А. П.ГРИГОРЬЕВ, О. Я. ФЕДОТОВА,

В пятилетних планах развития народного хозяйства постоянно уделяет­ся особое внимание увеличению производства полимеров и пластических масс на их основе. На XXV съезде КПСС принято решение о дальней­шем увеличении производства пластмасс и доведении их выпуска к 1980 г. до 5396—5964 тыс. тонн.

Такие грандиозные масштабы развития отрасли потребуют интен­сификации научных исследований в этой области, а также подготовки большого числа квалифицированных инженерно-технических и научных работников.

Важнейшим звеном учебного процесса являются лабораторные за - нятия, в значительной степени определяющие теоретическую и практи­ческую подготовку будущего специалиста.

Настоящее учебное пособие объединяет в перерабов^нном и допол­ненном виде два изданных ранее учебных пособия: А. П. Григорьев. Практикум по технологии полимеризационных пластических масс. М. г «Высшая школа», 1964, и А. П. Григорьев и О. Я - Федотова. Лаборатор­ный практикум по технологии поликонденсационных пластических масс. М., «Высшая школа», 1971.

Пособие состоит из двух частей: ч. I. Лабораторный практикум па технологии полимеризационных пластических масс и ч. II. Лаборатор­ный практикум по технологии поликонденсационных и химически моди­фицированных пластических масс. Содержание пособия увязано с учеб­ником «Технология пластических масс» под ред. Коршака В. В. М., «Хи­мия», 1976.

В руководстве собраны описания многочисленных лабораторных работ, достаточно полно охватывающих основные разделы химической технологии полимеров и пластических масс на их основе. Первая часть пособия посвящена полимерам полимеризационного типа и пластиче­ским массам на их основе, вторая — поликонденсадиониым и химически модифицированным полимерам и пластическим массам на их основе.

При описании каждого синтеза приводятся методы анализа исход­ных мономеров, а в некоторых случаях методы их синтеза; даются под­робные указания по проведению работы и по технике безопасности.

Работы не останавливаются на стадии химического синтеза полиме­ра или олигомера, а продолжаются до получения изделий, подвергаю­щихся механическим и иным испытаниям. Методики проведения испыта­ний и свойства ряда основных промышленных полимеров приведены во второй части учебного пособия.

Для изготовления многих пластических масс, пленочных материалов широко используют различные пластификаторы (эфиры фталевой, себа- циновой и других карбоновых и дикарбоновых кислот), стабилизаторы (стеараты кальция, кадмия), которые также производят на заводах пла­стических масс. Поэтому в практикуме приведены работы по получению некоторых из перечисленных веществ.

Наряду с известными пластическими массами в пособии уделено внимание перспективным новым классам полимеров, а также новым представителям уже известных классов.

Лабораторный практикум предназначается в качестве учебного по­собия для студентов химико-технологических вузов. Он может быть ис­пользован студентами техникумов соответствующих специальностей, а также работниками научно-исследовательских учреждений и централь­ных заводских лабораторий.

Автор выражает глубокую признательность сотрудникам кафедры химической технологии пластических масс МХТИ им. Д. И. Менделеева К - П. Каменской, В. А. Быкову, И. А. Донецкому и А. В. Трезвову за помощь, оказанную при написании учебного пособия.

Автор

Основой разнообразных пластических масс, имеющих огромное зна­чение для развития народного хозяйства, новой техники, производства предметов народного потребления, являются высокомолекулярные соеди­нения (полимеры). Все высокомолекулярные соединения разделяются на полимеризационные и поликонденсационные по типу реакций, лежа­щих в основе их синтеза. Большое значение имеет и третий способ полу­чения полимеров — химические превращения (модификация) олигоме - ров и полимеров. Если в первых двух случаях исходными являются низ­комолекулярные вещества, то третий способ основан на использовании полимеров в качестве исходных веществ для синтеза новых типов этих соединений.

Мономеры, имеющие ненасыщенный характер или структуру не­устойчивого цикла, полимеризуются и сополимеризуются с образованием высокомолекулярных соединений полимеризационного типа. В этом случае полимеризация протекает с раскрытием двойной (трой­ной) связи или неустойчивого цикла и образованием полимера, элемент­ный состав которого не отличается от элементного состава мономера.

Полимеры поликонденсационного типа получаются в ре­зультате поликонденсации мономеров за счет взаимодействия содержа­щихся в них функциональных групп или атомов, причем образование полимера сопровождается выделением низкомолекулярного продукта и элементный состав полимера не совпадает с элементным составом исход­ных веществ. Наряду с мономерами для синтеза полимеров широко ис­пользуют олигомеры.

Химические превращения полимеров, приводящие к образованию новых соединений этого класса, могут протекать как без существенного изменения молекулярного веса и химического строения основной цепи только за счет замены активных атомов основной цепи или химического изменения боковых функциональных групп (химическая модификация), так и с изменением молекулярного веса и химического строения. В первом случае это реакция полимераналоговых превращений и прививочная сополимеризация, во втором — блок-сополимеризация.

К высокомолекулярным соединениям полимеризационного типа от­носятся полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и др. К поликон­денсационным — полиэфиры, полиамиды, полиметиленфенолы, полиме - тиленмочевины и др.

Реакциями полимераналоговых превращений получают поливинило­вый спирт, поливинилацетали, большой ассортимент ионообменных по­лимеров на основе сополимеров стирола и дивинилбензола, производные целлюлозы.

Прививочная сополимеризация лежит в основе способов получения ряда важнейших полимерных материалов, таких, как ударопрочный по­листирол, одним из способов получения которого является прививка сти­рола на бутадиенстирольный каучук, и др. Прививочной сополимериза - цией, сопровождающейся структурированием, получают обширный ассортимент полиэфирстирольных связующих для изготовления стекло­пластиков.

При реакции двух или более олигомеров различного строения полу­чают блок-сополимер с новыми свойствами. Блок-сополимеризация дает возможность из двух полимеров, например сополимера стирола с нитри­лом акриловой кислоты я бутадиеннитрильного каучука, получить новый полимер со специфическими свойствами — ударопрочный полистирол.

В зависимости от поведения полимеров при повышенных температу­рах они разделяются на термопластичные и термореактивные. Термопла­стичные полимеры как полимеризационного, так и поликонденсационно­го типа способны к пластическому течению при повышенной температуре. При охлаждении они затвердевают, сохраняя заданную форму. Такой цикл превращений может повторяться неоднократно. Термореактивные полимеры, также обоих типов, имеют стадию пластического течения при повышенной температуре, при этом протекает структурирование (от­верждение) и они переходят в неплавкое состояние. Эти твердые неплав­кие и нерастворимые материалы не способны к повторному формованию. Технология переработки полимеров в изделия базируется на этой клас­сификации, которая определяет выбор метода переработки.

Пластические массы, изготовляемые на основе полимеров, имеют более или менее сложный состав. Они могут быть однофазными (гомо­генными). Это простые композиции, состоящие в основном из полимера с добавкой небольших количеств стабилизатора, красителя и т. д. Более сложные пластические массы — композиционные, состоящие из полиме­ра и значительных количеств пластификаторов, наполнителей, стабили­заторов, красителей. Они могут быть гомогенными и гетерогенными. Количество пластификатора иногда может достигать 50—70 вес. ч. на 100 вес. ч. полимера (изделия из поливинилхлорида), а наполнителей — 50—100 вес. ч. на 100 вес. ч. полимера (изделия из сложных композиций феноло-формальдегидных, амидо-формальдегидных олигомеров, поли- изобутилена и др.). В этих случаях пластификаторы и наполнители из­меняют технологические и эксплуатационные свойства пластических масс настолько, что их уже нельзя назвать вспомогательными материалами.

В настоящее время число описанных в литературе полимеров, на основе которых можно изготовлять пластические массы, волокна, клеи, пленки, достигает нескольких сотен тысяч. Однако промышленное произ­водство полимеров и пластических масс на их основе ограничивается относительно небольшим ассортиментом. Это объясняется многими при­чинами: комплексом наиболее ценных свойств, доступностью сырья, эко­номическими преимуществами и др.

За последнее десятилетие наблюдается наибольший рост производ­ства полиолефинов, полистирола, поливинилхлорида. Медленнее разви­вается производство поликонденсационных материалов, таких, как фе­нопласты, карбамидные полимеры и др.

Ведущее положение термопластичных полимеров: полиолефинов, поливинилхлорида, полистирола и продуктов их модификации — сохра­нится еще на долгие годы. Это объясняется тем, что комплекс свойств, присущий полиолефинам, полистиролу и поливинилхлориду, а также де­шевизна и доступность сырья определяют возможность их широкого применения и такого многообразия изделий, какого невозможно достиг­нуть в других случаях.

Возможности дешевой сырьевой базы для названных полимеров не­ограниченны. Это разнообразное углеводородное нефтегазовое сырье, ко­торое с возрастанием числа и мощности нефтеперерабатывающих й неф­техимических заводов является стабильным,-и надежным сырьем для производства полимерных материалов.

Новые предприятия, предназначенные для производства пластиче­ских масс на базе нефтяного сырья, проектируются и строятся в составе комплексных нефтехимических комбинатов (удаленных от мест добычи нефти и получающих ее по нефтепроводам), в которых предусматривают­ся заводы по производству и очистке большого числа мономеров. На этих же заводах из нефтяного сырья получают и другие органические продукты, применяемые к синтезе мономеров.

Области применения пластических масс из года в год расширяются. Главными потребителями являются автомобильная, авиационная, элект­ро - и радиотехническая, строительная, судостроительная промышленно­сти, железнодорожный транспорт, машиностроение, легкая и пищевая промышленность, медицина, сельское хозяйство и многие другие.