Производство пластмасс

 6. Производство пластмасс

Пластические массы делят на простые (ненаполненные) и сложные (композиционные). Основу пластических масс составляет высокомо­лекулярное соединение — смола, которая при нагревании и давлении переходит в пластическое состояние, формуется под воздействием внешних сил и после охлаждения сохраняет полученную форму.

Простые пластмассы получают только из одной смо­лы, например полиэтилена.

Сложные пластмассы состоят из смолы, наполните­лей, пластификаторов, красителей, стабилизаторов, отвердителей и др. Смола, являясь связующим веществом, придает смеси пластичность и формуемость.

Наполнители снижают стоимость пластмассы, придают или усили­вают определенные механические и диэлектрические свойства, сни­жают горючесть изделий, улучшают внешний вид и т. п. В качестве наполнителей применяют порошковые (древесная, кварцевая мука, графит, тальк, асбест и др.) и волокнистые (ткани, асбестовое волокно и др.) материалы.

Пластификаторы повышают пластичность, эластичность компози­ции, но при увеличении их количества прочность на разрыв и сжатие резко снижается. В качестве пластификаторов используют малолету­чие вещества (камфору, касторовое масло, дибутклфталаты. трикре-зилфосфат). Красители придают пластическим массам желаемую ок­раску. Они должны хорошо смешиваться и совмещаться со смолой и выдерживать воздействие температуры, воды и т. п., сохраняя цвет как в процессе формования, так и при применении изделия.

Отвердители — вещества, способные превращать линейную струк­туру полимера в результате сшивания макромолекул в трехмерную структуру. К ним относятся уротропин, гексаметилентетрамин и др.

Кроме перечисленных веществ, в состав сложной пластмассы вво­дят стабилизаторы, способствующие сохранению первоначальных свойств; смазки, облегчающие прессование; порошкообразователи — для получения пено- и поропластов.

Пластические массы (пластмассы) имеют низкую плотность (900— 1750 кг/м³), высокие механические и хорошие электроизоляционные свойства, высокую водостойкость, теплостойкость и химическую стой­кость, красивый внешний вид и т. д. Стоимость некоторых пластиче­ских масс не превышает стоимости цветных, а в некоторых случаях и черных металлов при расчете на 1 м³ материала. Такие технико-эконо­мические преимущества пластических масс перед другими материала­ми обусловили широкое их применение. Но пластмассы имеют низкую теплостойкость (60—300° С), подвержены «старению», что снижает их свойства.

Промышленность выпускает большое количество синтетических смол и пластмасс на их основе, поэтому для примера рассмотрим тех­нологию получения и свойства наиболее важнейших смол и пластмасс на их основе.

Полимеризационные смолы для получения пластмасс используют без наполнителей. Они термопластичны, обладают хорошими диэлек­трическими свойствами, высокой ударной прочностью (кроме полисти­рола), химически стойки, но большинство из них имеет низкую тепло­стойкость.

Сырьем для получения полистирола является стирол (С₆Н₅СН=СН₂). Полимеризацию стирола проводят лаковым, эмульсионным и блочным способами. Процесс полимеризации проходит по следующей схеме:

7.Синтезы на основе ацетилена

Ацетилен СН=СН — газ, легко вступающий в самые различные химические реакции с образованием многочисленных соединений, ис­пользуемых при получении волокон, каучуков, смол и т. д. Например, из ацетилена получают ацетальдегид, этиловый спирт, бутадиен, этил-ацетат, хлористый винил, винилацетат, хлоропрен, акрилонитрил и др. Он используется для получения высоких температур (3200° С) при сварке и резке металлов.

Ацетилен получают путем обработки карбида кальция водой (СаС₂ + 2Н₂О ->Са(ОН)₂ + С₂Н₂) или путем термоокислительного крекинга при 1400—1500^°С различных углеводородов (СН₄, С₂Н₄ и до.)

Для примера рассмотрим синтез ацетальдегида на основе ацети­лена.

Ацетальдегид СНзСНО — альдегид уксусной кислоты, летучая жидкость с резким запахом, хорошо смешивается с водой и спиртом. Он используется для получения уксусной кислоты.

В промышленности ацетальдегид по одной из схем (рис.5) получают следующим образом. Очищенный от примесей ацетилен, сме­шанный с циркуляционным газом, непрерывно подается в гидрататор 1, в котором находится нагретая до 80—100° С жидкость, содержащая сульфаты железа и ртути (в 1 л Н₂О 200 е H₂S0₄, 0,4 г Hg, 40 г окислов железа). Ацетилен, барботируя через жидкость, переходит в ацетальде­гид по реакции:

СН = СН + Н₂О --> СНзСНО + 1416 кдж.

Степень перехода ацетилена в ацетальдегид составляет 50—60%. Газы, содержащие ацетальдегид, ацетилен и примеси, поступают на охлаждение сначала в холодильник 2, где частично конденсируются пары воды, и конденсат возвращается в гидрататор 1, а затем в холо­дильник 3, где конденсируются пары ацетальдегида и воды, собирае­мые в сборнике 5 и направляемые на ректификацию (на схеме не пока­зано).

Газы, содержащие ацетилен, поступают в колонну 4, орошаемую водой, где из них извлекаются остатки ацетальдегида, и снова возвра­щаются в процесс. Для очистки оборотного газа от окислов углерода и азота часть его (10%) непрерывно отбирается из цикла и направляется на очистку. Выход ацетальдегида составляет примерно 96% от тео­ретического. Так как пары ртути и ее соединения ядовиты, начинают применяться не ртутные катализаторы в виде окислов Zn, Mg, Ni, Со, Cr.

Уксусная кислота находит применение в текстильной, фармацев­тической, парфюмерной промышленности, для получения сложных эфиров, в производстве ацетилцеллюлозы, уксусного ангидрида, аце­тона, ацетатного шелка, каучука, пластических масс и т. д.

Раньше кислоту получали сухой перегонкой древесины, броже­нием этанола, а в настоящее время — окислением ацетальдегида или гидратацией кетона.

Окисление ацетальдегида кислородом воздуха происходит в при­сутствии солей марганца при темпеатуре 60—70° С. Так как надуксусная кислота может взрываться, то парогазовая смесь разбавляется азотом. Образование СНзСООН идет по следующей схеме:

Для очистки от примесей синтетическую кислоту подвергают пе­регонке. Техническая кислота после перегонки содержит 97—99% СНзСООН, 0,1—0,5% НСООН, 0,5—2% Hp.

Безводная уксусная кислота плотностью 1049 кг/м³ (20° С) засты­вает при 16,6° С, кипит при 118,1° С. Она хорошо смешивается с во" дои и многими органическими жидкостями. При попадании на кожу вызывает ожоги.