Реферат: Промышленные синтезы на основе углеводородов
Нагретую
вязкую смолу продавливают через тонкие отверстия фильеры. Охлаждаемая воздухом
струя затвердевает, образуя волокно. Скорость образования волокон здесь очень
большая – 1000 м /мин. Далее волокна нейлона подвергаются растягиванию
на барабанах, вращающихся с разной скоростью; при этом они удлиняются в
несколько раз. Молекулы, образующие их, ранее как бы сморщенные, выпрямляются и
располагаются по оси волокна. От этого прочность волокна сильно возрастает.
Длинные
цепочки молекул другого синтетического волокна – капрона, являющегося
изобретением советских ученых, - построены из повторяющихся звеньев – остатков
аминокапроновой кислоты NH2–(CH2)5–COOH.
За счет
аминогрупп и карбоксильных групп различных молекул здесь также устанавливается
амидная связь между звеньями, что видно из следующей схемы строения молекулы
капрона:
O
H O H O
H2N–(CH2)5–C – N–(CH2)5–C
– N–(CH2)5–C–…
Технический
способ получения волокон капрона сходен со способом получения нейлона. Из
капрона можно получать настолько тонкие волокна, что нить длиной 9 км будет
весить всего лишь 6 г.
Волокна
нейлона (анида) и капрона обладают прочностью, значительно превосходящей
прочность природных и искусственных волокон. Изделия из них имеют много и
других замечательных свойств. Они не гниют, не поедаются молью. После стирки
они быстро сохнут и легко принимают прежний вид. Эти изделия не гигроскопичны и
не снижают своей прочности от влаги, как это наблюдается у других искусственных
волокон, даже у натурального шелка.
Исследования
ученых привели к созданию ряда новых волокон. В нашей стране, кроме анида и
капрона, производятся такие синтетические волокна, как хлорин, нитрон, лавсан,
энант.
К
хлорину ученые подошли в поисках волокна высокой химической стойкости
(рассмотренные выше полиамидные волокна неустойчивы по отношению к кислотам).
Среди химически стойких полимеров был известен поливинилхлорид (полихлорвинил):
– CH2–CH–
Cl n
Однако
получить волокно из него оказалось делом сложным. Ведь чтобы достичь
расположения молекул в определенном направлении, а без этого нет волокна,
необходимо полимер расплавить, т. е. дать возможность молекулам его свободно
перемещаться, чтобы затем в процессе формирования перестроить их расположение и
закрепить в нужном порядке. Между тем поливинилхлорид нельзя расплавлять, т. к.
при нагревании он разлагается; трудно найти и подходящий растворитель. Подобно
тому как при получении искусственных волокон растворимость целлюлозы
достигается за счет ее химической обработки. Удалось сделать растворимым и
поливинилхлорид в результате его дополнительного хлорирования. Эту реакцию,
очень напоминающую нам хлорирование предельных углеводородов, можно выразить
такой схемой:
–CH2–CH–CH2–CH–CH2–CH–…+
nCl2 –CH2–CH–CH–CH–CH2–CH–…+nHCl
Cl Cl
Cl Cl Cl Cl Cl
Высокомолекулярный
продукт хлорирования образуется в виде смолы, называемой также хлорином.
Хлорин
растворяют в ацетоне, раствор пропускают через фильеру в ванну с водой. Ацетон
при этом растворяется, и хлорин выделяется в виде тонких волокон.
Хлориновое
волокно негорюче, на него не действуют ни кислоты, ни щелочи, некоторое время
не действует даже “царская водка” – смесь азотной и соляной кислот, оказывающая
обычно особенно сильное окислительное действие.
Из
хлоринового волокна готовят фильтровальные ткани и прокладочный материал для
химических аппаратов, спецодежду для рабочих химической промышленности, ковры,
лечебное белье и т. д.
В
списках химически стойких волокон ученые обратились и к полимеру тефлону (–CF2–CF2–)n высшему эталону химической инертности
вещества, превосходящему в этом отношении такие благородные металлы, как золото
или платина. Здесь трудности казались долгое время непреодолимыми: тефлон не
удавалось растворить ни в одном из известных растворителей, нельзя его и
расплавить или даже перевести в размягченное состояние без разложения. Однако
использование некоторых приемов формирования позволило в последнее время из
тефлона получить волокна.
Нитрон и
лавсан не могут соперничать по химической стойкости с хлорином или тефлоном, но
у них есть другие ценные свойства, открывающие перед этими волокнами
перспективу широкого применения.
Исходным
веществом для получения волокна служит нитрил акриловой кислоты – акрилонитрил CH2–CH.
CN
Благодаря наличию двойной связи между атомами углерода это
вещество легко полимеризуется, образуя высокомолекулярную смолу
полиакрилонитрил
(–CH2–CH–)n.
CN
Полимер
растворяют в соответствующем растворителе и формируют волокно по мокрому
способу, подобно вискозному волокну.
Волокно
нитрон по внешнему виду похоже на шерсть, оно очень хорошо растворяет теплоту,
достаточно прочно и превосходит другие волокна по светостойкости. Из этого
волокна готовят ткани для костюмов и пальто, искусственный мех, трикотажные
изделия.
Волокно
лавсан по химической природе является полиэфиром. Исходные вещества для
его получения – двухосновная терефталевая кислота
HOOC– –COOH и
двухатомный спирт этиленгликоль HO–CH2–CH2–OH.
При
известных условиях эти вещества вступают между собой в реакцию этерификации
так, что у каждого из них взаимодействуют при этом обе функциональные группы. В
результате образуется высокомолекулярная смола лавсан. Несколько упрощая,
процесс этот можно изобразить так:
O O O O
C– –C + CH2–CH2 + C–
C + …
OH OH HO OH
HO OH
O O
O O
C–
–C C– –C + nH2O
OH O–CH2–CH2–O
…
Подобные
реакции образования полимеров, идущие с выделение низкомолекулярного продукта,
носят общее название реакций поликонденсации, в отличие от реакций
полимеризации, идущих без выделения побочного продукта и являющихся по существу
реакциями соединения (см. образование нитрона).
Получаемые
из смолы лавсан волокна характеризуются большой прочностью, значительной
устойчивостью к высоким температурам, свету и другим реагентам. Ткани из
лавсана не мнутся и не теряют со временем приданную им форму.
В нашей
стране до Октябрьской революции существовала лишь одна фабрика искусственного
шелка, работавшая по вискозному способу, да и та прекратила свою работу во
время первой мировой войны. При Советской власти промышленность искусственных,
а затем и синтетических волокон получила широкое развитие.
10.Новые пути синтеза
полимеров.
Химиками были открыты принципиально новые методы
синтеза полимеров, отличающиеся не только своей практической значимостью, но и
оригинальностью путей получения продуктов.
Детальное изучение открытых С. С.
Наметкиным и
Л. Н. Абакумовской реакций гидродегидрополимеризации
CH AlCl3 или H2SO4 CnH2n+2
CH2 = C
CH3 (C4H8)n
имело большое значение для осуществления очистки
нефтяных дистиллятов, получения синтетических смазочных масел и полимерных
продуктов посредством серной, фосфорной кислот и других катализаторов.
Сюда же относятся весьма интересные
реакции гидродимеризации, открытые в 1942 г. А. Д. Петровым и
Л. И. Анцус:
CH3 CH3
Ni,ZnCl2
2HC = CH +2H2 C
CH2
Я. Т. Эйдус, Н. Д. Зелинский и
сотрудники открыли реакции гидроконденсации и гидрополимеризации олефинов.
Изучая механизм синтезов на основе окиси углерода и водорода, авторы экспериментально
доказали важную роль метиленовых радикалов в формировании цепи предельных
углеводородов:
nCH2 —СnН2
На этом основании был сделан вывод,
что этилен, прибавленный к исходной смеси, должен включаться в процесс
полимеризации метиленовых радикалов. Проверка подтвердила эту гипотезу и
привела к открытию новой реакции — каталитической гидроконденсации окиси
углерода с олефинами.
Резкое уменьшение в исходных
продуктах окиси углерода и водорода привело к открытию реакций
гидрополимеризации олефинов:
(CO)
CH2=CH2 +H2
CnH2n +CnH2n+2
В ходе этих работ дано первое
экспериментальное доказательство радикально-цепного механизма синтезов на
основе СО + Н2; при этом
развитие цепей в данном случае осуществляется на поверхности — это плоские или
закрепленные цепи.
Одним из
новых оригинальных путей синтеза высокомолекулярных соединений явился метод
полирекомбинации, открытый В. В. Коршаком, С. Л. Сосиным и сотрудниками:
и т. д.
При молярном соотношении инициирующей
перекиси к исходному углеводороду 2:1 молекулярный вес полимера достигает 10
000 и более. Благодаря использованию реакции полирекомбинации, в полимер могут
быть превращены насыщенные углеводороды, эфиры и другие вещества, не способные
полимеризоваться обычными путями.
11.Используемая
литература:
"Книга для чтения по химии
(часть вторая)" Авторы: К. Я. Парменов, Л. М. Сморгонский, Л. А. Цветков.
Химия. Большой справочник для
школьников ипоступающих в ВУЗы. Издательство "Дрофа". М. 1999 г.
Компьютерная энциклопедия
"Природа"
Компьютерная энциклопедия
"Наука"
Петров А.А., Бальян X.В.
Органическая химия. - М.: Высшая школа, 1986, - 591 с.
Терней А. Современная органическая
химия. - М.: МИР, 1981. - Т. 1-2.
Нейланд О.Я. Органическая химия. -
М.: Высшая школа, 1989. - 750 с.
Шабаров Ю.С. Органическая химия. -
М. : Высшая школа, - Т. 1-2.
Моррисон Р., Бойл Р. Органическая
химия .- М.: Мир, 1974. - 1132 с.
Тюкавкина Н.А., Бауков К.И.
Биоорганическая химия - М.: Медицина. 1991. - 521 с.
"Развитие органической химии
в СССР" издательство "Наука".
Н.Н.Семянов "Цепные
реакции" ОНТИ, 1934 г.
В.И.Кузнецов, Е.В.Волонский
"Развитие химии высокомолекулярных соединений".
|