14.3 Пластикалық массаларды өндіру

Пластмассалар берілген бір сыртқы жағдайларда тиісті формаға оңай келтіріліп, сыртқы жағдай екінші әдіттегі күйіне айналғанда,алған формасын жоймайтын материалдар.Осы уақытта неше алуан бұйымдар ,құрал саймандар жасалып жүрген практикада кездесетін пластмассалар үлкен молекулалы әртүрлі органикалық қосылыстар шайырлар негізінде өндіріледі.Пластмассалар синтетикалық материалдар.

14.3.1 Пластикалық массалар құрамы

Пластмассалардың көпшілігі күрделі құрамды, құрамын байланыстырушы шайырдан басқа толтырғыштар, пластификаторлар, стабилизаторлар (тұрақтандырғыштар), майлағыштар пигменттер өсімдік иә жануарлар организмдеріндегі бояйтын заттар), бояулар, қатайтушылардан құралған композициялық материалдар. Аталған компоненттердің әр қайсысы пластмассаға ерекше қасиет береді.

Байланыстырушы шайыр – аққыш және тұтқырлы қасиетіне тәуелді белгілі формаға келетін масса құрамындағы компоненттерді іліністіріп аз уақыт шамасында қатаятын зат. Қолданылатын байланыстырушы заттар табиғи және синтетикалық болып екі жікке бөлінеді. Көбінесе 90% жоғары қолданылатын байланыстырушы шайыр-синтетикалық өндіру әдісіне байланысты полимерзациялық және поликонденсациялық шайырға жіктелінеді. Қасиетіне және заттарды өңдеу әдісіне байланысты: термопластикалық және термоактивті шайырларға бөлінеді. Композиция құрамындағы шайыр мөлщері 45-50% шамасында болады. Полимерзациялық пластмассаның көпшілігі тек қана шайырдан құралған, ешқандай толтырғыш қосылмайды.

Толтырғыштар қоспалардың маңызды компоненті болып есептелінеді, олар пластмассаның өндірісте пайдалану өасиеттерін: беріктілігін, ыстыққа төзімділігін жақсартады және осымен қатар пластмассадан өндірілген өнімдердің құнын төмендетеді. Толтырғыш ретінде көп таралған арзан органикалық және анорганикалық ұнтақталған, талшық, қабат-қабатты күйінде қолданылатын заттар: ағаш ұны, қара күйе, целлюлоза, тоқыма қалдықтары, шыны талшықтары, қағаз, азбест, графит, слюда. Талшықты толтырғыштар (мақта, шыны талшықтары) пластмассаның беріктілігін арттырады, графит- антифрикциондық (үйкелу, қажалу төзімділіктерін) қасиетін, асбест және слюда термотөзімділігін арттырады. Толтырғыш жалпы массаның 60% шамасында болады.

Пластфикатор – композицияның иілгіштігін, жұисақтылығын арттыратын органикалық заттар. Композиция құрамында пластфикатордың тым көбеюі полимерді созғанда және қысқандағы беріктілігін төмендетеді. Пластфикатор ретінде қайнау температурасы жоғары сұйықтар қолданылады. (Кастор майы, фтал эфирлері немесе орта фосфор қышқылы). Қатты фталаттар, алкил және арилфосфаттары сирек қолданылады. Плпстфикаторларды тек қана кейбір полимерлерге ғана, мысалы, хлорлы винил полимерлерін және сополимерлерін целлюлоза эфирлерін, каучуктарды, полиамидтерді және т.б. полимерлі пластификаттауға қолданылады.

Бояулар- пластмассаға қажетті түр беретін заттар. Бояу ретінде термотөзімді және жарық төзімді органикалық және минералдық заттар қолданылады.

Майлаушы заттар пресс-формадан дайын болған өнімдерді оңай босатып алу мақсатпен композицияға қосылатын органикалық қосындылар, олар көбінесе стирен қышқылының тұздары, балауыздар.

Қатайтушылар- сызықша тізбекті құрылысты макромолекуласының полимері, кеңістік торлы полимерге тігу ( құрастыру) арқылы айналдыратын заттар. Қатайтушылар ретінде уротропин, дикарбон қышқылдарын, диаминдерді, қанықпаған маномерлерді және т.б. заттарды қолданады.

Пластмассалардың ерекше қасиеттері: тығыздықтары төмен-900-1000 кг/м³, (пенопласта тығыздығы 10 кг/м³⁾, механикалық беріктілігі жоғары, олар диэлектриктер, агрессивтік ортаға берік, жылу және дыбыс өткізгіштері төмен, жеңіл өнделінеді және т.б. Олармен қатар кемшіліктері бар, олар: термоберіктілігі төмен 60-150°С, күн сәулесінің тотықтырғыштары тигізетін әсерінен беріктіліктері төмендеп, ескіреді.

Маңызды полимерленген пластмассалар: полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, полиметилметакрилат, фторпласталар және т.б.

а) Полиэтилен этиленді тізбекті полимерлендіру әдісімен алынады: nСН₂ =СН₂→[-СН₂-СН₂-]_n- парафин қатарындағы молекулалар массасы 18 000- 800 000 дейінгі қаныққан көмірсутек. Мүйіз тәрізді зат, түйіршік түрінде өндіріледі.

Шикізат ретінде құбыр пешінде 800°С температурада пропан және бутанды крекингтеу арқылы немесе мұнай өнімдерін жоғар температурада гидролиздеу арқылы өндірілетін этиленді қолданады.

Полимерлеуге қолданатын этиленнің тазалығы өте жоғары болуы қажет (99,99% С₂Н₄) қоспа қатынасса полимерлену тізбегі үзіліп моль массасы төмендейді.

Таза этиленді алу үшін газ қоспасын +110-130°С температурада және 0,5-5 Мпа қысымда тоңазытқыш арқылы өткізіледі.

Ацетилен және олефиндерден басқалары этиленнен жеке бөлінеді, ацетилен және олефиндер кобальтмолибден катализаторының қатысуымен 250°С температурада және 1,5 Мпа қысымда гидрленіп этилен құрамынан шығарылады.

Қазіргі кезде полиэтилен үш түрлі әдістермен алынады:

1. Этиленді төменгі қысымда (0,5-250 Мпа) 70-80°С температурада ТіСl₂ ;және Аl(С₂Н₅)₃-тен құралған комплексті катализатордың қатысуымен полимерлендіреді.

2. 130-170°С температурада және орта қысымда 3,5-4,0 Мпа айнымалы валенттілік металдар оксидінің (хром, ванадий және басқа оксидтер) қатысуымен еріткіште полимерленеді.

3. Үлкен қысымда (130-250 Мпа) және 200-270°С температурада оттектің қатысуымен (0,005-0,008%қоспада) полимерленеді.Полиэтиленнің қасиеттері алу әдістеріне тәуелді әр түрлі болады. Үлкен қысымда полиэтилен алудың технологиялық сұлбасы 18-суретте көрсетілген. Полимерлену процесі радикалдық механизммен жүреді.

Жоғары дәрежеде тазартылған жаңа этилен және қайта оралған этилен оттекпен араластыруға араластырғышқа жіберіледі, одан соң компрессорда (1) 25 Мпа қысымға дейін қысылады, майдан тазартылғаннан кейін 150 Мпа қысымға қысылады. Қысым неғұрлым үлкейген сайын сол құрлым полимерлену жылдамдығы жоғарылайды. Этилен тазартқыш жүйеден, майайырғыштан өтіп реакторға (3) келеді. Реактор енкіш орнатылған диаметрі 25 мм ұзындығы 300 м құбыр, үш зонаға бөлінеді: этиленді 200°С-ке дейін қыздыратын, 200-225°С температурада полимерлену жүретін зона, және 110-125°С температурада реакция массасын салқындататын зона. Сумен қыздырылып, сумен салқындатылады. Полиэтилен реакцияласпаған этиленмен бірге редукторлар жүйесі арқылы сепаратордан (4) өтіп қабылдағышқа (5) келіп қысым төмендетіліп полиэтилен бөлінеді. Этилен тор (ловушка) (6) арқылы өтіп, шайқалынып (жуылып) қайтадан полимеризациялауға оралады. Қабылдағыштан этилен балқыған күйінде стабилизациялануға (тұрақтылануға), боялуға ( егер қажет болса), және түйіршектенуге жіберіледі.

Стабилизатор ретінде фенил-нафтиламиннен және дифенилфенилендиамин қоспаларын және т.б. қоспаларды қолданады. Этиленнің конверсиялану дәрежесі бір айналғанда 8-12% бірнеше рет газ циркуляцияланғанда 95-97%-ға дейін жетеді.

Полиэтилен термопластикалық полимер, органикалық еріткіштерде ерімейді, бірақ ісінеді, 70°С температурадан бастап хлорланған көмірсутектерінде ериді, концентрлі қышқылдар, сілтілер және тұздар ерітінділерінің тигізетін әсеріне төзімді, бірақ тотықтырғыштарда , әсіресе қыздырғанда бұзылады. Полиэтилен ауасыз ортада 290°Сға дейін қыздырғанда бұзылмайды да 350-400°С температурада ыдырап сұйық және газ қалпындағы заттарды түзеді.

18-сурет.Жоғары қысымда полиэтилен алатын қондырғы сұлбасы

1-компрессор; 2-майдан ажыратқыш; 3-реактор; 4сепаратор;

5-жинағыш; 6- ұстап қалғыш.

Полиэтиленді қажетті заттарға өңдеудің негізгі әдістері: қысымда құю, экструзия (арнаулы машинамен қысып ығыстыру) және престеу.

Полиэтиленнен өндірілген заттарды дәнекерлеуге болады.

Полиэтиленді жұқа қабыршақтар ( пленка), жапырақ, құйылған бұйымдарғ кубра, кабельді изоляциялауға және басқа бұйымдарды қоршауға қолданады.Металдардан жасалған бұйымдарды коррозиядан сақтауға қолданылуы полиэтиленге ерекше маңызды орын береді.

ә) Полистирол- өте көп таралған термопластикалық полимер. Өндірісте стиролды массада, эмульсияда және суспензияда полимерлеу әдісімен, мына реакциямен алады:

NCH₂= CH→ [-CH₂-CH-]_n

С₆Н₅ С₆Н₅

Полистирол молекулалық массасы 200 000-400 000 шамасындағы қатты аморфты өнім. Шикізат стирол катализаторының қатысуымен этилбензолды дегидрлеп алады:

Полистиролды блок әдісімен өндірудің технологиялық процесс сұлбасы 19-суретте көрсетілген. Химиялық таза сұйық стирол алдын-ала полимерлеуге реакторға (1) беріледі, реакторда 80-82°С-та полимерлену процесі жарым-жартылай жүреді. Реактордағы полимер шамасы 30%-ға жеткен мезгілде сұйық қоспа алты секциядан құралған полимерлену колоннаның жоғарғы шетіне құйылады.

Әр секцияда температура белгілі шамада сақталынады. Температура: 1-ші секцияда 100-110°С. 2-ші де-110-120°С, 3-ші де-150°С, 4-ші де-180°С, 5-ші де-200°С болады. Колонна диаметрі 600-1500мм, биіктігі 5-11м. Жылу тасымалдағыш ретінде динил деп аталатын (26,5% дифенил және 73,5% дифенилоксид) қоспаны қолданады. Стирол колонна бойынша жоғарыдан төмен қарай жылжи-жылжи келіп, полимерлену соңғы секцияда аяқталады. Реактор және колоннадағы стирол бутоңазытқышта (2) конденсацияланып, колоннаның жоғары шетіне құйылады. Ауа құрамындағы оттек пен стирол тотықпау үшін полимерлену процесін азот ортасында жүргізеді. Балқыған полистирол колоннаның төменгі шетінен шнек-пресске түседі, шыбық түрінде салқындатылады, салқындаған қалпында шыбық қүйіндегі полистирол өңдеуге түседі. Полистирол –мөлдір, тығыздығы төмен (1,05г/см³), химиялық берік және диэлектрикалық оптикалық қасиеттері жоғары полимер, жақсы боялады. Полистиролдан әр түрлі бұйымдарды дайындауға жоғары қысымда құю және экструзия әдәстерін қолданады.

б) Поливинилхлорид [- СН₂- СНСl-]_n үлкен молекулалы, құрамына хлор кірген көмірсутектеріне жатады. Поливинилхлоридті лак, эмульсия және блок әдісімен алады, осы аталған әдәстермен полимерленеді. Хлорлы винилді радикал механизммен және ион типті механизммен де полимерлеуге болады.

Поливинилхлоридті көбінесе сулы ортада хлорлы винилді суспензиялық полимерлеу әдісімен алады.

Эмальданған көлемі 10-20м³ реакторға су, стабилизатордың ерітіндісі эмульсия ( поивинил спирті, желатина және т.б. ), инициатор ерітіндісі мысалы, бензол асқын тотығы және басқа суда ерімейтін компоненттер жіберіледі. Реакторға азот үрленіп ауа ығыстырылып сұйық винилхлорид құйылады. Реакцияласатын қоспа 40-50°С-қа қыздырылады. Полимерлену процесі 40-80°С температурада 0,5-1,4 мПа қысымда 20-30 сағатқа созылады. Реакцияның аяқталу белгісі-полимерлену процесінің қысымының төмендеуі.

Реактордан суспензия басқа ыдысқа ауыстырып эмульгаторды, инициаторды және кіші молекулалы өнімдерді бұзу үшін, сілті қосады, массаны 94-96°С температурада өткір су буымен қыздырады.

Полимерді салқындатып, жуып ерітіндіден бөлу үшін центрифугалайды. Алынған полимер ылғалды (25%) болғандықтан қайнау қабатында құрғатып, сонан соң еленіп қапталынады.

Техникалық поливинилхлорид молекулалық массасы 30000-150000 және полимерлену дәрежесі 100 ден 25000-ге дейін болатын ақ түсті полидисперсиялыұ ұнтақ. Ол тұтанбайды, жанбайды, суда, спиртте, бензинде және басқа көптеген еріткіштерде ерімейді, бірақ қыздырғанда хлорланған көмірсутектерінде, ацетонда, циклогександа және т.б. ериді, күшті және әлсіз қышқылдардың және сілтілердің, майдың тигізетін әсеріне берік.

Поливинилхлоридтен екі типті пластмасса алынады: полистификаторсыз қатаң винилпласт және жұмсақ құрамында пластификаторлар бар деп аталынатын поливинилхлоридтер.

в) Фторпласт-фторлы полимер. Фторпласт- 4 (политетрафторэтилен және фторпласт – 3 ( политрифторхлорэтилен))- суэмульсиялық полимерлеу әдістерімен өздеріне сәйкес мономерлерден алынады:

nСF₂=CF₂→ [-CF₂-CF₂-]_n

nСF₂=CFCl₂→ [-CF₂-CFCl₂-]_n

Фторпласт- коррозиялық ортаға ( қышқыл, сілті тотықтырғыштарға ) өте төзімді, үйкеліс коэффиценті төмен, дтэлектрик.

Фторпластан дайындалған заттар агрессивті ортады ұзақ мезгілде берік, -190°С-ан +260°С температураға төзімді болады.

Қайталауға және өздік бақылауға арналған сұрақтар (3):

1. Пластикалық массалар құрамы қандай болады?

2. Полиэтиленді қалай алады?

3. Полистиролдың қандай алу әдістерін білесіңдер?

4. Поливинил хлорид қалай алынады?

5. Фторпластар қалай алынады?