Полимеры из чего делают: Из чего делают пластмассы. Полимерное сырье.

alexxlab | 05.05.1986 | 0 | Разное

Содержание

Из чего делают пластмассы. Полимерное сырье.

Слово полимер широко вошло в обиход, однако, не все точно знают, что оно означает. Каждого из нас окружают предметы, сделанные из полимеров. Что это такое и чем они полезны для человека?

Сложная химия полимеров доступными словами.

Высокомолекулярные соединения, состоящие из повторяющихся мономерных звеньев, которые соединяются химическими связями или слабыми межмолекулярными силами и характеризующиеся определенным набором свойств, называют полимерами. Они бывают разного происхождения:

  • Органические;
  • Неорганические;
  • Элементоорганические.

Основные свойства полимеров – эластичность и почти полное отсутствие хрупкости их кристаллических соединений нашли широкое применение в производстве пластиковых изделий. Под влиянием направленных механических воздействий молекулы полимеров имеют способность к ориентированию.

Разделяют полимеры и по реакции на температурные режимы – одни из них могут плавиться в процессе нагрева и возвращаться в исходное состояние при охлаждении. Эти полимеры получили название

термопластичных, а ряд полимеров, которые при нагреве разрушаются, минуя стадию плавления, относят к термореактивным.

По происхождению различают полимеры природные и синтетические.

В промышленности полимерное сырье используется практически во всех областях. За счет способности некоторых полимеров после переработки принимать свои исходные свойства, существуют производства, выпускающие вторичное полимерное сырье. Используется вторичное полимерное сырье на те же цели, что и первичное, однако его применение имеет ряд ограничений для использования в пищевой и медицинской промышленности.

Первичное полимерное сырье

Рассмотрим основные характеристики некоторых видов первичного полимерного сырья.

Полипропилен – синтетический. Вещество белого цвета, выпускается в виде твердых гранул. Имеет много модификаций, среди которых гомополимер, вспенивающийся полипропилен, каучуковый и металлоценовый полипропилен. Ссылка на каталог: Полипропилен

Полистирол – термопластический синтетический полимер. Твердый, стеклообразный. Хороший диэлектрик, отличается устойчивостью к радиоактивным воздействиям, инертен к кислотам и щелочным растворам (за исключением ледяной уксусной и азотной кислоты). Гранулы полистирола прозрачны и имеют цилиндрическую форму. Используются для производства различной продукции методом экструзионного выдавливания. Ссылка на каталог: Полистирол

Полиэтилен низкого давления – кристаллические малопрозрачные гранулы высокой плотности. Всем известны «шумные» пакеты из ПНД, способные выдержать высокие нагрузки. Путем экструзии из него выдувают очень тонкие пленки. Ссылка на каталог: ПНД

Полиэтилен высокого давления – гранулы белого цвета с красивой гладкой глянцевой поверхностью. Имеет второе название – полиэтилен низкой плотности. Рекомендован для использования в пищевой промышленности и для изготовления изделий медицинского назначения. Ссылка на каталог: ПВД

Поливинилхлорид (ПВХ) – сыпучий порошок с размером частиц до 200 мкм. Легко перерабатывается в твердые и мягкие пластики. Используется для производства труб, пленок, линолеума и других изделий технического назначения. Ссылка на каталог: ПВХ ( Поливинилхлорид )

Линейный полиэтилен высокого давления – используют для выпуска тонких эластичных упаковочных пленок и пленок для ламинирования. По свойствам занимает среднее положение между полиэтиленом низкой и полиэтиленом высокой плотности. Работы по усовершенствованию его свойств не прекращаются. Ссылка на каталог: Линейный полиэтилен низкой плотности ЛПЭНП (LLDPE)

Вторичное полимерное сырье

На многих предприятиях с целью экономии бракованная продукция из полимерных пластиков поступает на вторичную переработку, обеспечивая безотходное производство. Наряду с этим существует целое направление бизнеса по переработке отходов во вторичные гранулы полимера для продажи. Процесс многоступенчатый, весь цикл от сбора и закупки бытовых пластиковых отходов, сортировке, промывке, дробления и переработки в гранулы довольно трудоемкий. Однако готовая продукция по своим свойствам практически не отличается от первичного сырья и успешно используется во многих производствах. Выпуск вторичного полимерного сырья – важная и нужная отрасль народного хозяйства, позволяющая сэкономить огромные средства на отсутствии необходимости утилизации отработанных пластиков.

Что выбрать?

Вопрос какое сырье выбрать стоит перед каждым производителем. И если у вторичного сырья есть очевидный плюс – низкая цена. То не менее очевидны и его минусы:

  • Нестабильность свойств
  • Наличие посторонних примесей
  • Нет уверенности в марке полимера

Автоматически вытекают плюсы первичного полимерного сырья:

  • Стабильные свойства
  • Точно известна марка
  • Абсолютная чистота
  • Стабильные поставки

Пластики биологического происхождения

А. Лешина
«Химия и жизнь» №9, 2012

Больше 99% всех полимеров и пластмасс делают из нефти, газа или угля. А значит, всё, что окружает нас, — упаковка, стройматериалы, детали автомобилей, ткани, электронные устройства — сделаны из невозобновляемых ресурсов. Впрочем, полимерные материалы еще в 60-е годы ХХ века научились получать из кукурузы, картофельного крахмала, пшеницы, сахарного тростника и т. п., но по технологическим свойствам они уступали полимерам из углеводородов, да и стоили дорого. Однако в последние годы производство полимеров из растений резко выросло, и тому есть несколько причин. Про цены на нефть и про то, что ее запасы истощаются, всем давно понятно. Но кроме этого, промышленники и общественность стали подсчитывать выброс СО2 при любом производстве, пластики из растений сравнялись по свойствам с синтетическими, а во всём мире стало модно «зеленеть». Многие эксперты считают, что биопластики переживают бум.

Для начала определимся с терминами. Биополимерами называют длинные молекулы, состоящие из одинаковых звеньев, которые встречаются в природе и входят в состав живых организмов, — белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и прочие. Но сейчас речь пойдет не о них, а о полимерах, сделанных из растительного сырья, — именно их называют биопластиками. При этом их «природное» происхождение и название с приставкой «био» не означает, что все они биоразлагаемы и безопасны для окружающей среды.

Это важный момент. Например, из углеводородного сырья научились получать и прочные полимеры, которые не разлагаются в почве больше 200 лет, и биоразлагаемые — они содержат специальные добавки, благодаря которым соответственно ГОСТу распадаются за 180 дней на компоненты, нетоксичные для растений (поэтому их часто также называют биопластиками). А из растений можно получить и стандартные блоки, из которых делают обычные полимеры (этилен, амид и другие), а можно и биоразлагаемые пластики. Скажем, полиэтилен, используемый для упаковки, получают гидролизом и последующей ферментацией сахара из сахарного тростника; полиамид, из которого делают ткани, выделяют из касторового масла, а его получают из растения клещевины. И оба эти полимера ничем не отличаются от своих собратьев, сделанных из нефти. Разница только в том, что сырье на следующий год вновь вырастет на поле. Или в море — ведь сырье может иметь и животное происхождение, к примеру, хитозан (его добавляют в некоторые пластики) получают из хитина панциря ракообразных.

Как сделать из кукурузы пластиковую бутылку для молока? Выращивают специальные сорта (в основном на биомассу идут кукуруза, пшеница, картофель, сахарный тростник и свекла), потом собирают урожай, извлекают из биомассы крахмал (полисахариды) или сахар. Если это масличные культуры (клещевина, соя, рапс), то выделяют триглицериды — сложные эфиры глицерина. Затем начинаются очистка и переработка, включающие не только химические стадии, но и биотехнологические — с участием ферментов и микроорганизмов. Каждому конечному продукту соответствует своя технологическая цепочка. Конечный продукт — или мономер для дальнейшей полимеризации (это может быть обычный этилен, амид, эфир, молочная кислота), или чистая природная биомолекула, пригодная для дальнейшей модификации (например, крахмал).

Если на конечной стадии получился обычный полиэтилен (или что-то подобное), то его легко смешать с полиэтиленом, полученным из нефти. Это часто и делают крупные компании, вводя для такого пластика специальную маркировку или название (Polyethylene Green и т. п.). Когда вы видите на бутылке эмблему биопластиков, это, скорее всего, означает, что часть мономера в составе полимера, из которого она сделана, получена из биомассы. Например, в 2009 году компания «Кока-кола» выпустила «растительную бутылку», но в ней пока только 30% полимера получено из биомассы, а у «Вольвика» (производитель питьевой воды) — только 20%. В свете последних модных веяний это можно оценить как хороший рекламный ход.

Из чего бы ни были сделаны традиционные полимеры, проблема утилизации остается. Согласно современным тенденциям, полиамид, полученный из касторового масла, или полиэтилен и полиэтилентерефталат из биомассы надлежит собирать и отправлять на переработку, точно так же, как и их нефтяные аналоги. Если переработка и повторное использование невозможны, тогда их сжигают.

Некоторые компании идут другим путем, смешивая традиционные полимеры с природными молекулами. Например, компания Roquette модифицировала крахмал из пшеницы, пришив к нему гидрофобные группы, и стала добавлять его к полиэтилену или полипропилену. Получается композитный материал, из которого делают упаковку для косметики, стаканчики для йогуртов и даже панели автомобиля.

Просто воспроизводить уже известные мономеры не так интересно, тем более что из нефти или газа они всё равно пока дешевле. Интересно создавать что-то новое и не наносящее вред окружающей среде. Поэтому огромное число исследователей ставят на биоразлагаемые пластики, полученные из растительного сырья, — собственно, они составляют 80% всего рынка биопластиков. Название «биоразлагаемые» говорит само за себя — как уже упоминалось, за шесть месяцев почвенные микроорганизмы переработают их до воды, диоксида углерода или метана с остатком максимум 10%, который также можно использовать в компосте. Таких биоразлагаемых биопластиков на рынке довольно много, причем спектр их технологических свойств уже почти перекрыл традиционные полимеры. Условно их можно разделить на следующие большие группы: полилактиды (ПЛА), то есть полимеры на основе молочной кислоты, образующейся после молочнокислого брожения сахаристых веществ; полигидроксиалконоаты (ПГА) — продукты переработки растительного сахара микроорганизмами; и материалы на основе крахмала. Существуют также материалы, сделанные на основе лигнина, целлюлозы, поливинилового спирта, капролактона и других.

Крахмал — пожалуй, самое распространенное сырье для биоразлагаемых материалов, с ним работают более 30% специализированных предприятий. Конечно, сам он довольно хрупкий, но если в него добавить растительные пластификаторы (глицерин, сорбитол), волокна льна, конопли или полимер молочной кислоты, полученный из кукурузы или свеклы, то это увеличит механическую прочность и пластичность. Модификация гидрофильных ОН-групп сделает его устойчивым к влаге. Таким образом, крахмал используют не только в качестве наполнителя, но и модифицируют его, после чего получается полимер, который разлагается в окружающей среде, но при этом обладает свойствами коммерчески полезного продукта.

Изделия из модифицированного крахмала производят на том же оборудовании, что и обыкновенную пластмассу, его можно красить. Правда, его технологические свойства пока уступают полиэтилену и полипропилену, которые он мог бы заменить. И все-таки из крахмала уже делают поддоны для пищевых продуктов, сельскохозяйственные пленки, упаковочные материалы, столовые приборы, сеточки для хранения овощей и фруктов и многое другое.

Полилактиды, или полимеры молочной кислоты (ПЛА), которые получают после ферментации сахаров кукурузы или другой биомассы, также используют довольно широко. Из 80 организаций, производящих в различных странах биоразлагаемые пластики или их смеси, полимеры на основе ПЛА делают около 20% компаний. На самом деле ПЛА часто смешивают с крахмалом для лучшего биологического разложения и рентабельности производства. Полилактиды — яркие и прозрачные, поэтому они могут составить конкуренцию полистиролу и полиэтилентерефталату. Из них производят изделия с коротким сроком службы: упаковки для фруктов и овощей, яиц, деликатесных продуктов и выпечки, а также хирургические нити, используют их как средство доставки лекарств. В полилактидные пленки упаковывают сандвичи, леденцы и цветы. Существуют ПЛА-бутылки для воды, соков, молочных продуктов.

Еще одна группа, полигидрокси-алканоаты (ПГА) — третьи по значимости биоразлагаемые полимеры (в промышленном масштабе ПГА производят около 8% компаний). Самые значительные представители этого семейства, полигидроксибутират (ПГБ) и полигидроксивалерат (ПГВ), также получают из сахаров. Из них делают упаковочные и нетканые материалы, одноразовые салфетки и предметы личной гигиены, пленки и волокна, связывающие вещества и покрытия, водоотталкивающие покрытия для бумаги и картона.

В общем и целом на упаковку идет примерно 60% биопластиков, причем не только биоразлагаемых. Эти полимеры также используют при производстве одноразовой посуды, в сельском хозяйстве (защитные пленки), электронике (разъемы, оболочка компьютеров, зарядные устройства, мобильные телефоны, клавиатуры). Появляются всё новые приложения.

Разлагаемые биопластики широко применяют и в медицине. Полимеры, сделанные из биомолекул, лучше совместимы с человеческими тканями и рассасываются легче, чем «традиционные» пластики. Например, немецкие хирурги испытали хирургические винты из полилактидов. Они рассасываются через два года, и больных не надо оперировать повторно, как это сейчас происходит с металлическими штифтами. В США исследуют медицинские импланты из смесей биоразлагаемых полимеров, например для восстановления коленного хряща. А японцы недавно выпустили на рынок почти прозрачную клеящуюся пленку толщиной в десятки нанометров. Она сделана из хитозана и предназначена для быстрого заживления внутренних ран. Теоретически она могла бы заменить медицинские нити или скобы.

Одно из преимуществ биопластиков, которое подчеркивают все их производители, — они существенно уменьшают выбросы диоксида углерода в окружающую среду. Это зависит именно от сырья, ведь биомасса растет благодаря тому, что поглощает из атмосферы диоксид углерода. И даже если неразлагаемые пластики, сделанные из растений, сожгут в конце цикла, в атмосферу попадет лишь тот углекислый газ, что они поглотили при жизни. По приблизительным подсчетам, только пластики на основе крахмала могут сэкономить от 0,8 до 3,2 т CO2 на тонну продукции по сравнению с полиэтиленом, полученным из органического топлива. При производстве ПЛА в атмосферу выбрасывается вполовину меньше углекислого газа, чем при производстве полимеров на основе нефти. В любой статье о биопластиках подобные цифры подчеркивают с особым оптимизмом.

Безусловно, возобновляемое сырье уменьшает зависимость от полезных ископаемых, и это замечательно. Однако не составит ли выращиваемая биомасса конкуренцию продовольственным сельскохозяйственным культурам? Похоже, это теоретические опасения. Сегодня биомасса, которая идет на производство биотоплива и химических продуктов, — это не более 5% от всей биомассы, используемой человеком. Распределение выглядит примерно так: 62% биомассы — это сельскохозяйственные культуры (продукты питания), 33% — лес для обогрева, строительства, мебели и бумаги, и только оставшиеся 5% идут на текстиль, химию. Вряд ли это соотношение сильно изменится в последнее время даже при активном росте производства биопластиков. По большому счету речь о конкуренции не идет. Тем более что сейчас многие производители стремятся изготовлять биопластики из отходов сельхозпроизводства и целлюлозы, оставшейся от обработки древесины.

Технология получения полимеров из растений появилась несколько десятилетий назад, но их производство долго оставалось в зачаточном состоянии по понятным причинам. Как отмечают многие специалисты, в последние годы наблюдается явное оживление этой отрасли. В 2010 году было произведено 724 тысячи тонн биопластиков (включая биоразлагаемые пластики из углеводородного сырья), что составляет примерно 0,2% мирового рынка производства пластмасс (250 миллионов тонн в год). Сейчас этот сектор растет довольно быстро по сравнению с тем, что было раньше. Причины, как уже говорилось, не только в повышении цен на нефть и исчерпании природных ресурсов, но и в прогрессе технологий и появлении новых материалов. Кроме того, очевидно желание промышленников «озеленить» свой имидж.

Биопластики на основе полилактидов, крахмала и целлюлозы

Инициаторы массового использования биопластиков — это почти всегда крупные производители продуктов питания или косметики. Вот несколько заметных проектов последних лет: французский Danone со стаканчиком для йогурта «Активия» из ПЛА (марка Ingeo от NatureWorks), компания Coca-Cola с бутылками из растительного аналога полиэтилентерефлата (ПЭТ) собственного производства, компания PepsiCo, также выпускающая растительный ПЭТ для своих бутылок. В бутылки из ПЛА марки Ingeo от NatureWorks заливают минеральную воду Biota и расфасовывают детские йогурты Stonyfield Farm. Большая компания RPC выпустила пробную серию косметической упаковки из ПГА.

Конечно, коммерческими гигантами движет не только забота о планете и желание вызвать позитивное к себе отношение у сознательных потребителей. Активно участвуя в сокращении выбросов СО2, они также снижают себе ставку налогов. Кстати, несовершенство биоупаковки они всё-таки учитывают: газированные напитки разливают в растительный, но не биоразлагаемый материал, а йогурты в стаканчиках из ПЛА должны храниться в холодильнике.

Хоть эксперты и считают, что производство биопластиков к 2020 году будет составлять 3,5–5 миллионов тонн, или примерно 2% (по некоторым оценкам, 5%) от общего производства пластиков, говорить о массовом выпуске пока не приходится. Правда, есть и оптимистичные подсчеты, согласно которым к 2020 году пятая часть мирового рынка пластмасс будет занята биопластиками (примерно 30 миллионов тонн).

Проблема, как всегда, в деньгах — сегодня биопластики стоят в 2–7 раз дороже, чем их аналоги, полученные из углеводородного сырья. Однако не стоит забывать о том, что еще пять лет назад они были в 35–100 раз дороже. Практически все группы полимеров, которые сегодня делают из нефти, уже имеют аналоги, произведенные из биоресурсов, и их можно было бы по крайней мере частично заменить во всех применениях. Но пока биопластики так дороги, их массовый выпуск нереален. Многие эксперты полагают, что как только большое количество заводов начнет выпускать биопластики, цена упадет, и тогда-то они составят реальную конкуренцию полимерам из нефти. Поскольку свойства материалов улучшаются, а объемы производства растут, то перспективы, очевидно, есть. Но сегодня конкурентоспособны в массовом масштабе только полимеры с уникальными свойствами — например, те, которые используют в фармакологии и медицине. Уникальна также молочная кислота, из которой сегодня делают 200 тысяч тонн полилактидов в год.

Вероятно, кто-то опять подумает: если посчитать все затраты на выращивание биомассы, ее переработку и извлечение сахара и крахмала, превращение их в полимеры и изготовление конечных продуктов, то сколько же энергии для этого потребуется? Наверняка больше, чем при добыче газа и нефти. Стоимость, очевидно, будет различаться в зависимости от выращиваемой культуры, климата и схемы производства. Где-то и когда-то это выгодно, а в других случаях о выгоде можно говорить с большой натяжкой. Но в любом случае этот сектор надо активно развивать — ведь накопленные знания пригодятся будущим поколениям. Ведь потомки регулярно будут поминать нас тихим словом, когда, отправившись в лес по грибы, под каждой сгнившей корягой будут находить совершенно целые пластиковые бутылки.

Загрязнение пластиком: как полностью уничтожить полимер, из которого делают буквально все | Экология

Суша и океаны Земли со стремительно наполняются пластиковым мусором: до сих пор не определен единый способ избавления Земли от него. Ученые регулярно изобретают новые способы бесследно уничтожить самый популярный полимер, рассказываем о них подробнее.

Как разлагается пластик

Среднее время разложения пластмассовых изделий, созданных по разным технологиям, колеблется от 400 до 700 лет. Полиэтиленовые пакеты, которые повседневно используются людьми, в природе разлагаются от 100 до 200 лет. Это обратная сторона прочности и долговечности пластиковых изделий. 

Основные опасения связаны с тем, что пластмассы, попадая в землю, распадаются на мелкие частицы и могут выбрасывать в окружающую среду химические вещества, добавленные в них при производстве. Это может быть хлор, различные химикаты, например, токсичные или канцерогенные антивоспламенители. Эти химические вещества могут просочиться в грунтовые воды или другие ближайшие источники, что может нанести серьезный вред тем, кто пьет эту воду.

Кроме того, так называемый биоразлагаемый пластик по мере разложения может высвобождать метан, который является очень сильным парниковым газом, что вносит существенный вклад в глобальное потепление.

При попадании на полигоны пластик не представляет потенциально никакой угрозы, так как полигон — специальное инженерное сооружение, которое создается для защиты окружающей среды и здоровья человека и препятствует загрязнению в том числе почвы и подземных вод.

Большинство вреда наносит именно тот пластик, который выбрасывает сам человек в непредусмотренных для этого местах или который оказывается на стихийных свалках.

Также компании сегодня разрабатывают новые способы ускорить процесс разложения пластика и придумывают новые виды биоразлагаемых пластиков, которые распадаются за три-шесть месяцев.

Такие материалы делаются не из нефтепродуктов, как обычные, а из крахмала, жиров, кукурузы или других биомасс. Но для увеличения производства этих материалов придется расширять посевные земли за счет сокращения лесов и других природных зон.

Виды переработки пластика

Механический рециклинг

Среди физических методов самым распространенным является механический рециклинг. Способ состоит в измельчении, дроблении и перетирании пластиковых материалов для получения рециклата — полимерного материала, впоследствии используемого для изготовления других пластмассовых изделий. 

На первом этапе отходы сортируют по типу пластика, состоянию материала и степени загрязненности. Затем материал проходит этап предварительного дробления. Впоследствии пластмассу заново сортируют, моют и высушивают, а затем обрабатывают в термических установках для получения расплава однородной консистенции — рециклата.

Впоследствии уже расплавленный материал отправляют в экструдер для формирования промежуточных гранул либо напрямую вторичной продукции. Для осуществления процесса используются дробилки и грануляционные установки

  • Химический рециклинг

В результате этого метода из пластмасс формируются новые материалы. Химический рециклинг используется для переработки полимерных молекул, в результате которого образуются новые структуры, впоследствии используемые в качестве сырья для производства новых продуктов.

Многие крупные международные компании, такие как Adidas, Unilever, P&G, Danone and Interface, активно инвестируют в развитие этого направления. В его основе лежит процесс деполимеризации или химического разрушения полимерного связующего.

В результате процесса образуется готовое вторсырье, такое как новый пластик (полимеры), мономеры для изготовления нового пластика, нафта для производства нового пластика и химических веществ, основные химикаты, такие как метанол, транспортное топливо для авиации и автомобилей, воски для свечей и мелков, а также синтетическую сырую нефть.

Преимуществом химического метода является возможность перерабатывать пластик, когда его разделение для механического рециклинга либо экономически неэффективно, либо технически невозможно. Чаще всего метод используется для переработки загрязненного материала. 

Гидролиз и гликолиз

При гидролизе пластик взаимодействует с водой в кислой, щелочной или нейтральной среде. В результате происходит деполимеризация материала и расщепление на мономеры.

Сольволиз

Сольволиз является наиболее часто используемым методом химического рециклинга и реализуется с использованием широкого диапазона растворителей, температур, давлений и катализаторов, таких как сверхкритическая вода и спирты.

В роли катализатора выступают соли щелочных металлов. По сравнению с пиролизом для процесса сольволиза необходимы более низкие температуры. В процессе образуются восстановленное волокно и химическое вещество, которое впоследствии может быть использовано для коммерческих целей.

Метанолиз

В основе метода лежит расщепление пластмассы при помощи метанола в резервуарах с высокими температурами. В процессе используются катализаторы, такие как ацетат магния, ацетат кобальта и диоксид свинца.

Термокатализ

В России был разработан процесс утилизации пластика в компоненты жидкого топлива с использованием катализатора разового действия на основе шламов некоторых металлургических производств. Изначально пластмассовые отходы измельчаются, а затем с добавлением катализатора поступают в реактор, где смесь нагревается свыше 400 °C.

Полученная в результате реакции смесь углеводородов подается на сжигание как готовое котельное топливо, которое также может работать в качестве пластификатора некоторых компонентов дорожного покрытия. Впоследствии продукт может быть переработан с целью получения бензина, дизеля и мазута.

Преимуществом метода является низкое энергопотребление, а из недостатков выделяется сложность контроля процесса и технологического оборудования по причине необходимости вести процесс при высоком давлении.

Механизмы термической деструкции полимеров классифицируются по содержанию кислорода на несколько видов: пиролиз, метанолиз, газификация, сжигание.

Пиролиз

Пиролиз является одним из самых эффективных, но при этом дорогостоящих способов переработки пластика. При использовании метода пиролиза отходы обрабатываются под воздействием высоких температур в специально оборудованных камерах без доступа кислорода. В результате химического процесса образуются газ, тепловая энергия и мазут.

При расщеплении пластиковых отходов методом пиролиза получают бензиновую фракцию, которая может достигать до 80% от массы исходного сырья.

Процесс подразумевает термическое разложение пластиковых отходов при различных температурах (300–900° C) в условиях отсутствия кислорода, в результате чего происходит термическое разложение и высвобождение содержащихся в пластике частиц водорода. Образуется ряд углеводородов, которые можно использовать в качестве основ топливных веществ.

Пиролиз разрушает 99% вредных сложносоставных веществ, которые входят в состав пластика, что делает его одним из самых экологичных вариантов переработки отходов, однако требует большого количества энергии.

Газификация

При газификации из несортированного грязного материала образуют синтетический газ, который впоследствии может быть использован как для постройки новых полимеров, так и для вырабатывания тепловой и электрической энергии, метанола, электричества, кормовых белков и различной биомассы.

Отходы обрабатываются потоком плазмы при температуре 1 200 °C, благодаря чему разрушаются токсичные вещества и не образуется смолы. Впоследствии мусор превращается в пепел, который часто прессуют в брикеты и закладывают в фундамент зданий. Метод газификации приобрел особую популярность в Японии.

Главным достоинством метода является возможность перерабатывать пластик без сортировки. Среди недостатков отмечается высокая вероятность выброса вредных газов в атмосферу.

Экспериментальные методы

  • Деполимеризация

Термическая деполимеризация является одним из экспериментальных физико-химических способов. Он построен на процессе пиролиза с использованием воды. В результате термической деполимеризации получают как смесь углеводородов, пригодных для создания синтетического топлива, так и новые пластиковые материалы.

В процессе деполимеризации монопластик вроде ПЭТ-бутылок расщепляется обратно в мономеры, которые могут быть переработаны в новые ПЭТ-материалы. Термическая деполимеризация позволяет перерабатывать смешанные виды пластиков, однако создает потенциально опасные побочные продукты.

Радиационный метод основан на использовании высокоэнергетического излучения для разрушения полимерной матрицы, при этом физические характеристики наполнителя остаются неизменными. Предполагается, что в будущем этот все еще экспериментальный метод ставит основным способом утилизации армированного пластика.

Среди недостатков процесса выделяют повышенную радиационную нагрузку на человека и окружающую среду. Более того, утилизации подвергаются только тонкослойные пластики.

  • Разложение микробами из желудка коров

Исследователи из Австрии обнаружили, что бактерии из рубца коровы, одного из четырех отделов ее желудка, могут разрушать пластик.

Ученые предполагали, что такие бактерии могут быть полезны, поскольку в рационе коров есть натуральные растительные полиэфиры: они схожи по структуре с пластиком.

Авторы работы рассмотрели три вида полимеров: ПЭТ, PBAT и полиэтиленфураноат. В результате выяснилось, что все три пластмассы можно разрушить микроорганизмами из желудков коров, причем пластиковые порошки разрушаются быстрее, чем пластиковая пленка.

  • Разложение личинками

Проблема загрязнения пластмассами может быть решена с помощью жуков, широко распространенных в Корее. Личинки жуков из отряда жесткокрылых (Plesiophthophthalmus davidis) могут разлагать полистирол. Кишечная флора насекомого может окислять и изменять поверхностные свойства полистирольной пленки.

  • Повторное использование

В виде монтажной пены

Новозеландские ученые разработали метод превращения биоразлагаемых пластиковых ножей, ложек и вилок в пену, которую можно использовать в качестве изоляции стен или во флотационных устройствах.

В качестве эксперимента ученые поместили столовые приборы в специальную камеру, заполненную углекислым газом. Изменяя уровень давления, исследователи наблюдали, как диоксид углерода расширился внутри пластика, создавая пену, в дальнейшем ученые получили и пенопласт.

Каждый раз, когда пластик перерабатывается, он немного теряет свою прочность. Но для пенопласта это неважно: во многих областях применения от него не требуется прочности. Этот материал используют в качестве изоляции для стен или во флотационных устройствах.

В виде ванилина

Шотландские ученые разработали уникальный способ переработки пластиковых отходов. С помощью генномодифицированных бактерий его превратили в ароматизатор ванилин. 

Два исследователя из Эдинбургского университета в Шотландии с помощью генной инженерии создали бактерии для преобразования терефталевой кислоты в ванилин. Дело в том, что оба вещества отличаются похожим химическим составом. В итоге бактериям нужно лишь внести незначительные изменения в количество атомов водорода и кислорода, связанных с одним и тем же углеродным «скелетом».

В виде топлива и смазочных материалов

Ученые из США придумали способ переработки пластика в полезные материалы. Их сразу можно использовать в качестве реактивного или дизельного топлива и смазочных материалов.

Исследователи из Центра инноваций в области пластика при Делавэрском университете (CPI) в США разработали прямой метод преобразования одноразовой пластиковой упаковки (пакеты, упаковки из-под йогурта, пластиковые бутылки, крышки от бутылок и другие) для использования в качестве реактивного или дизельного топлива и смазочных материалов.

Исследователи использовали новый катализатор и уникальный процесс для быстрого разрушения трудно перерабатываемых пластмасс — полиолефинов. На их долю приходится 60–70% всех производимых сегодня пластмасс.

Проблемы переработки пластика

Самая большая трудность переработки пластиковых отходов заключается в высокой стоимости сбора и переработки материалов — пластики редко представлены в «чистом» виде и чаще всего представляют собой комбинацию из полимеров различных типов.

Вместе с загрязненностью поступающего материала это делает процесс сортировки и очистки трудоемким и затратным. Более того, система организованного сбора и переработки мусора осуществляется только в ограниченном количестве стран.

Таким образом, большинство пластиковых отходов не подвергается рециклингу и выбрасывается в окружающую среду или при более организованном подходе — сжигается. 

Читать далее

Первый чумной: как зародилась «черная смерть» и с кого началась эпидемия

Ученые определили, почему у Меркурия такое большое ядро

Рассекречены разговоры погибшего экипажа «Союз-11»: о чем они говорили перед смертью

Полимеры — Химический комплекс России

Главный драйвер развития промышленности полимеров – полиолефины, к которым относятся полипропилен и полиэтилен. Лидером по наращиванию объемов производства является полипропилен. Его называют «королем пластмасс» благодаря его качествам и свойствам: обладает низкой плотностью, высокой механической прочностью, химической стойкостью (устойчив к разбавленным кислотам и большинству щелочей, моющим средствам, маслам, растворителям), термостойкостью (начинает размягчаться при 140°C, температура плавления 175°C). Он почти не подвергается коррозионному растрескиванию, обладает хорошей способностью к восстановлению. Кроме того, полипропилен является экологически чистым материалом. Это полимер применяется при изготовлении различных деталей автомобилестроения, в химическом машиностроения, а также для изготовления труб для горячей воды, волокон, электроизоляционных деталей, пленки.

По объему производства и применения занимает одно из ведущих мест занимает полиэтилен низкой плотности. Эти пленки прочные при растяжении и сжатии, стойкие к удару и раздиранию. Имеют высокую химическую стойкость и сохраняют прочность при очень низких температурах (-60… -70°С). Полиэтилен применяют для покрытия металла, для того чтобы защитить его от коррозии, его можно отнести к уплотнительным деталям. Также его используют для изготовления пленки, изоляции проводов и изготовления труб, способных сопротивляться коррозии.

Полиэтилен высокой плотности – основное сырье для пластиковых бутылок. Этот материал является экономичным, ударопрочным, и обеспечивает хороший барьер проницаемости влаги.

Еще один популярный пластик – поливинилхлорид (ПВХ). Имеет очень хорошую стойкость к маслам и низкий уровень передачи кислорода. Этот материал обеспечивает отличный барьер для большинства газов, хорошую ударную вязкость. Широко применяется в строительстве, из него производятся трубы, пленки, линолеум и прочие строительные материалы.

Виды добавок (наполнителей) для полимеров и их назначение

При производстве пластиковых изделий практически всегда используются специальные добавки. Физико-химические свойства чистых полимеров не могут обеспечить тех эксплуатационных свойств, которыми должны обладать готовые изделия. И чтобы эти свойства получить в полимерный материал вводятся наполнители, придающие ему требуемые характеристики.

Количество существующих добавок для полимеров в несколько раз превышает число полимерных материалов. Именно за счёт этого достигается разнообразие свойств присущих различным видам пластиковых изделий. Специальные добавки могут изменить такие физико-механические характеристики как прочность, эластичность, устойчивость к воздействию внешней среды и агрессивных факторов. Модификаторы позволяют облегчить производственные процессы: сделать литьё более простым, придать изделию нужную форму, фактуру. Большое значение имеют добавки для экологии, благодаря им, пластмассовые изделия быстрее разлагаются после утилизации, не выделяя при этом опасных токсинов.

Виды наполнителей для полимеров:

1. Пластификаторы. Составляют более половины от всех используемых добавок. Придают эластичность, облегчают обработку, повышают устойчивость готовых изделий к воздействию низких температур.

2. Антипирены. Снижают горючесть полимеров, повышая их безопасность. Использование антипиренов особенно важно при производстве деталей электрических приборов, электроизоляции, а также различных предметов бытового и промышленного назначения.

3. Модификаторы ударопрочности. Используются для выпуска изделий из пластмассы, для которых важен показатель ударной вязкости. Защищают полимеры от воздействия негативных климатических факторов.

4. Минеральные наполнители. Делают ПВХ-изделия более прочными. В качестве наполнителя используются материалы природного происхождения: тальк или мел.

5. Пигменты. Придают пластиковым изделиям любой цвет. Существуют вещества, повышающие прозрачность полимеров, придающие перламутровый блеск, искрящийся или матовый эффект.

6. Антиокислители и фотостабилизаторы. Защищают пластик от воздействия УФ-лучей, предотвращают окислительные процессы при контакте с атмосферным кислородом, что значительно повышает эксплуатационный срок готовых изделий.

Кроме вышеперечисленных добавок при производстве изделий из пластика используются присадки, обладающие антистатическим и гидрофобным эффектом. Добавление присадок предотвращает слипание, снижает коэффициент трения, позволяет получить поверхности различной фактуры. При помощи специальных добавок и присадок выпускается различная пластиковая тара, в том числе обладающая антибактериальным эффектом. Такая тара широко применяется в медицине, фармацевтике, а также в сфере биотехнологий.

Разработаны и успешно применяются модифицирующие добавки, улучшающие технологические свойства полимеров в процессе литья. После введения этих добавок пластик становится однородным, равномерно заполняет пресс-форму, при застывании изделие не деформируется. При добавлении присадок важно чтобы они равномерно распределились в полимерном материале. Это можно обеспечить тщательным перемешиванием с использованием специальных блендеров или дозаторов, которые порционно впрыскивают присадки в процессе производства полимера.

Публикации СМИ | Департамент промышленности и энергетики Администрации Томской области

Всё о Томскнефтехиме

Как работает крупнейшее нефтехимическое предприятие Сибири

Томское предприятие СИБУРа “Томскнефтехим” — крупный производитель полимеров и социально ответственное предприятие. Экологическая безопасность и снижение воздействия на окружающую среду является одним из главных приоритетов в его работе, как и для других томских предприятий: НИОСТ и “Биаксплен Т”.

Узнать, пользовались ли вы когда-нибудь полимерной продукцией “Томскнефтехима”, очень легко. Если вы покупаете подгузники, детские игрушки, медицинские маски,— скорее всего, их упаковка сделана из томских полимеров.

Если у вас дома есть пищевые контейнеры, тазики и ведра из пластика — вероятно, они тоже из сырья “Томскнефтехима”. А также полипропиленовые трубы, нетканое полотно для дорог, упаковка для продуктов и огромное количество других вещей.

О том, как на нефтехимическом предприятии производят мономеры и полимеры, мы рассказывали ранее в этом материале. Сейчас же речь пойдет о том, куда отправляются томские полимеры, и какие полезные вещи из них выпускают.

Полиэтилен vs полипропилен

Самые распространенные и востребованные полимеры — это полипропилен и полиэтилен. “Томскнефтехим” производит и то, и другое, но на разных установках и в разных условиях. Для создания полиэтилена нужна температура, как в жерле вулкана, и давление в два раза больше, чем на дне Марианской впадины. А для полипропилена ничего такого не требуется: температура и давление чуть выше, чем в водопроводном кране. Получаются близкие, но различающиеся по свойствам материалы, каждый из которых идеально подходит для производства разных предметов.

В чем еще разница между полиэтиленом и полипропиленом?

Полиэтилен и полипропилен подразделяются на марки, которые используются для решения разных производственных задач. Например, марка SIBEX PP h551 IM характеризуется высокой прозрачностью и подходит для изготовления медицинских шприцев. Для производства труб горячего и холодного водоснабжения используется марка SIBEX PP R003ЕХ. Для гигиенических изделий — SIBEX PP h363 FF. Для производства томской БОПП-пленки, используемой в пищевой индустрии и не только, используется марка полипропилена SIBEX PP H031 BF. Для бутылочек и тюбиков под косметику подойдет марка SIBEX PP R018 BM, специально предназначенная для производства полых изделий. В общем, на любой случай жизни есть своя марка!

Константин Корякин

заместитель главного инженера по производству “Томскнефтехима”

Наши марки полиэтилена делятся на универсальные и марки премиум-назначения. Универсальные марки выпускаются по ГОСТ и имеют наиболее широкое применение: от производства детских игрушек до специальных изделий, используемых в космическом оборудовании. Также из них производят вспененные тепло-, ударно- и звукоизоляционные материалы и конечно же упаковку: пищевую, медицинскую, для строительных и промышленных товаров, термоусадочную, барьерную, смягчающую и наполняющую.

Марки премиум — это полиэтилен и полипропилен с особыми характеристиками по прочности, прозрачности и другим показателям. Они имеют более узкую область применения и разработаны специально для производства тех или иных изделий. Например, созданы специальные марки полиэтилена под применение в медицине для производства флаконов с инфузионными растворами, свои марки полимеров есть для изготовления напорных труб и фитинга для промышленного и гражданского строительства; БОПП-пленки различного назначения — от канцелярского скотча до упаковки порционной лапши; подгузников, изолирующих масок, фильтров и так далее.

Как начинают выпуск новой марки?

В настоящее время на “Томскнефтехиме” производится 14 марок полимерной продукции. Всего же предприятие способно выпускать 60 различных видов марок под потребности разных клиентов.

— Процесс разработки новых марок насколько же сложен, настолько и интересен, и всегда ориентирован на изменение требований наших клиентов. Есть несколько направлений для начала работы, из которых основное — это перспектива занять определенный сегмент рынка переработки (новые производства), необходимость улучшения каких-либо характеристик готовых изделий или перерабатываемость материала и обеспечение точечных требований некоторых переработчиков нашей продукции, — пояснил Константин Корякин.

В процессе разработки новой марки или изменении характеристик уже существующих принимают участие сотрудники НИОСТА — R&D-центра СИБУРа и первого резидента томской ОЭЗ.

Кристина Самарова

главный эксперт отдела управления проектами НИОСТ

Разработка новых полимеров может начинаться двумя способами. Первый — это по запросу клиентов, которые уходят к нам, в R&D. Мы изучаем информацию об этом продукте, определяем, есть ли возможность выпустить такую марку в производстве, какие компоненты нужны для этого. Затем начинается следующий этап — научно-исследовательская работа. На данном этапе мы проводим анализ, как сделать эту новую марку — за счет катализатора или рецептуры добавок в полимер. После лабораторных испытаний мы проверяем разработку в промышленных условиях и уже потом идем к клиенту. Если его все устраивает, мы продолжаем консультировать заказчика, следим за процессами, составом. Многие марки, разработанные по запросам клиентов, внедрены сейчас на серийной основе, производятся и продаются. Например, полипропилен для получения томских БОПП-пленок, который разрабатывался именно по этому пути за счет нового катализатора.

Второй путь — творческий, когда у нас появляются собственные идеи по созданию новой марки или разработке уникальной рецептуры. Здесь начинается проработка идеи с анализа рынка до ее внедрения. В любом случае процесс проходит с участием большой кросс-функциональной команды, которая включает в себя НИОСТ, ПолиЛаб, технический сервис, блок планирования, продажи, маркетинг, производство.

Какие вещи сделаны из томских полимеров?

Томские полимеры покупают более 500 предприятий из девяти стран мира

Что можно производить из полимеров, мы разобрались. А какие конкретно товары выпускают из сырья, произведенного на “Томскнефтехиме”? Об этом мы узнали у российских производителей, клиентов предприятия.

Мы каждый день приносим домой из магазина полимеры, которые производит “Томскнефтехим”. Просто из них сделана самая разнообразная упаковка. Один из производителей такой упаковки — новосибирская компания “Нео-Пак”. Среди его продукции — гибкая упаковка для сыпучих продуктов (крупы, макароны, специи), бытовой химии (чистящие, стиральные порошки и т.д.), сухих строительных смесей, а также майонеза, молока, мороженого и многого другого.

Как производится эта упаковка? Сначала на завод производителя с “Томскнефтехима” поступает сырье в виде полимерных гранул. Эти гранулы в процессе экструзии (формирования полимерного расплава и его последующего охлаждения) превращаются в пленку, на которую с помощью печатных машин наносится изображение. Далее идет этап ламинации — склеивание двух или трех пленок разных типов, которые обладают разными характеристиками и дополняют друг друга. Цветной слой находится между слоями других материалов, что исключает контакт краски с продукцией, а также защищает печать от повреждений. Затем пленка режется по размеру и форме. Конечный этап — упаковка готового продукта.

Александр Ладан

Директор компании “Нео-Пак”

Компания Нео-Пак начала свое сотрудничество с СИБУРом с самого своего основания — с 2010 года. Из сырья “Томскнефтехима” мы производим упаковку для различных видов товара, заказные и серийные полиэтиленовые пакеты, а также пленки для изготовления упаковки дой-пак — пластиковых пакетов с устойчивым дном. Свою продукцию компания поставляет во многие регионы России, и также в Казахстан, Белоруссию, Киргизию.

Наши партнеры из пищевой промышленности и ритейла в один голос подтверждают тренд к безопасности потребления. Позиционирование продуктов как максимально безвредных, произведенных с соблюдением всех норм и герметично упакованных становится обязательным условием для покупателей.

Еще одно предприятие — партнер “Томскнефтехима”, чью продукцию мы постоянно встречаем на полках магазинов — это томская компания “Пласт-Сервис Плюс”. Здесь выпускают разнообразные полипропиленовые емкости от 180 мл до 1,1 л — контейнеры под рыбные пресервы, ведерки под джем или под майонез, одноразовую посуду и многое другое. Кстати, как рассказал представитель компании, в пандемию одноразовые контейнеры стали пользоваться повышенным спросом, и компания нарастила производство.

Еще одна разновидность упаковки — термоусадочная пленка из полиэтилена. Для нее используется полиэтилен марки 15303-003. Термоусадочная пленка обладает высокой прочностью, стойкостью к маслам, жирам и растворителям, не придает упакованным продуктам посторонний запах и вкус. Ее можно встретить на полках томских магазинов в виде групповой упаковки для бутилированной воды. Она идеально облегает товар, защищает его от пыли и влаги, царапин и потертостей, позволяет формировать удобные для транспортировки потребительские упаковки.

Еще одна пленочная марка полиэтилена — 15803-020. Если у вас есть дача, то наверняка вы не раз пользовались изготовленной из этой марки пленкой для укрытия своих растений. Две эти марки полиэтилена, выпускаемые “Томскнефтехимом”, широко востребованы как российскими производителями, так и зарубежными.

Укрывной материал из полиэтилена — традиционное и надежное решение

Unsplash.com

Из полипропилена делают и более долговечную продукцию — различные бытовые товары, яркие, легкие, удобные и недорогие. Например, томский завод пластмасс “Авангард”, который производит товары народного потребления — от тазиков и ведер до пластиковой мебели. У любой томской семьи дома или на даче почти наверняка найдется хотя бы пара предметов, произведенных этой компанией.

Петр Попов

Директор по производству ООО “Авангард”

Мы покупаем у “Томскнефтехима” полипропилен в объемах порядка 60 тонн в месяц и производим все, что касается хозяйства. Сотрудничаем с предприятием напрямую уже лет восемь. Продукция качественная, вполне нас устраивает. И по логистике удобно, ведь другие производители далеко.

Мы можем встретиться с продукцией предприятия, когда заезжаем в новый дом или делаем ремонт. Целый ряд предприятий из Москвы, Екатеринбурга, Татарстана, Самары и других городов приобретают в Томске полипропилен и полиэтилен для производства труб и трубной изоляции. В Иркутске и городе Реж Свердловской области из полимерной композиции, которую производят на томском предприятии СИБУРа, делают оболочки кабеля. А томская компания “Полимер-компаунд” выпускает композиты для производства различных кабелей с надежной изоляцией.

Из полипропилена специальной, так называемой волоконной марки изготавливают нетканые полотна, которые используют при строительстве дорог, тоннелей, армировании откосов. В 2020 году на “Томскнефтехиме” планируется выпустить более 38 тысяч тонн такой марки. — Марка PPh370FF демонстрирует хорошую технологичность переработки, а также необходимые потребителю характеристики уже готовых изделий. Это уже устоявшаяся марка. И задача производства — обеспечивать стабильность ее базовых свойств, — подтвердил главный эксперт службы “Технический сервис” в СИБУРе Сергей Ковалев.

Кстати, из полипропилена этой марки изготавливают нетканое полотно не только для дорожно-строительных работ, но и для медицинских целей.

Один из крупных потребителей томского полипропилена находится прямо на территории “Томскнефтехима”. Это завод “БИАКСПЛЕН Т”, где выпускают шесть видов пленки для упаковки различных товаров. Очень даже может быть, что вы прямо сегодня купили сухарики или шоколадку или подарили близкому человеку букет цветов в яркой упаковке, которая была произведена в Томске.

“Томский Обзор” уже рассказывал о том, как именно выглядит процесс производства БОПП-пленки и почему она так называется. Она состоит из многочисленных слоев, может быть прозрачной или металлизированной. Но главное, что она практически идеально подходит для упаковки продуктов: хорошо сохраняет их свежесть и предотвращает попадание микроорганизмов. Это важно и с точки зрения экологии: продукты с более длительным сроком хранения реже приходится выбрасывать и не нужно тратить ресурсы на производство новых. К тому же БОПП-пленка может вторично перерабатываться восемь и более раз.

Это же касается и другой продукции из полиэтилена и полипропилена. Основная задача нас — потребителей — правильно собирать и сортировать вторичное сырье, давая тем самым старт производству из него новых полезных вещей.

Как уже сейчас перерабатывают полимеры и как это станут делать в будущем? Как правильно собирать и сортировать вторсырье? Куда сдавать его, чтобы быть уверенным в том, что оно попадет в переработку? Читайте в нашем гиде по раздельному сбору, подготовке, сдаче и переработке полимеров в Томске.

Полимеры давно стали частью нашей жизни, они окружают нас повсеместно: дома, на улице, и, даже в космосе. Что будет, если человечество от них откажется? Ответ на этот вопрос — в этом ролике.

Полная версия материала с фото и видео.

Как производят полимеры? – Как это сделано

Для многих воронежцев не секрет, что одно из старейших предприятий города ОАО «Воронежсинтезкаучук» (ВСК) ныне является дочерним предприятием СИБУРа (крупнейший нефтехимический холдинг России). ВСК, в свою очередь, является одним из крупнейших производителей высококачественных каучуков, латексов и термоэластопластов в России. Продукция завода реализуется как на внутреннем рынке, так и за рубежом. Экспортные поставки занимают около 50% объема производимой продукции и осуществляются в Испанию, Италию, Германию, Австрию, Финляндию, Китай, Тайвань, Индонезию, США и другие страны.

В середине августа этого года на территории завода было введено в эксплуатацию новое производство современных полимерных материалов — бутадиен-стирольных термоэластопластов (ТЭПов). Это полимеры, которые используется в дорожном строительстве (добавляются в битум и способствуют увеличению срока службы дорожного полотна), при изготовлении мягких кровельных материалов, при изготовление клеев, различных пластмасс, а так же в обувной промышленности. По некоторым данным, если на вас сейчас обувь российского производства, то, скорее всего, её подошва сделана из термоэластопласта, произведенного на ВСК. Дело в том, что завод занимается производством ТЭПов с начала 90-х. Более того, ВСК является единственным производителем этой продукции в странах СНГ. До недавних пор годовой объем выпуска составлял 35 тысяч тонн в год, которых катастрофически не хватало для использования одновременно нужд РФ, стран СНГ и экспорта. После запуска нового производства общая мощность предприятия по выпуску термоэластопластов составит уже 85 тысяч тонн.

В начале сентября мне довелось погулять по новому технологическому объекту и немного пофотографировать.
Буду откровенен — химия мне в школе давалась с трудом. Хорошо помню только h3O, h3SO4 и как на практике высыпал в карман рубашки какой-то кристаллический порошок (крупинки напоминали драгоценные камни), после чего в моей рубашке «прогорела» дырка. Посему данный репортаж может содержать некоторые неточности, но желающие, надеюсь, всё же поймут основной принцип работы участка ТЭП-50. За непонятными словами типа «полимер», «катализатор», «ингибитор» и т.д., пожалуйста, обращаемся к википедии или учебнику химии.

Итак, основным исходным сырьем для производства термоэластопласта являются стирол и бутадиен. Поскольку это мономеры, чтобы получить полимер, надо химически связать между собой определенное количество мономеров. Причем не только связать, а связать в определенном количестве, соотношении и правильной пространственной ориентации. Итак, вкратце: необходимое количество мономера (стирола) помещается в специальный реактор и с помощью катализатора процесса (бутила лития) производим «сшивку» стирола.

02. На фото узел приема и приготовления катализатора – бутила лития:

Получили активный полимер стирола. В этот активный или, как говорят, «живой» полистирол добавляют необходимое количество бутадиена. Проводится вторая реакция полимеризации и образуется новый активный полимер, состоящий уже из полимерных цепей стирола и присоединенного к ним бутадиена. Это полупродукт, из которого можно будет получить термоэластопласт с нужными потребительскими свойствами. Надо только эти полимерные цепочки правильно между собой «связать». Если по длине, то получится ТЭП с линейной структурой (этот продукт необходим для улучшения качества дорог), а если их «связать» крестом, то получим ТЭП с уже разветвленной структурой. Этот продукт нужен для улучшения мастик и битумов в кровельных материалах.

03. На фото реакторы и все необходимое для процесса полимеризации оборудование:

Химический процесс полимеризации проходит с выделением большого количество тепла, а готовый продукт ТЭП физически представляет из себя твердое вещество. Одним словом, просто так синтез не проведешь. Выход из этой ситуации – провести процесс в жидкости, которая растворяет ТЭП и не мешает процессу полимеризации. Также в жидкой фазе легко отвести избыточное тепло процесса синтеза. В качестве растворителя используется смесь циклогексана и гексана.

04. Благодаря этим насосам, растворитель постоянно участвует в процессе, поступая на полимеризацию и возвращаясь обратно после водной отпарки.

05. Мой сопровождающий Роман на пути к участку подготовки мономеров и растворителей.

06. Безопасность — главное. На всякий пожарный случай по всему оборудованию установлены пожарные гидранты.

07. Заглянем на минутку в ЦПУ (Центральный пульт управления). На больших экранах выводится изображение с видеокамер, установленных, в том числе, и внутри технологических резервуаров, а сотрудницы внимательно следят за мониторами. Это распределенная система управления (РСУ). Предназначена для автоматизации контроля и управления технологическими процессами и позволяет удаленно в режиме реального времени получать информацию о технологических процессах на участках и в лабораториях производства. Непосредственно на рабочем месте оператор может визуально отслеживать изменение большинства технологических параметров, получать данные анализов, контролировать подачу требуемых компонентов для постановки синтезов, расход на колонны сушки растворителя, подачу на дегазацию и, наконец, выработку, то есть количество готовой продукции.

Но продолжаем разговор о технологическом процессе. После проведения всех стадий полимеризации получаем раствор ТЭП в растворителе. Он представляет из себя хорошо сваренный кисель: чем холоднее, тем гуще. «Кисель» собирают в больших емкостях для определения качественных показателей ТЭП.

08. В этих емкостях (4 штуки вместимостью 340 м3 каждая) после проведения полимеризации в реакторах собирается раствор ТЭП. Далее он будет проанализирован по качественным показателям и отправлен на водную отгонку растворителей из раствора.

09. Для того, что бы извлечь ТЭП в чистом виде на первом этапе применяют метод водной отгонки растворителя из раствора. На фото узел водной отгонки растворителей из раствора ТЭП.

10. Далее в аппарат с горячей водой и при активном перемешивании подают пар и раствор полимера. Растворитель испаряется и выводится из аппарата и потом повторно используется в процессе, а твердый ТЭП в виде мелких пористых хлопьев вместе с водой отправляется на установку сушки. Сначала эти хлопья задерживают на сетке как на дуршлаке. На фото как раз эта наклонная сетка типа «дуршлака»:

11. Затем мокрые хлопья отправляют в отжимные машины. Вот они на фото:

12. В них основная часть воды отжимается, а ТЭП в твердом виде и с малым содержанием воды досушивается в сушилках за счет обдува горячим воздухом. Вот так выглядят эти сушилки. Совершеннейший стимпанк, не так ли?

13. Всё. Готовый продукт получен.

14. Осталось его упаковать. Для этого применяются разные упаковочные машины – от полиэтиленовых мешков весом 15кг до больших «биг-бегов» весом в 800 кг. На фото упаковка в маленькие мешки по15 кг:

15. А это упаковка в большие биг-беги:

16. Как и любой товар, до продажи готовый ТЭП нужно где-то хранить.

17. Перемещаемся на склад. Сюда же с помощью погрузчиков перемещают и готовую продукцию.

18. Которая, кстати, уже находит своего потребителя. Первым стала компания «ТехноНИКОЛЬ». Это крупнейший производитель и поставщик кровельных, гидроизоляционных и теплоизоляционных материалов. При этом ВСК рассчитывает и на интерес к продукции со стороны дорожников. Термоэластопласты давно применяются во всем мире при производстве полимерно-битумных вяжущих (ПБВ) — одного из элементов верхнего слоя дорожного покрытия. Применение ПБВ обеспечивает увеличение межремонтных сроков службы покрытия дорог с 3–4 лет до 7–10 лет. Доля полимерно-битумных вяжущих в общем объеме потребления дорожных битумов в нашей стране за последние три года выросла с 1% до 3%, при этом она до сих пор существенно ниже, чем в других странах. Для сравнения, в Германии этот показатель превышает 30%.

19. Отгрузка потребителю.

Вот такой, вкратце, технологический процесс. Бонусом еще несколько видов производства.

20. Колонны очистки бутадиена и осушки растворителей.
Они же на титульном фото.

21. Цех выделения продукта.

22. Многие километры труб…

23. Панорама производства.

24. Вот, в целом, и всё, что касается производства ТЭП-50. Но до кучи покажу, что еще попало в поле зрения моей камеры. Административно – бытовое здание с лабораторией.

25. Наверное, самый неизвестный памятник в Воронеже — товарищу Кирову у первой проходной ВСК.

26. Сотрудница. Заметил, что на ВСК очень молодой коллектив. Особенно относительно «классических» заводов.

27. Хотя, как я уже писал выше, ВСК — одно из старейших предприятий города (основан в 1932 году под вывеской СК-2) и имеет богатейшую историю. Впрочем, об этом сегодня я писать, пожалуй, не буду. Может, в следующий раз. Тем более, что в пресс-службе мне подарили раритетную книгу о истории завода буквально с момента строительства, когда левый берег Воронежа еще представлял собой практически степь. Персональное спасибо за книгу и экскурсию руководителю отдела корпоративных коммуникаций Ксении Барыниной и инженеру-технологу производства ТЭП-50 Роману Малинову.

Источник: блог Андрея Кирнова

MATSE 81: Materials In Today’s World

Нажмите, чтобы просмотреть расшифровку «Полимеры — Ускоренный курс химии №45».

Чарльз Дарвин был большим любителем бильярда. Он любил свой бильярдный стол. Это было одно из его ценных владений и одна из самых ценных вещей, которыми он владел. Ну, не сама таблица. На самом деле, именно шары были так ценны. Чистая слоновая кость, вырезанная из бивней слонов; только самые богатые могли позволить себе полный комплект. К счастью, он был женат на наследнице.

Для полного набора бильярдных шаров потребуется как минимум один, а возможно, и два полных слона из слоновой кости. Мысль о том, что в любом баре мира может быть бильярдный стол, доступный для игры каждому, а не то, чтобы выбежать из бара с карманами, набитыми ценной слоновой костью, звучала бы безумно. И бильярдная индустрия хорошо знала об этой проблеме. Бильярдные шары дорожали, слоны становились все реже. Таким образом, компания Phelan and Collender Pool Supply Company не руководствовалась экологическими соображениями и предлагала доллары любому, кто сможет найти материал-заменитель, который работает так же хорошо, как слоновая кость, но может производиться быстрее и устойчивее, чем мертвые слоны.

Изобретатель по имени Джон Уэсли Хаятт принял этот вызов. Он использовал нитроцеллюлозу, легковоспламеняющееся твердое вещество, созданное путем смешивания хлопка с азотной кислотой, чтобы создать твердую, блестящую белую сферу. Свойства были очень похожи на бильярдные шары из слоновой кости. Компания так и не дала ему приз. Но он запатентовал эту технику, используя ее для создания бильярдных шаров, клавиш пианино и даже зубов, и в процессе стал чертовски богатым. Кроме того, он в значительной степени создал индустрию, которая произвела все полимерные материалы, которые окружают вас прямо сейчас, и которые мы будем обсуждать сегодня в Crash Course Chemistry.Также слоны не вымерли, так что это плюс.

[Музыкальная тема]

Полимер, над которым работал Джон Хаятт, был, что неудивительно, довольно вшивым. Когда он был создан, он работал хорошо, но производственный процесс был опасен, потому что нитрированная целлюлоза могла взорваться на теплом ветру. Так что, к счастью, начали появляться некоторые замены. Замены с некоторыми названиями, которые вы, вероятно, узнаете, например, поливинилхлорид или ПВХ, бакелит, полистирол, полиэстер и нейлон.

Все это полимеры; огромные цепи или иногда D-сети повторяющихся органических единиц, называемых мономерами. У каждого полимера есть мономер, но все они относительно просты на базовом уровне одной единицы. Хитрость в том, что они связаны друг с другом с каждой стороны потенциально навсегда, хотя на самом деле цепи иногда состоят из сотен, иногда тысяч, а иногда и сотен тысяч единиц. Для того, чтобы сделать полимер, все, что вам нужно, это молекула, которая может легко соединиться с другой идентичной молекулой в точках.И самым простым из них является этен, также известный как этилен.

Это полимер, вы не удивитесь, если услышите, что это полиэтилен, о котором вы наверняка слышали. Мы поговорим подробнее о специфике чуть позже, но в основном из-за того, что пи-связи в двойной связи слабее, чем сигма-связи, их можно разорвать и добавить новые мономеры. Просто хочу отметить, что во избежание путаницы в полиэтилене есть звук “-ен”, правильно

.

, но это не алкен, потому что все эти двойные связи разрываются, образуя новые сигма-связи.Это полимеризованный алкен, но сама молекула представляет собой алкан. Это сбивает с толку, поэтому я подумал, что стоит указать. Теперь химики могут захотеть получить от своих полимеров много разных вещей; может быть, они хотят, чтобы он был эластичным, может быть, прочным, может быть, прозрачным, может быть, пригодным для вторичной переработки. Полиэтилен прозрачен и термопластичен, а это означает, что его можно расплавить и преобразовать. Сделать его пригодным для вторичной переработки.

Некоторые другие полимеры, такие как полиуретан или бакелит, являются термореактивными. Это означает, что они изменяются химически во время какого-то процесса отверждения и не могут быть расплавлены и реформированы.Полиэтилен можно фактически превратить в термореактивный полимер путем введения поперечных связей, в основном молекулярных мостиков между этими полимерными цепями. Любой сантехник, вероятно, слышал о трубах из сшитого этилена или PEX. Вот что это такое. Это экстра, супер сильный из-за этих перекрестных связей. Полиэтилен хорош еще и тем, что его прочность можно варьировать, изменяя размер молекул. Если им позволить полимеризоваться до тех пор, пока они не станут длиной в десятки тысяч мономеров, пластик, который они сформируют, будет полностью завязан в эти сверхдлинные цепи и будет чрезвычайно прочным.Вот почему этот HDPE, полиэтилен высокой плотности, является прочной бутылкой. Хотя он намного мягче, это полиэтилен низкой плотности. Однако эти сверхдлинные цепи также делают его намного более вязким при нагревании и, следовательно, более трудным для обработки. Он также теряет часть своей непрозрачности и становится более молочно-белым. Сейчас полиэтилен отличный. Это действительно здорово. Так здорово, что это самый распространенный пластик в мире. Мы производим более миллиона тонн в год. Но мы хотим многого от нашего пластика — прочности, цвета, эластичности, устойчивости, возможности вторичной переработки — нам нужно все, от упаковочной пленки до автомобильных шин.Все это черты, над созданием которых химики неустанно работали в начале и середине 20 века и над которыми продолжают работать даже сегодня.

Одним из первых методов, которые они использовали для получения новых свойств, было изменение заместителей в мономере этилена. Просто посмотрите, что произойдет. Например, что, если мы заменим один из атомов водорода на хлор? Ну, вы получаете полихлорэтен, мы его так не называем.

Итак, помните, что бензол, присоединенный к цепи, представляет собой фенильную группу, и что эти два слова никак не связаны друг с другом? То же самое относится и к функциональной группе этена, которая называется винильной группой.Это старое слово, очень старое, оно происходит от греческого слова «вино». И именно поэтому хлорэтен чаще называют винилхлоридом. А полихлорэтилен чаще называют поливинилхлоридом или ПВХ. Вот из чего сделана эта маленькая уточка, а также из чего сделаны пластинки, вот почему мы называем их винилом.

Что происходит, когда мы заменяем водород на метильную группу?

Ну, тогда вдруг эта молекула оказывается пропиленом или, если пользоваться старыми способами, пропиленом.И да, если его полимеризовать, он станет полипропиленом. Если один из атомов водорода заменить фенильной группой, это химическое вещество впервые было получено из деревьев семейства стираксовых, поэтому оно называется стиролом. Полимеризуйте его, полистирол. Сделай из него пенопласт, пенопласт. Теперь, если вы замените все четыре атома водорода на основе этилена фтором, он станет тетрафторэтиленом. Полимеризуйте это, и вместо атомов водорода этот полимер будет полностью связан с фтором. Фтор, как мы могли догадаться по его месту в периодической таблице, любит электроны.Он чрезвычайно электроотрицательный. Но из-за того, что он так крепко держится за свои электроны и так доволен этой полимеризованной цепью, электроны недоступны даже для минимального взаимодействия с любыми другими молекулами. Я не просто говорю, что на этот материал очень трудно реагировать, или что он действительно стабилен. Дело даже не в том, что электроны недоступны для таких взаимодействий, которые заставляют вещи прилипать друг к другу или вызывают трение. Вот почему вы слышали о полимеризованном тетрафторэтилене, потому что он очень полезен, будь то аббревиатура PTFE или торговая марка Teflon.

Так как же мы на самом деле делаем эти вещи? Итак, полимеры на основе этилена образуются в процессе, называемом аддитивной полимеризацией. Мономеры просто добавляются вместе, и никаких побочных продуктов не образуется. Чтобы запустить процесс, вам нужно ввести свободный радикал. Для меня это всегда звучало как сумасшедший борец за свободу, бросающийся в бой, не особенно задумываясь о том, что произойдет после того, как он будет поглощен перестрелкой. И, это своего рода то, что они есть. Свободные радикалы — это атомы или ионы, имеющие один неспаренный электрон.Это безумно нестабильно. По сути, это похоже на то, что половина ковалентной связи свисает с атома. Везде, где это может образовать связь, это создаст связь. А в случае аддитивной полимеризации он атакует двойную связь и присоединяется к одному из атомов углерода, в то время как другой углерод сам остается с неспаренным электроном.

Сама молекула теперь является вновь образованным свободным радикалом, и он атакует другую близлежащую пи-связь, соединяясь с другой молекулой этилена, образуя другой радикал. Этот процесс продолжается до тех пор, пока два радикала не встретятся друг с другом, поглощая оба свободных радикала, не производя больше, тем самым завершая полимеризацию.Существуют, конечно, и другие виды полимеризации. Иногда гидроксильная группа одной молекулы счастлива соединиться с водородом другой, образуя воду. Вода отделится как побочный продукт, оставив две молекулы связанными вместе. Это часто происходит, когда аминогруппа со слабо удерживаемым водородом встречается с карбоновой кислотой со слабо удерживаемой группой -ОН. Это именно то, что происходит, когда гексаметилендиамин встречается с адипиновой кислотой, образуя другой фирменный полимер, нейлон. Растворяя гексаметилендиамин и адипиновую кислоту в двух разных несмешивающихся или несмешиваемых растворителях, мы фактически получаем нейлон прямо здесь.Нейлон образуется на границе раздела двух несмешивающихся жидкостей. И мы можем буквально схватить его и вытащить из флакона, скручивая и наматывая, пока не получим хороший нейлоновый шарик. Это работает, потому что гексаметилендиамин имеет аминогруппу на каждом конце, а адипиновая кислота имеет карбоновую кислоту на обоих концах. Таким образом, когда образуется двухмономерная единица, называемая димером, на одном конце все еще остается карбоновая кислота, а на другом — аминогруппа, что позволяет проводить дальнейшую полимеризацию. Эта конденсационная полимеризация аминокислот также позволяет создавать, возможно, самые важные полимеры на планете; природные полимеры создаются внутри вас прямо сейчас из мономеров, которые мы называем аминокислотами.

Вы видели это?

Аминокислоты полимеризуются в результате реакций конденсации, руководствуясь кодом в вашей ДНК и некоторыми очень сложными ферментами, чтобы сформировать вас. Другие важные полимеры в вашем теле включают полисахариды, которые мы используем для хранения энергии; и да, ДНК и РНК, которые мы используем для кодирования информации для формирования белков.

Но это было бы возвращением к биологии, а это совсем другой ускоренный курс. Который, чтобы быть ясным, доступен, если вы хотите его посмотреть.

И спасибо, что посмотрели этот выпуск Ускоренного курса химии, из него вы узнали: первый коммерческий полимер спас жизнь множеству слонов. Этот этен иногда называют этиленом. И что огромное разнообразие полимеров основано на реакции присоединения мономеров на основе этилена, включая тефлон. Что так без трения из-за чрезвычайной электроотрицательности фтора. Вы также узнали, как работают реакции аддитивной полимеризации. И что другие полимеры образуются в результате реакций конденсации.Включая полимеризацию мономеров аминокислот, которые вместе с другими полимерами, такими как ДНК, РНК и гликоген, составляют большую часть того, что вы из себя представляете.

Этот выпуск «Ускоренного курса» был написан мной, Хэнком Грином, под редакцией Блейка де Пастино, а нашим консультантом по химии была доктор Хайко Лангнер. Его снял, отредактировал и поставил Николас Дженкинс. Нашим руководителем сценария был Стефан Чин. Нашим звуковым дизайнером был Майкл Аранда. А наша графическая команда — это Thought Café.

Полимеры

16.6 полимеров

Цели обучения

  1. Дайте определение терминам мономер и полимер .
  2. Изобразите структуру полимера по его мономеру.

Среди других приложений органическая химия оказала огромное влияние на разработку современных материалов, называемых полимерами. Многие предметы повседневной жизни состоят из полимеров; любопытно, как и несколько важных биологических материалов.

Рассмотрим молекулу с двойной связью, такую ​​как этилен:

Представьте себе связь между атомами углерода, открывающимися и атакующими другую молекулу этилена:

Теперь представьте себе, что двойная связь второй молекулы этилена размыкается и атакует третью молекулу этилена, которая также размыкает свою двойную связь и атакует четвертую молекулу этилена, и так далее.Конечным результатом является длинная, практически бесконечная молекула:

.

Эта длинная, почти непрерывная молекула называется полимером. Длинная молекула состоит из сотен или тысяч повторяющихся звеньев. (от греческого «много частей»). Исходная часть — этилен — называется мономером. Повторяющееся звено полимера. (что означает «одна часть»). Процесс получения полимера называется полимеризацией. Процесс получения полимера. Примером макромолекулы является полимер , название, данное большой молекуле.

Простые полимеры названы в честь их мономеров; полимер этилена формально называется полиэтиленом, хотя обычно названия используются без круглых скобок: полиэтилен. Поскольку добавление одного мономера к другому образует этот полимер, полиэтилен является примером типа полимера, называемого аддитивными полимерами . На рис. 16.5 «Некоторые мономеры и их аддитивные полимеры» перечислены некоторые аддитивные полимеры и их мономеры. Один из них, поли(этиленоксид), возникает не в результате раскрытия двойной связи, а в результате раскрытия кольца в мономере; однако концепция связывания с другими мономерами такая же.

Рисунок 16.5 Некоторые мономеры и полимеры их присоединения

Пример 13

Нарисуйте полимер, полученный в результате полимеризации тетрафторэтилена.

Решение

В случае этого мономера двойная связь раскрывается и присоединяется к другим мономерам, как и в случае с этиленом. Полученный полимер имеет следующую структуру:

.

Проверь себя

Нарисуйте полимер, полученный в результате полимеризации винилхлорида.

Ответить

Другим типом полимера является конденсационный полимер , который представляет собой полимер, полученный, когда два разных мономера реагируют вместе и выделяют какую-то другую маленькую молекулу в качестве продукта. Мы уже видели пример этого при образовании амидной связи:

Здесь H 2 O высвобождается, когда концы молекул реагируют с образованием полимера.

К конденсационным полимерам относятся сополимеры , полимеры, изготовленные из более чем одного типа мономера.Например, этилен и пропилен можно объединить в полимер, представляющий собой смесь двух мономеров. Распространенная форма синтетического каучука, называемая бутадиен-стирольным каучуком (SBR), состоит из двух мономеров: стирола и бутадиена:

.

Физические и химические свойства полимеров сильно различаются в зависимости от их мономеров, структуры и добавок. Среди других свойств, которые можно изменить на основе этих факторов, можно назвать растворимость в H 2 O и других растворителях, температуру плавления, воспламеняемость, цвет, твердость, прозрачность, толщину пленки, смачиваемость, поверхностное трение, формуемость и размер частиц. список можно продолжить.

Вариантов использования полимеров слишком много, чтобы их можно было рассмотреть. Все, что вы могли бы описать как «пластик», скорее всего, является полимером. Полимеры используются для изготовления всего, от зубных щеток до компьютерных корпусов и автомобильных деталей. Многие клеи на эпоксидной основе представляют собой конденсационные полимеры, которые прочно прилипают к другим поверхностям. Полиуретановые краски и покрытия представляют собой полимеры, как и полиэфирные ткани, используемые для изготовления одежды. Нейлон, дакрон и майлар являются полимерами (фактически и дакрон, и майлар являются формами полиэтилентерефталата [ПЭТФ]).Продукт, известный как Saran Wrap, изначально был изготовлен из поли(винилиденхлорида) Saran, который был относительно непроницаем для кислорода и мог использоваться в качестве барьера для сохранения свежести продуктов. (С тех пор его заменили полиэтиленом, который не так непроницаем для кислорода воздуха.) Поли(винилхлорид) является третьим наиболее производимым полимером [после полиэтилена и поли(пропилена)] и используется для изготовления всего из пластиковые трубки для деталей автомобильных двигателей, водопроводные трубы для игрушек, напольные покрытия для водяных кроватей и бассейнов.

Все полимеры, которые мы до сих пор рассматривали, основаны на основе (в основном) углерода. Существует еще один класс полимеров, основанных на скелете из атомов Si и O; эти полимеры называются силиконами. Полимер на основе кремния и кислорода. К атомам Si присоединены органические группы, поэтому эти полимеры все еще являются органическими. Один из примеров силикона:

.

Силиконы используются для изготовления масел и смазок; они используются в качестве герметиков для стеклянных объектов (например, аквариумов) и пленок для гидроизоляции объектов.Твердые силиконы термостойкие и эластичные и используются для изготовления посуды и электроизоляции.

Некоторые очень важные биологические материалы представляют собой полимеры. Из трех основных пищевых групп полимеры представлены двумя: белками и углеводами. Белки представляют собой полимеры аминокислот, которые представляют собой мономеры, имеющие функциональную группу амина и функциональную группу карбоновой кислоты. Эти две группы реагируют с образованием конденсационного полимера, образуя амидную связь:

Белки образуются, когда сотни или даже тысячи аминокислот образуют амидные связи, образуя полимеры.Белки играют важнейшую роль в живых организмах.

Углевод представляет собой соединение общей формулы C n (H 2 O) n . Многие углеводы представляют собой относительно небольшие молекулы, такие как глюкоза:

Соединение сотен молекул глюкозы вместе дает относительно распространенный материал, известный как крахмал :

.

Крахмал является важным источником энергии в рационе человека.Обратите внимание, как отдельные единицы глюкозы соединяются вместе. Их также можно соединить другим способом, например:

.

Этот полимер известен как целлюлоза . Целлюлоза является основным компонентом клеточных стенок растений. Любопытно, что, несмотря на сходство строительных блоков, некоторые животные (например, люди) не могут переваривать целлюлозу; те животные, которые могут переваривать целлюлозу, обычно полагаются на симбиотические бактерии в пищеварительном тракте для фактического пищеварения. У животных нет надлежащих ферментов для расщепления единиц глюкозы в целлюлозе, поэтому она проходит через пищеварительный тракт и считается пищевыми волокнами .

Дезоксирибонуклеиновая кислота ( ДНК ) и рибонуклеиновая кислота ( РНК ) также являются полимерами, состоящими из длинных трехчастных цепей, состоящих из фосфатных групп, сахаров с 5 атомами углерода (рибоза или дезоксирибоза) и N -содержащие кольца, называемые основаниями. Каждая комбинация трех частей называется нуклеотидом; ДНК и РНК представляют собой полимеры нуклеотидов, которые имеют довольно сложную, но интересную структуру (рис. 16.6 «Нуклеотиды»).ДНК является основным материалом в хромосомах и непосредственно отвечает за наследственность, тогда как РНК является важным веществом в синтезе белка.

Ключевые выводы

  • Полимеры представляют собой длинные молекулы, состоящие из цепочек звеньев, называемых мономерами.
  • Некоторые важные биологические полимеры включают белки, крахмал, целлюлозу и ДНК.

Упражнения

  1. Объясните связь между мономером и полимером.

  2. Должна ли мономер иметь двойную связь для образования полимера? Приведите пример, иллюстрирующий ваш ответ.

  3. Нарисуйте полимер, сделанный из этого мономера.

  4. Нарисуйте полимер, сделанный из этого мономера.

  5. В чем разница между полимером присоединения и полимером конденсации?

  6. В чем разница между конденсационным полимером и сополимером?

  7. Перечислите три свойства полимеров, которые сильно различаются в зависимости от состава.

  8. Перечислите три применения полимеров.

  9. Нарисуйте силикон, сделанный из этого мономера.

  10. Нарисуйте силикон, сделанный из этого мономера.

  11. Объясните, почему крахмал является полимером.

  12. В чем разница между крахмалом и целлюлозой?

  13. Объясните, почему белок является полимером.

  14. Из каких частей состоит ДНК?

Ответы

  1. Полимер представляет собой множество связанных друг с другом мономеров.

  2. В аддитивном полимере ни одна малая молекула не выделяется в качестве продукта, тогда как в конденсационном полимере небольшие части каждого мономера выделяются в виде небольшой молекулы.

  3. растворимость в H 2 O и других растворителях, температура плавления, воспламеняемость, цвет, твердость, прозрачность, толщина пленки, смачиваемость, поверхностное трение, формуемость и размер частиц (ответы могут быть разными)

  4. Крахмал состоит из множества единиц мономера глюкозы.

  5. Белки представляют собой полимеры аминокислот, которые действуют как мономеры.

Полимеры

Переработанный пластик
Код вторичной переработки Аббревиатура и химическое название пластика Типы использования и примеры
1 ПЭТ – полиэтилентерефталат  Прозрачный напиток, 2 л. бутылки
2 HDPE – полиэтилен высокой плотности Кувшины для молока, бутылки для моющих средств, несколько бутылок с водой
3 ПВХ – поливинилхлорид  Сарановая пленка, пластиковая дренажная трубка, занавески для душа, несколько бутылок с водой
4 LDPE – полиэтилен низкой плотности  Пластиковые пакеты, пакеты для одежды, крышки от кофейных банок
5 ПП – полипропилен  Крышки для аэрозольных баллонов, жесткий флакон крышки, фантики,
донышки бутылок
6 ПС – Полистирол Стаканы из твердого прозрачного пластика, пенопласт чашки, столовые приборы,
гастрономические контейнеры, упаковка для попкорна
7 Другое  Биоразлагаемый, некоторая упаковка попкорн
Полимеры

Введение:

Полимеры представляют собой длинноцепочечные гигантские органические молекулы. собраны из множества более мелких молекул, называемых мономерами . Полимеры состоят из множества повторяющихся мономерных звеньев в длинных цепи. Полимер аналогичен ожерелью из множества мелких бисер (мономеры).

Другим распространенным названием многих синтетических полимеров является пластик . происходит от греческого слова «пластикос», подходящего для лепки или формовки. Многие предметы повседневного использования из упаковки, упаковочные и строительные материалы включают половину всех полимеров синтезированный.Другое использование включает текстиль, телевизоры, компакт-диски, автомобили, и многие другие все сделаны из полимеров.

Четверть твердых бытовых отходов составляют пластиковые материалы – некоторые из которых могут быть переработаны, как показано в таблице на левый.

 

 

Типы полимеров:

Существует множество типов полимеров, включая синтетические и натуральные. полимеры.

Натуральные полимеры обсуждаются на других веб-страницах и включают:
Белки – шелк, коллаген, кератин.
Углеводы – целлюлоза, крахмал, гликоген
ДНК – РНК

Прочие природные полимеры: Каучук (углеводородная основа) и силиконы (чередование кремния и кислорода).

Классификация полимеров:
Гомополимеры – состоят из цепей с идентичные связующие звенья для каждого мономерного звена.Обычно это подразумевает, что полимер состоит из всех одинаковых молекул мономера.
Они могут быть представлены как: -[A-A-A-A-A-A]-
Сополимеры – состоят из цепочек с двумя или более связей, обычно подразумевающих два или более разных типа мономерных звеньев.
Они могут быть представлены как: -[A-B-A-B-A-B]-

 

Полимеры дополнительно классифицируются по способу реакции полимеризации, к ним относятся:

 

Аддитивные полимеры – молекулы мономера связываются друг с другом другие без потери каких-либо других атомов.Алкеновые мономеры самые большие группы полимеров в этом классе.

 

Конденсационные полимеры – обычно два разных мономера сочетаются с потерей небольшой молекулы, обычно воды. Полиэфиры и полиамиды (нейлон) относятся к этому классу полимеров. Полиуретан Пена в графике.

 

Классификация на основе физических свойств, связанных с обогрев:

 

Термопласты – пластмассы, размягчающиеся при нагревании и снова становятся твердыми при охлаждении.Это более популярный вид пластмассы, потому что нагрев и охлаждение могут повторяться.

 

Реактопласты – пластмассы, которые размягчаются при нагревании и могут формоваться, но затвердевать постоянно. Они разлагаются при повторном нагревании. Примером может служить бакелит, который используется в тостерах, ручках для кастрюли и сковородки, посуда, электрические розетки и бильярдные шары.

Полимер против пластика: что такое полимер и как изготавливается пластик?

Что такое полимер? Что такое пластмассы?

Вот простое объяснение разницы между полимерами и пластмассами.

Является ли пластик полимером?

Все пластмассы являются полимерами, но не все полимеры являются пластмассами. Пластик – это особый тип полимера. Пластмассы синтетические и не встречаются в природе.

Имея это в виду, мы можем углубиться в определения.

Различия между полимером и пластиком?

Термины полимер и пластик не совпадают. Пластик — это особый тип полимера, состоящий из длинной цепочки полимеров. Полимеры, с другой стороны, состоят из однородных молекул, которые меньше, чем молекулы пластика.

Что такое полимеры?

Полимеры могут быть как природными, так и синтетическими и образуются, когда небольшие молекулы, также известные как мономеры, химически объединяются, образуя более крупную сеть связанных молекул.Термин происходит от греческого префикса «поли-», что означает «много», и суффикса «-мер», что означает «части».

Эти сети уникальны тем, что каждый полимер создает сеть повторяющихся звеньев. Например, повторяющимся звеном в химической структуре натурального каучука является изопрен. На изображении ниже вы можете увидеть повторяющиеся звенья изопрена после того, как изопрен превратился в натуральный каучук.

Химическая структура натурального каучука. Обратите внимание на повторяющиеся единицы изопрена.

Повторяющиеся звенья в полимерах часто представляют собой углерод и водород, а иногда кислород, азот, серу, хлор, фтор, фосфор и кремний.

Производство с использованием пластмасс и полимеров

В настоящее время многие продукты перерабатываются в материалы на основе пластика и полимера из-за экономии средств и повышения эффективности. Если вы ищете нового партнера-производителя, который поможет вам разработать пластиковый продукт, свяжитесь с нами или перейдите на нашу страницу литья пластмасс для получения более подробной информации о наших услугах литья пластмасс.

ЗАПРОСИТЬ ЦЕНУ СЕГОДНЯ

Из чего состоит полимерный пластик?

Наиболее известные пластиковые полимеры, включая полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), эпоксидную смолу и полиэстер (ПС), получают из нефтяных углеводородов. Эти материалы используются в различных областях. Тем не менее, они представляют проблему переработки и утилизации в конце срока службы, поскольку они не легко ломаются. Существует большой толчок к разработке экологически чистых полимеров с использованием биокомпозитов (также известных как зеленые композиты), которые состоят из биоразлагаемых полимеров, включая полимеры, полученные из древесины, и недревесные волокна (солома, луб, листья, семена, трава).

Примеры природных полимеров

Ниже приведены примеры природных полимеров:

  • Резина
  • Шерсть
  • Белок
  • Хлопок
  • ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота)

На самом деле все формы жизни состоят из некоторой комбинации встречающихся в природе полимеров.

Что такое пластмассы? Как делают пластик?

Пластмассы — это особый тип синтетического полимера с большой молекулярной массой, структура которого в основном линейная — они напоминают спагетти с длинными цепочками.Первый синтетический пластик был создан в 1909 году для изготовления телефонных и электрических деталей и был известен как бакелит.

Промышленные полимеры называются термореактивными полимерами, если они представляют собой трехмерные сети, которые не плавятся после образования. Примером может служить эпоксидная смола, используемая в двухкомпонентных клеях.

Что такое промышленные/синтетические термопластичные полимеры?

Промышленные полимеры называются термопластичными полимерами, если они представляют собой одномерные цепи, которые можно расплавить.Большинство производимых полимеров являются термопластичными, что означает, что их можно нагревать и реформировать снова и снова. Это свойство позволяет их перерабатывать и использовать повторно.

Примеры синтетических термопластичных полимеров:

  • Бутылка из ПЭТ (полиэстера) / бутылка для воды
  • PE (полиэтиленовая) пленка / полиэтиленовые пакеты
  • Чашка PS (полистирол) / чашка из пенопласта
Это полиэтилен в виде гранул. Молекулярно ПЭ состоит из 2 атомов углерода и 1 атома водорода.

Полимер прочнее пластика?

Все пластмассы являются полимерами, но не все полимеры являются пластмассами. Пластик представляет собой полимер, обычно изготавливаемый из нефти, и имеет широкий диапазон прочности. Полимеры могут варьироваться по «прочности» от миски для боулинга до продуктового пакета. Что сильнее? Ответ: это зависит! Как вы определяете силу и как вы сравниваете два отдельных предмета с разным химическим составом.

Характеристики полимера

Каждый тип полимера имеет свои отличительные характеристики, но вот некоторые общие характеристики:

  1. Стойкий к химическим веществам
  2. Тепловые и электрические изоляторы
  3. Легкий и прочный
  4. Несколько технологических процессов, включая экструзию, литье под давлением, выдувное формование и т. д.
  5. На нефтяной основе (обычно, но не всегда)
  6. Разнообразные и уникальные области применения: пластмассы изменили наш образ жизни, от медицины до автомобилей и наших домов

Отрицательные стороны использования синтетических полимеров

Несмотря на то, что пластик играет важную роль в нашей жизни, у него есть несколько недостатков:

  1. Изготовлено из невозобновляемых ресурсов сырой нефти
  2. При сжигании выделяется ядовитый дым
  3. Материалы, не подлежащие вторичной переработке, трудно использовать повторно, и они не разлагаются на свалках

Чтобы решить проблему конечного использования этого прочного материала, RSP применяет ряд экологически безопасных технологий.Мы используем переработанный и переработанный пластик из океана и используем такие добавки, как натуральные волокна из конопли и риса, а также натуральные вещества, которые способствуют биологическому разложению пластика на свалках.

Если у вас есть дополнительные вопросы или вы хотите узнать больше о выборе подходящего материала для вашего продукта, свяжитесь с нами сегодня!

Полимеры – Керамика, полимеры и композиты – KS3 Chemistry Revision

Полимеры образуются в результате химических реакций, в ходе которых множество маленьких молекул соединяются вместе, образуя длинные молекулы.Например, молекула поли(этилена) получается путем соединения тысяч молекул этилена. Подобные длинные молекулы придают полимерам их свойства.

Молекулы этилена соединяются вместе, образуя длинные молекулы полиэтилена.

Свойства полимеров

Полимеры часто имеют эти общие свойства. К ним относятся:

  • химически неактивные
  • твердые вещества при комнатной температуре
  • пластмассы – им можно придать форму
  • электрические изоляторы
  • прочные и износостойкие

Что делает их подходящими для этих применений:

Имя полимера Типичное использование Свойства
Poly (этен) или полиэтилена полиэтиленовые пакеты Сильные и жесткие и надежные
PVC Водопроводные трубы Сильные, тяжелые, химически нереактивные
PVC внешний слой электрических проводов электрический изолятор, жесткости
Neylon Одежда может быть сделано в волокна, прочная и гибкая
Лайкра Спортивная одежда Банка быть превращены в волокна, очень эластичные и прочные

Некоторые полимеры твердые и жесткие, например, полимер, используемый для изготовления этой электрической розетки

Полимерные проблемы

Полимеры обычно химически неактивны.Это полезное свойство, поскольку оно означает, что пластиковые бутылки не будут вступать в реакцию с их содержимым. К сожалению, это затрудняет утилизацию полимеров. Они не гниют очень быстро и могут вызвать проблемы с подстилкой.

Что такое пластмассы и как изготавливаются пластмассы?

Когда вы смотрите телевизор, пользуетесь компьютером, едете в автобусе, поезде или самолете, вы используете пластик. Когда вы идете к врачу или в больницу или делаете покупки в продуктовом магазине, вы снова полагаетесь на пластик.

Итак, откуда берется пластмасса… и что это такое?

Пластмассы получают из природных материалов, таких как природный газ, нефть, уголь, полезные ископаемые и растения. Самые первые пластмассы были созданы природой — знаете ли вы, что каучук из каучукового дерева на самом деле является пластмассой?

Интерес к производству пластика возник в 1800-х годах для замены дефицитных материалов, таких как слоновая кость и панцирь черепахи. Первые синтетические пластмассы были получены из целлюлозы, вещества, содержащегося в растениях и деревьях.Целлюлозу нагревали с помощью химикатов, в результате чего был получен новый материал, который был чрезвычайно прочным.

Сырье для современных пластмасс поступает из многих мест (некоторые даже используют соль!), но большинство пластмасс можно производить из углеводородов, которые легко доступны в виде природного газа, нефти и угля.

Что такое пластмассы: химия

Химия пластмасс может быть сложной, но ее основы просты. Вспомните школьные уроки естествознания об атомах и молекулах (группах атомов).Пластмассы — это просто цепочки одинаковых молекул, соединенных вместе. Эти цепи называются полимерами. Вот почему многие пластмассы начинаются с «поли», например полиэтилен, полистирол и полипропилен. Полимеры часто состоят из углерода и водорода, а иногда и из кислорода, азота, серы, хлора, фтора, фосфора или кремния.

Термин «пластик» охватывает все эти различные полимеры.

Несмотря на то, что существует множество полимеров, пластмассы в целом легкие и имеют значительную степень прочности.Пластмассы могут формоваться, экструдироваться, отливаться и выдуваться в кажущиеся безграничными формы и пленки или пены или даже вытягиваться в волокна для текстиля. Многие типы покрытий, герметиков и клеев на самом деле тоже являются пластмассами.

Дополнительная литература: Все о пластиковых типах

макромолекул

макромолекул Макромолекулы

До сих пор мы рассматривали только малые молекулы. Многие из молекул, важных для биологических процессов, ОГРОМНЫ. Эти известны как макромолекулы. Большинство макромолекул представляют собой полимеры, т. длинные цепочки субъединиц, называемые мономерами.Эти субъединицы часто очень похожи друг на друга, и при всем многообразии полимеров (и живых вещи в целом) есть только около 40 – 50 общих мономеров.

Изготовление и разрушение полимеров

Соединение двух мономеров достигается с помощью процесса, известного как дегидратационный синтез. Один мономер отдает гидроксильную (ОН) группу, а другой дает (H). Они объединяются, чтобы сделать молекулу воды. Отсюда и название дегидратация синтез.

Полимеры разрушаются в процессе, известном как гидролиз . Связи между мономерами разрываются при добавлении воды. (3.3, стр. 36)

Существует четыре основные категории органических соединений. в живых клетках.

Углеводы

Углеводы – это сахара и их полимеры. Простой сахара называются моносахаридами . Они могут быть соединены с образованием полисахаридов (3.5, стр. 38). Глюкоза является важным моносахаридом. Сахароза, дисахарид (состоящий из двух моносахаридов), столовый сахар.(Обратите внимание на окончание “ose” характерны для большинства сахаров.)

Полисахариды могут быть получены из тысяч простых сахаров связаны вместе. Эти большие молекулы могут быть использованы для хранения энергии. или для структуры. Сначала пара примеров хранения:

Крахмал – запасной полисахарид растений. Его представляет собой гигантскую нить глюкозы. Растение может использовать энергию крахмала сначала гидролизуя его, делая глюкозу доступной. Большинство животных могут также гидролизуют крахмал. Вот почему мы его едим.

Животные хранят гликоген в качестве запаса глюкозы. Он хранится в печени и мышцах. (3.7, стр. 39)

И несколько примеров структурных углеводов:

Целлюлоза представляет собой полисахарид, вырабатываемый растениями. Это компонент клеточных стенок. Целлюлоза также является нитью глюкозы. молекулы. Поскольку глюкоза соединена вместе по-разному, целлюлоза имеет другую форму и, следовательно, другие свойства, чем крахмал или гликоген. Ферменты (мы скоро узнаем о них больше), которые используются для гидролиза крахмала не действуют на целлюлозу.Большинство организмов не могут переваривать целлюлозы и проходит прямо через них (грубый корм). Козы и термиты на самом деле не переваривают целлюлозу, у них есть бактерии, которые делают это за них.

Хитин является важным полисахаридом, используемым для производства экзоскелеты членистоногих.

Липиды

Все липиды сходны в том, что они (по крайней мере частично) гидрофобный . Существует три важных семейства липидов: жиры, фосфолипиды и стероиды.

Жиры

Жиры представляют собой большие молекулы, состоящие из молекул двух типов: глицерин и некоторые жирные кислоты.Жирная кислота имеет длинную цепь углерод и водород, обычно называемый углеводородным хвостом, с головка карбоксильной группы. (Карбоксильная группа поэтому ее называют кислотой). Глицерин имеет три атома углерода (3.8b, стр. 40), поэтому он может содержать три жирные кислоты. Это могут быть одинаковые три или разные. Это расположение трех почему жиры называют триглицеридами.

Жиры могут быть насыщенными и ненасыщенными. Это связано с количество водорода в хвосте. Ненасыщенные жирные кислоты содержат некоторое количество водорода отсутствуют, их заменяют двойные связи.Двойная связь дает жирную кислотный излом (3.8c, стр. 40). Насыщенные жиры твердые при комнатной температуре и происходят от животных, ненасыщенные жиры происходят от растений и являются жидкими при комнатной температуре.

Жиры используются в качестве хранилища энергии высокой плотности у животных и в растениях (семенах). Его также можно использовать для изоляции животных.

Фосфолипиды

Фосфолипиды похожи на жиры, но содержат две жирные кислоты и фосфатная группа присоединена к глицерину. Хвосты жирных кислот гидрофобны. но фосфатная часть гидрофильна.Это важная особенность эти молекулы.

Подробнее о фосфолипидах, когда мы рассмотрим структуру мембраны.

Стероиды

Стероиды также являются липидами, но имеют углеродный скелет из четырех соединенных колец (здесь нет глицерина) (3.9, стр. 41). Разные свойства различных стероидов обусловлены присоединенными функциональными группами. Холестерин — это стероид, который можно модифицировать для образования многих гормонов.

Белки

Белки чрезвычайно важны.Они большие, сложные молекулы, которые используются для структурной поддержки, хранения, для транспортировки веществ, и как ферменты. Это сложная, разнообразная группа молекул, однако все они представляют собой полимеры всего из 20 аминокислот.

Аминокислоты имеют углерод, присоединенный к водороду, амино группа, карбоксильная группа и что-то еще (R). Это что-то другое которые придают аминокислоте ее характеристики (3.12a&b, стр. 42).

Аминокислоты соединены между собой пептидными связями (дегидратация синтез) (3.13, стр. 43). Полипептидные цепи представляют собой цепочки аминокислот, соединены пептидными связями.

Белки образуются путем скручивания одного или нескольких полипептидов цепи. Именно форма или конформация белка придает ему его свойства. Различают четыре уровня структуры белка.

Первичная структура представляет собой уникальную серию амино кислоты. Вторичная структура является результатом водородных связей вдоль цепь, которая вызывает повторяющиеся спиральные или сложенные узоры. третичный структура накладывается на вторичную структуру. это нерегулярный искривления, образованные связыванием между группами R. Некоторые группы R амино кислоты имеют сульфгидрильные группы, которые образуют дисульфидные мостики. Четвертичная структура возникает, когда белок состоит из большего количества чем одна полипептидная субъединица (например, гемоглобин, который имеет четыре полипептидных субъединицы). Четвертичная структура представляет собой взаимосвязь этих субъединиц. (Рисунок на стр. 45 для краткого изложения) Когда структура белка была изменена мы говорим, что он был денатурирован.Денатурация происходит, когда водородные связи которые удерживают части молекулы от других частей, которые распадаются. Как правило в результате воздействия экстремальных значений pH или тепла. Некоторая денатурация обратима некоторые необратимы. Приготовление яиц денатурирует белки в яичных белках. Они не могут быть сырыми. Высокая температура может денатурировать белки (ферменты) в человеческое тело, которое может быть фатальным.

Нуклеиновые кислоты

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК) представляют собой полимеры нуклеотидов (3.20а, стр. 47). Позже мы узнаем больше подробно опишите роль этих нуклеиновых кислот в синтезе белка.

Нуклеотиды состоят из трех частей: фосфата, пентозы сахар и азотистое основание. Пентозный сахар ДНК представляет собой дезоксирибозу. Пентозный сахар РНК — рибоза.

ЯЧЕЙКИ

Все организмы состоят из клеток . Субклеточные структуры называются органеллами . Цитология — это изучение клеточной структуры. «Анатомия» клетки называется ее ультраструктурой .

Существует два типа клеток: прокариотические клетки и эукариотических клеток . Четыре из пяти царств, протисты, растения, грибы и животные состоят из эукариотических клеток. Другое королевство, Монера (бактерии и цианобактерии) состоит из прокариотических клеток. прокариотический клетки не имеют истинного ядра. У них есть генетический материал (ДНК), но он в области нуклеоида . ДНК эукариот находится в ядре который окружен мембранной ядерной оболочкой .Ядро эукариот окружен в клетке цитоплазмой . То органеллы расположены в цитоплазме. Многие органоиды, обнаружены у эукариот, но не обнаружены у прокариот.

Клетки обычно очень маленькие. Размер самого маленького клеток ограничивается минимальным количеством необходимого генетического материала. чтобы клетка продолжала работать. На большом конце размер ячейки ограничен прохождение материалов через плазматическую мембрану . Все ячейки заключены в плазматическую мембрану, и именно через эту мембрану все питательные вещества и отходы должны пройти.По мере роста трехмерного объекта по размеру площадь его поверхности не поспевает за объемом. Таким образом клетки достигают ограничение их максимального размера. Разделение различных клеточных функций в другие закрытые мембраной структуры позволяет клеткам большего размера. Это почему эукариотические клетки обычно крупнее прокариотических. Другой фактором, ограничивающим размер ячеек, является то, что ячейка должна контролироваться по ядру.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *