.А., Мацеевич Т.А., Попова М.Н. Вторичные полимерные материалы. Механические и барьерные свойства, пластификация, смеси и нанокомпозиты. – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2017. – 496 с.

2. Васильченко Ю.М., Металл углеродные нанокомпозиты. – М.: Наука, 2018. – 176 с.

3. Гордон Г.Я. Стабилизация синтетических полимеров. – М.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 2015. – 298 с.

4. Григорьев А.П., Даванков А.Б., Каменский И.В. Технология пластических масс, изд. 2 переработанное и дополненное. М.: Химия, 2016. – 608 с.

5. Готлиб Е.М., Галимов Э.Р., Галимова Н.Я. Композиционные материалы на основе поливинилхлорида для машиностроения: учебное пособие. – Казань: КФУ, 2016. – 278 с.

6. Даймхе В. Международная конференция «ПВХ -2009» //Полимерные материалы. – 2017. –№9. – С. 105.

7. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Справочник по строительному материаловедению. – М.: Инфра-Инженерия, 2015. – 472 с.

8. Каган Д.Ф. Трубопроводы из твердого поливинилхлорида. – М.: Химия, 2018. – 272 с.