Синтетические полимеры это – Синтетические полимеры: свойства, производство, виды, применение

alexxlab | 28.11.2019 | 7 | Разное

Синтетические полимеры — свойства и применение

Синтетические полимеры – это семейство высокомолекулярных соединений, которые полностью синтезируются в результате прохождения химических реакций полимеризации. Природные и синтетические полимеры отличаются тем, что природные формируются естественным путем (к примеру, кожа, шерсть, шёлк, известь, цемент), а синтетические создаются из исходных веществ-мономеров. В современных условиях применение синтетических полимерных материалов является основой деятельности многих отраслей народного хозяйства и в целом оценивается как катализатор развития человеческой цивилизации.

Примеры и применение синтетических полимеров

Синтетические полимеры можно подразделить на следующие группы:

  • Термопласты (или пластмассы) – вещества, которые размягчаются при нагревании и застывают при охлаждении, не теряя при этом своих исходных свойств. Именно эта группа является наиболее значимой с точки зрения промышленности. К ней относятся такие широко применяемые полимеры, как полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен и другие. Сфера применения – крайне широкая: строительство, машиностроение, медицина, электроника, энергетика и практически любая другая отрасль экономики.
  • Реактопласты (или термореактивные полимеры) – вещества, которые при переработке в готовое изделие проходят необратимую трансформацию, и при повторном нагревании уже не размягчаются или деформируются, а разрушаются. Отличаются высокой твердостью и прочностью. Наиболее распространенные примеры – полиуретан, синтетические каучуки, а также вещества на основе эпоксидной или карбамидной смолы.

Мы рассмотрели базовую классификацию, однако существует целый ряд критериев, по которым можно классифицировать данные вещества. К примеру, можно выделять группы в зависимости от строения молекулярной структуры, молекулярной массы, участвующих в образовании макромолекулы мономерных звеньев и т.п. И по каждой группе можно привести интересные факты о синтетических полимерах, но в рамках данного краткого обзора это сделать мы, увы, не успеем.

Чем искусственные полимеры отличаются от синтетических?

Теперь разберемся, в чем состоит особенность синтетических полимеров. Как мы знаем, их синтезируют в искусственно созданных условиях, на базе мономеров. К примеру, этилен в естественном виде – это бесцветный газ, однако после реакции полимеризации на выходе получаются твёрдые гранулы полиэтилена. Главная особенность как раз и заключается в наличии возможности влиять на процесс полимеризации, а в итоге – и на свойства получаемого полимера:

  • Возможно введение дополнительных мономеров с целью получения сополимеров с улучшенными свойствами.
  • Имеется возможность модифицировать свойства вещества: к примеру, изменить его устойчивость к ударам или низким температурам.
  • Также осуществляется модификация технологических свойств: вязкости и текучести расплава, температуры размягчения и плавления и т.п.
  • Наконец, есть возможность модифицировать визуальные свойства: изменить цвет, сделать материал прозрачным, модифицировать его светопропускающие свойства.

То есть, обобщая, можно говорить о том, что естественные полимерные материалы даются в том виде, в котором их создала природа. Синтетические же человек научился полностью адаптировать под свои нужды и задачи. Поэтому в современных условиях синтетика часто замещает натуральные вещества. К примеру, искусственная полимерная кожа и синтетические волокна активно вытесняют натуральные аналоги, так как отличаются более выгодной ценой и более широким спектром возможных модификаций.

Рассматривая же негативные свойства синтетических полимеров, следует сказать об экологических рисках. Важное преимущество полимеров, их долговечность, оборачивается негативом, если к утилизации отработанных изделий подходят безответственно. Потому ключевым риском популярности синтетических полимеров на планете можно считать существенное загрязнение окружающей среды этими веществами.

unitreid-group.com

Синтетические полимеры | FluidsPro

Синтетические полимеры — это искусственные полимеры, синтезированные обычно из производных нефтепродуктов. В отличие от природных и модифицированных природных полимеров, синтетические полимеры «конструируют» из относительно малых молекул. Возможности создания новых полимеров практически не ограничены. Полимеры с заданными свойствами могут создаваться для применения почти в любых условиях. В зависимости от размера молекул и химического состава полимеры могут выполнять самые разнообразные функции.

Часто синтетические полимеры получают путем полимеризации замещенных этиленов. В процесса полимеризации происходит добавление этиленовых групп к концу полимерной цепочки. На рисунке показано добавление к полимерной цепочке произвольной функциональной группы «А»:

Обратите внимание на углерод-углеродный остов и неограниченные возможности замещения групп. Углерод-углеродный остов более стабилен, чем углерод-кислородный остов, обсуждавшийся ранее в разделе о полимерах на основе крахмала и целлюлозы. Углерод-углеродная связь устойчива к воздействию микроорганизмов, ее термостабильность превышает 700°F (371°C). Наиболее вероятно, что замещенные группы подвергнутся распаду раньше, чем углерод-углеродные связи.


ПОЛИАКРИЛАТ

Полимеризация акриловой кислоты с последующей нейтрализацией гидроксидом натрия позволяет получить полимер — натриевый полиакрилат (англ. сокл. SPA). Натриевый полиакрилат — это анионный полимер, который в зависимости от своего молекулярного веса может применяться в качестве дефлокулянта или регулятора водоотдачи.

При бурении скважины большое влияние на параметры раствора оказывает взаимодействие частиц шлама между собой. Флокуляция — естественное свойство растворов (см. Рис. 13). В результате флокуляции наблюдается общий рост реологических параметров раствора.

Натриевый полиакрилат с малым молекулярным весом (менее 10 000) действует как дефлокулянт. Он имеет ярко выраженный анионный характер и адсорбируется химически активными частицами шлама. Адсорбированный полимер нейтрализует положительные заряды агрегированных частиц, в результате частицы начинают отталкиваться друг от друга и происходит дефлокуляция. Эффективнее всего в качестве дефлокулянта выступают полимеры с небольшими молекулами. Коротким полимерам легче адсорбироваться на поверхности частиц глины и нейтрализовать эффект флокуляции, когда один полимер адсорбируется несколькими частицами (см. Рис. 14).

Многие компании-производители буровых растворов в качестве своего основного дефлокулянта для растворов с низким содержанием твердой фазы, недисперсных и иных полимерных растворов предлагают натриевый полиакрилат с низким молекулярным весом. Он может поставляться и в виде порошка, хотя обычно поставляется в виде жидкости.

Натриевый полиакрилат применяется в намного более низкой концентрации по сравнению с лигносульфонатами. Обычно концентрация этого полимера составляет от 0,25 до 1,0 фунта/баррель; этого достаточно для управления реологическими характеристиками раствора. Натриевый полиакрилат не чувствителен к уровню рН и устойчив при температуре до 500°F (260°C). Он наиболее эффективен в полимерных растворах, однако иногда используется самостоятельно в растворах для забуривания и при бурении геотермальных скважин.

Натриевый полиакрилат чувствителен к высоким концентрациям твердой фазы, так как он является ПАВ. Оптимальные условия для применения натриевого акрилата: емкость катионного обмена раствора до 20 фунтов/баррель бентонитового эквивалента, плотность раствора менее 12 фунтов/галлон (1,4 кг/л). TacKle*(компании M-I SWACO) так же чувствителен к уровню растворимого кальция, однако он эффективен и в растворах на основе морской воды.

 


СОПОЛИМЕРИЗАЦИЯ

До сих пор в данной главе обсуждались только гомополимеры, т.е. полимеры, полученные из одинаковых составных частей (мономеров). Сополимеры можно получить при полимеризации более чем одного мономера. Сополимер содержит два или более типов мономеров. Свойства сополимера могут отличаться от свойств, которыми обладают составляющие его мономеры. Добавление новых мономеров открывает огромные возможности по созданию полимеров. Для придания особых свойств конечному продукту можно использовать сразу несколько мономеров. Например, один мономер может придавать сополимеру устойчивость к высокой температуре, другой — использоваться как ингибитор глин.

Примером сополимера является добавка TacKle. Она состоит из двух мономеров: натриевого акрилата (как и в SPA) и мономера, известного в химической промышленности под названием AMPS (2-акриламидо-2- метилпропан сульфоновой кислоты). Мономер AMPS дает полимеру сульфонат-группу, способствующую повышению устойчивости к высокой температуре и твердой фазе, содержанию солей и жесткости воды. Сам по себе натриевый акрилат такими свойствами не обладает. AMPS — достаточно дорогой мономер, однако он эффективнее ПАЦ и модифицированного крахмала в части придания полимеру устойчивости к высокой температуре и загрязняющим примесям.

Благодаря мономеру AMPS, TacKle более устойчив к загрязнению и содержанию твердой фазы, нежели натриевый полиакрилат. Как и SPA, TacKle наиболее эффективен в полимерных системах с низким содержанием твердой фазы. В растворах с повышенным содержанием твердых частиц он не так хорошо контролирует вязкость. Однако TacKle более функционален в растворах на морской воде по сравнению с низкомолекулярным натриевым полиакрилатом.

SP-101*(Компании M-I SWACO) — это полиакрилат со средним молекулярным весом (±300 000), используемый в основном для контроля фильтрации. SP-101 устойчив при высокой температуре >400°F (204,4°C), поэтому часто используется в геотермальных скважинах. Как и TacKle, он не чувствителен к уровню рН и не подвержен биоразложению, но восприимчив к загрязнению растворимым кальцием. Для эффективного действия SP-101 рекомендуется поддерживать концентрацию кальция на уровне 300 мг/л и ниже. Оптимальная рабочая среда SP101 — это пресноводный раствор.

Наиболее часто SP-101 применяется в недиспергированных растворах с низким содержанием твердой фазы и в полимерных системах, таких как ЧГПАА (PHPA). В дополнение к контролю фильтрации, SP-101 стабилизирует буровой шлам. SP-101 присоединяется к частицам глины, формируя вокруг них оболочку. Иногда при первом добавлении SP-101 наблюдается резкий скачок вязкости. Затем, когда концентрация этого полимера постепенно стабилизируется и формирование оболочек вокруг частиц глины завершается, вязкость раствора снижается. Обычно концентрация SP-101 составляет около 1 фунта/ баррель, она может быть увеличена или снижена в зависимости от содержания твердых частиц. SP101 — эффективный дефлокулянт, особенно в скважинах с высокой температурой и в полимерных растворах.

Несмотря на то, что SP-101 не снижает вязкость как TacKle, он оказывает стабилизирующее действие на реологические характеристики раствора при концентрации выше 1 фунта/баррель. SP-101 — высокоэффективный стабилизатор реологических характеристик пресноводных буровых растворов, включая растворы с ЧГПАА, он применяется при бурении геотермальных скважин, в растворах с низкой концентрацией твердой фазы и недиспергированных растворах.


СОПОЛИМЕР ПОЛИАКРИЛАМИД / ПОЛИАКРИЛАТ

Этот сополимер часто называют частично гидролизованным полиакриламидом (ЧГПАА, англ. сокр. PHPA). Конечный продукт — ЧГПАА — тот же полимер, что образуется при сополимеризации полиакриламида/полиакрилата. Несмотря на то, что этот сополимер называют ЧГПАА, на самом деле он получается при сополимеризации мономеров акриламида и натриевого акрилата. Однако для простоты мы будем называть этот материал ЧГПАА.

Свойства ЧГПАА зависят от его молекулярного веса и от пропорции между группами карбоксила и амида. В чистом виде полиакриламид нерастворим, поэтому для придания ему растворимости в воде полиакриламид подвергается сополимеризации натриевым акрилатом. В результате сополимеризации образуется анионный полимер, растворимый в воде. Пропорция между содержанием натриевого полиакрилата и акриламида в начале процесса определяет пропорцию между двумя функциональными группами конечного продукта. Ниже показаны два мономера, из которых состоит данный сополимер.

Во время сополимеризации два мономера связываются друг с другом беспорядочно, образуя линейный углерод-углеродный остов. В результате группы карбоксила и амида беспорядочно распределены вдоль остова. Такой сополимер изображен на Рис. 18.

Обратите внимание, что благодаря углерод-углеродным связям полимер обладает великолепной термостабильностью и устойчивостью к воздействию микроорганизмов. Кроме того, следует отметить анионный характер полимера, т.е. его чувствительность к жесткости воды и катионным поверхностям глин.

POLY-PLUS*(компании M-I SWACO). Это наиболее части применяемый в буровых растворах ЧГПАА с высоким молекулярным весом; он состоит из 65–70% акриламида (остальные 35–30% составляет акрилат). Молекулярный вес доходит до 20 000 000. Poly-Plus применяется как ингибитор глин и обволакивающее средство для твердых частиц в растворах на основе пресной и морской воды, NaCl и KCl. Кроме ингибирования глин, Poly-Plus обволакивает частицы шлама и регулирует вязкость в пресноводных растворах.

Ингибирующее действие ЧГПАА заключается в присоединении полимера к частицам глины; тем самым предотвращается гидратация и диспергирование глин. Анионные карбоксил-группы соединяются с положительно заряженными краями частиц. Так как этот полимер обладает высоким молекулярным весом и сравнительно длинной полимерной цепью, он может соединяться с частицами глины в нескольких местах. Благодаря этому вдоль ствола скважины образуется защитное покрытие, ограничивающее контакт глины с водой.

Тот же эффект наблюдается и в отношении шлама. Полимер способствует изоляции частиц шлама, что позволяет более эффективно произвести очистку раствора на поверхности.

ЧГПАА оказывает стабилизирующее действие на глину благодаря загущению жидкой фазы раствора. ЧГПАА увеличивает вязкость фильтрата, тем самым ограничивая глубину проникновения фильтрата в породу. Несмотря на то, что вода может проникнуть в породу достаточно глубоко, из-за быстрого роста капиллярного давления густой полимерный фильтрат встречает достаточно большое сопротивление. Это и позволяет снизить количество содержащейся в фильтрате воды, доступной для гидратации глины. В дополнение к этому, ограничивается способность фильтрата проникать в небольшие трещины или плоскость разрыва глинистого пласта.

Как показали исследования, оптимальное соотношение между акриламидом и акрилатом в буровых растворах — 70:30. Такое отношение называют еще 30%-ым гидролизом. Было установлено, что полимеры с высоким молекулярным весом обволакивают частицы глины лучше, чем полимеры с низким молекулярным весом.

Как обсуждалось ранее, для придания полиакрилату растворимости необходимо подвергнуть его сополимеризации с натриевым акрилатом. Однако 100%-ый полиакрилат не обладает такими же ингибирующими свойствами, какими он обладает в пропорции 70:30. Даже при таком же высоком молекулярном весе для стабилизации глин желательно, чтобы пропорция между мономерами равнялась 70:30.

Считается, что полиакрилат с высоким молекулярным весом имеет слишком большое сродство с положительными зарядами частиц глины. Как и лигносульфонат, этот полимер соединяется с частицами глины в растворе и вдоль стенок скважины. В этот момент силы притяжения могут отдалить частицы глины друг от друга и вызвать дисперсию глины в растворе. Группа амида разводит анионные карбоксил-группы на некоторое расстояние от катионов на частицах глины. Если группы амидов и карбоксилов распределены по полимерной цепочке равномерно, большие размеры группы амида не позволяют карбоксил-группе подойти слишком близко к зарядам на поверхности глины и тем самым разрушить частицы.

Группа акриламида имеет сродство с поверхностью глины, хотя эта водородная связь слаба по сравнению с сильным ионным взаимодействием между карбоксил-группой и положительно заряженными краями частиц глины. Группа акриламида способна образовывать водородные связи на поверхности глины. Хотя такие связи слабее ионных связей, образующихся по соседству, они поддерживают взаимодействие между полимером и глиной и разводят свободные заряды на некоторое расстояние.

В среде с высоким содержанием соли ЧГПАА сохраняет способность стабилизировать глины, хотя для загущения раствора концентрацию ЧГПАА следует увеличить. По мере увеличения содержания соли снижается степень гидратации ЧГПАА, и полимер остается в свернутом состоянии. Это ведет к ухудшению свойств этого полимера в качестве загустителя. ЧГПАА сохраняет свои анионные свойства, тем не менее, он адсорбируется на стенках скважины.

При добавлении в соляной раствор необходимо увеличить концентрацию ЧГПАА, чтобы добиться обволакивающего эффекта и загущения фильтрата. Так как соляные растворы, особенно растворы на KCl, сами по себе обладают способностью стабилизировать неустойчивые глины, соляной раствор с ЧГПАА должен обладать исключительными стабилизирующими характеристиками. Соль или хлорид калия обладает хорошими стабилизирующими свойствами, а ЧГПАА увеличивает вязкость фильтрата, ограничивая глубину проникновения в пласт.

Один из недостатков ЧГПАА — это восприимчивость к уровню растворимого кальция. Как и полиакрилат, анионные карбоксилгруппы реагируют с кальцием. Этот недостаток особенно сильно проявляется в пресноводных системах, где кальций может осадить полимер ЧГПАА и твердые частицы, на которых он адсорбировался. В некоторых случаях ЧГПАА действует как флокулянт в присутствии кальция, особенно в буровых растворах с низким содержанием твердой фазы. При добавлении кальция в раствор с низкой концентрации твердых частиц начинается флокуляция; твердая фаза выпадает из раствора и образует осадок. В растворах с высоким содержанием твердой фазы при добавлении кальция начинается флокуляция, а вязкость раствора резко увеличивается.

В соляных растворах ЧГПАА остается в свернутом виде, он не так восприимчив к флокулирующему действию растворимого кальция; тем не менее, он восприимчив (хотя бы в некоторой степени) к Ca2+. Так как Ca2+ вступает в реакцию непосредственно с анионной частью полимера, она становится недоступна для защиты ствола скважины. Иными словами, чтобы преодолеть влияние кальция потребуется больше полимера.

В растворах с ЧГПАА рекомендуется поддерживать уровень растворимого кальция ниже 300 мг/л. Легче всего добиться этого в легких растворах с низким содержанием твердой фазы. При относительно высокой концентрации твердых частиц, например при плотности раствора более 10 фунтов/галлон и концентрации бентонита по MBT более 20 фунтов/ баррель бентонитового эквивалента, уровень кальция контролировать труднее. Для удаления кальция из раствора необходимо ввести источник карбонатов, например кальцинированную соду или питьевую соду, в результате чего может произойти флокуляция раствора.

Здесь уместно провести аналогию с магниевым загрязнением: магний тоже присоединяется к анионным карбоксил-группам. Для удаления магния из раствора необходимо поднять уровень рН до 10,0–10,5. Так как реакция, протекающая при данном уровне рН, является обратимой, рН следует поддерживать на этом уровне, иначе магний снова может стать растворимым. Растворы с ЧГПАА — это недиспергированные системы, поэтому они недостаточно устойчивы при высоком уровне рН. Как любая недиспергированная система, при добавлении каустической соды раствор с ЧГПАА начинает флокулировать. Гидроксид-ион (ОН–) обладает высокой активностью, он сразу же проникает в незащищенные частицы глины. В результате происходит то же, что и при добавлении каустической соды в раствор для забуривания, т.е. флокуляция.

Гидролиз полимера ЧГПАА протекает при любом уровне рН, однако при рН<10 интенсивность гидролиза невелика. И при рН равном 10 гидролиз не является полным, однако его следует избегать, так как при гидролизе выделяется газ аммиак (Nh4). В действительности гидролиз при рН=10 протекает достаточно медленно, для прохождения реакции по всей длине свернутой полимерной цепочки требуется достаточно долгое время. Процесс можно ускорить, повысив температуру. Гидролиз заметно ускоряется при температуре выше 300°F (149°C).

Применение ЧГПАА в качестве наполнителя бентонита, селективного и общего флокулянта

В зависимости от молекулярного веса и пропорции между мономерами акриламидов и акрилатов, в буровых растворах на водной основе ЧГПАА может выполнять ряд функций.

GELEx*(компании M-I SWACO). Это ЧГПАА, используемый в качестве наполнителя бентонита. В благоприятных условиях с помощью ЧГПАА в небольшой концентрации можно увеличить вязкость бентонита. Если общее содержание твердой фазы менее 4% по об., а общая концентрация бентонита не превышает 20 фунтов/баррель, ЧГПАА может присоединяться к положительным зарядам на поверхности частиц бентонита. Из-за того, что частицы бентонита соединяются с частью полимера, а оставшаяся часть свободна для гидратации и/или присоединения к другим частицам бентонита, увеличивается общая вязкость системы. Фактически, полимер ЧГПАА гидратируется, разворачивается и находится во взвеси с коллоидными частицами бентонита.

Чтобы с помощью ЧГПАА получить хороший выход бентонита, необходимо обеспечить не только нужную концентрацию бентонита и содержание твердой фазы, но и соблюсти некоторые другие условия. Во-первых, раствор должен быть приготовлен на основе пресной воды и иметь относительно невысокое содержание свободного кальция (< 200 мг/л), что необходимо для качественной гидратации бентонита. Во-вторых, концентрация полимера должна находиться в пределах 0,05–0,1 фунта/баррель. В-третьих, в системе не должно быть диспергаторов и иных добавок, адсорбируемых на поверхности частиц бентонита.

Наполнение бентонита — весьма тонкий процесс; он протекает только в недиспергированных растворах с низким содержанием твердой фазы. Добавление даже самого незначительного количества ЧГПАА вызывает немедленный рост вязкости. По мере увеличения концентрации ЧГПАА вязкость достигает своего максимума, и при дальнейшем добавлении полимера она нормализуется. Полимер имеет очень узкий диапазон концентрации. Если концентрация слишком мала, раствор превращается в гель с невысоким содержанием бентонита. При слишком высокой концентрации вязкость раствора чрезвычайно становится очень низкой.

Степень наполнения бентонита зависит от следующих факторов:
• Плотность раствора и соотношение акриламидов к акрилатам.
• Размер частиц и степень их гидратации.
• Содержание соли и жесткость воды завторения.
• Концентрация полимера ЧГПАА.

FLOxIT*(компании M-I SWACO). ЧГПАА может применяться в качестве флокулянта. Флокуляция — это процесс объединения отдельных частиц в большие и слабо связанные агрегации при помощи полимера. Масса связанных между собой частиц возрастает настолько, что агломерация соединенных частиц выпадает из раствора. Осаждение лучше всего протекает в статических условиях.

Механизм флокуляции весьма похож на процесс наполнения бентонита, поэтому ЧГПАА эффективен и в качестве наполнителя, и в качестве флокулянта. Однако следует отметить, что ЧГПАА не так эффективен для растворов, содержащих бентонит. Так как бентонит превращается в коллоидную массу гидратированных твердых частиц, он не осаждается. У гидратированных частиц малого размера для этого просто недостаточно массы.

Использование Floxit ограничено растворами на основе фильтрованной воды. При накоплении в воде твердых частиц или при утяжелении раствора Floxit не действует. Оптимальная концентрация Floxit определяется опытным путем. Эффективность флокулянта зависит от взаимодействия полимера с твердыми частицами, что в свою очередь зависит от следующих факторов:
• Гидратируемость твердой фазы.
• Концентрация твердой фазы.
• Содержание солей.
• Жесткость воды.
• Химические свойства полимера.
• Концентрация полимера.
• Реологические параметры бурового раствора.
• Геометрия и размер емкости-отстойника (амбара).
• Время воздействия.
• Температура.

Рекомендуется перед введением Floxit в буровой раствор добавить его в воду для разбавления в концентрации 1–2 фунта/баррель. Оптимальная концентрация определяется опытным путем.


ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ СИНТЕТИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ

Все высокотемпературные полимеры являются синтетическими, так как именно синтетические полимеры имеют остов с термостойкими углерод-углеродными связями. В буровых растворах применяются несколько видов высокотемпературных полимеров. Некоторые из них получают из мономера AMPS (2-акриламидо2-метил-пропан сульфоновой кислоты). Об AMPS было рассказано ранее в связи с продуктом TacKle. AMPS используется при приготовлении TacKle для придания устойчивости к твердой фазе, содержанию солей и жесткости при высокой температуре.

В дополнение, AMPS применяется для повышения устойчивости регуляторов водоотдачи к загрязнениям в условиях высокой температуры. Примерами сополимеров и тримеров (тройных сополимеров), в которые входит мономер AMPS или иные сульфонированные мономеры, являются продукты Hostadrill 2825^ от компании Hoechst, Driscal-D^ от Drilling Specialties и Polydrill^ от компании SKW. Производители этих продуктов гарантируют сохранение работоспособности полимеров в условиях повышенной жесткости и высокого содержания солей при температуре до 400°F (204°C). На Рис. 19 и 20 показано химическое строение Hostadrill и Polydrill.

Примером высокотемпературного полимера, предназначенного для предотвращения высокотемпературного застывания, является сульфонированный сополимер стирола ангидрида малеиновой кислоты (англ. сокр. SSMA). Этот полимер закачивается в высокотемпературные скважины перед проведением ГИС или в иных случаях, когда раствор долгое время остается статичным. Полимер стабилизирует СНС в условиях высокой температуры, но не является регулятором водоотдачи или дефлокулянтом (см. Рис. 21).

fluidspro.ru

Синтетические полимеры

В ХХ веке появление синтетических высокомолекулярных соединений – полимеров - было технической революцией. Полимеры получили очень широкое применение в самых различных практических областях. На их основе были созданы материалы с новыми во многом необычными свойствами, значительно превосходящими ранее известные материалы.

Полимеры – это соединения, молекулы которых состоят из повторяющихся единиц - мономеров.

Известны природные полимеры. К ним относятся полипептиды и белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты.

Синтетические полимеры получаются путем полимеризации и поликонденсации (см. дальше) низкомолекулярных мономеров.

Структурная классификация полимеров

а) линейные полимеры

Имеют линейное строение цепи. Их названия производятся от названия мономера с добавлением приставки поли-:

б) сетчатые полимеры:

в) сетчатые трехмерные полимеры:

Совместной полимеризацией различных мономеров получают сополимеры. Например:

Физико-химические свойства полимеров определяются степенью полимеризации (величина n) и пространственной структурой полимера. Это могут быть жидкости, смолообразные или твердые вещества.

Твердые полимеры по-разному ведут себя при нагревании.

Термопластичные полимеры – при нагревании расплавляются и после охлаждения принимают любую заданную форму. Это можно повторять неограниченное число раз.

Термореактивные полимеры – это жидкие или пластичные вещества, которые при нагревании затвердевают в заданной форме и при дальнейшем нагревании не расплавляются.

Реакции образования полимеров полимеризация

Полимеризация – это последовательное присоединение молекул мономера к концу растущей цепи. При этом все атомы мономера входят в состав цепи, и в процессе реакции ничего не выделяется.

Для начала реакции полимеризации необходимо активировать молекулы мономера с помощью инициатора. В зависимости от типа инициатора различают

Радикальная полимеризация

В качестве инициаторов радикальной полимеризации применяют вещества, способные при термолизе или фотолизе образовывать свободные радикалы, чаще всего это органические перекиси или азосоединения, например:

При нагревании или освещении УФ-светом эти соединения образуют радикалы:

Реакция полимеризации включается в себя три стадии:

  1. Инициирование,

  2. Рост цепи,

  3. Обрыв цепи.

Пример – полимеризация стирола:

Механизм реакции

а) инициирование:

б) рост цепи:

в) обрыв цепи:

Радикальная полимеризация легче всего идет с теми мономерами, у которых образующиеся радикалы стабилизированы влиянием заместителей у двойной связи. В приведенном примере образуется радикал бензильного типа.

Радикальной полимеризацией получают полиэтилен, поливинилхлорид, полиметилметакрилат, полистирол и их сополимеры.

Катионная полимеризация

В этом случае активация мономерных алкенов производится протонными кислотами или кислотами Льюиса (BF3, AlCl3, FeCl3) в присутствии воды. Реакция идет как электрофильное присоединение по двойной связи.

Например, полимеризация изобутилена:

Механизм реакции

а) инициирование:

б) рост цепи:

в) обрыв цепи:

Катионная полимеризация характерна для винильных соединений с электронодонорными заместителями: изобутилена, бутилвинилового эфира, α-метилстирола.

studfiles.net

Полимеры

Полимеры

Полимеры – это высокомолекулярные соединения, состоящие из множества одинаковых повторяющихся структурных звеньев.

По происхождению полимеры делят на природные, или биополимеры, и синтетические, которые получают с помощью реакций полимеризации или поликонденсации.

К природным полимерам относятся натуральный каучук, крахмал, целлюлоза, белки, нуклеиновые кислоты. Их относят к природным полимерам, потому что они находятся в готовом виде в природе, из них построены клетки и ткани живых организмов.

Синтетические полимеры – это пластмассы, волокна, каучуки. Современный мир просто немыслим без синтетических полимеров.

Полимеры получают реакциями полимеризации и поликонденсации. Например, по реакции полимеризации из этилена получают полиэтилен.

С помощью реакции поликонденсации из аминокислот можно получить биополимер – белок. Кроме этого, при этом ещё образуется низкомолекулярное соединение – вода.

Помните, молекулы полимеров представляют собой – макромолекулы (от греческого макрос – большой, длинный).

Мономер – это исходное вещество, которое вступает в реакцию полимеризации.

Структурное звено – это многократно повторяющиеся в макромолекуле группы атомов.

Степень полимеризации – число структурных звеньев в макромолекуле.

В зависимости от строения основной цепи полимеры имеют разные структуры: линейную (как полиэтилен), разветвлённую, как у крахмала, пространственную, как у вторичной и третичной структуры белка.

Пластмассы – это материалы, изготовленные на основе полимеров, способные приобретать при нагревании заданную форму и сохранять её после охлаждения.

Пластмассы лёгкие, обладают большой механической прочностью, высокой химической стойкостью, имеют хорошие теплоизоляционные и электроизоляционные свойства. Пластмассы производят из продуктов газо- и нефтехимического производства, а также из угле- и лесохимического производства. Такие пластмассы, как полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, фенолформальдегидные, широко применяют в различных отраслях промышленности, быту, медицине и сельском хозяйстве.

Например, полиэтилен используется для производства хозяйственных пакетов, труб, шприцев, предметов домашнего обихода, детских игрушек, плёнки.

Поливинилхлорид используется для получения искусственной кожи, полов, клеёнки, труб, окон, дверей, изолирующих материалов для электрических проводов.

Полипропилен находит применение при изготовлении тру, вентилей, медицинских приборов, упаковочной плёнки.

Тефлон устойчив в концентрированных растворах щелочей и кислот. Из него изготавливают электроизоляторы, покрытия для сковород и утюгов, различные устройства для химической и атомной промышленности.

Волокна – это вырабатываемые из природных или синтетических полимеров длинные гибкие нити, из которых изготавливают пряжу и другие текстильные изделия.

Волокна делятся на природные и химические.

С натуральными волокнами люди знакомы давно. Первое искусственное волокно было получено из нитрата целлюлозы. Его промышленное производство организовано во Франции. Первое синтетическое волокнополивинилхлоридное – было выпущено в 1932 году в Германии.

Природные, или натуральные волокна, представляют собой материалы растительного или животного происхождения. К растительным относятся хлопок, лён, джут, в основе которых – целлюлоза,  а к волокнам животного происхождения – шерсть, шёлк. Они представляют собой белковые вещества.

Натуральные волокна образуются в природных условиях. Их можно распознать по горению. При горении хлопчатобумажных волокон ощущаетяс запах жжёной бумаги, в результате сгорания остаётся чёрный пепел. Это волокно горит быстро.

Шерстяные волокна горят медленно, при этом ощущается запах жжёных перьев. При сжигание, на конце такой нити образуется шарик чёрного цвета, который растирается в порошок.

Хлопчатобумажные ткани обладают хорошими механическими свойствами, износоустойчивостью, термрстабильностью, умеренной гигроскопичностью, шерстяные волокна характеризуются невысокой прочностью, большой эластичностью. Натуральные волокна недостаточно практичны: легко сминаются, адсорбируют влагу и долго её удерживают.

Химические волокна получают путём химической переработки природных или синтетических полимеров. Поэтому их разделяют на искусственные и синтетические.

Искусственные волокна получают химическими реакциями из веществ природного происхождения. Из такого природного полимера, как целлюлоза изготавливают искусственные волокна, например, вискозное, ацетатное.

Синтетические волокна получают из синтетических полимеров. Это такие волокна, как капрон, найлон, лавсан.

Таким образом, полимеры – это высокомолекулярные соединения. По происхождению различают полимеры природные и синтетические. Природные полимеры – это крахмал, целлюлоза, натуральные каучуки. К синтетическим полимерам относят пластмассы, волокна, каучуки. Волокна также бывают натуральными и химическими. Химические волокна делят на искуственные и синтетические. Искусственные волокна получают из из веществ природного происхождения, а синтетические – из синтетических полимеров.

videouroki.net

Синтетические полимеры

Сегодня без применения разнообразных полимеров, пожалуй, невозможно себе представить ни одно современное производство. Они завоевали господствующее место как в тяжелой индустрии и строительстве, так и в легкой и пищевой промышленности. Что же представляет собой этот чудодейственный материал?

Что такое полимеры

Полимер – это макромолекулярное вещество, состоящее из периодически повторяющихся цепных структур (мономеров). Таких звеньев в полимерной цепи может быть неимоверно много. Их взаимодействие между собой осуществляется с помощью ковалентных связей, которые способствуют образованию макромолекул.

Полимеры бывают органического либо неорганического происхождения. В органических молекулярных соединениях обязательно присутствие углерода, что не является основополагающим для неорганических или синтетических структур. Органические полимерные соединения бывают элементоорганическими, карбоцепными и гетероцепными.

Кроме этого, полимеры подразделяются еще на природные, искусственные и синтетические. Причем из органических моноцепей с помощью определенных химических реакций получают также искусственные макромолекулярные соединения. Например, шерсть либо хлопок в результате химического процесса превращается в искусственные полимерные волокна.

А в чем отличительные признаки искусственных полимеров от синтетических? Современные технологические процессы дают возможность искусственного создания или синтезирования полимеров без использования органики, то есть образования из искусственных материалов. Синтетические полимеры получают путем синтеза простых низкомолекулярных субстанций либо из других синтетических полимерных веществ.

Классификация полимеров

Условная систематизация подразделяет их на такие группы:

1. Природные животные полимеры, используемые человечеством довольно давно. Примерами являются следующие: желатин, гликоген.

2. Природные растительные полимеры, которые нам также знакомы. Это крахмал, каучук, лигнин и целлюлоза.

3. Природные минеральные полимеры – это широко используемый кремнезем или минерал кварца, называемый горным хрусталем. Окрашенный кристаллик становится драгоценным камнем – аметистом. В измельченном виде он превращается в привычный для нас песок.

4. Искусственные полимеры, изготовленные из органических мономеров. Из субстанции целлюлозы при помощи выщелачивания изготавливаются полиэфиры: этилцеллюлоза, бензилцеллюлоза, а также метилцеллюлоза, применяемая в лакокрасочной промышленности. Множество таких веществ изготавливается из шерсти, кожи, меха, шелка и т. д.

5. Синтетические полимеры, широко применяемые во многих производственных отраслях, получили огромное распространение. Например, в легкой промышленности создаются ткани и трикотаж из таких синтетических волокон, как лавсан, нейлон, полипропилен, нитрон. Они очень прочные и практически нестираемые. Синтетические полимеры, представляющие основной состав волокон данных тканей, получают поликонденсацией определенных химических кислот с такими субстанциями, как этиленгликоль, гексаметилендиамин, полиолефин либо полиакрилонитрил. Поэтому основные качества полимеров-«прародителей» передаются и совершенно новым полисоединениям. В итоге мы получаем очень легкие и эластичные материалы с низкой теплопроводностью, стойкие к химическим, физическим и атмосферным воздействиям.

    Благодаря многим ценным свойствам, синтетические полимеры нашли себе применение не только в текстильной промышленности, но и в медицине, косметической и парфюмерной промышленности, сельском хозяйстве, автомобилестроении, строительстве, в быту и в других областях.

    fb.ru

    Полимеры синтетические - Справочник химика 21

        Получение полимеров. Синтетические высокомолекулярные вещества получают из низкомолекулярных соединений в основном реакциями полимеризации и поликонденсации. При реакции полимеризации, которая может быть цепной и ступенчатой, молекулы-мономеры соединяются без изменения элементарного состава и без выделения побочных продуктов. [c.106]

        Волокна — протяженные, гибкие и прочные тела с малыми поперечными размерами. Волокна делятся на природные (натуральные) и химические. Химические волокна формируются из модифицированных природных или синтетических полимеров. Из модифицированных природных полимеров (преимущественно модифицированной целлюлозы) получают искуственные волокна, из синтетических полимеров — синтетические волокна. [c.264]


        Т. Н. Ка стер и на, Л. С. Калинина. Химические методы исследования полимеров, синтетических смол и пластических масс. М., Госхимиздат, 1963. [c.251]

        Для решения этих задач нефтеперерабатывающая промышленность должна располагать такими технологическими процессами, которые вне зависимости от природы перерабатываемой нефти обеспечили бы увеличение выхода моторных топлив, смазочных масел и сортовых мазутов в широком ассортименте наряду с улучшением их качества. Вместе с тем, нефтеперерабатывающие заводы должны обеспечить сырье для выработки синтетического каучука, полимеров, синтетических волокон, пластмасс, спиртов, моющих и поверхностно-активных веществ, серной кислоты и других химических препаратов. [c.99]

        Для получения различных нефтехимических продуктов — полимеров, синтетических волокон и других — потребовались в качестве исходного сырья индивидуальные газообразные и жидкие углеводороды как предельные, так и непредельные. Предельные газообразные углеводороды могут быть получены из природных газов, а непредельные — из газов крекинга и пиролиза нефти. Кроме того, непредельные углеводороды — этилен, пропилен и другие — получают путем пиролиза этана и других предельных газообразных углеводородов. [c.294]

        Полидисперсность. В отличие от низкомолекулярных соединений и природных полимеров синтетические полимеры не являются индивидуальными веществами, а представляют набор полимергомологов, то есть макромолекул одинакового строения, но разной степени полимеризации и, следовательно различной молекулярной массы. Это свойство получило название полидисперсности или полимолекулярности. Поэтому молекулярная масса полимера есть некая средняя молекулярная масса, определяемая средней степенью полимеризации  [c.375]

        Для повышения эффективности полимерного заводнения в настоящее время используются, в основном, два типа полимеров синтетический полимер на основе акриламида (полиакриламид) и полимеры, получаемые биологическим путем, объединяющие большую группу полисахаридов (биополимеров), к которым относятся и ксантановые смолы. В настоящее время полиакриламиды в значительной степени доминируют при полимерном заводнении, биополимеры играют незначительную роль. Однако можно ожидать существенного роста применения полисахаридов по мере дальнейшего развития метода и последующего крупномасштабного внедрения растворов полимеров как самостоятельно, так и в сочетании с другими нефтевытесняющими агентами. [c.76]


        Если учесть, что примерно 40 % продукции химической промышленности потребляется внутри отрасли для производства полимеров (синтетических смол и пластмасс, синтетического каучука, синтетических волокон и др.), лаков, красок, анилинокрасочной продукции, изделий из пластмасс и резины, то очевидно, что качество конечной продукции в значительной мере находится в руках инженеров-технологов-химиков предприятия. Следовательно, при специализации предприятий кроме известных критериев надо учитывать также возможность производства тех или иных продуктов для достижения необходимого качества продукции на данном производстве. [c.102]

        Решениями нашей партии и правительства по дальнейшему развитию народного хозяйства СССР предусматривается увеличение выпуска всей химической продукции, особенио полимеров, синтетических каучуков и химических волокон. Так, Директивами XXV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1976—1980 гг. намечен рост полимеров и пластмасс в 1,9—2,1 раза с одновременным повышением их качества и срока службы. К 1980 г. будет произведено 1450—1500 тыс. т химических волокон и нитей, увеличено производство синтетического каучука в 1,4—1,6 раза. Будет неуклонно развиваться производство других очень важных химических продуктов (красителей, лакокрасочных материалов, катализаторов и консервантов, химических добавок для полимерных материалов и др.). В Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на 1976—1980 годы предусмотрено расширить исследования в области синтеза химических соединений для получения веществ и материалов с новыми свойствами. Создать новые химические процессы с высокоэффективными каталитическими системами, обеспечивающие значительное ускорение химических реакций, разрабатывать научные основы технологии с преимущественным использованием замкнутых циклов .  [c.8]

        Процесс ректификации первоначально широко применялся в лабораторных исследованиях. Являясь могущественным способом идентификации летучих веществ, процесс этот был использован химиками-экспериментаторами для выделения веществ как неорганического, так и органического происхождения [29]. В настоящее время этот процесс применяется во многих производствах. В прилагаемой табл. 1 приведены данные о применении процесса ректификации в различных отраслях промышленности. Область применения процесса ректификации в народном хозяйстве в последние десятилетия значительно расширилась. Так, ректификация получила применение в промышленности, разделяющей изотопы, в промышленности, производящей полимеры, синтетические органические продукты, и в металлургии. Табл. 1 не является исчерпывающей и может быть значительно расширена. [c.9]

        Молекулярне-массовое распределение полимеров. Синтетические полимеры — смесь молекул различной массы. Для построения кривых распределения исходную смесь фракционируют добавлением нерастворителя, центрифугированием и хроматографией (обычно фильтрованием через гели). Затем определяют молекулярную массу каждой фракции. Кривые распределения полимергомологов по молекулярной массе подобны соответствующим кривым распределения частиц по размерам, получаемым седиментационным анализом суспензий. [c.211]

        Особенности надмолекулярной структуры полимеров еще не до конца изучены, причем не последнюю роль в исследованиях играет изучение надмолекулярной структуры целлюлозы. В настоящее время надмолекулярную структуру как аморфных, так и кристаллических полимеров, синтетических и природных, рассматривают

    www.chem21.info

    Синтетические полимер - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

    Синтетические полимер

    Cтраница 1

    Синтетические полимеры получают химическим путем методами полимеризации и поликонденсации. При получении полимеров методом полимеризации образующиеся из мономеров продукты ( полимеры) имеют одинаковый с мономером элементарный состав, но обладают более высокой массой. При получении же полимеров методом поликонденсации соединение между собой молекул мономеров происходит с выделением побочных низкомолекулярных веществ, например воды, аммиака и др. Следовательно, конденсационный полимер, не имеет того же состава, что молекулы мономера, из которого он получен.  [1]

    Синтетические полимеры производных бутадиена обладают транс-конфигурацией относительно этиленовых связей. В этом отношении синтетические каучуки аналогичны гуттаперче.  [2]

    Синтетические полимеры, а также природные смолы и полимеры описаны в разд.  [3]

    Синтетические полимеры могут быть получены двумя принципиально различными способами: полимеризации и поликонденсации.  [4]

    Синтетические полимеры, представляющие собой гетерогенные системы, можно разделить на фракции, которые характеризуются более узким распределением по длинам цепи. Представляет интерес разработка подходящего метода определения степени полимеризации таких фракций. Предварительные данные титрования я-гидроксильных групп сополимеров / г-амино-бензойной кислоты с формальдегидом в неводных средах свидетельствуют о том, что этот метод можно применять для оценки степени полимеризации различных фракций, выделенных из линейного полимера. В связи с этим представляло интерес изучение процесса титрования линейного полимера, содержащего как кислотные, так и основные функциональные группы в повторяющихся единицах; типичным примером полимеров такого типа является продукт конденсации я-аминобензойной кислоты с формальдегидом. Следует ожидать, что титрованием таких систем в неводных средах можно определять только общее количество кислотных групп. Кривые кондуктометрического титрования ряда фракций, выделенных из сополимера п-амино-бензойной кислоты с формальдегидом, характеризуются некоторыми очень интересными особенностями. На этих кривых наблюдается большое число дополнительных переломов, появляющихся еще до того, как произойдет нейтрализация всех карбоксильных и аминных групп. Были предприняты попытки коррелировать указанные особенности со степенью полимеризации и структурой полимера.  [5]

    Синтетические полимеры часто называют синтетическими, смолами. Смолы являются хорошими диэлектриками и для них типичны следующие свойства: отсутствие определенной температуры плавления, постепенный переход из твердого состояния в жидкое, нелетучесть, растворимость в органических растворителях, нерастворимость в воде, способность образовывать пленки при удалении растворителя. Многие синтетические полимеры, известные в настоящее время, не обладают всей совокупностью указанных свойств, некоторые имеют микрокристаллическую структуру, тем не менее термин синтетические смолы употребляется применительно и к таким полимерам.  [6]

    Синтетические полимеры получают из мономеров, которые находятся в газовой фазе, в твердой фазе, в растворе, в массе ( или что то же в блоке), в эмульсии и в суспензии. Блочная полимеризация и некоторые варианты полимеризации в растворе являют собой пример использования гомогенных систем мономеров, а суспензионная и эмульсионная полимеризаций, наоборот, гетерогенных.  [7]

    Синтетические полимеры получают при помощи реакций полимеризации и поликонденсации. Часто для получения новых видов полимеров пользуются методом полимераналогинных превращений.  [8]

    Синтетические полимеры - это большая группа материалов, которые в свою очередь делятся по способу получения на полиме-ризационные и поликонденсационные.  [9]

    Синтетические полимеры получают двумя основными способами: полимеризацией и поликон денсацией.  [11]

    Синтетические полимеры получают в результате реакций многократного соединения мономерных структурных единиц ( звеньев) в одну большую макромолекулу. Реакции их получения по своему характеру подразделяются на цепные и ступенчатые. Последние включают процессы ступенчатой полимеризации ( полиприсоединения) и поликонденсации.  [12]

    Синтетические полимеры получают в результате реакций полимеризации и поликонденсации.  [13]

    Синтетические полимеры по разнообразию и свойствам превосходят во многих случаях природные полимеры, благодаря чему они находят наиболее широкое применение в производстве современных электрических устройств.  [14]

    Синтетические полимеры часто называют синтетическими смолами. Смолы - хорошие диэлектрики; для них типично отсутствие определенной температуры плавления ( постепенный переход из твердого состояния в жидкое), нелетучесть, растворимость в органических растворителях, нерастворимость в воде, способность образовывать пленки при испарении растворителя.  [15]

    Страницы:      1    2    3    4

    www.ngpedia.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о