ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СОПОЛИМЕРОВ ВИНИЛХЛОРИДА И ЛАТЕКСОВ НА ЕГО ОСНОВЕ

1. Общая характеристика сополимеров винилхлорида

2. Химизм реакций сополимеризации

2.1. Кинетические схемы

2.2. Радикальная сополимеризация

3. Технологические аспекты производства сополимеров винилхлорида

3.1. Сополимеризация в массе

3.2. Технология получения суспензионного сополимера

3.3. Технология производства латексного сополимера

4. Техника безопасности при работе с полимерами на основе винилхлорида

5. Экологические проблемы и пути их решения

Заключение

Список использованных источников

1. Общая характеристика сополимеров винилхлорида

С целью модификации некоторых свойств ПВХ (растворимости, термостабильности, адгезии, текучести и др.) проводится его сополимеризация с различными непредельными соединениями. Наиболее широко применяются сополимеры ВХ с винилпденхлоридом (ВДХ) и винилацетатом (ВА).
Сополимеры винилхлорида с винилиденхлоридом имеют строение:

В технике их получают эмульсионным методом [9]. Свойства сополимеров, в частности растворимость, прочность при растяжении, удлинение, зависят от состава. Наибольшее значение приобрели сополимеры, содержащие 40 и 85% ВДХ. Они обладают прочностью, малой горючестью, химической стойкостью к кислотам и многим растворителям (спиртам, бензину, четыреххлористому углероду, скипидару, маслам и эфирам), а также к действию озона и солнечных лучей. По свойствам они близки ПВХ, но имеют меньшую температуру размягчения и легче перерабатываются в изделия.
...

2. Химизм реакций сополимеризации

Итак, для получения полимеров и сополимеров хлористого винила (ХВ) в промышленной практике используются три технических способа: полимеризация в массе (блочная), суспензионная и эмульсионная. Из-за ряда технических трудностей блочные процессы считали бесперспективными и основным методом получения поливинилхлорида (ПВХ) и его сополимеров был эмульсионный. В настоящее время 70 % этих матриалов производят суспензионным методом. Блочный метод, благодаря самой высокой химической чистоте, светопрозрачности и лучшим диэлектрическим показателям, прочно занимает второе место. Это стало возможным в результате серьезных технологических и аппаратурных усовершенствований процессов полимеризации ХВ в массе.
...

2.1. Кинетические схемы
Процесс сополимеризации включает те же стадии, что и гомополимеризация: инициирование, рост цепи, обрыв и передача цепи.
Однако описание этих стадий существенно усложняется, поскольку с увеличением числа сомономеров увеличивается количество элементарных реакций на каждой стадии.
Например, в бинарной сополимеризации на стадии инициирования происходят две реакции зарождения активных центров (свободных радикалов или ионов) с участием обоих мономеров. Так, при радикальной сополимеризации в присутствии инициаторов свободнорадикального типа In (пероксиды, азосоединения и т.п.) идут реакции:
In (t или h)  2R● – распад инициатора,
R● + M1  R–m1●
R● + M2  R–m2●– зарождение активных центров,
где M1 и M2 – мономеры 1-го и 2-го типов; m1● и m2● – соответствующие радикальные активные центры.
...

2.2. Радикальная сополимеризация
2.2.1. Влияние условий реакции
Константы сополимеризации не зависят от стадий инициирования и обрыва цепи. Они почти не зависят и от реакционной среды. Влияние температуры на r1 и r2 мономеров относительно мало. Повышение давления уменьшает селективность сополимеризации, изменяя значения r в направлении идеальной сополимеризации. Т.е., давление действует так же, как и температура. Например, длясополимера с метилметакрилатом r1⋅r2=0,16 при 9,8⋅104 Па (1 атм), 0,54 при 9,8⋅106 Па (100 атм) и 0,91 при 9,8⋅107 Па (1000 атм). Этот эффект объясняют увеличением реакционной способности радикала без изменения реакционной способности мономера.
Влияние растворителя на r1 и r2 обычно невелико. Исключение составляют некоторые системы, в которых растворитель образуетводородную связь хотя бы с одним из мономеров. Так, при сополимеризации в массе метакриловая кислота реагирует в форме димера.
...

3.1. Сополимеризация в массе
Трудности при осуществлении полимеризации винилхлорида в массе в промышленных условиях связаны с отводом теплоты реакции. Условия теплоотвода особенно ухудшаются вследствие того, что при увеличении степени превращения мономера постепенно исчезает жидкая фаза и образуются крупные агрегаты полимера. Агрегаты продолжают расти, все теснее примыкая друг к другу, частично деформируются и образуют непрочную пористую массу. При более глубоких конверсия^ на стенках автоклава образуется твердый налет, затрудняющий отвод тепла через стенки, что приводит к местным перегревам и получению неоднородного полимера.
Поэтому полимеризацию винилхлорида в массе в обычном .автоклаве можно осуществлять до степени конверсии мономера не выше 20-25%.
...

3.2. Технология получения суспензионного сополимера
Этим способом получают около 70% всего количества сополимеров винилхлорида. Полимеризацию проводят в реакторах-полимеризаторах емкостью 20-200 м3 с мешалками импеллерного типа. Реакторы емкостью до 50 м3 - эмалированные, большей емкости - из нержавеющей спецстали. Крупногабаритные реакторы емкостью 80-200 м3 снабжены обратными холодильниками для отвода теплоты реакции. Управление процессом осуществляется с помощью ЭВМ. Для обеспечения более эффективной работы установок созданы центрифуги непрерывного действия производительностью до 10 т/ч, и сушильные агрегаты типа двухступенчатой трубы-сушилки производительностью до 10 т/ч.
При суспензионной полимеризации получают сополимер со сравнительно узким молекулярно-массовым расщеплением и степенью полимеризации от 200 до 2000 в зависимости от назначения полимера.
...

3.3. Технология производства латексного сополимера
Эмульсионную (латексную) полимеризацию винилхлорида проводят в водной среде в присутствии водорастворимого инициатора, эмульгатора и других добавок.
В качестве эмульгатора применяют поверхностно-активные вещества – различные мыла. К ним относятся соли алифатических и ароматических карбоновых кислот, натриевые и калиевые соли алифатических сульфокислот и алкилсульфонаты.
Инициаторами полимеризации служат водорастворимые пероксиды и гидроксиды (персульфаты аммония, калия и натрия, пероксид водорода), окислительно-восстановительные системы. В качестве регуляторов рН используют буферные вещества – фосфаты, карбонаты и др.
Большая скорость эмульсионной полимеризации позволяет расширить температурный интервал проведения процесса в промышленных условиях, что дает возможность путем изменения температуры регулировать среднюю молекулярную массу полимера и другие свойства.
...

4. Техника безопасности при работе с полимерами на основе винилхлорида
Винилхлорид транспортируют и хранят в баллонах в присутствии ингибитора (гидрохинон, трет-бутилпирокатехин и др.). по в некоторых случаях допускается его храпение без ингибитора при низких температурах (-40°С и ниже). В отсутствие 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, BX токсичен, обладает наркотическим действием.
Производство мономеров (винилхлорида, винилиденхлорида и др.) относится к категории пожаро- и взрывоопасных (категория А). Все эти мономеры представляют собой жидкие или газообразные вещества, пары которых (или газы) в смеси с кислородом воздуха являются взрывоопасными.
Концентрационные пределы воспламенения .
...

5. Экологические проблемы и пути их решения

В последнюю четверть века к обширному перечню экологических бедствий, угрожающих цивилизации, добавилось ещё одно: опасность общепланетарного отравления среды обитания диоксинами и родственными им соединениями. Диоксин является наиболее сильным антропогенным ядом, долго сохраняется в окружающей среде и организме (период полуразложения может составлять десятки лет). Наибольшие количества диоксинов образуются при горении хлорорганических соединений, таких как ПВХ материалов на его основе. Поэтому привычные методы термической переработки (на мусоросжигающих заводах) хлорсодержащих соединений оказываются неприемлемыми. По данным экологов на сегодняшний день объем отходов только ПВХ составляет 4,7 млн. тонн. Их количество неуклонно растет. Ожидается, что к 2020-му году этот показатель достигнет значение7,1 млн. тонн.
...

Заключение

Курсовая работа посвящена рассмотрению особенностей получения сополимеров винилхлорида и латексов на их основе.
Анализ имеющихся литературных данных показал, что широкое распространение полимеров на основе винилхлорида обусловлено его большими прикладными возможностями и низкой стоимостью. Однако, наряду с достоинствами, ПВХ имеет ряд существенных недостатков, устранение которых возможно путем получения сополимеров
Показано также, что винил хлорид легко вступает в реакцию сополимеризации со многими непредельными соединениями, что и позволяет модифицировать свойства поливинилхлорида (термостабильность, растворимость, текучесть, адгезию и др.). Важнейшими сополимерами являются сополимеры винилхлорида с винилиденхлоридом, винилацетатом и метакрилатом.
Описан механизм процесса радикальной бинарной сополимеризации и терсополимеризации, указаны особенности химических реакций образования сополимеров винилхлорида.
...

1. Свойства сополимеров на основе винилхлорида и простых глицидиловых эфиров / Петренко Н.П., Раскулова Т.В. // Вестник Ангарской государственной технической академии – 2009. - № 1. – С. 46-50. [Электронный ресурс]: режим доступа: http://elibrary.ru/item.asp?id=19091265.
2. Ульянов, В.М. Поливинилхлорид // В.М. Ульянов, Э.П.Рыбкин, А.Д. Гуткович, Г.А. Пишин. - М.: Химия, 1992. - 288 с.
3. Получение сополимеров винилхлорида с метилметакрилатом в условиях суспензионной полимеризации / Бичуч Н.А., Семчиков Ю.Д., Ганюхина T.Г.// Россия молодая: передовые технологии – в промышленность. – 2011. - № 1. – С. 153-165. - [Электронный ресурс]: режим доступа: http://elibrary.ru/item.asp?id=9117784.
4. Семчиков, Ю.Д. Высокомолекулярные соединения: Учеб. для вузов / Ю.Д. Семчиков. - Н. Новгород: Издательство Нижегородского государственного университета им. Н.И.Лобачевского; М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 368 с.
5. Совместная полимеризация хлористого винила с эфирами метакриловой кислоты. / Ткаченко Г.В., Ступень Л.В., Кофман Л.П., Карачева Л.А. // Журнал физ. химии. – 1958. – Т. 32, №11. – C. 2492–2499.
6. Николаев, А.Ф. Технология пластических масс. – Л.: Химия, 1977. – 368 с.
7. Исследование прочностных свойств покрытий на основе сополимеров винилхлорида и виниловых эфиров / Т.В. Раскулова, Д.П. Свиридов, К.В. Тупота, Е.Ю. Антохина // Вестник Ангарской государственной технической академии – 2008. - № 1. – С. 16-19. - [Электронный ресурс]: режим доступа: http://elibrary.ru/item.asp?id=19091264.
8. Изучение поведения двух и трехкомпонентных систем на основе поливинилхлорида, полиметилметакрилата и их сополимеров / Н.А. Бивуч, В.А. Извозчикова, С.Д. Зайцев, А.Г. Кронман, Ю.Д. Семчиков // Журн. прикл. химии. – 2004. – Т. 77, № 8. – С. 1360-1365.
9. Технология пластических масс / Под ред. В. В. Коршака. - изд. 3-е, перераб. и доп. – М.: Химия, 1985 – 560 с.
10. Радикальная сополимеризация винилхлорида и дивиниловых эфиров гликолей / Раскулова Т.В., Волкова Л.И., Халиуллин А.К. // Вестник Ангарской государственной технической академии – 2011. - № 1. – С. 46-50. - [Электронный ресурс]: режим доступа: http://elibrary.ru/item.asp?id=19113959.
11. Семчиков, Ю.Д. Введение в химию полимеров: учеб. пособие для педагог. вузов./ Ю.Д. Семчиков, С.Ф. Жильцов, В.Н. Кашаева – М.: Высш. шк.,1988. – 151 с.
12. Дерябина Г.И. Сополимеризация: [Электронный ресурс]: Учебное пособие:- Самара: «Самарский университет », 2013. - 48 с. – Режим доступа: http://chemfac.samsu.ru/cpm_2012.pdf.
13. Сутягин В.М. Общая химическая технология полимеров: [Электронный ресурс]: учебное пособие / В.М.Сутягин, А.А.Ляпков - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2007. - 195 с. – Режим доступа: http://mplast.by/images/stories/doc/Materiali/Sutygin.pdf.
14. Зильберман, Е.Н. Получение и свойства поливинилхлорида. / Е.Н. Зильберман. – М.: Химия, 1968. – 432 с.
15. Звягинцев, Г.П. Промышленная экология и технология утилизации отходов. / Г.П. Звягинцев – Харьков: Высш. шк., 1986. – 144 с.
16. Сутягин, В.М. Принципы разработки малоотходных и безотходных технологий / В.М. Сутягин, В.Г. Бондалетов: [Электронный ресурс]: учеб. пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2002. – 131 с. – Режим доступа: http://window.edu.ru/resource/916/73916/files/wasteless_technology_development.pdf.