Реакція полімеризації

Полімери - це сполуки, які мають високу молекулярну масу, що досягає декількох тисяч одиниць. Реакція полімеризації лежить в основі отримання сучасних матеріалів різного призначення і властивості. Вони при низькій щільності відрізняються високою міцністю, здатні розм`якшуватися при нагріванні і легко піддаватися формованию, що дозволяє отримувати вироби різних конструкцій і розмірів. Полімери інертні в агресивних середовищах, мають електроізоляційними властивостями і не схильні до корозії. Завдяки унікальним властивостям, які легко регулюються на стадії синтезу, область застосування сучасних полімерних матеріалів постійно розширюється.

При нагріванні і охолодженні ці продукти хімічного виробництва поводяться двояким чином.

Одні при нагріванні розм`якшуються, а при охолодженні знову тверднуть. До таких матеріалів відносяться продукти, в основі отримання яких лежить, наприклад, реакція полімеризації алкенів, тобто поліетилен і поліпропілен. Вони називаються термопластичними матеріалами. Аналогічними властивостями володіють також полівінілхлорид і полістирол.

Полімери іншого типу можна нагрівати тільки один раз, так як після охолодження вони тверднуть і більше при нагріванні не розм`якшуються. Ці матеріали називаються термореактивними, до них відносяться фенолформальдегідні або мочевіноформальдегідние смоли. Термопласти і реактопласти мають свої переваги. Перші випускають в гранульованому вигляді. З них після нагрівання і розм`якшення отримують вироби будь-якої форми, але при експлуатації їх не можна нагрівати. Другі випускаються у вигляді смолообразниє маси.

Реакція полімеризації етилену може бути записана в наступному вигляді: CH2 = CH2 - (-CH2-CH2-) n. За певних умов у присутності ініціатора (ними виступають газоподібний кисень або розчин органічної перекису в олії) відбувається між атомами вуглецю розрив pi - в`язі (інакше подвійного зв`язку) і з`єднання між собою n-ного кількості утворилися вільних радикалів. Реакція полімеризації протікає по радикально-ланцюговому механізму. Молекулярна маса полімерного матеріалу безпосередньо залежить від числа n, з його підвищенням вона росте. Регулюючи умови реакції полімеризації, оператор синтезу поліетилену домагається отримання матеріалу із заданими властивостями: плинність (або показник плинності розплаву), міцність, щільність, тангенс кута діелектричних втрат, діелектрична проникність та інші.

Синтез поліетилену високого тиску або реакція полімеризації здійснюється в автоклавних або трубчастих реакторах при температурах до 300 ° С і тиску від 1000 до 3000 атм. При цьому виділяється величезна кількість тепла. Воно відводиться гарячою водою, яка подається в сорочки реакторів. Від ступеня чистоти подається для знімання тепла води залежить багато в чому як якість полімерного матеріалу, так і безпеку процесу. Якщо вода погано очищена і містить багато домішок (наприклад, солі жорсткості у вигляді катіонів кальцію і магнію, аніонів кремнієвої кислоти, хлору та інших), то в сорочці реактора утворюються відкладення або починає коррозіровать метал. Через зміни товщини стінок реактора відвід тепла по всій його поверхні стає нерівномірним, а температурні умови полімеризації можуть стати некерованими. При різкому підвищенні температури може статися окислення полімеру або його розкладання з руйнуванням реактора.

Реакція полімеризації, в результаті якої утворюється поліетилен, може протікати і при більш низьких тиску і температурі. Але для цього необхідний каталізатор. Якщо поліетилен високого тиску з реактора виходить у вигляді розплаву, що містить непрореагіровавшій етилен, який потім відділяється, а полімер гранулюється, то поліетилен, отриманий при низькому тиску, виходить з реактора у вигляді порошку, точніше, суспензії в вуглеводневому розчиннику. Порошок відокремлюють від розчинника і відмивають від домішок каталізатора, а потім також гранулюють на спеціальному обладнанні, званому екструдером.

Таким чином, реакція полімеризації етилену в промисловості використовується для синтезу поліетилену. За ГОСТ 16338-85 випускають поліетилен низького тиску суспензійних і газофазних марок, по ГОСТ 16337-77 випускають поліетилен високого тиску як автоклавних, так і трубчастих марок.