Реферат на тему поливиниловый спирт

Обновлено: 06.07.2024

Поливиниловый спирт – искусственный водорастворимый синтетический термопластичный полимер. Синтезом поливинилового спирта является обменная реакция щелочного гидролиза или алкоголиза.Первооткрывателями поливинилового спирта были немецкие химики Вилли Герман и Вольфрам Гонель в 1924 году.
В отличие от многих виниловых полимеров получение поливинилового спирта не происходит путем полимеризации соответствующихмономеров. Мономер поливинилового спирта существует исключительно в виде таутомерной формы устойчивых ацетальдегид. Получение поливинилового спирта происходит путем частичного или полного гидролизаполивинилацетата, чтобы удалить этилацетатовые группы.
Промышленными способами получения поливинилового спирта являются различные варианты омыления поливинилового спирта в водной или спиртовой среде в присутствиикислот и оснований.
В 2002 году под руководством Кузнецова А. А. лабораторией термостойких термопластов ИСПМ им. Ениколопова в Москве был разработан безгелевый способ получения поливинилового спирта,имеющий ряд преимуществ по сравнению с другими способами, такие как низкая стоимость, высокая производительность и кратковременный синтез.
Свойства поливинилового спирта
Пленкообразующие, эмульгирующие исклеивающие свойства поливинилового спирта позволяют использовать его в различных отраслях и сферах. Поливиниловый спирт устойчив к воздействию масел, жиров и растворителей. Он не имеет запаха инетоксичен, имеет высокую прочность на растяжение и гибкость, а также обладает высоким содержанием кислорода.
Однако, эти свойства поливинилового спирта находятся в прямой зависимости от влажности, приповышении которой он впитывает воду. Вода, которая действует как пластификатор, уменьшает прочность поливинилового спирта. Он полностью распадается и быстро растворяется в ней.
Молекулярная формула поливиниловогоспирта – C2H4Ox, плотность – от 1,19 до 1,31 г/см³, температура плавления – 200°C, температура кипения – 228°C.
Применение поливинилового спирта.

Чтобы читать весь документ, зарегистрируйся.

Связанные рефераты

Тема процесс производство поливинилового спирта

. Введение Поливиниловый спирт является искусственным полимером, который легко.

57 Стр. 48 Просмотры

Спирты

. На многих производствах спирты применяются в качестве растворителей . В химической.

5 Стр. 11 Просмотры

Спирты.

. Спиртами называются органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько.

11 Стр. 220 Просмотры

Спирты

. Анализ лекарственных веществ по функциональным группам. Спирты Учебное пособие по.

Спирты

. Реферат по химии Тема: Спирты. 1.Строение этилового спирта. Этиловый.

Мировое производство полимеров и пластмасс в двадцатом столетии выросло от 20000 т/год (1900 г.) до 124 млн т/год (2000 г.), т.е. увеличилось в 6200 раз. Уже четверть века объём производства полимеров превышает общий выпуск цветных металлов. Названные показатели свидетельствуют о том, что производство полимеров и полимерных материалов, особенно конструкционного назначения, стало крупнотоннажным и одним из основных факторов, определяющих научно-технический прогресс в машиностроении, оборонной и медицинской технике, электронике и других ведущих отраслях народного хозяйства.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Курсовая по ОХТ.docx

Курсовая работа по дисциплине

Производство поливинилового спирта и его производных

Причины ускоренных темпов развития производств полимерных материалов обусловлены предпочтительностью их применения в сравнении с металлами, так как 1 т пластмасс экономит 5 т металлов, что чрезвычайно важно в транспортном машиностроении (аэрокосмическая техника, автомобиле- и судостроение), в 2-5 раз снижается удельный расход энергии (например, на производство 1 кг эпоксиуглепластиков расходуется 73 кВт-ч, а на 1 кг титана – 1540 кВт-ч), в 2,5-4 раза ниже трудоёмкость единицы продукции, коэффициент использования материала повышается до 0,9-0,95, в то время как у металлов этот показатель не превышает 0,6-0,7.

Поливиниловый спирт и его производные производятся во всех индустриальных странах десятками тысяч тонн. Что же касается сложности и многообразия процессов, связанных с получением поливинилового спирта и его производных, и исключительной широты областей их применения, то эти полимеры занимают особое место среди всех технических высокомолекулярных соединений. Для синтеза сложных виниловых эфиров, являющихся основными исходными материалами в производстве поливинилового спирта, применяются различные методы, включая каталитические процессы в жидкой и газовой фазе. Полимеры сложных виниловых эфиров получаются разнообразными путями с использованием техники полимеризации в массе, в растворителях, в суспензии и эмульсии. Сложные виниловые эфиры широко применяются для образования двойных, тройных и поликомпонентных сополимеров с другими ненасыщенными мономерами. Число таких сополимеров (включая блочные и привитые сополимеры), имеющих техническое значение, весьма велико. Кроме процессов полимеризации и сополимеризации, являющихся обычными для получения большинства современных синтетических высокополимеров, применяемых в технике, при получении поливинилового спирта и его производных используются многочисленные реакции превращения в цепи полимера (омыление, переэтерификация, получение простых и сложных эфиров, ацеталей и кеталей, получение амидов и метилоламидов и др.). Подобные реакции с поливиниловым спиртом и его производными значительно более разнообразны, чем при химической переработке целлюлозы. Это обстоятельство является специфической особенностью этой группы полимеров. Поливиниловый спирт и его производные применяются для изготовления различных деталей, пленок, клеев, покрытий, волокон, электроизоляции, различных композиций, в качестве эмульгаторов и сгустителей и др. В связи со столь широкими областями применения при переработке поливинилового спирта используется техника компрессионного прессования, экструзии, вытяжки, литья под давлением, набрызгивания, усыхания и коагуляции золей, облучения γ-лучами и др. Таким образом, при получении и использовании поливинилового спирта и его производных применяются практически все методы современной высокомолекулярной химии и техники переработки высокополимеров.

Раздел 1 Технология производства поливинилацетата

Виниловые эфиры получают взаимодействием ацетилена с органическими соединениями, имеющими подвижный атом водорода. При взаимодействии ацетилена с кислотами образуются сложные виниловые эфиры:

СН≡СН + RCOOH → CH₂=CH─O─COR

При взаимодействии со спиртами образуются простые виниловые эфиры:

Наличие двойной связи обуславливает важнейшее свойство виниловых эфиров – их способность полимеризоваться. Виниловые эфиры широко применяются для синтеза различных полимеров и сополимеров, для производства пластических масс, пленок и других полимерных материалов. Из полимеров сложных виниловых эфиров наибольшее техническое значение имеет поливинилацетат.

1.1 Основные закономерности полимеризации поливинилацетата

Винилацетат образует свободные радикалы довольно высокой активности. Он легко полимеризуется как в жидкой, так и в газовой фазе под влиянием света, тепла, инициаторов и катализаторов. Реакция протекает с большим выделением тепла [89,2 кДж/моль(21,3 ккал/моль)]. В зависимости от природы инициаторов и условий проведения полимеризации образуются различные продукты: от жидких и вязких до твердых полимерных веществ. Полимеризация винилацетата в присутствии инициаторов протекает по радикальному механизму:

При полимеризации винилацетата наряду с линейным может образоваться разветвленный полимер, преимущественно по месту отрыва водорода от метильных групп при протекании побочной реакции передачи цепи на полимер.

Винилацетат легко вступает в реакцию сополимеризации с различными мономерами. В большинстве случаев этот процесс протекает с меньшей скоростью, чем процесс гомополимеризации винилацетата.

1.1.1 Полимеризация винилацетата в эмульсии

Эмульсионную полимеризацию винилацетата проводят в водной среде в присутствии нерастворимых в мономере, но растворимых в воде инициаторов. В качестве инициаторов применяют перекись водорода и очень редко персульфаты калия и натрия. Эмульгатором служат различные мыла, соли жирных сульфокислот, а при получении водных дисперсий – поливиниловый спирт. Для поддержания определенного рН среды вводят буферные соединения – бикарбонат натрия, муравьиную кислоту и др. Качество эмульсий зависит от применяемых компонентов и метода их получения. Эмульсии выпускают двух типов: мелкодисперсные (латексные) с частицами размером от 0,05 до 0,5 мкм и крупнодисперсные (дисперсные) с частицами размером от 0,5 до 10 мкм. В технике более широко применяются крупнодисперсные эмульсии поливинилацетата. Они обладают значительно большей стойкостью к действию коагулирующих агентов и охлаждению.

Поливинилацетатные эмульсии можно получать как периодическим, так и непрерывным методом.

Непрерывный способ. Полимеризацию осуществляют в водной среде в присутствии инициатора и защитного коллоида. Для регенерации свободных радикалов применяют окислительно-восстановительную систему, состоящую из перекиси водорода и соли двухвалентного железа FeSO₄.

Технологический процесс производства поливинилацетата состоит из следующих стадий:

приготовление водной фазы,
полимеризация винилацетата,
нейтрализация дисперсии,
пластификация дисперсии.

Ниже приведены нормы загрузки компонентов в реактор (в масс. ч.):

вода дистиллированная – 80,0

поливиниловый спирт, 100%-ный – 7-7,5

муравьиная кислота, 90%-ная – 0,14-0,34

сернокислое железо (закисное), 95%-ное – 0,0005-00014

Полимеризацию винилацетата проводят в агрегате непрерывного действия (рис. 1.1), состоящем из трех реакторов-полимеризаторов. Полимеризаторы расположены ступенчато (каскадно), что обеспечивает передачу дисперсии в каждый последующий полимеризатор самотеком, без принудительного давления.

Ниже приведены нормы загрузки компонентов в полимеризаторы в (масс. ч.):

водная фаза – 88

Перед пуском установки в каждый полимеризатор заливают готовую дисперсию или предварительно проводят полимеризацию винилацетата во всех полимеризаторах периодическим методом. В полимеризаторы загружают расчетное количество водной фазы, затем ее нагревают до 70 – 80°С в течение 1-1,5 ч и вводят перекись водорода.

После этого загружают винилацетат. Реакционную массу нагревают до температуры кипения (64-65°С). Полимеризацию заканчивают при 65-70°С. Затем переводят работу установки на непрерывный режим.

Полученную водную фазу выгружают в промежуточную емкость 2.

Полимеризацию винилацетата проводят в агрегате непрерывного действия, состоящем из трех полимеризаторов 5, 6 и 7, снабженных мешалками, рубашками для обогрева и охлаждения и обратными холодильниками 8.

В полимеризатор 5 из емкости 3 дозировочным насосом непрерывно подают винилацетат, нагретый до 20-30 °С, и водную фазу из аппарата 2, нагретую до 45-50°С. Перекись водорода поступает в линию подачи водной фазы из мерника 4.

Реакционная масса самотеком проходит последовательно через все три полимеризатора. При этом степень конверсии мономера постоянно повышается и на выходе из полимеризатора 7 она достигает не менее 99%.

Температура в полимеризаторе 5 достигает 80—85 °С, в полимеризаторе 6 составляет 70-75°С и в полимеризаторе 7 равна 65—70 °С.

Заданная температура поддерживается путем охлаждения и нагревания полимеризаторов через рубашки и конденсации паров азеотропиой смеси винилацетат – вода в холодильниках 8. Для предотвращения получения дисперсии с повышенным содержанием мономера предусмотрена подача дополнительного количества перекиси водорода в полимеризатор 6. Поливииилацетатная дисперсия из полимеризатора 7 самотеком поступает в промежуточную емкость 9, откуда под давлением азота продавливается в стандартизатор 10. В стандартизаторе при 20-30 °С и перемешивании проводят усреднение дисперсии. Здесь же ее нейтрализуют 20-25%-ным водным раствором аммиака до рН, равного 4,5—5,5 при интенсивном перемешивании. Готовая дисперсия через фильтр 13 передается в приемник 14.

При получении пластифицированной поливинилацетатной дисперсии ее пластифицируют в стандартизаторе дибутилфталатом. При этом дибутилфталат вводят в дисперсию при перемешивании в течение 2 часов с последующим перемешиванием при 20-30°С в течение 1 часа. Готовая поливииилацетатная дисперсия из стандартизатора под давлением инертного газа поступает на фильтрацию. Затем разливается в тару или передается по трубопроводу в другое производство для ее использования.

Характерной особенностью поливинилацетатных эмульсий (латексов и дисперсий) является невысокая вязкость при относительно большом содержании полимера. Они применяются для нанесения различных покрытий, изготовления водных красок, для пропитки бумаги, тканей, изготовления искусственной кожи, мастик для полов и т.д.

1.1.2 Полимеризация винилацетата в растворе

Вследствие протекания реакций передачи растущей цепи на растворитель образуются макромолекулы с более низкими значениями молекулярных масс Но все-таки при проведении реакции в растворе получаются более однородные по молекулярной массе и менее разветвленные полимеры по сравнению с полимерами, получаемыми в массе или другими методами.

При полимеризации в бензоле образуются более высокомолекулярные, а в толуоле вследствие большей активности водорода — низкомолекулярные продукты, несмотря на то что по своим свойствам эти растворители очень схожи. Полимеры со средней молекулярной массой образуются при полимеризации винилацетата в среде спирта, ацетона, этилацетата и уксусной кислоты. Однако для получения полимеров с более высокой степенью полимеризации можно оборвать полимеризацию в растворе при конверсии мономера около 50%. После удаления растворителя и непрореагировавшего мономера получается однородный полимер с более высокой молекулярной массой.

При получении из поливинилацетата поливинилового спирта и поливинилацеталей обычно в качестве растворителя применяют метанол (для удобства последующего гидролиза в щелочной среде). Для получения поливинилацетата в виде порошка или при дальнейшем его использовании в виде поливинилацетатного лака чаще всего в качестве растворителей применяют этилацетат, ацетон и бензол.

При получении поливинилацетата в растворе облегчается отвод тепла реакции полимеризации, что позволяет легко осуществлять управление технологическим процессом.

В технике полимеризацию винилацетата в растворе проводят как периодическим, так и непрерывным способом.

Получение поливинилацетата по периодическому способу проводят в тех случаях, когда поливинилацетат производят в относительно небольших количествах. Часто полимеризацию винилацетата в растворе метанола проводят периодическим способом, совмещая этот процесс с получением поливинилового спирта. Поливинилацетат, предназначенный для дальнейшей переработки в поливиниловый спирт, т. е. когда он требуется в больших количествах, получают по непрерывному способу.

Поливиниловый спирт – это порошок органического происхождения, относящийся к группе полимеров, способных при нагревании переходить в более вязкое и эластичное состояние.

Немного истории

Поливиниловый спирт был впервые получен в 1924 году в результате реакции омыления жидкого поливинилового эфира гидроксидом калия.

Физические и химические свойства

Поливиниловый спирт или сокращенно ПВС – это белая или кремовая масса в виде порошка или гранул. Без вкуса и запаха.

Растворяется ПВС в воде, двухатомных ароматических спиртах, водных растворах карбида, ДМФА и ДМСО, пропантриоле.Не реагирует на действие органических растворителей, бензина, керосина, масел, разбавленных кислот и щелочей, окислителей.

Также не подвержен разрушению под действием ультрафиолета и бактериальных микроорганизмов. Не токсичен.

Для него характерны клеящие свойства, эмульгационные, пленкообразующие, адгезионные.

Есть такой момент, что поливиниловый спирт гигроскопичен, он содержит в своем составе 5% воды и может комковаться при хранении.

Поливиниловый спирт – это горючее вещество. При повышении температуры разлагается и образует воду, угольную кислоту, монооксид углерода, этановую кислоту.

Основные физические параметры:

1,19-1,31 г/см3 - плотность,
5 мПа•с – вязкость,
88 моль – степень гидролиза,
500-5000 – степень полимеризации,
30-70% - кристалличность, но данный параметр зависит от аспектов производства,
2250С – температура плавления,
2300С – температура разложения,
850С – температура стеклования.

Химическая формула: (C2H4O)n, где n – это степень полимеризации.

Выпуск поливинилового спирта включает в себя создание разных марок порошка, все они имеют разные свойства.

Получение

Процесс получения поливинилового спирта несколько отличается от получения большинства полимеров. ПВС не возникает в результате реакции полимеризации, он получен в результате реакции между одним полимером и органическим веществом. Преимущественно сырьем является поливинилацетат.

Рассмотрим подробнее основные способы и методы получения:

Алкоголизм поливиниловых эфиров, причем сложных и осушенных низшими спиртами, например, метанолом. Обязательное условие – присутствие щелочи. В результате протекания реакции происходит образование геля.
Кислотный алкоголиз в присутствии кислот менее распространённый способ. Также сопровождается гелеобразованием.
Гидролиз и щелочной алкоголизм, протекающий в смеси низших алифатических спиртов.

Способ получения в водной среде при протекании реакции гидролиза в присутствии кислотных или щелочных веществ-агентов.

Применение

Уникальные свойства ПВС определяют область его применения.

Основные области использования:

Химическая – получение пленок и волокон, использование при производстве винилового эфира уксусной кислоты для стабилизации полимеризации, загущение клеевой, латексной продукции, сырье для получения других полимеров.
Сельскохозяйственная – искусственное удобрение для повышения плодородности почв, для защиты растений.
Металлургическая – при закалке стали.
Текстильная сфера и бумажное производство – клей для бумаги, картона, тканевого материала.
Строительная – защитное действие для стройматериалов.
Приборостроение – используется при производстве печатных плат.
Электротехника – изготовление компаундов.
Пищевая промышленность – добавка, которая известна потребителям, как Е1203 – эмульгатор, влагоудерживатель, глазирующий агент.
Медицина – используется в качестве плазмозаменителя при гемотрансфузии.
Производство косметики и бытовой химии – применяется при изготовлении шампуней, кремов, гелей, бальзамов, стиральных порошков и т.п.

Поливиниловый спирт – уникальный продукт, простой и очень полезный. Выделим основные его свойства:

Удобный в использовании поливиниловый спирт получил широкое применение, его даже употребляют в пищу, с его помощью создают косметику и порошки для стирки. Мы даже не представляем как много поливинилового спирта вокруг нас. Уникальный по всем направлениям, даже по способу производства материал безопасный и удобный в использовании.

1 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ)

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Поливиниловый спирт (ПВС) - искусственный, водорастворимый, термопластичный полимер.

В отличие от большинства полимеров на основе виниловых мономеров, ПВС не может быть получен непосредственно из соответствующего мономера — винилового спирта в следствии неустойчивости последнего. Ацетальдегид и виниловый спирт представляют собой кетонную и енольную таутомерные формы одного и того же соединения, из которых кето-форма (ацетальдегид) является намного более устойчивой

Поливиниловый спирт впервые был получен в 1924 году химиками Германом и Гонелем реакцией переэтерификации поливинилацетата (ПВА) в присутствии каталитических количеств щелочи. Данная реакция является классическим примером — полимераналогичного превращения. В настоящее время промышленный синтез ПВС осуществляют путём полимераналогичных превращений, в частности, с использованием в качестве исходных полимеров простых и сложных поливиниловых эфиров, таких как ПВА. Синтез ПВС через реакцию полиальдольной конденсации из ацетальдегида до настоящего времени оканчивался получением низкомолекулярного полимера.

К основным способам получения ПВС можно отнести различные варианты омыления ПВА в среде спиртов или в воде в присутствии оснований и кислот. В зависимости от используемой среды и типа катализатора, процессы омыления ПВА можно представить следующей общей схемой:

Приведённые схемы реакций можно разбить на три группы: алкоголиз (1), щелочной или кислотный гидролиз (2,3) и аммонолиз (4,5). Из всего массива литературных данных, посвящённых разработке методов синтеза ПВС, можно выделить следующие основные направления.

- алкоголиз сложных поливиниловых эфиров в среде осушенных низших алифатических спиртов (C ₁ -C ₃ ), в частности метанола, в присутствии гидроксидов щелочных металлов;

- алкоголиз в присутствии кислот ;

- щелочной алкоголиз и гидролиз в смеси низших алифатических спиртов с другими растворителями (диоксан, вода, ацетон, бензин или сложные эфиры);

- получение ПВС по механизму реакции гидролиза в присутствии кислотных или щелочных агентов , где в качестве реакционной среды выступает вода.

Основным и главным недостатком используемых технологий является образование жесткого геля в полном объёме реакционного аппарата при достижении конверсии порядка 50 % и неполная степень гидролиза ПВА. Поэтому наряду с развитием соответствующих технологий разрабатывается специальное аппаратурное оформление, позволяющее решить технологические проблемы, связанные с гелеобразованием в процессе омыления ПВА.

Технологическое решение данной проблемы заключается в разбавлении реакционной системы или использованию поточной схемы получения ПВС, увеличение времени синтеза, нагрев. Однако это приводит повышенному потреблению растворителя и, соответственно, необходимости его регенерации осле синтеза, а нагрев в присутствии омыляющего агента – к деструкции полимера. Альтернативным способом является использование специальных реакторов и мешалок, снабжённых лезвиями, для измельчения геля, однако это приводит к удорожанию получаемого полимера. Тем не менее, вышеуказанные методы используются в том числе и для получения широкого спектра сополимеров поливинилацетат-поливиниловый спирт.

Поливиниловый спирт считается термопластичным полимером, не имеет специфического запах и вкуса, хорошо растворяется в различных растворителях: глицерине, воде, мочевине, диметилформамиде. Закипает ПВС при температуре 228°C, но начинает плавиться уже при 200°C. Свойства ПВС достаточно разнообразные.

Среди разнообразия свойств ПВС выделяется способность этого спирта придавать материалам клеящие свойства. Клей на основе поливинилового спирта отличается высокой плотностью и вязкостью. Его применяют в процессе производства тары, пошива одежды. Раствор поливинилового спирта в составе клея, помогает склеивать различные ткани, кожу, бумагу и прочие материалы. С его помощью приклеивают бирки и этикетки.

Он устойчив к бензину, маслам и кислотам, что делает его незаменимым компонентом в процессе производства строительных материалов и защитных покрытий. В ряде стран это вещество нашло свое применение даже в сфере живописи. С его помощью производят консервацию образотворческих старинных экспонатов.

Кроме того, ПВС не выделяет токсинов. Этот материал можно найти в составах парфюмерной и косметической продукции. Производство поливинилового спирта помогает медикам производить переливание крови, делать фиксацию при сборе образцов. Низкомолекулярный ПВС применяют в процессе производства продуктов питания. Его вводят в составы продуктов в качестве глазирующего агента. Им обрабатывают рыбу, морепродукты, колбасные изделия.

В сфере аграрного хозяйства его добавляют в составы к синтетическим удобрениям, они качественно улучшают состав почвы.

В своем составе ПВС всегда содержит около 5% воды, что делает спирт более пластичным. Также для повышения пластифицирующих свойств в состав поливинилового спирта добавляют: глицерин, бутиленгликоль, фосфорную кислоту.

На основе ПВС получают разнообразные простые и сложные полиэфиры, полиацетали, поликетали, а также другие полимерные соединения

Читайте также: