Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Волгоградский государственный технический университет»
Факультет химико-технологический

Кафедра «Химия и технология переработки эластомеров»


Контрольно – семестровая работа

по дисциплине "Полимерные материалы в химической технологии"

на тему «Поливинилхлорид и его применение в химической технологии»
Выполнил:

студент гр. ХТ-341
Проверил:

д.т.н., профессор

Ваниев М. А.
Волгоград. 2020 г.

Содержание

Введение	3
1. Физико-химия получения ПВХ. Методы получения
1.1 Методы получения поливинилхлорида	4
1.2 Закономерности полимеризации винилхлорида	6
1.3 Передача цепи и молекулярный вес полимера	9
2. Технология получения ПВХ
2.1 Производство поливинилхлорида в суспензии	10
2.2 Производство поливинилхлорида в эмульсии	14
2.3 Сведенья о технике безопасности при производстве ПВХ	17
3. Свойства ПВХ
3.1 Физико-механические свойства ПВХ	18
3.2 Химические свойства ПВХ	21
4. Заключение	23
5. Список литературы	24

Введение

Поливинилхлорид (ПВХ) - термопластичный материал, получаемый полимеризацией винилхлорида, хлорзамещенного этилена. Занимает одно из ведущих мест среди полимерных продуктов, выпускаемой мировой промышленностью. На базе этого полимера получают свыше 3000 видов материалов и изделий, которые используются для самых разнообразных целей и завоевывают с каждым годом все новые области применения.

---

В процессе переработки, хранения и эксплуатации полимер подвергается действию многочисленных химических, биологических и физических факторов: тепла, света, кислорода, озона, влаги, агрессивных химических и биохимических агентов, механических нагрузок, которые могут приводить к существенному необратимому изменению физических и химических свойств полимера, к его старению, т.е. к потере комплекса полезных эксплуатационных свойств, и разрушению. Тем не менее, исключительно высокая экономическая эффективность производства и применение ПВХ в различных отраслях промышленности обусловила быстрый рост его выпуска во многих странах мира благодаря доступности и низкой стоимости исходного сырья, ценным физическим и физико-химическим свойством материалов и изделий из ПВХ.

При изготовлении материалов и изделий из ПВХ полимер сочетают с различными ингредиентами, выполняющих роль пластификаторов, стабилизаторов, лубрикантов (смазок), наполнителей, красящих веществ которые придают материалам или изделиям из ПВХ специфические свойства.

Целью данной работы, является подробное ознакомление с поливинилхлоридом и его особенностями. Изучение его строения, физических и химических свойств. Также, мы рассмотрим обширный ассортимент способов производства данного полимера и отрасли его применения.


1. Физико - химия получения ПВХ. Методы получения

1.1 Методы получения поливинилхлорида

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). Смесь нагревают до 45-65 ºC (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.

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.

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. 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.

3) Эмульсионная полимеризация по периодической и непрерывной схеме. Используют растворимые в воде инициаторы (H₂О₂, 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 45-60ºC и слабом перемешивании. Образующийся 40-50 % 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. 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 10% [1].

1.2 Закономерности полимеризации винилхлорида

Полимеризация - метод синтеза полимеров в результате соединения молекул мономеров, не сопровождающихся выделением побочных продуктов. Поэтому элементарный состав мономеров и получаемого полимера одинаков.



ПВХ получают радикальной полимеризацией. Инициирование полимеризации осуществляется свободными радикалами, образующийся при распаде перекисей или азосоединений.  .

Возникающие свободные радикалы инициируют полимеризацию образуя с мономером активные центры:



При синтезе ПВХ передача цепи протекает не только через радикал, но и мономер или полимер по схеме:



Фотополимеризация ВХ на солнечном свету в отсутствии инициаторов протекает очень медленно, но под влиянием ультрафиолетового света - быстрее. Скорость полимеризации может значительно увеличена повышением температуры реакции и добавлением перекисей.

В отсутствии кислорода и инициаторов термическая полимеризация ВХ не проходит, но в присутствии кислорода полимер образуется довольно быстро после некоторого индукционного периода. Считают, что в течение индукционного периода кислород присоединяется к ВХ с образованием перекисей, которые затем распадаются на радикалы и вызывают процесс полимеризации. Опытами было доказано, что при нагревании в пределах 20 - 110ºС в продолжении 50 - 100 ч полимер не образуется, если обеспечено отсутствие кислорода [9].

Полимеризация ВХ в присутствии перекисей, проводимая в блоке или в эмульсии, протекает гораздо быстрее в атмосфере азота, чем в воздухе. Реакция полимеризации очень чувствительна к различным примесям. Ацетилен, метиловый и этиловые спирты, соляная кислота сильно замедляют скорость процесса, а стирол, гидрохинон, резорцин, анилин, фенол, бром и перманганат калия прекращают его. Например. Незначительная примесь стирола резко замедляет скорость реакции полимеризации и заметно снижает молекулярный вес полимера, а введение более 1% стирола приводит к тому, что реакция совсем прекращается.

---

При полимеризации ВХ в растворе обычно уменьшается скорость реакции и снижается молекулярный вес полимера. В ряде случаев растворитель, оказывает влияние на регулярность расположения звеньев вдоль цепей полимера. В большинстве растворителей (метиловый и этиловый спирты, бензол, толуол, ацетон, уксусная кислота и тд) ПВХ по мере образования из мономера выпадает из раствора. Выпавший полимер сравнительно чист, почти не содержит инициаторов, и низкомолекулярных фракций. В ряд случаев он может быть сразу использован после фильтрации и сушки.

Полимеризация в растворе более широко применяется при изготовлении сополимеров ВХ с винилацетатом (ВА) и другими мономерами.

При полимеризации ВХ могут проходить вторичные реакции, приводящие к изменению первоначально образовавшегося полимера. Если процесс протекает при повышенной температуре (75ºС и выше) образовавшийся вначале полимер долгое время остается нагретым, то от молекул полимера хлористый водород отщепляется. Особенно легко этот процесс протекает в присутствии растворителей.

Если полимеризацию ВХ проводить в мягких условиях (70ºС и ниже), содержание хлора и полученных продуктах соответствует теоретическому.

Механизм полимеризации ВХ в блоке, т.е. в жидкой фазе, в присутствии инициаторов довольно широко исследован. Результаты этих исследований показывают, что полимеризация протекает по обычному радикально - цепному механизму, но имеет две специфические особенности:

1) Возрастание скорости полимеризации от начала реакции до 50% превращения мономера, получившие название гель эффекта.

2) Гораздо большее значение скорости реакции передачи цепи, чем при полимеризации других виниловых соединений.

Обе эти особенности реакции полимеризации ВХ имеет практическое применение. Первая является причинной непостоянство скорости эмульсионной и суспензионной полимеризации (именно эти способы главным образом и применяются для производства ПВХ в заводском масштабе). Вторая особенность оказывает большое влияние на молекулярный вес получаемого полимера [9].

1.3 Передача цепи и молекулярный вес полимера

Многочисленные следования полимеризации ВХ в присутствии перекиси бензоила показывают, что молекулярный вес полимера:

1) практически не зависит от концентрации инициатора в пределах до 2%, но резко падает при более высоких концентрациях,

---

Смотрите также файлы

• 1. Сформулируйте наиболее важные экономические условия для удовлетворения спроса населения на товары.doc

• Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Оренбургский государственный педагогический университет.docx

• Решение Равновесие конкурентной фирмы а в краткосрочном периоде определяется равенством.doc

• Как сохранить зрение.docx

• Практическая работа 8. Сделки и представительство в гражданском праве Вопросы для обсуждения по теме.docx