Учебно-методический комплекс дисциплины «Технология производства полимеров и пластмасс» для специальности 5В072100— Химическая технология органических веществ (стр. 5 )

1 , , и др. Технология полимерных материалов. Учебное пособие. – Киев.: Профессия, 2008. С.56-77 

2. . Технология пластических масс. – М.: Химия, 2008. С. 74-83.

Лекция 4 - Производство полипропилена (ПП) и полиизобутилена (ПИБ)

План лекции:

1. Производство полипропилена

2. Производство полиизобутилена

1. Полипропилен — продукт полимеризации пропилена

Полимеризацию пропилена проводят в присутствии металлорганических катализаторов Циглера — Натта, в частности комплек­са диэтилалюминийхлорида с треххлористым титаном. Соотно­шение компонентов катализатора определяет его активность и стереоспецифичность - содержание стереорегулярного изотактического полимера в полипропилене. При соотношении диэтилалюминийхлорид : треххлористый титан = 3:1 (по массе) катализатор проявляет максимальную стереоспецифичность и позволяет полу­чать полипропилен с содержанием изотактического полимера 85— 95%, обладающий высокой температурой плавления (158—174°С) и хорошими физико-механическими свойствами.

Процесс производства полипропилена, проводимый в раство­рителе - бензине при 70—80 °С и давлении 1 МПа, аналогичен процессу полимеризации этилена при низком давлении и состоит из следующих основных операций: 1. приготов­ление катализаторного комплекса, 2. полимеризация пропилена, 3. вы­деление свободного мономера, 4. разложение остатков катализато­ра, 5. промывка, отжим, сушка и грануляция полимера (рис. 1).

Рис.1. Технологическая схема непрерывного процесса производства полипропилена: 1-смеситель, 2-полимеризатор, 3-газоотделителить, 4-аппарат для разложения, 5,7-центрифуги, 6-аппарат для промывки, 8-сушилка

Полипропилен - кристаллический полимер с максимальной степенью кристалличности, 73—75% и молекулярной массой 80 000—200000 отличается низкой плотностью, повышенной теп­лостойкостью и прочностью. Без нагрузки его можно применять до 150 °С.

Применение полипропилена.

1. из полипропилена изготовляют посуду, емкости, плен­ки и волокна. Полипропиленовые волокна обладают высокой во­достойкостью, эластичностью и механической прочностью. Их при­меняют для изготовления тканей как самостоятельно, так и в со­четании с шерстью, полиамидными и другими синтетическими волокнами. Химическая стойкость полипропилена близка к химической стойкости полиэти­лена. Пленки из полипропилена отличаются прозрачностью, паро - и газонепроницаемостью.

2. Полипропилен отличается от полиэтилена значительно боль­шей механической прочностью и жесткостью, что позволяет при­менять его для изготовления труб для транспортировки агрессив­ных жидкостей, арматуры, центробежных насосов, деталей хими­ческой аппаратуры.

3. В качестве облицовочного материала противокоррозионного и декоративного назначения.

4. Благодаря высоким электроизо­ляционным свойствам полипропилен применяется для изготовле­ния деталей электро-, и радио - и телевизионного оборудования.

Хорошие технические свойства полипропилена в сочетании с дешевизной и доступностью сырья — пропилена делают этот ма­териал весьма перспективным. Основные недостатки полипропилена - малая морозостойкость и большая, сравнительно с поли­этиленом, окисляемость кислородом воздуха при повышенных температурах.

Полипропилен перерабатывается в изделия теми же способа­ми, что и полиэтилен, в основном литьем под давлением и экстру­зией; применяются также вакуумформование и прессование.

2. Полиизобутилен

Изобутилен СН2 = С (СН3)2 - бесцветный газ, т. кип.  6,9 °С, т. пл., —140,4 °С. В промышленности изобутилен получают каталитической дегидроге­низацией изобутана и дегидратацией первичного изобутилового спирта.

Изобутилен полимеризуется в присутствии протонных кислот и галогенидов ряда элементов. Для получения высокомолекуляр­ного полиизобутилена в промышленности используют трехфтористый бор ВҒ3 - газ, т. кип. - 100,4°С, т. пл. - 128,7°С.

Для полимеризации изобутилена в присутствии трехфтористого бора требуется незначительное количество активатора (сокатализатора), содержащего протонный водород. Таким активато­ром служит обычно изобутиловый спирт, присутствующий в техническом изобутилене. Ингибиторами полимеризации изобути­лена являются сера и хлористый водород.

Полимеризацию изобутилена проводят в жидком этилене (температура около —100 °С), служащем одновременно раство­рителем для мономера и хладагентом, за счет испарения которо­го осуществляется съем теплоты реакции (~40 кДж/моль).

Процесс происходит в ленточном полимеризаторе 5 непрерыв­ного действия (рис. 2).

Рис.2 Технологическая схема непрерывного процесса производства полиизобутилена: 1-теплообменник, 2-испаритель, 3-дозатор изобутилена, 4-дозатор трехфтористого бора, 5-полимеризатор, 6-дозатор стабилизатора, 7-смеситель, 8-стеллажи для охлаждения полимера, 9- упаковочный пресс, 10 – башня для очистки этилена от фтористого бора

Высокомолекулярный полиизобутилен представляет собой каучукоподобный полимер. В обычном состоянии он имеет аморф­ную структуру, но при растяжении кристаллизуется. В промыш­ленности выпускают полиизобутилен с молекулярной массой от 3000 (марка П-3 —вязкая жидкость) до 200 000 (марка П-200-— твердый продукт).

Полиизобутилен обладает высокой химической стойкостью и водостойкостью. Он устойчив на холоду к воздействию разбавленных и концентрированных кислот, а также щелочей. При одно­временном действии кислорода и света, особенно ультрафиолето­вых лучей, полиизобутилен подвергается частичной деструкции. Светостойкость полиизобутилеиа и стойкость к воздействию кис­лорода повышается при совмещении с каучуками, полиэтиленом и некоторыми другими полимерами, а также с такими наполните­лями, как сажа и графит. Минеральные наполнители можно вво­дить в полиизобутилен. в количестве до 90% от массы полимера.

Обычно применяется не чистый полиизобутилен, который от­личается повышенной хладотекучестью, а его композиции с на­полнителями и другими полимерами. Так, смесь полиизобутилеиа с полиэтиленом используется в качестве электроизоляции для подводных и ультравысокочастотных кабелей и проводов. Листы из полиизобутиленовых композиций, наполненных асбестом и порошкообразными наполнителями (например, тальком), при­меняются для футеровки химической аппаратуры. Полиизобути­лен - используется также как прокладочный материал и в виде пленочных покрытий. Полиизобутиленовые шланги служат в ка­честве кислотопроводов. В строительстве находят применение полиизобутиленовые гидроизоляционные прокладки.

Изобутилен легко сополимеризуется со многими ненасыщен­ными соединениями. Сополимеры изобутилена с изопреном и бу­тадиеном нашли широкое применение в резиновой промышленности.

Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала данной лекции: производство полипропилена, производство полиизобутилена, недостатки и преимущества способов производства, свойства полипропилена и полиизобутилена.

Вопросы для самоконтроля:

При каких условиях проводят полимеризацию пропилена? Опишите основные стадии производства полиизобутилена. Каковы достоинства и недостатки полипропилена? Перечислите области применения полиизобутилена

Рекомендуемая литература:

1 , , и др. Технология полимерных материалов. Учебное пособие. – Киев.: Профессия, 2008. С.56-77. 

2 . Технология пластических масс. – М.: Химия, 2008. С. 84-88.

Лекция 5 - Производство полистирола (ПС)

План лекции:

1. Производство полистирола блочным методом

2. Производство полистирола суспензионным методом

3. Производство полистирола блочно-суспензионным методом

4. Производство полистирола эмульсионным методом

5. Свойства и применение полистирола

1. Производство полистирола блочным методом. Схема 1.

Рис. 1. Технологическая схема блочной полимеризации стирола с полной конверсией: 1- форполимеризаторы, 2-колонна, 3-обратный холодильник, 4-экструдер, 5-ванна охлаждения, 6-гранулятор.

Недостатки: 1. трудность теплосъема (теплота полимеризации 685 кДж/кг) из-за высокой вязкости реакционной массы, 2. Большая продолжительность процесса, т. к. после достижения конверсии 97-98% процесс идет очень медленно.

Метод блочной полимеризации с неполной конверсией гораздо производительнее, по нему полимеризацию в батарее реакторов доводят до конверсии 80-95%, после чего свободный стирол отгоняют и возвращают в производство.

Рис. 2. Технологическая схема блочной полимеризации стирола с неполной конверсией: 1-теплообменник, 2,3,4 – полимеризаторы, 5-вакуумная камера, 6-экструдер-гранулятор, 7-обратные холодильники.

При получении полистирола методом неполной конверсии (рис.2) стирол или раствор каучука в стироле дозировочным насосом непрерывно подается через теплообменник 1, где он нагревается до 80-1000С, в реактор 2 и далее перекачивается шестеренчатыми насосами в реакторы 3 и 4. Реакторы представляют собой аппараты из кислотоупорной стали объемом 15-20 м3, снабженные рубашками, мешалками и обратными холодильниками 7.

  Преимущества: 1. Большая производительность, которая составляет 15-25 тыс. т/год полистирола на одном агрегате, тогда как при методе с полной конверсией она не превышает 5 тыс. т/год; 2. Более высокая молекулярная масса и меньшая полидисперсность полимера, так как процесс происходит при более низкой температуре.

2. Благодаря проведению процесса в водной среде, легко осуществляется теплосъем через рубашку реактора, что позволяет применять аппараты объемом 10-50 м3 и выше. Процесс легко регулируется, поэтому в одном аппарате можно получать полистирол различных марок. Т. е. процесс отличается большой технологической гибкостью. Осуществление непрерывного процесса суспензионной полимеризации затруднено недостаточной устойчивостью суспензии и налипанием полимера на мешалку и стенки аппарата, а реакторы периодического действия благодаря большим размерам и интенсификации процесса обладают высокой производительностью. Поэтому производство осуществляется через реакторы периодического действия.