книги из ГПНТБ / Федоров К.Г. Смолы из газа

К. Г. Ф Е Д О Р О В

СМОЛЫ ИЗ ГАЗА

В В Е Д Е Н И Е

Развитие производства полимерных материалов <находится в центре внимания Коммунистической партии Советского Союза. Майский (1958 г.) Пленум ЦК КПСС наметил увеличить .промз'всндство синтетических смол и пластмасс к 1965 г. в 7 раз по сравнению с 1958 г. «...Решение сложных современных проблем новейшей тех­ ники, — говорилось в его постановлении, — невозможно без синтетических материалов...»

Из выделенных в семилетке 10,5 млрд. руб. на разви­ тие химической промышленности более 20% предназна­ чалось на строительство и реконструкцию предприятий по выпуску пластических масс. К концу семилетки произ­ водство синтетических материалов и сырья для них со­ ставит около половины общего выпуска валовой продук­ ции химической отрасли.

В настоящее время в развитии химической индустрии нашей страны определилось два главных направления:

а) рост выпуска минеральных удобрений и средств защиты растений;

б) ускоренное развитие промышленности синтетиче­ ских материалов.

Производство синтетических материалов в крупных масштабах даст возможность расширить выпуск высоко­ качественных и дешевых предметов народного потреб­ ления. Более широкое применение этих материалов 'в

3

машиностроении и строительстве, вместо дорогостоящих цветных и некоторых черных металлов, позволит поднять технический уровень и экономику нашего народного хо­ зяйства.

В Программе КПСС, принятой XXII съездом КПСС, развитию химической промышленности и, в частности, производству синтетических материалов отведено значи­ тельное место. За двадцатилетие производство синтети­ ческих смол и пластмасс намечено увеличить более чем в 60 раз.

Одной из важнейших синтетических смол является по­ ливинилхлорид. В главнейших капиталистических стра­ нах выпуск этого продукта сейчас составляет 20% про­ изводства всех синтетических смол. К тому же с каждым годом наблюдается рост производства поливинилхлорид­ ных смол, как показано в табл. 1.

Из таблицы видно, что в этих капиталистических странах общее производство поливинилхлоридных смол возросло за 11 лет почти в 9 раз.

Такое внимание к этому полимеру .не случайно. Д о­ стоинства его — хорошие электроизоляционные свой-

4

Р А З В И Т И Е П Р О И З В О Д С Т В А П О Л И В И Н И Л Х Л О Р И Д Н Ы Х с мол

Возникновение производства поливинилхлоридных смол

О винилхлориде и его свойствах ученым стало изве­ стно еще в 1835 г. Однако развитие науки и техники в то время не достигло того уровня, чтобы поставить на службу человечеству это открытие. Лишь в 1912 г. из­ вестный русский химик профессор И. И. Остромысленский указал на условия полимеризации хлористого вини­ ла и его производных ц на методы получения из них каучукоподобных и жестких полимеров в присутствии катализаторов. Он же осуществил некоторые исследова­ ния по усовершенствованию процесса получения хлори­ стого винила из дихлорэтана, иа который действовали шелочыо в присутствии спирта.

В то время эти работы не получили должного раз­ вития. Но в конце 20-х и в начале 30-х годов были най­ дены способы переработки поливинилхлорида в изделия, открыты более совершенные химические методы его по­ лучения и создано соответствующее оборудование. И че­ рез несколько лет производство поливинилхлорида начало развиваться быстрыми темпами. Этот полимер стал одним из важнейших исходных продуктов при по­ лучении синтетических смол и химических волоком.

Начиная с 30-х годов, советские и зарубежные ученые разрабатывают способы получения из хлористого винила поливинилхлорида. Первое промышленное производство

6

его было осуществлено в 1937 г. в Германии по так на­ зываемому «латексному» или «эмульсионному» методу. В процессе полимеризации образовывалась молокоподобная жидкость — «латекс», которая состояла из очень мелких частиц полимера, взвешенных в воде. Латекс распылялся в потоке горячего воздуха в специальной су­ шилке, и частицы твердой смолы улавливались в цикло­ нах и рукавных фильтрах.

В Советском Союзе промышленное производство по­ ливинилхлоридных смол было начато в 1941 г. Совет­ скими инженерами был разработан «суспензионный» метод. В отличие от ранее открытого в Германии «ла­ тексного» метода ом давал возможность получить про­ дукт, свободный от примесей, снижающих электроизо­ ляционные качества полимера. Благодаря этому наш отечественный полимер мог быть применен в кабельной промышленности в качестве изоляции.

Первоначально во всех странах исходное сырье для поливинилхлорида — хлористый винил — получали из дихлорэтана, на который действовали щелочью в спир­ товой среде. Этот метод имел значительный недостаток, так как в процессе производства получалось много отхо­ дов: поваренная соль, щелочь, спирт, регенерация кото­ рых требовала больших затрат. К тому же нерациональ­ но использовался хлор, половина которого превращалась обратно в поваренную соль.

Усилия советских и зарубежных инженеров и ученых были направлены на поиски более дешевых методов по­ лучения винилхлорида. И некоторое время спустя один из них был найден: хлористый винил начали получать из ацетилена и хлористого водорода.

Основным сырьем для производства поливинилхло­ ридной смолы этим способом служат поваренная соль и природный газ. На заводе из раствора соли с помощью

7

электрического тока и специальных электролитических ваннах получают газы — хлор и водород — и раствор щелочи. Раствор направляют на выпарку для получения стандартной щелочи. А газы после очистки, сгорая в одном факеле в специальной кварцевой печи, образуют хлористый водород.

Для получения ацетилена используют природный газ. Как известно, природный газ на 96—97% состоит из про­ стейшего органического соединения — метана. Сам ме­ тан не является активным химическим соединением, но из него получают другие газы, которые могут вступать в различные химические реакции. Если метан нагреть до температуры 1500°С, то часть его превращается в извест­ ный многим газ ацетилен, который применяется при сварке и резке металлов. Процесс получения ацетилена из метана, когда для достижения высокой температуры используется горение самого метана, называется термоокислительным пиролизом.

Теперь уже получено два газа: ацетилен и хлористый водород. Смесь их в определенном соотношении пропу­ скают через слой активированного угля, пропитанного солями ртути, и получают новый газ — хлористый винил.

Вот как это выглядит по реакции:

Винилхлорид — мономер и является одним из тех звеньев, которые образуют длинную цепь молекулы по­ лимера — поливинилхлорида.

Приставка «поли» в переводе на русский язык озна­ чает «много». Обычно молекула поливинилхлорида имеет около двух тысяч: молекул винилхлорида. .

8

А процесс объединения молекул винилхлорида в це­ пи, то есть образование поливинилхлорида, называется полимеризацией.

Что же происходит при этом процессе?

Частица винилхлорида—'так называемая молекула— представляет ненасыщенное соединение, то есть имеет свободные химические связи. Эти связи при определен­ ных условиях могут насыщаться, присоединяя к себе другие 'ненасыщенные молекулы:

Для того чтобы процесс объединения простых моле­ кул винилхлорида в длинные цепи происходил быстрее, в полимеризационную среду добавляется особое веще­ ство — инициатор. В качестве инициаторов применяются обычно перекисные соединения (перекись бензоила, пе­ рекись водорода) и азосоединения типа азодинитрилов (порофор ЧХЗ-57).

Инициатор начинает действовать только при темпе­ ратуре выше 45—50°С, поэтому реакционная смесь подо­ гревается. После того как частицы хлорвинила уже само­ стоятельно начинают вступать в реакцию друг с другом, выделяется большое количество тепла. Его нужно свое­ временно отводить, чтобы оно не влияло на 'качество полимера.

Еще одна особенность этого процесса. Если в реак­ ционном аппарате — полимеризаторе — будет находить­ ся только один чистый мономер, то при полимеризации цепи полимера плотно переплетаются друг с другом. Они образуют твердый н прочный блок, дальнейшая