СТАНОВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ОСНОВНЫХ СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИСТИРОЛА В ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Сегодня современный человек уже не представляет себе жизнь без полимеров. Полимерные материалы используются повсеместно. Основные области применения полимеров - медицина, сельское хозяйство, текстильная промышленность, быт и другие.

Собственно, термин «полимеры» имеет греческое происхождение и обозначает «состоящий из многих или нескольких взаимосвязанных частей». Первые упоминания о синтетических полимерах были зафиксированы еще в Х1Х веке. Так, немецкий химик - органик А. Байер обратил внимание на то, что в результате целенаправленного смешивания фенола с отдельными альдегидами на выходе получается некое образование по консистенции напоминающее смолу. Однако полученные результаты не привели к каким-либо серьёзным открытиям в науке того времени, поскольку не представляли особой практической ценности и рассматривались лишь как вторичный продукт или даже как помеха в синтезе органических низкомолекулярных веществ. Более того химическая промышленности девятнадцатого века была еще недостаточна развита и ее нужды вполне удовлетворяли природные смолы такие как канифоль, янтарь, сандарак и др., а потому, потребность в новых синтетических полимерах была совсем невелика. Однако с развитием научно-технического прогресса стали возрастать социально-экономические запросы самого человека и общества в целом, а как следствие активно развиваться промышленность и естественные науки, в том числе химия и химические технологии.

В XIX веке в России также, как и за рубежом, активно изучались химические свойства и особенности синтетических полимеров. Большой вклад в этой области внесли научные исследования отечественных ученых - химиков: А.М. Бутлеров, Ма.Г. Кучерова А.Е. Фаворского, а также работы советских и современных ученых Н.И. Семенова, С.С. Медведева, В.В. Солонина.

Так, великий русский химик А.М. Бутлеров создал теорию химического строения органических соединений. Спустя несколько лет эти исследования легли в основу нового научного направления - химии полимеров. Именно А.М. Бутлерову принадлежат идеи синтеза изобутилена и его последующей полимеризации, открытие основных полимеров формальдегида, которые до настоящего времени не потеряли своей актуальности и являются основным компонентом многих современных полимеров.

Огромный научный вклад в развитие химии и промышленности полимеров внес в 1881 году М.Г. Кучеров. Ему принадлежит открытие реакции гидратации ацетилена и получение уксусного альдегида, который является до настоящего времени исходного вещества для производства целого ряда полимеров.

Большую роль в области полимеризации сыграли научные изыскания А.Е. Фаворского. В процессе экспериментальной работы им был изобретен механизм изомерных превращений непредельных соединений и разработаны химические реакции, ведущие к получению простых виниловых эфиров.

Научные исследования и открытия российских ученых – химиков послужили прочным научным фундаментом для развития химического производства в начале XX века. Так, в период с 1907 по 1914 г. в России под руководством профессора Г.С. Петрова организуется первое промышленное производство синтетических твердых полимеров па основе фенолоальдегидной конденсации.

Начиная примерно с 30-х двадцатого столетия большое значение в промышленном производстве приобретают полимеры, получаемые методом полимеризации. Это открытие послужило основой не только для новых перспективных научных исследований в области химических технологий, но и существенно обогатило полимерными продуктами многие сферы и направления народного хозяйства страны. Последующие десятилетия двадцатого века, несмотря на военный и послевоенные периоды, также были отмечены бурным развитием промышленности полимеров всех видов и новыми научными изысканиями в этой области, что несомненно явилось огромным вкладов в развитие научно-технического прогресса химической промышленности современной России.

Что же представляют собой полимеры, каковы их химические и физические свойства, что представляет процесс их получения?

В самом широком значении полимеризация – это процесс получения высокомолекулярного вещества путём многократного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера, олигомера) к активным центрам полимера [1, с. 67]. Молекула мономера, входящая в состав полимера, образует так называемое мономерное (структурное) звено. Многие классы органических соединений способны образовывать полимеры, но основные из них это алкены и диены, которые образуют полимеры за счет раскрытия двойных связей:

Полимеризация непредельных соединений в зависимости от механизма может быть радикальной или ионной. Радикальную полимеризацию вызывают свободные радикалы, которые получаются при нагревании и распаде инициатора. Присоединяясь к молекуле мономера, они порождают новый радикал. Эта частица способна захватывать всё новые и новые молекулы, постепенно превращаясь в гигантский радикал. Радикальными инициаторами могут служить органические пероксиды, азотосоединения и кислород:

R—О—О—R', R—N=N—R/

Радикальную полимеризацию вызывают ультрафиолетовое и y-излучение. При проведении радикальной полимеризации существует возможность регулировать рост цепи – взаимодействие с молекулой, которая может превратиться в малоактивный или неактивный радикал.

Примером радикальной полимеризации может служить получение полистирола, который имеет широчайший спектр применения от бытовых принадлежностей до военной промышленности. Полистирол - это продукт полимеризации стирола (винилбензола), термопластичный полимер линейной структуры [3, с. 122]. Полистирол по своим свойствам является жёстким, хрупким, аморфным полимером с высоким оптическим светопропусканием, низкой плотностью (1060 кг/м) и имеет невысокие химическую стойкость (кроме разбавленных кислот, спиртов и щелочей) механическую прочность. Также некоторые внешние отличительные свойства полистирола: горит коптящим жёлтым пламенем, пары имеют сладковатый запах. При нагревании выделяются тяжёлые пары белого цвета. Полистирол получают в промышленности блочным, суспензионным и эмульсионным методами. Закономерности полимеризации стирола по этим методам различны.

Так, эмульсионный (ПСЭ) считается наиболее устаревшим методом получения. Полистирол получают в результате реакции полимеризации стирола в водном растворе щелочных веществ при температуре 85-95 °C. Для этого метода требуются: стирол, вода, эмульгаторы инициатор полимеризации.

Этим методом получают полистирол с большой молекулярной массой, который имеет аббревиатуру ПСЭ. Полистирол марки ПСЭ имеет вид прозрачных гранул цилиндрической формы.

Другой наиболее распространенный метод получения промышленного полистирола – это блочный метод. Он заключается в том, что полимеризация происходит под действием тепла, без участия инициаторов. Молекулярный вес полистирола зависит от температуры процесса при 60°C – 2 250 000 г/моль, при 100°C - 430 000 г/моль, при 160°C - 83 000 г/моль [4]. В конце процесса полимеризации в промышленности повышают температуру, чтобы увеличить скорость реакции.

Еще один современный метод полимеризации – это суспензионный. Процесс протекает в аппаратах с мешалками по периодической схеме, при повышении давления и температуры до 130°С. Стирол готовят, суспендируя его в чистой воде со стабилизаторами эмульсии и инициаторами. Далее полистирол центрифугируют, промывают, сушат. Таким способом получают пенополистирол. Вспенивающийся полистирол может использоваться в качестве фильтрующего материала в очистке сточных вод. Ударопрочный полистирол и его модификации получили широкое применение в сфере бытовой техники и электроники [3].

В настоящее время были созданы многочисленные модификации сополимеров стирола, широкое применение нашли ударопрочные стиролы, а именно сополимеры бутадиаена и стирола. Современная промышленность производит широкую линию разнообразных изделий, которые в первую очередь применяются в жизнедеятельности человека, а также строительной индустрии, производстве медицинской продукции.

Подводя итог вышесказанному становится очевидным, что с течением времени полимеры находят все более широкое применение как в различных сферах промышленного производства, так и жизнедеятельности человека. Сам же процесс полимеризации продолжает оставаться одним из актуальных и перспективных направлений современной российской науки.

Список литературы:

1. Батцер Г. Введение в химию высокомолекулярных соединений. - М. Издательство иностранной литературы 1960 - 256 с.
2. Галимов, Э.Р. Полимерные материалы: структура, свойства и применение Текст: Учебное пособие / Э.Р. Галимов, А.Г. Исмаилова, Н.Я. Гали-мова, Ю.И. Сударев, Р.К. Низамов. Казань: Изд-во Казан, гос. техн. унта, 2001. - 187 с.
3. Максанова Л.А. Полимерные соединения и их применение: Учебное пособие / О.Ж. Аюрова. – Улан-Удэ: изд. ВСГТУ, 2004 – 178 с.
4. Миндлин С.С. Технология производства полимеров и пластических масс на их основе. Л. Химия 1973 - 352 с.
5. Тагер A.A. Физико-химия полимеров Текст. /A.A. Тагер. М.: Химия, 1968. -540 с.