สมการปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันของสไตรีน บล็อกโพลีสไตรีน (โพลีเมอไรเซชันของสไตรีนเป็นกลุ่ม) สาม. วงจรเปิด

แล็บ 1

การเกิดโพลิเมอไรเซชันของสไตรีนในสารละลาย

ส่วนทางทฤษฎี

มีสองตัวเลือก การเกิดพอลิเมอไรเซชันในสารละลาย:

1. โพลีเมอร์และโมโนเมอร์ละลายได้ในตัวทำละลาย

2. มีเพียงโมโนเมอร์เท่านั้นที่ละลายได้ในตัวทำละลาย และโพลีเมอร์จะตกตะกอนเมื่อก่อตัว

ส่วนการปฏิบัติ

ออกกำลังกาย.

เขียนสมการของปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างการเกิดโพลิเมอไรเซชันของสไตรีนในสารละลาย ดำเนินการโพลิเมอไรเซชันของสไตรีนที่อุณหภูมิ 90-95°C เป็นเวลา 4 ชั่วโมงตามสูตรสองสูตร (d): a) สไตรีน -20.0; เบนโซอิลเปอร์ออกไซด์ - 0.4; เบนซิน-10.0 กรัม; b) สไตรีน-20.0; เบนโซอิลเปอร์ออกไซด์-0.4; คาร์บอนเตตระคลอไรด์-10.0 แยกโพลีเมอร์และหาผลผลิต (เป็นกรัมและ %) สำหรับแต่ละสูตร กำหนดอัตราการเกิดโพลีเมอไรเซชันในตัวทำละลายต่างๆ ตรวจสอบความสามารถในการละลายของโพลีเมอร์ที่เกิดขึ้นในตัวทำละลายอินทรีย์ ความสัมพันธ์กับความร้อน การกระทำของกรดและเบส ดำเนินการกำจัดพอลิเมอไรเซชันของโพลีสไตรีน คำนวณผลผลิตสไตรีน

ขั้นตอนที่ 1 ของการทำงาน การสังเคราะห์โพลีสไตรีนในตัวทำละลายต่างๆ

รีเอเจนต์

สไตรีน (กลั่นสด), 20.0 ก

เบนโซอิลเปอร์ออกไซด์ 0.4 ก

เบนซิน 10.0 ก

คาร์บอนเตตระคลอไรด์ 10.0 ก

ปิโตรเลียมอีเทอร์ 100 มล

เอทานอล

กรดซัลฟิวริกเข้มข้น

กรดไนตริกเข้มข้น

โซเดียมไฮดรอกไซด์สารละลายเข้มข้น

อุปกรณ์

ขวดก้นกลมพร้อมข้อต่อกราวด์ ความจุ 100 มล. - 2 ชิ้น

บอลเย็นไหลย้อน – 2 ชิ้น

ปั๊มสุญญากาศ

บีกเกอร์เคมี 200 มล

ถ้วยระเหยพอร์ซเลน – 2 ชิ้น

จานเพาะเชื้อ - 2 ชิ้น

อ่างน้ำหรือเสื้อคลุมทำความร้อน

เตาไฟฟ้า

การดำเนินการทดลอง

น้ำหนักของสไตรีน 10.0 กรัมแต่ละขวดถูกวางไว้ในขวดสองใบ, เบนโซอิลเปอร์ออกไซด์ 0.2 กรัม, รวมทั้งตัวทำละลายที่เติมเข้าไป: เบนซีน 10.0 กรัมในขวดเดียว, คาร์บอนเตตระคลอไรด์ 10.0 กรัมในอีกขวด ขวดแต่ละขวดเชื่อมต่อกับคอนเดนเซอร์ไหลย้อนและให้ความร้อนในอ่างน้ำหรือเสื้อคลุมทำความร้อนที่ 90-95°C เป็นเวลา 4 ชั่วโมง จากนั้นปิดเครื่องทำความร้อนเนื้อหาของขวดแต่ละขวดจะถูกทำให้เย็นลง เพิ่มปิโตรเลียมอีเทอร์หรือเอทานอล เกิดการตกตะกอนของโพลีเมอร์ ตรวจสอบความสมบูรณ์ของปริมาณน้ำฝน ล้างโพลีเมอร์ด้วยสารตกตะกอน ตะกอนจะถูกแยกออกจากของเหลว ถ่ายโอนไปยังจานพอร์ซเลนที่ชั่งน้ำหนัก (จานเพาะเชื้อ) แล้วทำให้แห้งก่อนที่อุณหภูมิห้องในอากาศ จากนั้นในเทอร์โมสตัทที่อุณหภูมิ 60-70°C หรือในตู้อบแห้งแบบสุญญากาศที่อุณหภูมิ 30- 40°C ถึงน้ำหนักคงที่*

* การดำเนินการทั้งหมด: การสังเคราะห์ การตกตะกอน และการทำให้แห้งของโพลีเมอร์สามารถทำได้ในขวดเดียว (ชั่งน้ำหนักล่วงหน้า) ใช้โพลีเมอร์ที่ได้เพื่อการทดลองเพิ่มเติม

นำเสนอผลงานในรูปแบบตาราง

ตารางที่ 1

ตารางที่ 2

ตัวอย่างการคำนวณการเกิดโพลิเมอไรเซชันของสไตรีน (น้ำหนักโมเลกุล 104.14 กรัม/โมล; ความหนาแน่น ρ = 0.906 กรัม/มิลลิลิตร) ดำเนินการในไซโคลเฮกเซนด้วยตัวริเริ่ม AIBN (น้ำหนักโมเลกุล 164.20 กรัม/โมล) ปริมาตรการบรรทุกรวม 30 มล.: สไตรีน 20 มล. และไซโคลเฮกเซน 10 มล. มวลตัวเริ่มต้น 0.6 ก. เวลาการเกิดพอลิเมอไรเซชัน 4 ชั่วโมง มวลของโพลีสไตรีนที่ได้คือ 13.2 กรัม

1. มาคำนวณกัน มวลและปริมาณของสารสไตรีน:

มิสไทรีน = 20 0.906 = 18.12 กรัม

เอ็นซีไทรีน = 18.12/104.14 = 0.174 โมล

2. คำนวณ % โดยน้ำหนักของตัวเริ่มต้นที่สัมพันธ์กับมอนอเมอร์:

ωDAK = (0.6/18.12) 100 = 3.31% โดยน้ำหนัก (จากสไตรีน)

3. ค้นหา ความเข้มข้นของโมโนเมอร์ในการแก้ปัญหา:

s (สไตรีน) = (18.12/30) 1000 = 604 กรัม/ลิตร หรือ 604/104.14 = 5.80 โมล/ลิตร

4. ค้นหา ความเข้มข้นของตัวริเริ่มในการแก้ปัญหา:

s(DAK) = (0.6/30) 1000 = 20 กรัม/ลิตร หรือ 20/164.20 = 0.122 โมล/ลิตร

5. มาคำนวณกัน ผลผลิตโพลีสไตรีน:

ผลผลิตโพลีสไตรีน = (13.2/18.12) 100 = 72.8%

6. มาคำนวณกัน ความเร็วการเกิดพอลิเมอไรเซชัน:

υ = 72.8/4 = 18.2%/ชม. หรือ 18.2/60 = 0.303%/นาที

υ = (5.80 0.728)/(4 3600) = 29.32 10-5mol/l วินาที

ขั้นตอนที่ 2 ของการทำงาน การกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของโพลีสไตรีน

ประสบการณ์ 1. รูปร่างหน้าตา ความแข็งแกร่ง.

ตรวจสอบตัวอย่างโพลีสไตรีนอย่างระมัดระวัง ใส่ใจกับสี ทดสอบความเปราะบาง

*โพลีสไตรีนมีความโปร่งใส อาจมีสีต่างกัน และเปราะบาง เมื่อเขย่า ฟิล์มโพลีสไตรีนจะส่งเสียงกริ่งคล้ายแถบโลหะบางๆ

การทดลองที่ 2 ความสัมพันธ์กับความร้อน

โพลีสไตรีนชิ้นบางวางอยู่บนตาข่ายทนความร้อนและให้ความร้อนเล็กน้อย ที่อุณหภูมิ 80-90°C โพลีสไตรีนจะอ่อนตัวลง และที่อุณหภูมิ >250°C จะเริ่มสลายตัว โพลีสไตรีนที่นิ่มแล้วจะเปลี่ยนรูปร่างได้ง่ายภายใต้อิทธิพลภายนอก สามารถดึงด้ายได้จากโพลีสไตรีนที่อ่อนตัว หากคุณเชื่อมต่อโพลีสไตรีนที่นิ่มแล้วสองชิ้นเข้าด้วยกัน ชิ้นส่วนเหล่านั้นก็จะเชื่อมกัน

*โพลีสไตรีนเป็นเทอร์โมพลาสติก (พลาสติกแบบกลับด้านได้)

การทดลองที่ 3 คุณสมบัติของฉนวนความร้อน

เพื่อศึกษาคุณสมบัติของฉนวนความร้อนจะใช้โฟมโพลีสไตรีน ต้องวางแผ่นพลาสติกโฟม (ยาว 6-7 ซม. หนา 4 ซม.) ไว้บนแท่งเหล็กหรือลวดยาว 10 ซม. ใช้มือจับโฟมแล้วนำแท่งเหล็กเข้าไฟประมาณ 1-2 นาที ความร้อนของแท่งและโฟม (อุ่นขึ้นเล็กน้อย) ตั้งไว้ด้วยเทอร์โมมิเตอร์ ขั้นแรกให้นำโฟมมาใส่ จากนั้นจึงนำไม้เท้า

การทดลองที่ 4. ผลของตัวทำละลาย

โพลีสไตรีนหรือฟิล์มชิ้นเล็กๆ วางอยู่ในหลอดทดลองที่แยกจากกัน โดยมีเบนซีน อะซิโตน และคาร์บอนเตตราคลอไรด์ ได้สารละลายที่มีความหนืด

ผลิตภัณฑ์โพลีสไตรีนสามารถติดกาวด้วยสารละลายหนืดหรือตัวทำละลาย

การทดลองที่ 5. การเผาไหม้ของโพลีสไตรีน

*การทดลองทำในตู้ดูดควัน!!

ชิ้นส่วนของโพลีสไตรีนถูกวางลงในเปลวไฟและค้างไว้จนกระทั่งมันติดไฟ

*โพลีสไตรีนเผาไหม้ด้วยเปลวไฟควัน กระจายกลิ่นฉุน ภายนอกเปลวไฟยังคงลุกไหม้ต่อไป

การทดลองที่ 6 การกระทำของกรดและเบส

ชิ้นส่วนของโพลีสไตรีนถูกวางในกรดเข้มข้น: ซัลฟิวริก (ความหนาแน่น 1.84 กรัม/มิลลิลิตร), ไนตริก (ความหนาแน่น 1.4 กรัม/มิลลิลิตร) จากนั้นในสารละลายเข้มข้นของโซเดียมไฮดรอกไซด์ สังเกตสิ่งที่เกิดขึ้นกับโพลีสไตรีนที่อุณหภูมิห้องและเมื่อถูกความร้อน

*โพลีสไตรีนที่อุณหภูมิห้องในกรดและด่างเข้มข้นยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เมื่อถูกความร้อน จะเกิดถ่านในกรดซัลฟิวริก แต่ไม่เปลี่ยนแปลงในกรดอัลคาไลและกรดไนตริก

การทดลองที่ 7 การดีพอลิเมอไรเซชันของโพลีสไตรีน

วางชิ้นส่วนโพลีสไตรีนไว้ในหลอดทดลองเพื่อให้ครอบคลุมปริมาตรมากกว่า 1/5 ท่อจ่ายก๊าซที่มีตัวหยุดติดอยู่กับช่องเปิดของหลอดทดลอง ตัวรับเป็นหลอดทดลองอีกหลอดหนึ่งวางในน้ำเย็นและปิดด้วยสำลีด้านบน หลอดทดลองที่มีโพลีสไตรีนถูกยึดไว้ในขาตั้งที่ทำมุม (เพื่อให้ของเหลวระบายออก) เป็นการดีกว่าถ้าทำรูในจุกยางใกล้กับขอบเพื่อกำจัดของเหลวที่เกิดขึ้น (โมโนเมอร์ที่มีสิ่งเจือปน) ของเหลวไม่มีสีหรือสีเหลืองที่มีกลิ่นเฉพาะสะสมอยู่ในตัวรับ สไตรีนเดือดที่อุณหภูมิ 141-146°C

ในบรรดาวัสดุโพลีเมอร์ที่หลากหลาย โพลีสไตรีนก็เป็นสถานที่พิเศษ วัสดุนี้ใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์พลาสติกหลายประเภทสำหรับใช้ในครัวเรือนและในอุตสาหกรรม วันนี้เราจะมาทำความรู้จักกับสูตรโพลีสไตรีน คุณสมบัติ วิธีการผลิต และทิศทางการใช้งาน

ลักษณะทั่วไป

โพลีสไตรีนเป็นโพลีเมอร์สังเคราะห์ที่อยู่ในกลุ่มเทอร์โมพลาสติก ตามชื่อที่แสดง มันเป็นผลิตภัณฑ์โพลีเมอไรเซชันของไวนิลเบนซีน (สไตรีน) มันเป็นวัสดุแก้วที่แข็ง สูตรทั่วไปของโพลีสไตรีนมีดังนี้: [CH 2 CH (C 6 H 5)] n. ในเวอร์ชันย่อจะมีลักษณะดังนี้: (C 8 H 8) n. สูตรโพลีสไตรีนแบบย่อนั้นพบได้ทั่วไปมากกว่า

คุณสมบัติทางเคมีและกายภาพ

การปรากฏตัวของกลุ่มฟีนอลิกในสูตรของหน่วยโครงสร้างของโพลีสไตรีนช่วยป้องกันการจัดเรียงโมเลกุลขนาดใหญ่และการก่อตัวของโครงสร้างผลึกตามลำดับ ในเรื่องนี้วัสดุมีความแข็งแต่เปราะ เป็นโพลีเมอร์อสัณฐานที่มีความแข็งแรงเชิงกลต่ำและมีการส่งผ่านแสงสูง ผลิตในรูปของเม็ดทรงกระบอกโปร่งใสซึ่งได้ผลิตภัณฑ์ที่จำเป็นจากการอัดขึ้นรูป

โพลีสไตรีนเป็นอิเล็กทริกที่ดี สามารถละลายได้ในอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน อะซิโตน เอสเทอร์ และโมโนเมอร์ของมันเอง โพลีสไตรีนไม่ละลายในแอลกอฮอล์ ฟีนอล อะลิฟาติกไฮโดรคาร์บอน และอีเทอร์ เมื่อสารผสมกับโพลีเมอร์อื่นๆ จะเกิด "การเชื่อมโยงข้าม" ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของสไตรีนโคโพลีเมอร์ที่มีคุณสมบัติทางโครงสร้างที่สูงขึ้น

สารมีการดูดซับความชื้นต่ำและทนทานต่อรังสีกัมมันตภาพรังสี ในเวลาเดียวกันมันจะถูกทำลายภายใต้อิทธิพลของน้ำแข็งอะซิติกและกรดไนตริกเข้มข้น เมื่อสัมผัสกับรังสีอัลตราไวโอเลตโพลีสไตรีนจะเสื่อมสภาพ - รอยแตกขนาดเล็กและความเหลืองจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวและความเปราะบางจะเพิ่มขึ้น เมื่อสารได้รับความร้อนถึง 200 °C สารจะเริ่มสลายตัวพร้อมกับการปล่อยโมโนเมอร์ ในเวลาเดียวกันโดยเริ่มจากอุณหภูมิ 60 ° C โพลีสไตรีนจะสูญเสียรูปร่าง ที่อุณหภูมิปกติสารจะไม่เป็นพิษ

คุณสมบัติพื้นฐานของโพลีสไตรีน:

1. ความหนาแน่น - 1,050-1,080 กก./ลบ.ม.
2. อุณหภูมิการทำงานขั้นต่ำคือ 40 องศาต่ำกว่าศูนย์
3. อุณหภูมิการทำงานสูงสุดคือ 75 องศาเซลเซียส
4. ความจุความร้อน - 34*10 3 J/kg*K
5. การนำความร้อน - 0.093-0.140 W/m*K
6. ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนคือ 6*10 -5 โอห์ม ซม.

ในอุตสาหกรรม โพลีสไตรีนถูกผลิตขึ้นโดยใช้ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันแบบรุนแรงของสไตรีน เทคโนโลยีสมัยใหม่ทำให้สามารถดำเนินการกระบวนการนี้ได้โดยใช้สารที่ไม่ทำปฏิกิริยาจำนวนน้อยที่สุด ปฏิกิริยาในการผลิตพอลิสไตรีนจากสไตรีนทำได้สามวิธี ลองพิจารณาแต่ละรายการแยกกัน

อิมัลชัน (PSE)

นี่เป็นวิธีการสังเคราะห์ที่เก่าแก่ที่สุดซึ่งไม่เคยได้รับการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมอย่างแพร่หลาย โพลีสไตรีนอิมัลชันผลิตโดยกระบวนการโพลิเมอไรเซชันของสไตรีนในสารละลายที่เป็นน้ำของด่างที่อุณหภูมิ 85-95 °C ปฏิกิริยานี้ต้องใช้สารต่อไปนี้: น้ำ สไตรีน อิมัลซิไฟเออร์ และผู้ริเริ่มกระบวนการโพลิเมอไรเซชัน สไตรีนจะถูกกำจัดออกจากสารยับยั้งก่อน (ไฮโดรควิโนนและไตรบิวทิล-ไพโรคาเทคอล) ตัวเริ่มปฏิกิริยาคือสารประกอบที่ละลายน้ำได้ โดยทั่วไปนี่คือโพแทสเซียมเปอร์ซัลเฟตหรือไฮโดรเจนไดออกไซด์ อัลคาไล เกลือของกรดซัลโฟนิก และเกลือของกรดไขมันถูกใช้เป็นอิมัลซิไฟเออร์

กระบวนการดำเนินไปดังนี้ สารละลายที่เป็นน้ำของน้ำมันละหุ่งถูกเทลงในเครื่องปฏิกรณ์ และนำสไตรีนมาผสมกับส่วนผสมอย่างทั่วถึงพร้อมกับตัวเริ่มปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชัน ส่วนผสมที่ได้จะถูกทำให้ร้อนถึง 85-95 องศา โมโนเมอร์ที่ละลายในสบู่ไมเซลล์ซึ่งมาจากหยดอิมัลชันเริ่มที่จะเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอร์ นี่คือวิธีการได้รับอนุภาคโพลีเมอร์-โมโนเมอร์ ในช่วง 20% ของเวลาปฏิกิริยา สบู่ไมเซลล่าจะก่อตัวเป็นชั้นดูดซับ ต่อไป กระบวนการนี้จะเกิดขึ้นภายในอนุภาคโพลีเมอร์ ปฏิกิริยาจะเสร็จสมบูรณ์เมื่อมีปริมาณสไตรีนในส่วนผสมประมาณ 0.5%

จากนั้น อิมัลชันจะเข้าสู่ขั้นตอนการตกตะกอน ซึ่งช่วยให้ปริมาณโมโนเมอร์ที่ตกค้างลดลง เพื่อจุดประสงค์นี้ให้จับตัวเป็นก้อนด้วยสารละลายเกลือ (เกลือแกง) และทำให้แห้ง ผลลัพธ์ที่ได้คือมวลผงที่มีขนาดอนุภาคสูงถึง 0.1 มม. สารอัลคาไลที่ตกค้างส่งผลต่อคุณภาพของวัสดุที่ได้ ไม่สามารถกำจัดสิ่งสกปรกได้อย่างสมบูรณ์และการมีอยู่ของพวกมันทำให้เกิดสีเหลืองของโพลีเมอร์ วิธีนี้ช่วยให้ได้ผลิตภัณฑ์สไตรีนโพลีเมอไรเซชันที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงสุด สารที่ได้รับในลักษณะนี้มีการกำหนด PSE ซึ่งสามารถพบได้เป็นระยะในเอกสารทางเทคนิคและตำราเรียนเก่าเกี่ยวกับโพลีเมอร์

ระบบกันสะเทือน (PSS)

วิธีการนี้ดำเนินการในลักษณะเป็นชุดในเครื่องปฏิกรณ์ที่ติดตั้งเครื่องกวนและแจ็คเก็ตขจัดความร้อน ในการเตรียมสไตรีน มันถูกแขวนลอยในน้ำบริสุทธิ์ทางเคมีด้วยความช่วยเหลือของสารเพิ่มความคงตัวของอิมัลชัน (โพลีไวนิลแอลกอฮอล์, โซเดียมโพลีเมทาคริเลต, แมกนีเซียมไฮดรอกไซด์) รวมถึงตัวเริ่มต้นปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชัน กระบวนการโพลีเมอไรเซชันเกิดขึ้นภายใต้ความกดดันโดยมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องสูงถึง 130 ° C ผลลัพธ์ที่ได้คือสารแขวนลอยซึ่งโพลีสไตรีนปฐมภูมิถูกแยกออกด้วยการหมุนเหวี่ยง หลังจากนั้นสารจะถูกล้างและทำให้แห้ง วิธีนี้ก็ถือว่าล้าสมัยเช่นกัน ส่วนใหญ่จะเหมาะสำหรับการสังเคราะห์สไตรีนโคโพลีเมอร์ ใช้เป็นหลักในการผลิตโพลีสไตรีนที่ขยายตัว

บล็อก (PSM)

การผลิตโพลีสไตรีนสำหรับใช้งานทั่วไปภายใต้กรอบของวิธีการนี้สามารถดำเนินการได้ 2 รูปแบบ ได้แก่ การแปลงแบบสมบูรณ์และแบบไม่สมบูรณ์ การเกิดพอลิเมอไรเซชันเชิงความร้อนตามรูปแบบต่อเนื่องจะดำเนินการในระบบที่ประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์แบบคอลัมน์ที่เชื่อมต่อแบบ 2-3 ชุด ซึ่งแต่ละเครื่องจะติดตั้งเครื่องกวน ปฏิกิริยาจะดำเนินการเป็นขั้นตอน โดยเพิ่มอุณหภูมิจาก 80 เป็น 220 °C เมื่อระดับการเปลี่ยนสไตรีนถึง 80-90% กระบวนการจะหยุดลง ด้วยวิธีการแปลงที่ไม่สมบูรณ์ ระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชันจะอยู่ที่ 50-60% ส่วนที่เหลือของสไตรีนโมโนเมอร์ที่ยังไม่ทำปฏิกิริยาจะถูกกำจัดออกจากการหลอมโดยการดูดฝุ่น ซึ่งจะทำให้ปริมาณของสไตรีนอยู่ที่ 0.01-0.05% โพลิสไตรีนที่ผลิตโดยวิธีบล็อกมีลักษณะเฉพาะคือมีความเสถียรและความบริสุทธิ์สูง เทคโนโลยีนี้มีประสิทธิภาพสูงสุด เนื่องจากแทบไม่มีของเสียเลย

การใช้โพลีสไตรีน

พอลิเมอร์ผลิตขึ้นในรูปของเม็ดทรงกระบอกโปร่งใส พวกมันจะถูกแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายโดยการอัดขึ้นรูปหรือการหล่อที่อุณหภูมิ 190-230 °C พลาสติกจำนวนมากทำจากโพลีสไตรีน แพร่หลายเนื่องจากความเรียบง่าย ราคาต่ำ และแบรนด์ที่หลากหลาย สารนี้ถูกใช้เพื่อผลิตสิ่งของมากมายที่กลายเป็นส่วนสำคัญในชีวิตประจำวันของเรา (ของเล่นเด็ก บรรจุภัณฑ์ เครื่องใช้บนโต๊ะอาหารแบบใช้แล้วทิ้ง และอื่นๆ)

โพลีสไตรีนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการก่อสร้าง ทำจากวัสดุฉนวนกันความร้อน - แผงแซนวิช, แผ่นคอนกรีต, แบบหล่อถาวร ฯลฯ นอกจากนี้วัสดุตกแต่งขั้นสุดท้ายยังผลิตจากสารนี้ - บาแกตต์เพดานและกระเบื้องตกแต่ง ในทางการแพทย์ โพลีเมอร์นี้ใช้ในการผลิตเครื่องมือที่ใช้แล้วทิ้งและบางส่วนในระบบการถ่ายเลือด โพลีสไตรีนโฟมยังใช้ในระบบบำบัดน้ำ อุตสาหกรรมอาหารใช้วัสดุบรรจุภัณฑ์จำนวนมากที่ทำจากโพลีเมอร์นี้

นอกจากนี้ยังมีโพลีสไตรีนที่ทนต่อแรงกระแทกซึ่งสูตรจะเปลี่ยนโดยการเติมยางบิวทาไดอีนและบิวทาไดอีนสไตรีน พอลิเมอร์ประเภทนี้มีสัดส่วนมากกว่า 60% ของการผลิตพลาสติกโพลีสไตรีนทั้งหมด

เนื่องจากสารในเบนซีนมีความหนืดต่ำมาก จึงเป็นไปได้ที่จะได้สารละลายเคลื่อนที่ในระดับความเข้มข้นเฉพาะได้ นี่เป็นตัวกำหนดการใช้โพลีสไตรีนในนาปาล์มประเภทใดประเภทหนึ่ง มันมีบทบาทเป็นตัวทำให้ข้นขึ้น ซึ่งเมื่อน้ำหนักโมเลกุลของโพลีสไตรีนเพิ่มขึ้น ความสัมพันธ์ระหว่างความหนืดและอุณหภูมิก็จะลดลง

ข้อดี

เทอร์โมพลาสติกโพลีเมอร์สีขาวสามารถทดแทนพลาสติก PVC ได้อย่างดีเยี่ยม และโพลีเมอร์โปร่งใสสามารถทดแทนลูกแก้วได้อย่างดีเยี่ยม สารนี้ได้รับความนิยมส่วนใหญ่เนื่องมาจากความยืดหยุ่นและความง่ายในการประมวลผล ได้รับการขึ้นรูปและแปรรูปอย่างสมบูรณ์แบบ ป้องกันการสูญเสียความร้อน และที่สำคัญมีต้นทุนต่ำ เนื่องจากโพลีสไตรีนสามารถส่งผ่านแสงได้ดีจึงถูกนำมาใช้ในกระจกอาคารด้วยซ้ำ อย่างไรก็ตามกระจกดังกล่าวไม่สามารถวางบนด้านที่มีแดดได้เนื่องจากสารจะเสื่อมสภาพภายใต้อิทธิพลของรังสีอัลตราไวโอเลต

โพลีสไตรีนถูกนำมาใช้ในการผลิตพลาสติกโฟมและวัสดุที่เกี่ยวข้องมายาวนาน คุณสมบัติฉนวนกันความร้อนของโพลีสไตรีนในสถานะโฟมทำให้สามารถใช้เป็นฉนวนผนัง พื้น หลังคา และเพดานในอาคารเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ ต้องขอบคุณวัสดุฉนวนที่มีอยู่มากมายซึ่งนำโดยโฟมโพลีสไตรีนที่ทำให้คนทั่วไปรู้เกี่ยวกับสารที่เรากำลังพิจารณา วัสดุเหล่านี้ใช้งานง่าย ทนทานต่อการเน่าเปื่อยและสภาพแวดล้อมที่รุนแรง รวมถึงมีคุณสมบัติเป็นฉนวนความร้อนที่ดีเยี่ยม

ข้อบกพร่อง

เช่นเดียวกับวัสดุอื่นๆ โพลีสไตรีนมีข้อเสีย ประการแรกสิ่งเหล่านี้คือความไม่ปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม (เรากำลังพูดถึงการขาดวิธีการกำจัดที่ปลอดภัย) ความเปราะบางและอันตรายจากไฟไหม้

การรีไซเคิล

โพลิสไตรีนเองไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม แต่ผลิตภัณฑ์บางชนิดที่ทำจากโพลิสไตรีนจำเป็นต้องมีการดูแลเป็นพิเศษ

ของเสียและโคโพลีเมอร์สะสมอยู่ในรูปของผลิตภัณฑ์ที่หมดอายุการใช้งานและของเสียทางอุตสาหกรรม การรีไซเคิลพลาสติกโพลีสไตรีนทำได้หลายวิธี:

1. การกำจัดขยะอุตสาหกรรมที่มีการปนเปื้อนอย่างมาก
2. การแปรรูปของเสียทางเทคโนโลยีโดยใช้วิธีการหล่อ การอัดขึ้นรูป และการอัดขึ้นรูป
3. การกำจัดผลิตภัณฑ์ที่เสื่อมสภาพ
4. การกำจัดขยะผสม

การรีไซเคิลโพลีสไตรีนช่วยให้คุณได้ผลิตภัณฑ์คุณภาพสูงใหม่จากวัตถุดิบเก่าโดยไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม หนึ่งในพื้นที่ที่มีแนวโน้มของการแปรรูปโพลีเมอร์คือการผลิตคอนกรีตโพลีสไตรีนซึ่งใช้ในการก่อสร้างอาคารแนวราบ

ผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวของโพลีเมอร์ที่เกิดขึ้นระหว่างการทำลายด้วยความร้อนหรือการทำลายด้วยออกซิเดชันจากความร้อนเป็นพิษ ในระหว่างการประมวลผลโพลีเมอร์ ไอระเหยของเบนซีน สไตรีน เอทิลเบนซีน คาร์บอนมอนอกไซด์ และโทลูอีนสามารถถูกปล่อยออกมาโดยการทำลายบางส่วน

การเผาไหม้

เมื่อโพลีเมอร์ถูกเผา จะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ คาร์บอนมอนอกไซด์ และเขม่าออกมา โดยทั่วไป สมการของปฏิกิริยาการเผาไหม้ของโพลีสไตรีนมีลักษณะดังนี้: (C 8 H 8) n + O 2 = CO 2 + H 2 O การเผาไหม้ของโพลีเมอร์ที่มีสารเติมแต่ง (ส่วนประกอบที่เพิ่มความแข็งแรง สีย้อม ฯลฯ ) นำไปสู่การปล่อยสารอันตรายอื่นๆ จำนวนหนึ่ง

งาน 449 (ญ)
สไตรีนผลิตขึ้นในอุตสาหกรรมได้อย่างไร? ให้โครงร่างสำหรับการเกิดพอลิเมอไรเซชัน วาดแผนผังโครงสร้างเชิงเส้นและสามมิติของโพลีเมอร์
สารละลาย:

การเตรียมและการเกิดพอลิเมอไรเซชันของสไตรีน

ที่สุด สไตรีน(ประมาณ 85%) ได้มาจากอุตสาหกรรมโดยการดีไฮโดรจีเนชัน ม เอทิลเบนซีนที่อุณหภูมิ 600-650°C ความดันบรรยากาศ และเจือจางด้วยไอน้ำร้อนยวดยิ่ง 3 - 10 เท่า ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็ก - โครเมียมออกไซด์โดยเติมโพแทสเซียมคาร์บอเนต

วิธีการทางอุตสาหกรรมอีกวิธีหนึ่งซึ่งได้ส่วนที่เหลืออีก 15% คือการทำให้แห้ง เมทิลฟีนิลคาร์บินอลเกิดขึ้นระหว่างการผลิตโพรพิลีนออกไซด์จากเอทิลเบนซีนไฮโดรเปอร์ออกไซด์ เอทิลเบนซีนไฮโดรเปอร์ออกไซด์ได้มาจากเอทิลเบนซีนโดยการเกิดออกซิเดชันแบบไม่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาของอากาศ

แผนผังของการเกิดพอลิเมอไรเซชันแบบแอนไอออนอยด์ของสไตรีน:

โพลีสไตรีน– เทอร์โมพลาสติกอสัณฐานโพลีเมอร์ มีสูตร:

[ช 2 = ค (ค 6 ชม 5) ชม] n------------> [-CH 2 - ค(ค 6 H 5)H -]n
สไตรีน สไตรีน

การเกิดพอลิเมอไรเซชันของสไตรีนเกิดขึ้นภายใต้การกระทำของโซเดียมหรือโพแทสเซียมเอไมด์ในแอมโมเนียเหลว

โครงสร้างโพลีเมอร์:

ลักษณะเฉพาะ โพลีเมอร์เชิงเส้นและแบบกิ่ง- ไม่มีพันธะปฐมภูมิ (เคมี) ระหว่างสายโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ แรงระหว่างโมเลกุลทุติยภูมิพิเศษทำหน้าที่ระหว่างพวกมัน

โมเลกุลโพลีเมอร์เชิงเส้น:

โมเลกุลเชิงเส้นแบบแยกแขนง:

ถ้า สายโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะเคมีที่ก่อตัวเป็นสะพานข้าม (กรอบสามมิติ) จากนั้นโครงสร้างของโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ซับซ้อนเช่นนี้เรียกว่าเชิงพื้นที่ พันธะเวเลนซ์ในพอลิเมอร์เชิงพื้นที่จะกระจายแบบสุ่มในทุกทิศทาง หนึ่งในนั้นคือโพลีเมอร์ที่มีการจัดเรียงตัวเชื่อมโยงที่หายาก โพลีเมอร์เหล่านี้เรียกว่าโพลีเมอร์เครือข่าย

โครงสร้างโพลีเมอร์สามมิติ:

โครงสร้างเครือข่ายโพลีเมอร์:

โพลีสไตรีน

ข้าว. 1. โครงสร้างเชิงเส้นของโพลีสไตรีน

โพลีออร์กาโนซิลอกเซน

ข้าว. 2. โครงสร้างสามมิติของโพลีออร์กาโนซิลอกเซน

ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันเกี่ยวข้องกับสารประกอบที่มีพันธะหรือวงแหวนหลายอันอย่างน้อยหนึ่งอัน ปฏิกิริยาของโมโนเมอร์ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของมัน การผันพันธะคู่ในโมเลกุลโมโนเมอร์ จำนวนและตำแหน่งสัมพัทธ์ขององค์ประกอบแทนที่ และผลโพลาไรเซชันของพันธะคู่

ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันแบบ Radical เกิดขึ้นผ่านกลไกลูกโซ่และอธิบายโดยจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาลูกโซ่แบบไม่แยกส่วน

ขั้นตอนหลักของปฏิกิริยาลูกโซ่:

1. การเริ่มต้น- การจัดตั้งศูนย์ปฏิบัติการ
2. การเติบโตของห่วงโซ่- การเติมโมโนเมอร์ตามลำดับไปยังศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่
3. วงจรเปิด- การเสียชีวิตของศูนย์ที่ใช้งานอยู่
4. การส่งผ่านโซ่- ถ่ายโอนแอคทีฟเซ็นเตอร์ไปยังโมเลกุลอื่น

I. การเริ่มต้นลูกโซ่ (นิวเคลียส)

ขั้นตอนนี้เป็นขั้นตอนที่ใช้พลังงานมากที่สุด แยกแยะ ทางกายภาพและ เคมีการเริ่มต้น

การเริ่มต้นทางกายภาพ:

การเริ่มต้นทางเคมี

วิธีการเริ่มต้นนี้ใช้บ่อยที่สุด หลักการคือการใช้งาน สารตั้งต้น(เปอร์ออกไซด์, สารประกอบเอโซ, ระบบเรด-็อกซ์) ซึ่งพลังงานในการทำลายพันธะเคมีมีค่าน้อยกว่าโมโนเมอร์อย่างมีนัยสำคัญ ในกรณีนี้ กระบวนการเกิดขึ้นในสองขั้นตอน: ขั้นแรก อนุมูลของตัวเริ่มต้นจะถูกสร้างขึ้น ซึ่งจากนั้นจะรวมโมเลกุลของโมโนเมอร์เข้าด้วยกัน ทำให้เกิดอนุมูลของโมโนเมอร์ปฐมภูมิ

ตัวริเริ่มมีคุณสมบัติคล้ายคลึงกับตัวเร่งปฏิกิริยามากแต่ ความแตกต่างของมันคือว่า ผู้ริเริ่มถูกใช้ไปในระหว่างปฏิกิริยาเคมี แต่ตัวเร่งปฏิกิริยาไม่ทำ

ตัวอย่างของผู้ริเริ่ม:

ครั้งที่สอง การเติบโตของห่วงโซ่

โมโนเมอร์จะสลับกันเกาะกับศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่ของโมโนเมอร์เรดิคัลหลัก

สาม. วงจรเปิด

การยุติสายโซ่เกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการตายของศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่ (การยุติสายโซ่จลน์)

• แตกในสายโซ่จลน์- ศูนย์ที่ใช้งานอยู่หายไป
• แตกในห่วงโซ่วัสดุ- เมื่อสายโซ่ที่กำหนดหยุดเติบโต แต่ศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่ถูกถ่ายโอนไปยังโมเลกุลขนาดใหญ่หรือโมโนเมอร์อื่น (ปฏิกิริยาการถ่ายโอนสายโซ่)

ปฏิกิริยาที่นำไปสู่การตายของปฏิกิริยาจลนศาสตร์และห่วงโซ่วัสดุ การรวมตัวกันอีกครั้งและ ความไม่สมส่วน

ประเภทของปฏิกิริยาการสิ้นสุดของสายโซ่ (การรวมตัวกันใหม่หรือความไม่สมส่วน) ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับโครงสร้างของโมเลกุลโมโนเมอร์ หากโมโนเมอร์มีองค์ประกอบแทนที่ที่มีขนาดใหญ่หรือมีอิเลคโตรเนกาติตีในลักษณะทางเคมี อนุมูลที่เพิ่มขึ้นดังกล่าวจะไม่ชนกันและการสิ้นสุดของสายโซ่เกิดขึ้นจากความไม่สมส่วน ตัวอย่างเช่น ในกรณีของเมทิลเมทาคริเลต:

เมื่ออนุมูลเพิ่มขึ้น ความหนืดของระบบจะเพิ่มขึ้น และเนื่องจากการเคลื่อนตัวของอนุมูลขนาดใหญ่ อัตราการยุติสายโซ่โดยการรวมตัวกันใหม่จะลดลง การเพิ่มอายุการใช้งานของสารแมคโครราดิคอลด้วยการเพิ่มความหนืดของระบบทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่น่าสนใจ - การเร่งปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันในระยะต่อมา ( ผลเจล) เนื่องจากความเข้มข้นของสาร Macroradical เพิ่มขึ้น

IV. การส่งผ่านโซ่

การถ่ายโอนแบบลูกโซ่เกิดขึ้นโดยการแยกอะตอมหรือกลุ่มอะตอมออกจากโมเลกุลโดยอนุมูลที่เพิ่มขึ้น ปฏิกิริยาการถ่ายโอนลูกโซ่ทำให้เกิดการแตกหักของห่วงโซ่วัสดุ และการเติบโตของห่วงโซ่จลน์ยังคงดำเนินต่อไป

การส่งสัญญาณแบบโซ่มีความโดดเด่น:

คุณสมบัติของการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบรุนแรง:

• อัตราการเกิดพอลิเมอไรเซชันสูง
• การแตกแขนง;
• สามารถเชื่อมต่อ g-g, g-xv, xv-xv ได้
• โพลีเมอร์โพลีเมอร์

จลนพลศาสตร์ของการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบรุนแรง

จลนพลศาสตร์เคมีเป็นสาขาวิชาเคมีที่ศึกษากลไกและรูปแบบของปฏิกิริยาเคมีในช่วงเวลาหนึ่ง และการพึ่งพารูปแบบเหล่านี้กับสภาวะภายนอก

เพื่อศึกษาจลนพลศาสตร์ของการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบรุนแรง จำเป็นต้องพิจารณาการขึ้นต่อกันของอัตราการเกิดปฏิกิริยาและระดับของการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันต่อความเข้มข้นของสารตั้งต้น ความดัน และอุณหภูมิ

การกำหนด:

I. อิทธิพลของความเข้มข้นของสารตั้งต้นต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา

อัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยรวมขึ้นอยู่กับอัตราการก่อตัวของอนุมูล V ใน (อัตราการเริ่มต้น) กับอัตราการเติบโตของสายโซ่ V r และการสิ้นสุดของ V o

เราจะพิจารณาปฏิกิริยาของปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันของอนุมูลอิสระ เมื่อดำเนินการเริ่มต้นโดยใช้ตัวเริ่มต้นทางเคมี

มาดูแต่ละขั้นตอนกัน:

การพิจารณาจลนศาสตร์จะสะดวกยิ่งขึ้นหากปฏิกิริยาเกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่ใกล้เคียงกัน โหมดนิ่งซึ่ง อัตราการปรากฏและการหายไปของอนุมูลอิสระถือว่าเท่ากัน- ในกรณีนี้ความเข้มข้นของศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่จะคงที่

ดังที่เห็นได้จากกราฟเส้นโค้ง สามารถแยกแยะได้ห้าส่วนตามอัตราของปฏิกิริยาหลักในการแปลงโมโนเมอร์เป็นโพลีเมอร์อันเป็นผลมาจากการเกิดพอลิเมอไรเซชัน:

1 - บริเวณที่ยับยั้งซึ่งมีความเข้มข้นของอนุมูลอิสระต่ำ และไม่สามารถเริ่มกระบวนการโพลีเมอไรเซชันแบบโซ่ได้

2 - ส่วนการเร่งปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันซึ่งปฏิกิริยาหลักของการเปลี่ยนโมโนเมอร์เป็นโพลีเมอร์เริ่มต้นขึ้นและความเร็วเพิ่มขึ้น

3 - พื้นที่นิ่งโดยที่การเกิดพอลิเมอไรเซชันของปริมาณโมโนเมอร์หลักเกิดขึ้นที่ความเร็วคงที่ (การพึ่งพาเส้นตรงของการแปลงตรงเวลา)

4 - ส่วนการชะลอตัวของปฏิกิริยาซึ่งอัตราการเกิดปฏิกิริยาลดลงเนื่องจากการลดลงของปริมาณโมโนเมอร์อิสระ

5 - การหยุดปฏิกิริยาหลักหลังจากหมดปริมาณโมโนเมอร์ทั้งหมด โดยปกติจะสังเกตโหมดคงที่ในระยะเริ่มต้นของปฏิกิริยาเมื่อความหนืดของมวลปฏิกิริยาต่ำและกรณีของนิวเคลียสของโซ่และการสิ้นสุดของโซ่มีแนวโน้มเท่ากัน .

ดังนั้น อัตราของปฏิกิริยาการเติบโตของลูกโซ่คือ:

ครั้งที่สอง อิทธิพลของความเข้มข้นของสารตั้งต้นต่อระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชัน

ระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชันขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของอัตราการเติบโตและการสิ้นสุดของสายโซ่:

ให้เราพิจารณาสำนวนที่สอดคล้องกันสำหรับความเร็ว

ระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชันคือ:

สาม. ผลของอุณหภูมิต่ออัตราปฏิกิริยาการแพร่กระจายของลูกโซ่

ให้เราแทนสมการ Arrhenius ลงในสมการอัตราการเติบโตของลูกโซ่:

ลองใช้ลอการิทึมของนิพจน์ผลลัพธ์:

ตัวเศษ (6+15-4 = 17) มีค่ามากกว่าศูนย์ ซึ่งหมายความว่ายิ่งอุณหภูมิสูง อัตราการเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันแบบรุนแรงก็จะยิ่งสูงขึ้นตามไปด้วย อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความน่าจะเป็นที่อนุมูลจะชนกัน (การยุติสายโซ่โดยการไม่สมส่วนหรือการรวมตัวใหม่) หรือสิ่งเจือปนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน เป็นผลให้น้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์โดยรวมลดลง และสัดส่วนของเศษส่วนน้ำหนักโมเลกุลต่ำในพอลิเมอร์จะเพิ่มขึ้น จำนวนปฏิกิริยาข้างเคียงที่นำไปสู่การก่อตัวของโมเลกุลที่แตกแขนงเพิ่มขึ้น ความผิดปกติในการสร้างโซ่โพลีเมอร์เพิ่มขึ้นเนื่องจากการเพิ่มสัดส่วนของประเภทการเชื่อมต่อโมโนเมอร์แบบหัวต่อหัวและหางถึงหาง

พลังงานกระตุ้นการเจริญเติบโต ~ 6 กิโลแคลอรี/โมล;

พลังงานกระตุ้นการเริ่มต้น ~30 กิโลแคลอรี/โมล;

พลังงานกระตุ้นการสิ้นสุดคือ ~8 กิโลแคลอรี/โมล

ตัวเศษ (6-15-4 = -13) น้อยกว่าศูนย์ ซึ่งหมายความว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชันจะลดลง เป็นผลให้น้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์โดยรวมลดลง และสัดส่วนของเศษส่วนน้ำหนักโมเลกุลต่ำในพอลิเมอร์จะเพิ่มขึ้น

V. ผลของความดันต่ออัตราการเกิดพอลิเมอไรเซชัน

หลักการของ Le Chatelier: หากระบบสัมผัสกับอิทธิพลภายนอก กระบวนการต่างๆ จะถูกเปิดใช้งานในระบบซึ่งจะทำให้อิทธิพลนี้อ่อนลง

ยิ่งความดันสูง อัตราการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันก็จะยิ่งสูงขึ้นตามไปด้วย อย่างไรก็ตาม เพื่อให้มีอิทธิพลต่อคุณสมบัติของระบบควบแน่น ต้องใช้แรงดันหลายพันบรรยากาศ

คุณลักษณะของการเกิดพอลิเมอไรเซชันภายใต้ความกดดันคือความเร็วที่เพิ่มขึ้นไม่ได้มาพร้อมกับการลดน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้น

สารยับยั้งและสารชะลอการเกิดพอลิเมอไรเซชัน

ปรากฏการณ์ของวงจรเปิดและการส่งสัญญาณใช้กันอย่างแพร่หลายในทางปฏิบัติสำหรับ:

• ป้องกันการเกิดพอลิเมอไรเซชันก่อนวัยอันควรระหว่างการเก็บรักษาโมโนเมอร์
• เพื่อควบคุมกระบวนการโพลีเมอไรเซชัน

ในกรณีแรก พวกมันจะเพิ่มโมโนเมอร์เข้าไป สารยับยั้งหรือ ความคงตัวซึ่งทำให้เกิดการยุติสายโซ่และกลายเป็นสารประกอบที่ไม่สามารถเริ่มต้นปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันได้ พวกเขายังทำลายเปอร์ออกไซด์ที่เกิดขึ้นเมื่อโมโนเมอร์ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในบรรยากาศ

สารยับยั้ง: ควิโนน, อะโรมาติกเอมีน, สารประกอบไนโตร, ฟีนอล

หน่วยงานกำกับดูแลการเกิดพอลิเมอไรเซชันทำให้เกิดการสิ้นสุดของห่วงโซ่วัสดุก่อนเวลาอันควร ซึ่งจะช่วยลดน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์ตามสัดส่วนของปริมาณของสารควบคุมที่นำมาใช้ ตัวอย่างของสิ่งเหล่านี้คือเมอร์แคปแทน

อุณหพลศาสตร์ของการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบรุนแรง

ปฏิกิริยาการเจริญเติบโตของสายโซ่สามารถย้อนกลับได้ พร้อมกับการเติมโมโนเมอร์ไปยังศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่ การกำจัด-ดีโพลีเมอร์ไรเซชันก็สามารถเกิดขึ้นได้เช่นกัน

ความเป็นไปได้ทางอุณหพลศาสตร์ของการเกิดพอลิเมอไรเซชัน เช่นเดียวกับกระบวนการทางเคมีสมดุลอื่นๆ สามารถอธิบายได้โดยใช้ฟังก์ชัน Gibbs และ Helmholtz:

อย่างไรก็ตาม ฟังก์ชัน Gibbs นั้นใกล้เคียงกับสภาวะจริงมากที่สุด ดังนั้นเราจะใช้มัน:

นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงในฟังก์ชันกิ๊บส์ยังสัมพันธ์กับค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาโดยสมการ:

ค่าคงที่ของสมดุลระหว่างพอลิเมอไรเซชัน-ดีพอลิเมอไรเซชันที่น้ำหนักโมเลกุลขนาดใหญ่เพียงพอของพอลิเมอร์ที่ได้ (p>>1) ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสมดุลของโมโนเมอร์เท่านั้น:

มันเป็นไปตามนั้นตอนไหน.

จากสมการ (a) คุณสามารถค้นหาอุณหภูมิที่จะไม่เกิดปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชัน และจากสมการ (b) คุณจะพบความเข้มข้นสมดุลของโมโนเมอร์ ซึ่งเกินกว่าที่การเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันจะเกิดขึ้น

ผลกระทบของอุณหภูมิ

เพื่อหาผลกระทบของอุณหภูมิต่อความเข้มข้นของสมดุล เรานำเสนอสมการ (b) ดังต่อไปนี้:

ในกรณีที่ ∆H°<0 и ΔS°<0 с ростом температуры увеличивается равновесная концентрация мономера. Верхний предел ограничен концентрацией мономера в массе. Это значит, что есть некоторая верхняя предельная температура - Т в.пр. , выше которой полимеризация невозможна.

ในกรณีที่สังเกตได้ว่า ΔH°>0 และ ΔS°>0 มีความสัมพันธ์ผกผัน: เมื่ออุณหภูมิลดลง ความเข้มข้นของโมโนเมอร์ในสมดุลจะเพิ่มขึ้น ดังนั้น สำหรับโมโนเมอร์ที่มีผลทางความร้อนเป็นลบ จะมีอุณหภูมิจำกัดที่ต่ำกว่า T n.a.

มีหลายกรณีที่ทราบกันดีว่าการขึ้นต่อกันเหล่านี้ไม่ตัดกัน แต่ก็ไม่เป็นประโยชน์ในทางปฏิบัติ

ความน่าจะเป็นทางอุณหพลศาสตร์

ตอนนี้ให้พิจารณาความเป็นไปได้ทางอุณหพลศาสตร์ของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น โดยมีเงื่อนไขคือความเท่าเทียมกัน ΔG<0. Оно определяется как изменением энтальпии так и энтропии, причем вклад энтропийного члена будет изменяться с температурой реакции.

ในระหว่างการเกิดพอลิเมอไรเซชันตามพันธะหลาย ๆ เอนโทรปีของระบบจะลดลงเสมอ เช่น กระบวนการนี้ไม่ได้ผลกำไรด้วยเหตุผลทางสิ่งแวดล้อม การที่ ∆S° ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของโมโนเมอร์เพียงเล็กน้อยนั้น เนื่องมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าการมีส่วนร่วมหลักของ ∆S° นั้นมาจากการสูญเสียระดับความอิสระในการแปลของโมเลกุลโมโนเมอร์

แต่โมโนเมอร์ยังเป็นที่ทราบกันดีว่าเอนโทรปีเพิ่มขึ้นเกิดขึ้นระหว่างการเกิดพอลิเมอไรเซชัน การเปลี่ยนแปลงใน ∆S° นี้เป็นเรื่องปกติสำหรับบางรอบที่ไม่มีความเครียด ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากการเกิดพอลิเมอไรเซชันมีประโยชน์จากมุมมองแบบเอนโทรปิก จึงสามารถเกิดขึ้นได้แม้จะมีผลกระทบด้านความร้อนเชิงลบ (การเกิดพอลิเมอไรเซชันของวงจร S 8 และ Se 8 พร้อมการก่อตัวของโพลีเมอร์เชิงเส้น)

การคำนวณและการวัดเอนโทรปีสำหรับการเกิดพอลิเมอไรเซชันของโมโนเมอร์ไวนิลส่วนใหญ่แสดงให้เห็นว่า ∆S° มีค่าประมาณ 120 J/K โมล

ในทางตรงกันข้าม ∆Н° จะแปรผันขึ้นอยู่กับโครงสร้างทางเคมีของโมโนเมอร์ในช่วงที่ค่อนข้างกว้าง (∆Q° = −∆Н° แปรผันจากหลาย kJ/mol ถึง 100 kJ/mol) ซึ่งเกิดจากความแตกต่างใน ลักษณะของพันธะพหุคูณและส่วนประกอบแทนที่ ค่าลบของ ∆Н° บ่งชี้ว่าการเกิดพอลิเมอไรเซชันนั้นมีประโยชน์จากมุมมองของปัจจัยเอนทาลปี ที่อุณหภูมิปกติประมาณ 25°C การเกิดพอลิเมอไรเซชันจะละลายได้ทางอุณหพลศาสตร์สำหรับโมโนเมอร์ที่มีผลทางความร้อนเกิน 40 กิโลจูล/โมล ตรงตามเงื่อนไขนี้กับโมโนเมอร์ไวนิลส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการเกิดพอลิเมอไรเซชันที่พันธะ C=O ผลกระทบทางความร้อนจะต่ำกว่า 40 kJ/mol ดังนั้น เงื่อนไข ∆G<0 соблюдается только при достаточно низких температурах, когда |TΔS°|<|ΔH°|.

ขอให้เราพิจารณาปรากฏการณ์ความไม่สอดคล้องกันระหว่างเอนทาลปีเชิงทฤษฎีและเชิงปฏิบัติของการเกิดพอลิเมอไรเซชัน

ปล่อยพลังงานน้อยลงจะไปไหน?

1. ผลการมีเพศสัมพันธ์ถูกทำลาย
2. การขับไล่แบบสเตียรอยด์ (ในระหว่างการสังเคราะห์โพลีสไตรีนโมเลกุลแบบเกลียวจะเกิดขึ้นเนื่องจากการขับไล่แบบสเตียรอยด์)

สาเหตุของการเพิ่มขึ้นของ Q ในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันของวงแหวนคือมุมพันธะที่ไม่เอื้ออำนวยทางอุณหพลศาสตร์ระหว่างออร์บิทัลลูกผสมและการผลักกันของคู่อิเล็กตรอนเดี่ยวขององค์ประกอบทดแทน

1. การเปิดวงจร (ΔS 1° > 0)
2. การเจริญเติบโตของโซ่ (ΔS 2°< 0)

ΔS° = ΔS 1° + ΔS 2°, ΔS° อาจมากกว่าหรือน้อยกว่าศูนย์ก็ได้

สารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง (HMCs) สารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลมากกว่า 10,000 เรียกว่า

สารที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงเกือบทั้งหมดเป็นโพลีเมอร์

โพลีเมอร์- สิ่งเหล่านี้คือสารที่โมเลกุลประกอบด้วยหน่วยโครงสร้างซ้ำจำนวนมากที่เชื่อมต่อถึงกันด้วยพันธะเคมี

โพลีเมอร์สามารถผลิตได้จากปฏิกิริยาที่สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทหลักๆ ได้แก่ ปฏิกิริยาการเกิดพอลิเมอไรเซชันและ ปฏิกิริยาโพลีคอนเดนเซชัน.

ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชัน

ปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชัน -สิ่งเหล่านี้คือปฏิกิริยาการเกิดพอลิเมอร์โดยการรวมโมเลกุลจำนวนมากของสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ (โมโนเมอร์)

จำนวนโมเลกุลมอนอเมอร์ ( n) รวมกันเป็นโมเลกุลโพลีเมอร์โมเลกุลเดียวเรียกว่า ระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชัน.

สารประกอบที่มีพันธะหลายพันธะในโมเลกุลสามารถเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันได้ ถ้าโมเลกุลโมโนเมอร์เหมือนกัน กระบวนการนี้จะถูกเรียก โฮโมพอลิเมอไรเซชันและถ้าแตกต่าง - โคพอลิเมอไรเซชัน.

ตัวอย่างของปฏิกิริยาโฮโมพอลิเมอไรเซชันโดยเฉพาะคือปฏิกิริยาการก่อตัวของโพลีเอทิลีนจากเอทิลีน:

ตัวอย่างของปฏิกิริยาโคพอลิเมอไรเซชันคือการสังเคราะห์ยางสไตรีน-บิวทาไดอีนจาก 1,3-บิวทาไดอีนและสไตรีน:

โพลีเมอร์ที่เกิดจากปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันและโมโนเมอร์เริ่มต้น

ปฏิกิริยาโพลีคอนเดนเซชัน

ปฏิกิริยาโพลีคอนเดนเซชัน- นี่คือปฏิกิริยาของการก่อตัวของโพลีเมอร์จากโมโนเมอร์ในระหว่างนั้นนอกเหนือจากโพลีเมอร์แล้วสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ (ส่วนใหญ่มักเป็นน้ำ) ก็ก่อตัวเป็นผลพลอยได้ด้วยเช่นกัน

ปฏิกิริยาโพลีคอนเดนเซชันเกี่ยวข้องกับสารประกอบที่มีโมเลกุลประกอบด้วยหมู่ฟังก์ชันใดๆ ในกรณีนี้ ปฏิกิริยาโพลีคอนเดนเซชัน โดยขึ้นอยู่กับว่ามีการใช้โมโนเมอร์ตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไป ซึ่งคล้ายกับปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชัน จะถูกแบ่งออกเป็นปฏิกิริยา การควบแน่นแบบโฮโมโพลีและ การควบแน่นร่วม.

ปฏิกิริยาการควบแน่นแบบโฮโมโพลีประกอบด้วย:

* การก่อตัว (โดยธรรมชาติ) ของโมเลกุลโพลีแซ็กคาไรด์ (แป้ง, เซลลูโลส) จากโมเลกุลกลูโคส:

* ปฏิกิริยาการก่อตัวของแคปรอนจากกรด ε-aminocaproic:

ปฏิกิริยาโคโพลีคอนเดนเซชันได้แก่:

* ปฏิกิริยาการก่อตัวของฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์เรซิน:

* ปฏิกิริยาการก่อตัวของ lavsan (เส้นใยโพลีเอสเตอร์):

วัสดุที่ใช้โพลีเมอร์

พลาสติก

พลาสติก- วัสดุที่ทำจากโพลีเมอร์ซึ่งสามารถขึ้นรูปได้ภายใต้อิทธิพลของความร้อนและความดันและรักษารูปร่างที่กำหนดหลังจากการทำความเย็น

นอกจากสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงแล้ว พลาสติกยังมีสารอื่นๆ ด้วย แต่ส่วนประกอบหลักยังคงเป็นโพลีเมอร์ ด้วยคุณสมบัติของมัน มันจึงจับส่วนประกอบทั้งหมดให้เป็นมวลเดียว ดังนั้นจึงเรียกว่าสารยึดเกาะ

พลาสติกจะถูกแบ่งออกเป็นขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์กับความร้อน เทอร์โมพลาสติกโพลีเมอร์ (เทอร์โมพลาสติก) และ เทอร์โมเซ็ต.

เทอร์โมพลาสติก- พลาสติกชนิดหนึ่งที่สามารถละลายซ้ำๆ เมื่อถูกความร้อน และแข็งตัวเมื่อเย็นลง ทำให้สามารถเปลี่ยนรูปร่างเดิมซ้ำๆ ได้

เทอร์โมเซต- พลาสติกซึ่งเป็นโมเลกุลที่เมื่อถูกความร้อนจะถูก "เย็บ" ให้เป็นโครงสร้างตาข่ายสามมิติเดียวหลังจากนั้นจะไม่สามารถเปลี่ยนรูปร่างได้อีกต่อไป

ตัวอย่างเช่น เทอร์โมพลาสติกคือพลาสติกที่มีส่วนประกอบหลักเป็นโพลีเอทิลีน โพรพิลีน โพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC) เป็นต้น

โดยเฉพาะอย่างยิ่งเทอร์โมเซ็ตเป็นพลาสติกที่ผลิตจากเรซินฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์

ยาง

ยาง- โพลีเมอร์ที่มีความยืดหยุ่นสูง โครงกระดูกคาร์บอนสามารถแสดงได้ดังนี้:

ดังที่เราเห็น โมเลกุลของยางมีพันธะ C=C สองเท่า กล่าวคือ ยางเป็นสารประกอบไม่อิ่มตัว

ยางได้มาจากปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันของคอนจูเกตไดอีน เช่น สารประกอบที่มีพันธะ C=C คู่ 2 พันธะแยกจากกันด้วยพันธะ C-C เดี่ยว 1 พันธะ

1) บิวทาไดอีน:

โดยทั่วไป (แสดงเฉพาะโครงกระดูกคาร์บอน) การเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันของสารประกอบดังกล่าวจนกลายเป็นยางสามารถแสดงได้ในรูปแบบต่อไปนี้:

ดังนั้น ตามแผนภาพที่นำเสนอ สมการไอโซพรีนโพลีเมอไรเซชันจะมีลักษณะดังนี้:

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจมากคือไม่ใช่ประเทศที่ก้าวหน้าที่สุดในแง่ของความก้าวหน้าที่เริ่มคุ้นเคยกับยางพารา แต่เป็นชนเผ่าอินเดียนที่ขาดความก้าวหน้าทางอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเช่นนี้ โดยธรรมชาติแล้วชาวอินเดียไม่ได้รับยางเทียม แต่ใช้สิ่งที่ธรรมชาติมอบให้: ในพื้นที่ที่พวกเขาอาศัยอยู่ (อเมริกาใต้) ต้น Hevea เติบโตขึ้นซึ่งมียางไอโซพรีนสูงถึง 40-50% ด้วยเหตุนี้ ยางไอโซพรีนจึงถูกเรียกว่ายางธรรมชาติ แต่ก็สามารถสังเคราะห์ได้ด้วยเช่นกัน

ยางประเภทอื่นๆ ทั้งหมด (คลอโรพรีน บิวทาไดอีน) ไม่พบในธรรมชาติ ดังนั้นจึงจำแนกได้ว่าเป็นยางสังเคราะห์

อย่างไรก็ตาม ยางแม้จะมีข้อดี แต่ก็มีข้อเสียอยู่หลายประการ ตัวอย่างเช่น เนื่องจากยางประกอบด้วยโมเลกุลยาวและไม่เกี่ยวข้องทางเคมี คุณสมบัติของยางจึงทำให้เหมาะสำหรับใช้ในช่วงอุณหภูมิที่แคบเท่านั้น ในความร้อนยางจะเหนียวแม้มีน้ำมูกไหลเล็กน้อยและมีกลิ่นไม่พึงประสงค์และที่อุณหภูมิต่ำยางจะแข็งตัวและแตกง่าย

คุณลักษณะทางเทคนิคของยางสามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสำคัญโดยการวัลคาไนซ์ การวัลคาไนซ์ของยางเป็นกระบวนการให้ความร้อนด้วยกำมะถัน ซึ่งเป็นผลมาจากการที่โมเลกุลของยางแต่ละส่วนไม่ได้เชื่อมต่อกันในตอนแรกจะถูก "เย็บ" พร้อมกับโซ่ของอะตอมของกำมะถัน (โพลีซัลไฟด์ "สะพาน") โครงการแปลงยางเป็นยางโดยใช้ยางบิวทาไดอีนสังเคราะห์ ดังตัวอย่างต่อไปนี้

เส้นใย

เส้นใยเป็นวัสดุที่ใช้โพลีเมอร์ซึ่งมีโครงสร้างเป็นเส้นตรง เหมาะสำหรับการผลิตด้าย สายพ่วง และวัสดุสิ่งทอ

การจำแนกเส้นใยตามแหล่งกำเนิด

เส้นใยที่มนุษย์สร้างขึ้น(เส้นใยวิสโคส เส้นใยอะซิเตต) ได้มาจากการบำบัดทางเคมีของเส้นใยธรรมชาติที่มีอยู่ (ฝ้ายและปอ)

เส้นใยสังเคราะห์ส่วนใหญ่ได้มาจากปฏิกิริยาโพลีคอนเดนเซชัน (lavsan, ไนลอน, ไนลอน)