Полимерлерді қалдықсыз өңдеу технологиясы

Қ ыздырғ ан кезде белгілі пішінге келіп, салқ ындатқ аннан кейін сол пішінді сақ тап қ алатын полимерлер негізінде дайындалғ ан материалдар пластмасса деп аталады. Бұ л ө ндіру аймағ ы жө нінен полимер материалдарының ішінде орын алады. Олардың механикалық беріктігі мол, тығ ызыдығ ы аз, химиялық тө зімділігі һ те жоғ ары, жылу мен электр оқ лаулағ ыштығ ы жә не т.б. қ асиеттері жақ сы болып келеді. Пластмасса қ олда бар шикізаттардан ө ндіріледі, одан алуан тү рлі бұ йымдар жасауғ а болады. Осылардың барлығ ы пластмассаны халық шаруашылығ ы мен техниканың барлық салаларында, кү нделікті тұ рмыста кең пайдалануғ а жағ дай жасайды. Полимерлер кристалды жә не аморфты қ ұ рылысты болуы мү мкін. Кристалды қ ұ рылысты полимерлердің макромолекуласы рет – ретімен (қ атарласа) орналасқ ан. Ал аморфты қ ұ рылысты полимерлер молекуласы ретсіз орналасуымен сипатталады. Бұ л қ ұ былысты полимердің молекулалары тұ тасынан кристалды немесе аморфты кү йде болады екен деп тү сінбеу керек. Ә детте бір молекулалардың ө зі кристалды жә не аморфты кү йдегі аймақ тан ө теді: макромолекулалары бір учаскеде бір – біріне қ атынасы бойынша анағ ұ рлым ретті орналасады да, екінші басқ а учаскеде реттілігі азаяды. Полимердің сол біреуінің ғ ана кристалдық дә режесі алмасуы мү мкін. Мысалы, полимердің слзылуына молекулалардың қ атарласып орналасуы мү мкіндік туғ ызады, бұ л кезде оның кристалдығ ы артады.

Полимерлер ү шін молекулалық масса ұ ғ ымының бірқ атар ерекшеліктері бар. Полимерлену процесінде ө сіп келе жатқ ан полимер тізбегінің ү зілу мерзіміне байланысты монемер молекуласының ә р тү рлі саны макромолекулаларғ а қ осылады. Соның салдарынан ұ зындығ ы ә р тү рлі, демек массасы да ә р тү рлі макромолекулалар тү зіледі. Сондық тан мұ ндай затқ а белгіленетін молекулалық масса тек ортақ шама ғ ана, жеке молекулалардың массасы одан едә уір ауытқ ып отырады. Мысалы, егер полимердің молекулалық массасы 28000 болса, онда оның қ ұ рамында шамамен массасы 26000, 28000, 30000 жә не т.б. молекулалар бола алады. Ә детте кіші молекулалы заттар белгілі балқ у, қ айнау температураларымен жә не басқ а да константаларымен сипатталады. Кө птеген полимерлер нашар еритіндігімен сипатталады. Сызық ты қ ұ рылымды заттар қ андай да болмасын еріткештерде қ иын да болса тұ тқ ыр ерітінді тү зе ериді. Кең істіктегі полимерлер мү лдем ерімейді. Бұ лардың кейбіреулері мысалы, резина ерітінділерде тек қ ана ісінеді. Полимерлердің механикалық жағ ынан ө те берік болуы олардың маң ызды қ асиеттерінің бірі болып табылады, ол басқ а қ асиеттерімен бірігіп, полимердің кең інен қ олданылуына мү мкіндік береді. Сонымен қ атар, ә деттегідей кең істіктік полимерлер қ ұ рылымы ерекше берік келеді.

Белгілі бір заттың жібін – балқ уы, булануы немесе ерітіндіге айналуы ү шін қ ыздырып немесе еріткішпен ә сер етіп, оның молекулалары арасындағ ы тартылыс кү шін ә лсірету керек. Кіші молекулалы заттармен салыстырғ анда, ү лкен молекулалы заттардағ ы молекулалар арасында ө зара ә рекеттесу едә уір кү штірек болады, ө йткені мұ ндағ ы молекулалар бір – біріне орасан кө п буындар арқ ылы тартылады. Ал біз полимерді қ ыздырғ анда, ол жұ мсара бастайды, сө йтіп кейбір молекулалар арасындағ ы ө зара ә рекеттесу кү ші соншалық ты нашарлап, жылу қ озғ алысы салдарынан бірімен – бірі біршама орын алмастырып, араласады. Аса ірі молекулалар ө зара кү штірек ә рекеттеседі де тезірек қ озғ алу ү шін одан ә рі қ ыздыруды қ ажет етеді. Ү лкен молекулалы қ осылыстарда белгілі балқ у температурасы нү ктесінің болмауы міне осығ ан байланысты.

Айдауды жү зеге асыру ү шін, затты жоғ ары температурағ а дейін кө бірек қ ыздыру керек. Полимерлердің ірі молекулалары сірә, ө те кү шті қ ыздырғ ан жағ дайда ғ ана ұ шқ ыш кү йге кө шуге тиіс. Бірақ олар мұ ндай қ ыздыруғ а тө зе алмайды, олардың атомдарының арасындағ ы химиялық байланыстар ү зіліп, айдау жү зеге асудан бұ рын заттар айырыла бастайды.

Макромолекулаларды еріткіштердің шағ ын молекулаларының жә рдемімен де ажырату қ иын. Ал сызық тық қ ұ рылымды полимерді ажыратуғ а болады. Кең істіктік полимерлер ерімейді, ө йткені олардың сызық тық молекулалары ө зара химиялық байланыстармен «жө рмелген». Егер мұ ндай байланыстар кө п болмаса, еріткіштің молекулалары тек қ ана полимерге енеді де, оны ісіндіреді. Ү лкен молекулалы қ осылыстардың механикалық беріктігі молекулааралық кү штерінің кө п болуымен тү сіндіріледі.

Полимерді есептемегенде пластмассада басқ а да материалдарғ а белгілі сапа беретін қ ұ рамдас бө лшектер ү немі болады, олар ү шін полимерлік заттар байланыстырушы болып табылады.материалдың қ ұ нын кемітіп, механикалық қ асиеттерін жетілдіретін толық тырғ ыштар (сү рек ұ ны, мата, таскендір, шыныталшық жә не т.б.), майысқ ақ тығ ын арттырып, морттығ ын жоятын жұ мсартқ ыштар (мысалы, қ атты қ айнайтыын эфирлер), ең делген жә не пайдаланғ ан кезде пластмассаның қ асиеттерін сақ тап қ алатын тұ рақ тандырғ ыштар, материалғ а қ ажетті ө ң беретін бояғ ыштар жә не басқ алары пластмасса ү лесіне тиеді.Пластмассаны дұ рыс қ олдану ү шін оны тү зетін полимерлердің термопластикалы немесе термореактивті болып табылуын білу керек.

Термоплатикалы полимерлер (мысалы, полиэтилен) қ ыздырғ ан кезде жұ мсарады, сондай кү йде оның пішінін ө згерту оң ай болады. Салқ ындатылғ ан кезде олар қ атайып, бұ рынғ ы пішінін сақ тайды. Ал қ айтадан қ аздарғ анда жұ мсарып, жаң а пішінге келеді.

Термореактивті полимерлер қ ыздырғ анкезде алдымен майысқ ақ болады да, соң ынан майысқ ақ тығ ынан айрылып, балқ ымайтын жә не ерімейтін болып шығ ады, ө йткені оларда сызық ты макромолекулалар арасында химиялық ә ректтесу жү ріп, кең істік қ ұ рылымды полимер тү зіледі, (каучуктың резинағ а айналғ аны тә різді). Мұ ндай материалды қ айтадан ө ң деуге болмайды: онда кең істіктік қ ұ рылым пайда болып жә не ол бұ л қ асиетке тә н иілімділігін жояды.

Негізгі тізбектің химиялық қ ұ рылымының ө згеруіне негізделген полимерлердің жалпы классификациясы. Гомотізбекті жә не гетеротізбекті полимерлер. Оларды кластарга, топтарғ а, топшаларғ а т.б. болу принциптері.

Поликонденсация. Поликонденсациялау реакцияларынын тү рлері. Гомо- жә не гетерополиконденсациялау. Полиамидтердің, полиэфирлердің, полиуретандардың, полиимидтердің, полиалкиленфенилендердің, полиалкиленфенилендердің, элементорганикалық полимерлердің алыну жолдары. Полимерлеу жә не поликонденсациялау процестерінің негізгі ерекшеліктері. Полифункционалды косылыстардың реакциясының бағ ыты. Полимерлердің поликонденсациялық тепе-тең дік жә не молекулалық массасы. Ө німнің молекулалык массасына стехиометриялық, монофункционалды қ оспаның жә не қ осалқ ы реакцияның ә cepi жә не торлы қ ұ рылымның, деструкция реакциясының тү зілуі. Сызыкты поликонденсациялаудың сақ иналардың сатылап полимерленуі, кинетикасы. Поликонденацияны балқ ымада, ерітіндіде жә не фазалардың бө ліну шекарасында жү ргізу.

Полимерлену мономерден полимер алу процесі. Полимерленудің екі тү рі бар: полимерлену жә не поликонденсациялау.

Полимерлену кезінде мономерлердің тізбектеліп полимер қ ұ руы. Полимерлену реакциясының мономері қ анық пағ ан кө мірсутектер болып келеді. Мысалы: этилен, пропилен, поливинилхлорид.

Полиэтилен. (– СН2 – СН2 –)n – қ атты, тү сі ақ, термопластикалы, қ олғ а ұ стағ анда аздап майдай сезілетін парафинге ұ қ сас материал.

Жоғ ары температурада полимердің сызық ты қ ұ рылымы қ атаң сақ талмайды, оның тізбекті макромолекуласында тармақ тар пайда болады. Тө мен температурада полимердің сызық ты қ ұ рылымы ерекше катализатор ә серінен қ атаң сақ талып, молекулалары біріне – бірі тығ ызырақ жақ ындаса тү седі де материалдың қ асиетіне айтарлық тай ә серін тигізеді. Бұ л полимер ә р тү рлі технология бойынша алынады. Молекулалық массасы 300000 мың ғ а дейін, тығ ыздығ ы тө мен полиэтиленді жоғ ары қ ысымдағ ы процестер нә тижесінде алынады. Бұ л процесте радикалдарды инициатор ретінде оттегі қ олданылады. Оттегінің ізі қ алғ ан этиленді 2000 С температурада, 1500 атм қ ысымда сығ ады. Инициатор ретінде органикалық пероксидтер қ олданылады. Молекулалық массасы 30000000 мың ғ а дейінгі полиэтилендер Циглердің процесі арқ ылы алынады. Бұ л процесс жұ мыстың орындалу реті бойынша 600 С температурада жә не 2 ден 6 атм қ ысымда жү ргізіледі. Этиленді инертті ерітіндіден ө ткізеді. Инертті ерітіндінің қ ұ рамында ароматты кө мірсутектер жә не ө ршіткі ретінде триэтилалюминий жә не титанның (ІV) хлориді болады. Полимерлену процесі ионды механизм арқ ылы жү реді. Полимерлену процесінен кейін реакторғ а сұ йытылғ ан қ ышқ ыл ерітіндісі ө ршіткіні айыру ү шін қ осылады. Дайын полимерді филтрлеу арқ ылы бө ліп алады. Тө менгі қ ысымда алынғ ан полиэтиленнен ір тү рлі орамағ а дайындайтын материалдар, ә йнекті ауыстыратын материалдар, тамақ ө німдерін салатын (сақ тайтын), киім кешек жә не де басқ а заттарды салатын ө німдер шығ арылады.

Жоғ ары қ ысымда алынғ ан полэтиленнен қ атты заттар жасалынады. Мысалы: холодилник ішіндегі мұ з қ атыратын зат жә не сү т ө німдерін салатын торлы себеттер жасалынады.

Полипропилен. Полипропилен пропиленнің полимерлену реакциясы нә тижесінде алынады.

Пропиленді катализатаодың қ атысында полимерлейді, ал катализатор болуы мү мкін бү кіл изомерлерден тізбекте метил топтарын дұ рыс кезектестіре отырып, «басы – соң ы» принципі бойынша қ атаң қ ұ рылғ ан полимер тү зеді.

– СН3 тобы мұ ндай полимерлену кезінде бұ дан басқ а жү йелі кең істік бағ ытта болады. Егер ирек макромолекула тү зетін кө міртегі атомдары бір жазық тық та жатады деп есептесек, онда метил топтары осы жазық тық тың бір жағ ын бойлай орналасады немесе екі жағ ында дұ рыс кезектеседі.

Полимер стерео тұ рақ ты қ ұ рылысты деп аталады. Мұ ндай полимерде макромолекулалар бір – бірімен тығ ыз жанасады. (кристалдағ ы жоғ ары дә режелі болады), олардың арасындағ ы ө зара тартылыс кү ші арта тү сіп, қ асиетіне ә серін тигізеді. Полипропилен аса берік оқ шаулағ ыш, тү тік, машина бө лшектері, химиялық аппараттар дайындауғ а жұ мсалады. Қ айта – қ айта июге жә не қ ажалуғ а ө те тұ рақ ты болғ андық тан, одан аса берік арқ ан; тор, техникалық мата алуғ а болады. Полипропиленнен жасалғ ан бұ йымдар полиэтиленге қ арағ анда неғ ұ рлым жоғ ары температурада (120 – 140 С – қ а дейін) кезінде пайдаланылады.

Неміс химигі Карл Циглер (1898 – 1975) жә не итальяндық химик Джулио Натто (1903 – 1979) пропиленді полимерлеу жө ніндегі жұ мысы бойынша Нобелевский премия 1963ж иеленген.

Полипропилен басқ а полимерлер сияқ ты моноаралас алкендерден тұ рады, ү ш конфигурациялық қ ұ рылысының бір кү йіне енеді. Егер метильді радикалдар кө міртек қ аң қ асының бір беткейінде орналасса ондай полимерлер изотактикалық деп аталады. Егер метильді радикалдар немесе орынбасарлар кезектесіп, жоғ ары немесе тө мен орналасса индиотактикалық полимер деп аталады. Полипропиленнен қ ұ быр, вентиль, орама ү шін жасалынғ ан заттар жә не де басқ а да заттар жасалынады.

Полихлорэтилен (поливиниохлорид, ПВХ). Бұ л полимер хлорэтиленнен алынады.

n СН2 СН n - СН2 СН2 -

СІ СІ

хлорэтан поливинилхлорид

поливинилхлорид – термопластикалы оның сызық ты макромолекулалары «басы – соң ы» типі бойынша қ ұ ралғ ан (Молекулалық массасы 100000 – нан 150000 – ғ а). Поливинилхлорид қ ұ рамы мен қ ұ рылысы бойынша полиэтиленнің хлор туындысы ретінде қ арастыруғ а болады. Сутегі атомдарының бір бө лігін алмастыратын хлор атомдары кө міртегі атомдарымен берік қ осылады. Сондық тан поливинилхлорид қ ышқ ылдар мен сілтілерге тө зімді, диэлектрлік қ асиеті жақ сы һ, механикалық беріктігі жоғ ары. Ол іс жү зінде жанбайды, алайда қ ыздырғ ан кезде оң ай ыдырап, хлорсутек бө ліп шығ ады.

Поливинилхлорид негізінде екі тү рлі пластмасса алынады, олар: ө те қ аттыболатын винипласт жә не пластикат – жұ мсақ тау материал. Полимердің ыдырамауы ү шін пластмассағ а тұ рақ тандырғ ыш, ал жұ мсақ пластикат алғ ан кезде бұ нымен бірге жұ мсартқ ыш зат енгізіледі.

Винипласттан тө зімді химиялық тү тіктер, химиялық аппаратуралардың бө лшектері, аккумулятор банкісі жә не кө птеген басқ а заттар дайындалады. Пластикат линолеум, жасанды тері, клеенка, су ө тпейтін желбегей жасауғ а жұ мсалады, ө ткізгіш сым, сондай – ақ су астында қ олданылатын кабельдер жә не т.б. оқ шаулағ ыштар ү шін пайдаланылады.

Полистирол (- СН2 СН -)n

С6Н5

Ол қ анық пағ ан жә не аромат кө мірсутектердің ү йлесімі болып саналады, бұ л молекуласындағ ы бір атом сутегі аромат радикалы фенилмен - С6Н5 алмасқ ан этилен немесе молекуласындағ ы бір атом сутегі винил радикалымен

– СН2 СН – алмасқ ан бензол тә різді. Полистирол сызық ты қ ұ рылымды болады. Оның молекулалық массасы 50000 - нан 300000 – ғ а дейін жетеді. Оны монемерді басытқ ы қ атысында радикалдық полимерлеу арқ ылы алады. «Басы – соң ы принципі бойынша жү ретін осы реакцияның схемасы тү ріндегі тең деуін жазың дар.

Полистирол ө те термопластикалы материал бола тұ ра пішінін оң ай ө згертеді. Одан бұ йымдардың ө те кө п ассортименттін дайындайды. Полистирол жақ сы диэлектрик ретінде электр жә не радио аппараттарының бө лшектерін, кабель оқ шаулағ ышын ө ндіруге жұ мсалады. Одан сә ндік – ә рлік материалдар, ә р тү рлі панельдер, қ аптама тақ ташалар жә не басқ а да кө птеген бұ йымдар дайындалады. Ол тұ рмыстық мақ саттағ ы нә рселерді – жарық беретін аппаратуралар, ыдыс – аяқ тар, галантерия, балалар ойыншық тарын жә не т.б. дайындауғ а пайдаланылады.

Полистиролдың бір кемістігі – соқ қ ығ а беріктігі айтарлық тай емес, сондық тан оны пайдалану мү скіндігі шектеулі болды. Қ азіргі уақ ытта полимерді синтездеу процесінде каучукты қ олдана отырып, соқ қ ығ а тө зімді (соқ қ ылық тұ тқ ырлығ ы жоғ ары) полистирол алады. Мү ндай полистирол қ азір кө бірек таралады.

Пенополистирол полимердің тү р ө згерісі болып табылыды. Оны материалды дайындау процесі кезінде кө біктенгіш зат қ оса отырып, алады. Соның нә тижесінде полистиролдың қ ұ рылымы бітеу шұ рық тары бар қ атқ ан кө бікке айналады. Бұ л – ө те жең іл материал. Пенополистирол қ ұ рылыста жылу сақ тайтын дыбыс ө ткізбейтін материал ретінде, салқ ындату техникасында, мебель ө неркә сібінде пайдалылады. Ол қ ұ бырларды оқ шаулауғ а, тасымалданатын приборларды, тағ амдық азық – тү ліктерді орап – қ аптауғ а жә не т.б. жұ мсалады.

Жоғ арыда қ арастырылғ ан полимерлер термопластты полимерлер. Атап айтқ анда, полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол сынды полимерлерден жасалғ ан ө німдердің қ алдық тарын қ айта ө ң деп, жаң а тұ рмыста пайдалануғ а болатын, бұ йымдар алуғ а болады. Қ оршағ ан ортаны, табиғ атты қ орғ ауғ а арналғ ан шараларғ а барлық қ оғ ам мү шелері бірдей қ атысуы тиіс. Ө з заманында ұ лы химик Д.И.Менделеев «Химияда қ алдық жоқ, тек пайдағ а аспағ ан шикізат бар» - деп, кө регендікпен қ алдық сыз ө ндіріс қ ұ ру қ ажеттілігін мең зеген еді. Химиялық экология проблемалары – адамзат іс – ә рекетінің нә тижесінде ұ зақ уақ ыт бойы біртіндеп жинақ талғ ан, пайда болғ ан тіршіліктің жағ ымсыз кө рінісі. Ө з шығ армасында ұ лы француз жазушысы Д.Гюго: «Кімге қ ауіп тө ніп тұ р?» - сіздерге. Сіздердің алдарың ыздағ ы таразыны кө рмейсіздер ме? Оның бір жағ ында – сіздердің мү мкіндіктерің із, ал екінші жағ ында – сіздердің жауапкершіліктерің ізтұ рғ ан жоқ па? - деген еді. Сондық тан табиғ ат байлығ ын ысырапсыз пайдаланып, адамның ә л – ауқ атын арттыру ү шін қ азіргі қ оғ амда барлық мү мкіншіліктер қ олданылуда. Химиялық заттарды дұ рыс пайдаланбау салдарынан бұ л кү нде адамзаттың алдында химиялық – экологиялық проблемалар туындап отырғ аны мә лім. Ә сіресе соң ғ ы жү зжылдық та адамның ө ндіргіштік ә рекетінің кү рт ө суіне байланысты, табиғ атқ а кө п зиян келтіреді. Адам – табиғ аттың бір бө лшегі болғ андық тан, бұ л жағ дай адам денсаулығ ына да зардаптарын тигізіп отыр. Табиғ атты ластап, қ оршағ ан ортаның тазалығ ына зиян тигізіп отырғ ан. Органикалық жоғ ары молекулалы полимер заттарының қ алдық тары деп айтсақ болады. Пластмассалық заттардың қ алдық тарын кө бінесе жағ ып жіберуге асығ амыз, ал оның салдарынан экологиялық жағ дайымызғ а едә уір зиян келтіретінін ескермейміз. Пластмассалық заттар жанғ ан кезде ө те кө п мө лшерде кө мірқ ышқ ыл газы жә не де басқ а да улы газдар бө лініп, ауа қ ұ рамындағ ы кө мірқ ышқ ыл газының мө лшері шектен тыс кө бейіп кетуінен ауа ластанады. Ауаның қ ұ рамында кө мірқ ышқ ыл газының мө лшері 0, 03% аспауы тиіс. Теорияғ а сү йеніп, термопластты полимерлердің қ алдық тарын жинап, майдалағ ыштан (дробилка) ө ткізіп, мономер дайындауғ а болады. Термопластты полимерлердің қ алдық тарын қ айта ө ң деп, қ ажетті заттар алу, елімізге экономикалық тұ рғ ыдан қ арайтын болсақ, шикізат мономер арзанғ а тү седі. Термопластты полимерлердің қ алдық тарын ү й жағ дайында еріту мү мкін емес. Ө йткені полимерлер кем дегенде 200 – 300 0С толық ериді. Пластмассалық заттардың қ алдық тарын салатын арнайы жә шіктер қ ойылса, жиналғ ан қ алдық тардан қ айта ө ң деп, тұ рмыстық заттар алынса, қ оршағ ан ортаның экологиялық жағ дайы жақ сарар еді деп ойлаймын. Полмерлердің қ оғ ам ө мірінде атқ аратын рө лі ерекше. Полимерлердің қ алдық тарын қ айта ө ң деу, ә рі оны тиімді пайдалану – халық бағ ыттарының бірі.

Термореактивті полимерлерді жақ қ ан кезде бө лінген кө мірқ ышқ ыл газын жинап ә к суынан ө ткізетін болса, ә к тас тү зіледі. Тү зілген ә к тасты тұ рмыста қ ұ рылыс материалдары ретінде пайдалануғ а болады.

CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O