Размещено на http://www.allbest.ru/

Пермь, 2023г.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Аэрокосмический факультет

Кафедра «Технология полимерных материалов и порохов»

Направление подготовки: 18.05.01 - Химическая технология энергонасыщенных материалов и изделий

Специальность: Химическая технология полимерных композиций, порохов и твердых ракетных топлив

РЕФЕРАТ

По дисциплине: «химия и технология полимеров и изделий»

на тему: «ПОЛИЭТИЛЕНФТОРИДЫ»

политрифторхлорэтилен политетрафторэтилен поливинилфторид фторопласт

Выполнил студент гр. ТПМП-18-1с

Третьяков Дмитрий Ильич Проверил:

Профессор кафедры ТПМП Зиновьев В.С.

Оглавление

Введение

Политетрафторэтилен и его свойства

Получение политетрафторэтилена

Применение политетрафторэтилена

Политрифторхлорэтилен и его свойства

Получение политрифторхлорэтилена

Поливинилфторид и его свойства

Получение поливинилфторида

Применение поливинилфторида

Поливинилденторид и его свойства

Получение поливинилденторида

Применение поливинилденфторида

Список Литературы

Введение

Фторопласты представляют собой фторсодержащие полимеры, относящиеся к группе конструкционных пластиков. В настоящее время используется 4 основных разновидности фторопласта -- политетрафторэтилен (Ф4), политрифторхлорэтилен (Ф3), поливинилиденфторид (Ф2) и их сополимеры. Самое широкое распространение получил фторопласт-4, обладающий наибольшей плотностью среди перечисленных разновидностей. Первые три вида материала являются гомополимерами, то есть в их цепях многократно повторяется один мономер (у Ф4 и Ф3 - этилен, у Ф2 - винил). В последние десятилетия тефлон, или фторопласт-4, приобрел большую популярность. Широким массам населения этот пластический материал молочно-белого цвета стал известен благодаря его использованию при производстве посуды с антипригарным покрытием (Tefal). Но этим сфера применения данного полимера не ограничивается. Фторопласт-4 активно также используется в машиностроении, электро- и радиотехнике, легкой промышленности, химической промышленности и медицине.

Политетрафторэтилен и его свойства

Политетрафторэтилен, тефлон или фторопласт-4 (-C₂F₄-)_n -- полимер тетрафторэтилена (ПТФЭ), пластмасса, обладающая редкими физическими и химическими свойствами и широко применяемая в технике и в быту.

Фторопласт-4 - белый непрозрачный термопластичный полимер, содержащий 40-45% кристаллической фазы. Он плавится при 327°С, имеет плотность 2250-2270 кг/м, ММ 100000-500000, является термостойким материалом, сохраняет рабочие свойства при температуре от -273 до +250 °С, обладает хорошими физико-механическими характеристиками.

Физико-механические свойства:

ПТФЭ - высокомолекулярный кристаллический полимер с температурой плавления около 327°С, выше которой исчезает кристаллическая структура и он превращается в аморфный прозрачный материал, не переходящий из высокоэластического в вязкотекучее состояние даже при температуре разложения (свыше 415°С). Вязкость расплава политетрафторэтилена при 380°С составляет 1010-1011 Па?с, что исключает переработку этого полимера обычными для термопластов методами. В связи с этим фторопласт-4 перерабатывается в изделия методом предварительного формования заготовки на холоде и последующего ее спекания.

Термостойкость. ПТФЭ является одним из наиболее термостойких полимеров. Распадается ПТФЭ только при температуре 500° и больше в вакууме с получением чистого ТФЭ. При 300° потеря массы ПТФЭ составляет всего 0,0002 %/ч.

Радиационная стойкость. Радиационная стойкость ПТФЭ невелика. При небольшой дозе излучения происходит небольшое упрочнение образцов, которое сменяется снижением прочности по мере увеличения дозы излучения. При этом происходит глубокий распад ПТФЭ, сопровождающийся падением молекулярной массы и возрастанием плотности.

Поверхностные свойства. Поверхностная энергия ПТФЭ - одна из самых низких для всех известных твердых тел. Это объясняется строением молекул ПТФЭ, а также низким межмолекулярным взаимодействием и определяет многие свойства полимера, такие, как смачиваемость, адгезионную способность, коэффициент трения. Смачиваемость ПТФЭ водой и органическими жидкостями очень низкая. ПТФЭ обладает низким значением критического поверхностного натяжения, следовательно, адгезионная способность и коэффициент трения имеют не очень большие значения для этого материала. Низкая адгезионная способность ПТФЭ хорошо известна, и поэтому ПТФЭ широко применяется в технике.

Механические свойства. ПТФЭ сохраняет механические свойства в широком диапазоне температур от -269 до 260°С. Большинство механических свойств ПТФЭ с повышением степени кристалличности ухудшается. На 70% снижается разрушающее напряжение при растяжении, в 15 раз уменьшается прочность к удару, в 100 раз падает прочность при изгибе.

Диэлектрические свойства. Среди всех известных твердых изоляционных материалов ПТФЭ имеет самые низкие диэлектрическую постоянную и тангенс угла диэлектрических потерь. Электрическая прочность практически не зависит от кристалличности полимера, но значительно падает (до 70%) при увеличении пористости образца

Химические свойства:

ПТФЭ обладает уникальной химической стойкостью к большинству агрессивных сред. Это связано с высокой прочностью связи C-F. Большой размер атома фтора и спиральное расположение атомов фтора вокруг углеродной цепи делают недоступными для атаки химическими реагентами связи С-С. Симметричное расположение атомов фтора наряду с вышеуказанными особенностями строения молекулы ПТФЭ определяют малые межмолекулярные силы, нерастворимость во всех растворителях и низкие адгезионные свойства ПТФЭ к другим материалам.

ПТФЭ можно эксплуатировать в агрессивных средах при температурах от -269 до 260°С, причем верхний предел определяется не потерей стойкости к агрессивным средам, а снижению физико-механических свойств.

По горючести ПТФЭ относится к группе трудносгораемых материалов. При комнатной температуре ПТФЭ практически не горит даже в среде кислорода при температурах до 230°С.

Получение политетрафторэтилена

В технике полимеризацию тетрафторэтилена обычно осуществляют в воде без применения эмульгаторов (суспензионно) или с эмульгаторами (эмульсионно). Тетрафторэтилен легко и быстро полимеризуется с выделением тепла в присутствии перекисных инициаторов (персульфаты, перекись водорода, азосоединения), окислительно-восстановительных систем.

Процесс проводят в автоклаве из нержавеющей стали, рассчитанном на давление не менее 9,81 МПа, снабженном якорной мешалкой, системой обогрева и охлаждения.

Автоклав предварительно продувают азотом, не содержащим кислорода, затем в него загружают воду и инициатор.

Ниже приведена норма загрузки компонентов (в массовых частях):

· Тетрафторэтилен - 30

· Вода дистиллированная - 100

· Персульфат аммония - 0,2

По окончании полимеризации автоклав охлаждают, не вступивший в реакцию мономер сдувают азотом и содержимое автоклава направляют на центрифугу. После отделения полимера от жидкой фазы его измельчают, многократно промывают горячей водой и сушат при 150°С.

Технологическая схема процесса и её описание:

Тетрафторэтилен из мерника-испарителя 1 поступает в реактор-полимеризатор 3, предварительно обескислороженный и заполненный до необходимого объема дистиллированной деаэрированной водой из мерника 2. Перед подачей мономера в реакторе растворяют инициатор -- персульфат аммония. Реактор охлаждают рассолом до температуры -- 2--4°С и при давлении 1,47-- 1,96 МПа начинают полимеризацию. Если после загрузки мономера полимеризация не начинается, то в реактор постепенно малыми порциями вводят активатор процесса -- 1 %-ную соляную кислоту. Введение активатора прекращают после начала повышения температуры в реакторе.

Полимеризацию заканчивают по достижении температуры реакционной смеси 70--80 °С и при уменьшении давления в реакторе до атмосферного. Затем реакционная масса самотеком поступает в приемник суспензии 5, где удаляется маточник, а суспензия политетрафторэтилена с частью маточника, при перемешивании насосом передается вприемник пульпы 6. Далее включается в работу система репульпатор 7 -- коллоидная мельница 8, в которой производится непрерывная многократная отмывка и размол частиц полимера в суспензии. Соотношение твердой и жидкой фазы в репульпаторе составляет 1:5. Влажный продукт поступает в пневматическую сушилку 9 (температура сушки полимера 150 °С). Сухой политетрафторэтилен рассеивают на фракции с разной степенью дисперсности и передают на упаковку.

Выход полимера 85-90 %. В качестве инициаторов используют перекиси, например перекись бензоила, необходимый рН среды обеспечивают регуляторами, например бурой. Полученный политетрафторэтилен отделяют на центрифуге от воды, измельчают в дробилке и после сушки при 150 °С выделяют в виде белого волокнистого порошка.

При эмульсионном методе получения тетрафторэтилена полимеризацию проводят в воде в присутствии эмульгатора (калийные, аммонийные соли перфторкарбоновых кислот) и инициатора, например персульфата калия, при температуре 55-70 °С и давлении до 7 МІа. ПТФЭ получают в виде латекса с размером частиц 100-1000 мкм.

Применение политетрафторэтилена

Благодаря уникальным свойствам, ПТФЭ широко используется в технике как термостойкий механически прочный, водостойкий электроизоляционный материал. Его применяют для изготовления антифрикционных изделий (подшипники, втулки и т.д.), уплотнительных материалов при работе в агрессивных средах, электро- и радиотехнических изделий (пленки, пластины и т.д.), покрытий в виде суспензии металлов, для фильтрования агрессивных жидкостей, химически и термически стойких волокон.

Некоторые свойства политетрафторэтилена (растворимость, перерабатываемость в изделия) изменяют путем его сополимеризации с этиленом, гексафторпропиленом, винилиденфторидом. Сополимеры используют для тех же целей, что и политетрафторэтилен. Из них изготовляют изделия методами прессования, литья под давлением, экструзии, их сваривают и склеивают, что расширяет область применения этих полимеров.

Из фторопласта марки Ф-4 можно изготовить: аппараты, ректификационные колонны, насосы, трубы, клапаны, сильфоны, облицовочные плитки, сальниковые набивки. Как диэлектрик, политетрафторэтилен успешно применяется в технике высоких и ультравысоких частот. Прокатанная фторопластовая плёнка используется при изготовлении высококачественных кабелей, проводов, конденсаторов, для изоляции катушек, пазов электрических машин. В качестве конструкционного материала политетрафторэтилен применяется при изготовлении различных деталей машин и аппаратов. Особенно широкое применение политетрафторэтилен находит при изготовлении подшипников, работающих без смазочного материала, с ограниченным количеством смазочного материала и при наличии коррозионной среды.

Благодаря химической инертности, гидрофобности (контактный угол натекания 108±2°) и текучести материал получил широкое распространение для уплотнения резьбовых и фланцевых соединений.

Политрифторхлорэтилен и его свойства

Политрифторхлорэтилен (фторопласт-3, или фторлон-3) [-CF2-CFCl-] - это кристаллический полимер трифторхлорэтилена с молекулярной массой 20 000 - 360000. Политрифторхлоэтилен получают радикальной полимеризацией трифторхлорэтилена.

Политрифторхлорэтилен (фторопласт-3) и модифицированный политрифторхлорэтилен (фторопласт-ЗМ) являются кристаллическими полимерами. Температура плавления кристаллической фазы около 215°С, температура стеклования аморфной фазы 50 °С.

Политрифторхлорэтилен - твердый порошкообразный продукт с плотностью 2090-2160 кг/м, степенью кристалличности 40-85 %, ММ от 20 000 до 360 000. При 208-215 °C он переходит в вязкотекучее состояние.

Имеет высокую химическую стойкость, но менее термически стоек, чем политетрафторэтилен; может эксплуатироваться без нагрузки при температурах от -195 до +170 °C.

Фторопласт-3 имеет большую пластичность, чем фторопласт-4, однако термическая стойкость его на 80--100 °С ниже.

Фторопласт-3 может эксплуатироваться без нагрузки в интервале температур от --195 до 125--170 °С; под нагрузкой в пределах от 70 до --60 °С.

На холоде политрифторхлорэтилен не растворяется ни в каких органических растворителях, однако при повышенных температурах он растворяется в мезитилене, в тетрахлориде углерода, бензоле, циклогексане и др.

Политрифторэтилен обладает хорошими диэлектрическими свойствами, но уступает политетрафторэтилену. При нагревании выше 120°С диэлектрические свойства фторопласта-3 значительно ухудшаются.

По химической стойкости политрифторхлорэтилен уступает политетрафторэтилену (флоропласту-4). При высоких температурах при действии расплавленных щелочных металлов и элементного фтора фторопласт-3 разлагается.

Фторопласт-ЗМ по основным химическим и физико-механическим свойствам очень близок к фторопласту-3, но отличается от него меньшей скоростью кристаллизации. Он выдерживает длительное нагревание при 150--170 °С. Обладает немного большей эластичностью и более высокой ударной вязкостью.

Политрифторхлорэтилен перерабатывается в изделия всеми методами, применяемыми для переработки термопластов.

Изделия, пленки, листы, покрытия и смазки из политрифторхлорэтилена широко применяются в технике.

Получение политрифторхлорэтилена

При полимеризации трифторхлорэтилена в присутствии инициаторов радикальной полимеризации в водной суспензий в качестве стабилизатора применяют галогенированные соли органических кислот.

Процесс проводят в автоклаве с мешалкой при температуре 20--30 °С, давлении 0,34--1,77 МПа и рН среды 2,5--3, до конверсии мономера 79--90%. После окончания реакции из автоклава сдувают азотом непрореагировавший мономер, а образовавшийся полимер отделяют от жидкой фазы, промывают горячей водой и сушат.

Низкомолекулярный фторопласт-3, полученный в среде органического растворителя -- хлороформа, представляет собой коричневое масло, который после обработки трифторидом кобальта в вакууме при 200°С приобретает высокую химическую и термическую стойкость.

Поливинилфторид и его свойства

Фторопласт-1 (Ф-1) - поливинилфторид, твердый полимер, обладающий высокой механической прочностью, стойкостью к истиранию и многократным перегибам. Характеризуется высокой атмосферостойкостью, инертностью к большинству агрессивных сред и радиационному воздействию. Поливинилфторид относительно дешевый фторполимер с наименьшей среди фторполимеров плотностью 1,39 г/см³.

Поливинилфторид прозрачный, термопластичный полимер, содержащий до 85 % кристаллической фазы. Плавится он при 190-198 °С, начинает разлагаться при 300 °С. Плотность его 1390 кг/м, ММ 18 000-28 000, эксплуатируется он при температурах от -70 до + 120 °С. На холоду не растворяется в органических растворителях, выше 110 °С растворим в хлорированных, ароматических углеводородов, N-замещенных амидах. ФМХ поливинилфторида зависят от молекулярной массы и степени кристалличности и ухудшаются с повышением температуры. Полимер сочетает высокую прочность с высокой химической стойкостью, хорошей адгезией к металлам, дереву, пластмассам, бетону.

Чистый поливинилфторид плавится на воздухе с частичным разложением, поэтому снижение температуры плавления крайне важно для процессов экструзионной переработки в пленки или иные изделия. Для поливинилфторида разработана специальная технология экструзионной переработки в присутствии латентных растворителей, инертных по отношению к поливинилфториду при обычных температурах и активных при температурах свыше 100^оС. Латентный растворитель служит как бы временным пластификатором, который необходим на стадии переработки расплава полимера, а затем на конечной стадии удаляется из готового продукта.

Получение поливинилфторида

Поливинилфторид получают полимеризацией винилфторида в эмульсии по схеме:

nCH2= CHF-> (-CH2 - CHF-)n

Винилфторид получают из ацетилена и HF при 150-160°С в присутствии нанесенной на активированный уголь окиси цинка или сулемы.

Схема процесса получения поливинилфторида и сополимеров винилфторида с трифторэтиленом и другими непредельными соединениями аналогична схеме получения политетрафторэтилена в эмульсии.

Применение поливинилфторида

Благодаря своим исключительным свойствам поливинилфторид является идеальным материалом для поверхностных полимерных покрытий, эксплуатируемых под открытым небом, и может найти широкое применение в строительстве, химической промышленности, электротехнике, в сельском хозяйстве.

Чаще всего его используют в виде пленки для антикоррозионной защиты в химической промышленности и декоративной отделки в строительстве. Пленку готовят экструзией из раствора полимера в диметилсульфоксиде или диметилфталате.

В промышленности применяют также сополимеры винилфторида с винилхлоридом и метилметакрилатом.

Поливинилденторид и его свойства

Основой наименования марок ПВДФ является обозначение Ф-2. Модифицированный Ф-2М имеет лучшую перерабатываемость.

Молекулярная масса М превышает 100 тыс. Это кристаллизующийся полимер, его степень кристалличности зависит от режима охлаждения и изменяется от 20 до 65%, соответственно плотность в пределах 1750--1800 кг/м³. Температура плавления составляет 171--180°С, температура стеклования аморфной фазы равна -(33-38)° С. При температуре выше 340° С он разлагается с выделением фтористого водорода с образованием сопряженных двойных связей.

ПВДФ -- полярный полимер. Он растворяется в диметилсульфоксиде, диметилацетамиде, диметилформамиде, стоек к кислотам и щелочам. ПВДФ -- прочный, твердый теплостойкий материал, лишенный «хладотекучести». Он обладает высокой химической и водостойкостью, радиационностоек, имеет хорошие электроизоляционные и антифрикционные характеристики, морозостоек (-50° С). Является самозатухающим материалом. Ниже приведены некоторые характеристики ПВДФ:

Получение поливинилденторида

Поливинилиденфторид получают полимеризацией винилиденфторида по схеме

nCH2= CF2-> (-CH2 - CF2-)n

Полимеризацию ведут в растворе, суспензии или эмульсии в присутствии радикальных инициаторов.

ПВДФ получают радикальной полимеризацией винилиденфторида в присутствии инициаторов. Полимеризацию проводят в растворе в диметилацетамиде, в суспензии, в массе. Выпускается в виде порошка (с размером частиц 2 мкм и 20--200 мкм), гранул, растворов и дисперсий.

Применение поливинилденфторида

Из него изготавливают химически стойкие волокна, прозрачные пленки, трубы, облицовочные материалы, слоистые пластики с металлом, деревом, пластмассой и т.д. Он входит в состав красок, эмалей, антикоррозионных лаков.

Термически и химически стойкие высокопрочные пленки получают сополимеризацией винилиденфторида с гексафторпропиленом. Сополимер используют для получения термостойких лаковых покрытий. Пленки и покрытия применяют для изоляции проводов, изготовления мембран, прокладок и других конструкционных изделий.

Список Литературы

1. Власов С.В., Основы технологии переработки пластмасс/ С.В. Власов, Э.Л. Калинчев, Л.Б. Кандырин и др. М.: Химия, 1995. 528 с

2. Николаев А. Ф. Технология пластических масс. Л., Химия, 1977. 367 с.

3. Николаев А. Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе. Изд. 2-е. М. Л., Химия, 1966. 768 с.

4. Политетрафторэтилен; фторлон-4; фторопласт-4; тефлон. www.xumuk.ru/vvp/2/814.html, химик.ру

5. «Фторопласты» - Паншин Ю.А., К. Малкевич С.Г., Дунаевская Ц.С. Изд-во «Химия». Ленинградское отделение, 1978. 228 с.

6. Методы получения политетрафторэтилена // Chemie Mania. URL: http://www.chemiemania.ru/chemies-5498-1.html.

7. В.М. Зиновьев, В.С. Сухинин., Основы промышленного синтеза, свойства и применение пластических масс: Учеб. Пособие/ Перм. гос. техн. ун-т. Пермь, 2004. 209 с.

Размещено на Allbest.ru