Синтез высокомолекулярных соединений - конспект - Химия, Рефераты из Химия

Скачай Синтез высокомолекулярных соединений - конспект - Химия и еще Рефераты в формате PDF Химия только на Docsity! Предисловие В былые времена,если химики получали в результате своих опытов "смолу", т.е.такой продукт,который не поддавался кристаллиза- ции,они не очень-то радовались.В наши же дни многие химики стремятся изготовить такие смолы: многие из них в результате дальнейшей переработки превращаются в материалы,необходимые для промышленности. Когда немецкий химик Байер в 1872 г. смешал формальдегид и "карболовую кислоту" (раствор фенола),он получил смолообраз- ную,вязкую массу.При нагревании она превращалась в твердое,не- растворимое вещество,которое далее уже не плавилось.В то время Байер еще не мог предвидеть,какое огромное значение приобретает впоследствии полученный им продукт.Через 35 лет бельгийскому исследователю Бакеланду удалось разработать способ получения этого вещества,пригодный для промышленности.За сходство с при- родными смолами продукт,открытый Байером,назвали синтетической смолой.Эта смола производится промышленностью с 1912 г. под названием бакелит.Как и ко многим другим новинкам,к бакелиту вначале относились скептически,и ему было трудно конкурировать на рынке с давно известными материалами. Положение быстро изменилось,когда обнаружили его ценные свойс- тва - бакелит оказался отличным электроизоляционным материа- лом,обладающим в то же время высокой прочностью.Сегодня у себя дома мы уже едва ли увидим штепсельные розетки,вилки и электри- ческие выключатели из фарфора.Их вытеснили изделия из реактоп- ластов.Бакелит и родственные ему пластмассы заняли также почет- ное место в машиностроении,автомобилестроении и других отраслях промышленности. Введение Синтез высокомолекулярных соединений представляет собой про- цесс соединения многих молекул индивидуальных химических ве- ществ (мономеров) нормальными химическими связями в единую мак- ромолекулу полимера. Реакция образования полимера,протекающая без выделения других химических соединений называется реакцией полимеризации.Превра- щение мономеров в полимеры,сопровождающейся выделением побочных продуктов носит название поликонденсации. Высокомолекулярные органические соединения,на основе которых изготавливают большинство пластмасс,также называют смолами. К группе поликонденсационных смол относят полиэфирные,получае- мые путем конденсации многоосновных кислот с многоатомными спиртами,фенолформальдегидные и другие. На основе феноло-формальдегидных смол изготовляют пластические массы,называемые фенопластами. Все пластические массы по составу делят на простые и слож- ные.Простые пластмассы состоят в основном из связующего,иногда с добавлением небольшого количества вспомогательных веществ (краситель,смазка и др.).В состав большинства пластмасс кроме связующего,входят и др.).Такие пластмассы носят название назва- ние сложных и композиционных. Прессматериалы называют композиции на основе высокополимерных продуктов (искуственных смол,эфиров целлюлозы,битумов) из кото- рых различными методами формирования (прямое прессование,литье) изготавливают разнообразные изделия. Прессматериалы,содержащие смолы,которые отверждаются в процессе прессования изделий,называют термореактивными. . В результате отверждения связующего вещества изделие приобре- тает механическую прочность уже в прессформе при температуре прессования и теряет способность размягчаться при повторном нагревании: смола в отвержденом изделии неспособна плавится и растворятся.Такой процесс отверждения необратим. К термореактивным относятся прессматериалы типа феноплас- тов,аминопластов содержащие главным образом поликонденсационные смолы. Прессматериалы называемые термопластичными или термопластами содержат,связующие вещества не отверждающие в процессе прессо- вания или литья изделий.В этом случае изделия приобретают ме- ханическую прочность только после некоторого охлаждения в прессформе. Для изготовления фенопластов в качестве связующего применяют феноло-формальдегидные смолы,а также смолы,получаемые при час- тичной замене фенола другими веществами (анилин и др.) и час- тичной или полной замене формальдегида другими альдегидами (фурфурол и др). В зависимости от соотношения между фенолом и формальдегидом примененного катализатора (кислый,щелочной) и условий реакций смолообразования получаются смолы двух типов - новолачные и ре- зольные. Новолачные смолы сохраняют способность плавится и растворят- ся после многократного нагревания до температуры,принятой при прессовании изделий из фенопластов. Резольные смолы при повышенной температуре,а при длительном хранении даже при обычной температуре переходят в неплавкое и нерастворимон состояние. Быстрое отверждение новолачных смол происходит только в в при- сутствии специальных отверждающих средств главным образом урот- ропина (гексаметилентетрамин).Для отверждения резольных смол не требуется добавления отверждающих средств. В процессе отверждения резольных смол различают три стадии.В стадии А (резол) смола сохраняет способность плавится и раство- рятся.В стадии В (резитол) смола уже практически не плавится,но еще способна набухать в соответствующих растворителях.В стадии С резит (смола) неплавка и даже не набухает в растворителях. Рецептуры прессматериалов и химизм процесса Теоретические представления о механизме взаимодействия фенола с формальдегидом в присутствии катализаторов,о строении феноло- формальдегидных смол в процессах их отверждения недостаточно разработаны. Основными компонентами общими для различных прессматериалов являются:смола,волокнистый наполнитель,отвердитель или ускори- тель отверждения смолы,смазка,краситель и различные специальные добавки. Смола является основой прессматерила,т.е. связующим вещест- вом,которое при соответствующей температуре и давлении пропиты- вает и соединяет частицы остальных компонентов с образованием однородной массы. Свойствами смолы определяются основные свойства прессматериа- ла.Например,на основе феноло-формальдегидной смолы полученной в присутствии катализатора едкого натра,невозможно получить прессматериал,который после прессования обладал бы высокой во- достойкостью или высокими электроизоляционными свойствами. Поэтому для предания прессматериалу определенных специфических свойств прежде,всего нужно правильно выбрать смолу (исходные вещества,катализатор,режим смолообоазования). . Прессматериалы типа фенопластов изготавливают "сухими" и "мок- рыми" методами.При "сухих" методах смола применяется в сухом виде,а при "мокрых" в виде спиртового лака (лаковый способ) или водной эмульсии (эмульсионный способ). Переработка фенопластов в изделие производится различными спо- собами.Самым старым и самым распостраненным промышленным спосо- бом является прямое прессование (называемое также горячим или компрессионным прессованием) применим ко всем видам описываемых прессмаиериалов. Способ литьевого прессования,нызываемого также трансферным или шприцгуссом,применяют только,для переработки пресспорошков,ког- да изделие должно включать сложную арматуру. Способ непрерывного выдавливания применяется для изготовления различных профильных изделий из пресспорошков (трубки,стерж- ни,уголки). Свойства Фаолита Фаолитом называется кислотостойкая,пластическая масса,получае- мая на основе феноло-формальдегидной резольной смолы и кисло- тостойкого наполнителя - асбеста,графита и кварцевого песка. Термореактивная фенола-формальдегидная смола способна под вли- янием нагревания переходить в твердое,неплавкое и нерастворимое состояние.В соответствие с этим и фаолитовая масса,в которой частички наполнителя связаны между собой вязкой растворимой смолой,при термообработке отверждается,становится неплавкой и нерастворимой. Фаолит - один из ценнейших конструктивных материалов.Он заре- комендовал себя при эксплуатации в различных агрессивных средах в интервале температур от -30 до +130 5 0 0С.По коррозионной стой- кости фаолит превосходит свинец. Большое количество фаолита выпускается в виде полуфабриката - неотвержденных листов из которых заводы-потребители изготавли- вают различные изделия и арматуру. Фаолит нашел широкое применение во многих отраслях промышлен- ности как конструктивный материал.В ряде случаев он заменяет цветные металлы,особенно свинец.Легкость фаолита (р=1.5-1.7 г/см 53 0),химическая стойкость к кислым агрессивным средам позво- ляет из него изготавливать стойкую аппаратуру весом в несколько раз меньше металлической. Фаолит модно применять при более высокой температуре,чем мно- гие другие кислотостойкие пластические массы.По техническим ус- ловиям теплостойкость фаолита гарантируется до 100 5 0 0С.Практи- чески же в производственных условиях фаолит эксплуатируется при температуре 130 5 0 0С и выше. Основное сырье для Фаолита и приготовление резольной смолы Для производства фаолита применяют резольную смолу,которая представляет продукт конденсации фенола с формальдегидом в при- сутствии катализатора - аммиачной воды.Резольная смола в при нагревании способна переходить в неплавкое и нерастворимое сос- тояние. Фенол в чистом виде - кристаллическое вещество со специфичес- ким запахом.Его температура 39,7-40,3 5 0 0С.Температура кипения 182 5 0 0С и плотность при 15 5 0 0С составляет 1,066 г/см 53. Фенол хорошо растворяется в 30-40 % -ном водном растворе фор- мальдегида (формалин),спирте,эфире,глицерине,бензоле. . Варка и сушка резольной смолы Варка и сушка резольной смолы производится в варочно-сушильном аппарате.Аппарат снабжен мешалкой на 40-50 об/мин.В крышку ап- парата вмонтированы смотровые стекла,штунцеры для измерения температуры,давления.Рабочее давление до 2 атмосфер. Во время варки смолы протекает реакция конденсации - взаимо- действие фенола с формальдегидом в присутствии катализатора ам- миака.При этом образуется смола и водяной слой.При сушке в ос- новном происходит удаление воды и компонентов не вступивших в реакцию.Процесс сушки в значительной степени определяет качест- во готовой смолы. Сырье в котел загружается в таких количествах: фенол (100%-ный) - 100 вес.ч.,формалин (37%-ный)-103,5 вес.ч.,аммиач- ная вода (в пересчете на 100% - ный аммиак) - 0,5 вес.частей. Переработка сухого фаолита в изделие может осуществлятся спо- собом формирования,прессования.Вследствие того,что механическая обработка фаолита является трудоемкой работой,необходимо стре- мится к тому,чтобы изготовляемой фаолитовой детали придать оп- ределенную форму в неотвержденном состоянии. Из сырого фаолита изготавливают :трубы,царги,цилиндрические сосуды,мешалки. Из отвержденого фаолита изготавливают угольники,тройники,ванны. Трубы и изделия из текстофаолита Выпускаемый в настоящее время фаолит в ряде случаев не может быть использован ввиду не достаточной механической прочнос- ти.Армирование или текстолизация фаолита тканью дает возмож- ность получить материал со значительно улучшенными механически- ми свойствами. Фаолитовые трубы получают обычным способом.Неотвержденное фао- литовое изделие плотно обматывают полосками ткани,смазанные ба- келитовым лаком.Если не требуется повторного наложения фаоли- та,то в таком виде и производят отверждение текстофаолита. Таким образом получают трубы и царги различных диаметров из которых впоследствии монтируют аппараты или выхлопные трубы. Прочее Для лакировки деревянных изделий применяют самоотверждающиеся лаки,которые также изготавливают из феноло-формальдегидных смол. Резольными фенолоформальдегидными смолами можно также склеить дерево с деревом или с металлом.Сцепление получается очень прочным,и этот способ склеивания в настоящее время находит все более широкое применение,особенно в авиационной промышленности. В промышленности склеивание смолами на основе фенола применя- ется при изготовление клееной фанеры и древесноволокнистых пластиков.Кроме того, такие смолы успешно используются для из- готовления щеток и кистей,а в электротехнике ими отлично склеи- вают стекло с металлом в лампах накаливания,люминесцентных лам- пах и радиолампах.