Технический взгляд на синтез полимеров и добавки

Пластмассы из растительного сырья

Первоначально пластмассовые смолы изготавливались из растительного сырья, включая целлюлозу из хлопка, фурфурол из овсяной шелухи, масла из семян и различные производные крахмала. Бакелит (фенолформальдегидная смола), один из первых пластиков, сделанных из синтетических компонентов, был разработан бельгийским химиком Лео Бакеландом в Нью-Йорке в 1907 году. Бакелит производится в результате реакции отщепления фенола от формальдегида. Изначально из-за своей непроводимости и термостойкости он использовался в электрических изоляторах, корпусах радиоприемников и телефонов. Поскольку он имеет приятный внешний вид, он также использовался для изготовления потребительских товаров, таких как ювелирные изделия. Однако сегодня большая часть пластмасс производится из продуктов нефтехимии, включая природный газ.

Синтез полимеров:как делают пластмассы

Пластмассы - это органические материалы, которые содержат такие элементы, как углерод (C), водород (H), азот (N), хлор (Cl) и серу (S). Обычно они изготавливаются из таких сырьевых материалов, как нефть, природный газ и уголь. Первым шагом в производстве пластмасс является полимеризация сырья, называемого мономером.

Фаза взлома

Углеводороды нагреваются в «фазе крекинга». В этом процессе в присутствии катализатора более крупные молекулы разбиваются на более мелкие, такие как этилен (этан) C2H4, пропилен (пропан) C ₃ H ₆ , бутан С ₄ H ₆ и другие углеводороды. Выход производимого этилена регулируется температурой крекинга и может составлять более 30% при температуре 850 ° C. Стирол и винилхлорид могут быть получены в последующих реакциях.

Двумя основными типами полимеризации являются реакции присоединения и конденсации. Эти процессы могут происходить в газовой, жидкой, а иногда и в твердой фазе мономера.

Реакция конденсации

В реакции конденсации две молекулы объединяются с потерей более мелкой молекулы, такой как вода, спирт или кислота. В этом типе реакции и мономер один, и мономер два имеют водород (H) и гидроксильные группы (OH). Когда они объединяются с катализатором, один мономер теряет атом водорода, а другой - гидроксильную группу. Водород и гидроксильная группа соединяются вместе, образуя воду (H ₂ ). Оставшиеся электроны образуют ковалентную связь между мономерами, образуя длинную цепочку сополимеров.

Полученные мономеры затем могут быть связаны в химические цепи, называемые полимерами. Различные полимеры создаются цепями разных мономеров, каждый из которых обладает индивидуальными свойствами и характеристиками. Разнообразие позволяет из пластика формовать изделия, отвечающие требованиям применения, таким как термостойкость, химическая стойкость, прочность и т. Д.

Реакция добавления

В реакции присоединения , электроны с двойной связью перестраиваются внутри мономера с образованием одинарных связей с другими мономерами. Приведенная ниже реакция присоединения между молекулой этана и молекулой хлора показывает образование полимера.

H H Cl Cl

\ / │ │

C =C + Cl - Cl → H - C - C - H

/ \ │ │

Ч В Ч В

Здесь двойная связь между атомами углерода становится одинарной связью, к каждому концу которой добавляются атомы хлора.

Добавки

После образования основного полимера можно добавлять химические добавки для улучшения определенных характеристик. К ним относятся антиоксиданты для защиты полимера от разложения озоном или кислородом, антипирены, антистатические добавки и смазки для большей гибкости полимера. Кроме того, в состав входят пластификаторы для повышения гибкости, ультрафиолетовые стабилизаторы для предотвращения разложения под воздействием УФ-лучей солнца и пигменты для придания цвета. Композиты можно изготавливать, добавляя в смолы стекло, углерод и другие волокна. Пластмассы могут быть составными, которые могут противостоять сильным кислотам, щелочам и щелочам, замедлять возгорание в домашней обстановке, содержать смазочные материалы для подшипников или выдерживать тропическое солнце.

Вопросы? Комментарии? Дайте мне знать в разделе комментариев ниже.

Ищете дополнительную информацию о полимерах? Загрузите наше бесплатное руководство по высокоэффективным материалам!