Промышленность пластмасс, химических волокон и синтетического каучука

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание:

Введение

1. Типы и свойства пластмасс

1.1 Получение и использование пластмасс в промышленности

2. История и этапы развития химических волокон

2.1 Классификация и промышленное производство химических волокон

3. Промышленность синтетического каучука

3.1 Классификация,получения и примения синтетического каучука

Заключение

Список литературы

Введение

пластмасса химическое волокно синтетический каучук

Даная тема является актуальной на сегодняшний день, поскольку промышленность не стоит на месте, она развивается. Химическая промышленность играет в хозяйстве страны важную роль. В составе этой отрасли выделяют горнохимическую промышленность, основную химию, основной органический синтез, производство полимерных материалов (синтетических смол и пластмасс, химических волокон, синтетического каучука и др.) Задачи которые я преследовала - это изучение промышленности производства пластмасс, химических волокон и синтетического каучука. Для изучения данной темы я преследовала следующие цели :

- изучение видов и промышленного производства пластмасс;

- изучение истории и промышленного производства химических волокон;

- изучение промышленности и производства синтетического каучука.

1. Типы и свойства пластмасс

Первая пластмасса была получена английским металлургом и изобретателем Александром Парксом в 1855 году. Паркс назвал её паркезин (позже получило распространение другое название -- целлулоид). Паркезин был впервые представлен на Большой Международной выставке в Лондоне в 1862 году.

Выделяют следующие типы пластмасс:

1. Термопласты (термопластичные пластмассы) -- при нагреве расплавляются, а при охлаждении возвращаются в исходное состояние.

2. Реактопласты (термореактивные пластмассы) -- отличаются более высокими рабочими температурами, но при нагреве разрушаются и при последующем охлаждении не восстанавливают своих исходных свойств.

3. Газонаполненные пластмассы -- вспененные пластические массы, обладающие малой плотностью.

Свойства пластмасс:

Основные механические характеристики пластмасс те же, что и для металлов.

Пластмассы характеризуются малой плотностью (0,85--1,8 г/см?), чрезвычайно низкими электрической и тепловой проводимостями, не очень большой механической прочностью. При нагревании (часто с предварительным размягчением) они разлагаются. Не чувствительны к влажности, устойчивы к действию сильных кислот и оснований, отношение к органическим растворителям различное (в зависимости от химической природы полимера). Физиологически почти безвредны. Свойства пластмасс можно модифицировать методами сополимеризации или стереоспецифической полимеризации, путём сочетания различных пластмасс друг с другом или с другими материалами, такими как стеклянное волокно, текстильная ткань, введением наполнителей и красителей, пластификаторов, тепло- и светостабилизаторов, облучения и др., а также варьированием сырья, например использование соответствующих полиолов и диизоцианатов при получении полиуретанов.

Твёрдость пластмасс определяется по Бринеллю при нагрузках 50--250 кгс на шарик диаметром 5 мм.

Теплостойкость по Мартенсу -- температура, при которой пластмассовый брусок с размерами 120 ? 15 ? 10 мм, изгибаемый при постоянном моменте, создающем наибольшее напряжение изгиба на гранях 120 ? 15 мм, равное 50 кгс/см?, разрушится или изогнётся так, что укреплённый на конце образца рычаг длиной 210 мм переместится на 6 мм.

Теплостойкость по Вика -- температура, при которой цилиндрический стержень диаметром 1,13 мм под действием груза массой 5 кг (для мягких пластмасс 1 кг) углубится в пластмассу на 1 мм.

Температура хрупкости (морозостойкость) -- температура, при которой пластичный или эластичный материал при ударе может разрушиться хрупко.

Для придания особых свойств пластмассе в нее добавляют пластификаторы (силикон, дибутилфталат, ПЭГ и т. п.), антипирены (дифенилбутансульфокислота), антиоксиданты (трифенилфосфит, непредельные углеводороды).

1.1 Получение и использование пластмасс в промышленности

Производство синтетических пластмасс основано на реакциях полимеризации, поликонденсации или полиприсоединения низкомолекулярных исходных веществ, выделяемых из угля, нефти или природного газа. При этом образуются высокомолекулярные связи с большим числом исходных молекул (приставка «поли-» от греческого «много», например этилен-полиэтилен).

Методы обработки:

1. Литьё/литьё под давлением

2. Экструзия

3. Прессование

4. Виброформование

5. Вспенивание

6. Отливка

7. Сварка

8. Вакуумная формовка и пр.

Пластические массы, по сравнению с металлами, обладают повышенной упругой деформацией, вследствие чего при обработке пластмасс применяют более высокие давления, чем при обработке металлов. Применять какую-либо смазку, как правило, не рекомендуют; только в некоторых случаях при окончательной обработке допускают применение минерального масла. Охлаждать изделие и инструмент следует струей воздуха.

Пластические массы более хрупки, чем металлы, поэтому при обработке пластмасс режущими инструментами надо применить высокие скорости резания и уменьшать подачу. Износ инструмента при обработке пластмасс значительно больше, чем при обработке металлов, почему необходимо применять инструмент из высокоуглеродистой или быстрорежущей стали или же из твердых сплавов. Лезвия режущих инструментов надо затачивать, по возможности, более остро, пользуясь для этого мелкозернистыми кругами.

Пластмасса может быть обработана на токарном станке, может фрезероваться. Для распиливания может применяться ленточные пилы, дисковые пилы и карборундовые круги.

Применяются различные виды сварки пластмасс:

1. Сварка газовым теплоносителем с присадкой и без присадки

2. Сварка экструдируемой присадкой

3. Контактно-тепловая сварка оплавлением

4. Контактно-тепловая сварка проплавлением

5. Сварка в электрическом поле высокой частоты

6. Сварка термопластов ультразвуком

7. Сварка пластмасс трением

8. Сварка пластмасс излучением

9. Химическая сварка пластмасс

Промышленность пластмасс возникла первоначально в Центральном, Волго-Вятском, Уральском районах на привозном сырье. Эта промышленность выделяется наиболее крупными масштабами производства среди всех отраслей промышленности полимерных материалов, в связи с широким применением пластмасс в качестве современного конструкционного материала, замены ею ценных цветных металлов (меди, никеля), стекла, дерева и других. Из пластмассы производят множество предметов народного потребления.

Объемы производства пластмасс в стране пока еще недостаточны: если в России на душу населения в 1997 г. их произведено 11 кг, то в экономически развитых странах - в 10-13 раз больше (Германия - 143, США - 125, Япония - 116 кг).

Производство широко распространено по индустриальным районам европейской части страны: Центральный экономический район (Москва, Владимир, Орехово-Зуево); Северо-Западный (Санкт-Петербург); Поволжье (Казань, Волгоград, Самара); Волго-Вятский район (Дзержинск); Урал (Екатеринбург, Нижний Тагил, Уфа, Салават); а также в Западной Сибири (Тюмень, Новосибирск, Кемерово, Томск).

Среди стран СНГ по производству пластмасс выделяются Украина (Лисичанск, Горловка); Белоруссия (Гродно, Новополоцк); Грузия (Рустави).

2. История и этапы развития химических волокон

Впервые мысль о том, что человеком может быть создан процесс, подобный процессу получения натурального шелка, при котором в организме гусеницы шелкопряда вырабатывается вязкая жидкость, затвердевающая на воздухе с образованием тонкой прочной нити, была высказана французским ученым Р. Реомюром еще в 1734 году.

Производство первого в мире химического (искусственного) волокна было организовано во Франции в г. Безансоне в 1890 году и основано на переработке раствора эфира целлюлозы (нитрата целлюлозы), применяемого в промышленности при получении бездымного пороха и некоторых видов пластмасс.

Выделяются основные этапы в развитии химических волокон:

На первом этапе -- с конца XIX века до 1940-50-х годов -- разрабатывались и совершенствовались процессы получения искусственных волокон на основе природных полимеров из их растворов мокрым методом формования. Развивалось производство вискозных волокон. Некоторое развитие получили процессы сухого формования ацетатных волокон. Однако доминирующую роль в изготовлении текстильных изделий играли природные волокна, химические рассматриваются только как дополнение к природным волокнам. Изделия из химических волокон изготавливались в весьма небольших количествах.

На втором этапе -- 1940-70-е годы -- развивались процессы синтеза волокнообразующих мономеров, полимеров и технологии получения волокон из расплавов синтетических полимеров. Одновременно сохранялось и совершенствовалось производство волокон мокрым методом формования. Производство химических волокон развивалось в промышленно развитых странах. В этот период созданы основные виды химических волокон, которые можно назвать «традиционными» или «классическими». Химические волокна рассматривались как дополняющие и только частично заменяющие природные волокна. Начинали развиваться процессы модифицирования волокон.

На третьем этапе -- 1970-90-е годы -- выпуск химических волокон существенно возрос. Широко развились методы их модифицирования для улучшения потребительских свойств. Химические волокна приобрели самостоятельное значение для самых различных видов изделий и областей применения. Кроме того, они широко используются в смесях с природными волокнами. В этот же период в промышленно развитых странах созданы «волокна третьего поколения» с принципиально новыми специфическими свойствами: сверхпрочные и сверхвысокомодульные, термостойкие и трудногорючие, хемостойкие, эластомерные и др.

На четвертом этапе -- с 1990-х годов по настоящее время -- идет современный этап развития производства химических волокон, появление новых способов модифицирования, создание новых видов многотоннажных волокон: «волокон будущего» или «волокон четвертого поколения». В их числе новые волокна на основе воспроизводимого растительного сырья (лиоцелл, полилактидные), новые мономеры и полимеры, получаемые путем биохимического синтеза и волокна на их основе. Проводятся исследования по применению новых принципов получения полимеров и волокон, основанных на методах генной инженерии и биомиметики.

2.1 Классификация и промышленное производство химических волокон

В России принята следующая классификация химических волокон в зависимости от вида исходного сырья:

1. Искусственное волокно (из природных полимеров): гидратцеллюлозные, ацетилцеллюлозные, белковые;

2. Синтетическое волокно (из синтетических полимеров): карбоцепные, гетероцепные.

Искусственные волокна включают в себя:

- Гидратцеллюлозные

- Вискозные, лиоцелл

- Медно-аммиачные

- Ацетилцеллюлозные

- Ацетатные

- Триацетатные

- Белковые

- Казеиновые

- Зеиновые

Синтетические волокна(в скобках приведены торговые названия):

1. Карбоцепные (содержат в цепи макромолекулы только атомы углерода):

2. Полиакрилонитрильные (нитрон, орлон, акрилан, кашмилон, куртель, дралон, вольпрюла)

3. Поливинилхлоридные (хлорин, саран, виньон, ровиль, тевирон)

4. Поливинилспиртовые (винол, мтилан, винилон, куралон, виналон)

5. Полиэтиленовые (спектра, дайнема, текмилон)

6. Полипропиленовые (геркулон, ульстрен, найден, мераклон)

7. Гетероцепные (содержат в цепи макромолекулы кроме атомов углерода атомы других элементов):

8. Полиэфирные (лавсан, терилен, дакрон, тетерон, элана, тергаль, тесил)

9. Полиамидные (капрон, найлон-6, перлон, дедерон, амилан, анид, найлон-6,6, родиа-найлон, ниплон, номекс)

10. Полиуретановые (спандекс, лайкра, вайрин, эспа, неолан, спанцель, ворин)

3. Промышленность синтетического каучука

Первым синтетическим каучуком, имевшим промышленное значение, был полибутадиеновый (дивиниловый) каучук, производившийся синтезом по методу С. В. Лебедева (анионная полимеризация жидкого бутадиена в присутствии натрия), однако из-за невысоких механических качеств нашёл ограниченное применение.

В Германии бутадиен-натриевый каучук нашёл довольно широкое применение под названием «Буна».

Изопреновые каучуки -- синтетические каучуки, получаемые полимеризацией изопрена в присутствии катализаторов -- металлического лития, перекисных соединений. В отличие от других синтетических каучуков изопреновые каучуки, подобно натуральному каучуку, обладают высокой клейкостью и незначительно уступают ему в эластичности.

В настоящее время большая часть производимых каучуков является бутадиен-стирольными или бутадиен-стирол-акрилонитрильными сополимерами.

Каучуки с гетероатомами в качестве заместителей или имеющими их в своём составе часто характеризуются высокой стойкостью к действию растворителей, топлив и масел, устойчивостью к действию солнечного света, но обладают худшими механическими свойствами. Наиболее массовым в производстве и применении каучуками с гетерозаместителями являются хлоропреновые каучуки (неопрен) -- полимеры 2-хлорбутадиена.

В ограниченном масштабе производятся и используются тиоколы -- полисульфидные каучуки, получаемые поликонденсацией дигалогеналканов (1,2-дихлорэтана, 1,2-дихлорпропана) и полисульфидов щелочных металлов.

Первой страной, наладившей масштабное производство синтетического каучука, стал СССР. В 1931 году был построен опытный завод в Ленинграде.[1][2]. 7 июля 1932 года был запущен первый промышленный завод по производству синтетического каучука -- ярославский СК-1; в этот день была получена первая в мире промышленная партия синтетического (натрий-бутадиенового) каучука. В 1932 году в СССР строились три крупных завода по производству синтетического каучука: СК-1 в Ярославле, СК-2 в Воронеже (запущен осенью 1932 года) и СК-3 в Ефремове (запущен в 1933 году). В 1932 году начал производить синтетический каучук завод «Красный Треугольник». В 1961 на Куйбышевском заводе СК (ныне Тольяттикаучук) впервые в промышленном масштабе получили дивинил-альфа-метилстирольный каучук. Здесь его стали делать по новой технологии - не из пищевого сырья, а из нефтехимических продуктов. В 1964 году на заводе впервые в мире в промышленном масштабе получили изопреновый каучук, аналогичный натуральному каучуку. В 1982 году в Тольятти стали выпускать новую для страны марку - бутилкаучук.

Промышленность синтетического каучука занимает заметное место в мире. Производства синтетического каучука (СК) возникли на базе пищевого спирта (в Центральном, Поволжском, Центрально-Черноземном районах) и гидролизного спирта (в Красноярске). Каучук необходим в производстве широко использующихся резиновых изделий. Отсутствие в нашей стране полноценных каучуконосных растений - источников натурального каучука (основным источником, использовавшимся во всем мире, была бразильская гевея) привело к изобретению в 30-х гг. в СССР синтетического каучука. Современное его производство в последние годы все в большей степени ориентируется на углеводородное сырье, чем и объясняется ориентация на районы и центры нефтепереработки, с одновременным приближением к потребителю - шинному и резинотехническому производству.

В наше время на получение 1 т синтетического каучука расходуется около 3 т жидких газов, вместо 9 т зерна или 22 т картофеля. Поэтому производство синтетического каучука в значительной степени переместилось из центральных районов (Ярославль, Ефремов, Воронеж), где оно возникло впервые еще не спирте из картофеля, в Поволжье (Тольятти, Нижнекамск, Казань), на Урал (Пермь, Стерлитамак, Чайковский) и в Западную Сибирь (Омск, Тобольск).

Как правило, совместное производство является комплексным: нефтепереработка - синтетический каучук - сажевое и кордонное производство - шинное производство (Омск, Ярославль). Есть примеры с другим исходным сырьем: гидролиз древесины - синтетический каучук - шинное производство (Красноярск).

Производство синтетического каучука имеется в странах СНГ: Азербайджане (Баку, Сумгаит); Казахстане (Караганда).

3.1 Классификация, получение и применение

Сейчас производится широкий ассортимент синтетических каучуков, различных по составу и потребительским свойствам. Обычно каучуки классифицируют и называют по названию мономеров, использованных для их получения (изопреновые, бутадиеновые каучуки), или по характерной группе атомов, входящих в их состав (полисульфидные, кремнийорганические и т.д.).

Основным методом получения синтетических каучуков является полимеризация диенов и алкенов. Наиболее широко в качестве мономеров для производства каучуков используются бутадиен, изопрен, стирол, хлоропрен, изобутен, этилен, акрилонитрил и др.

Полисульфидные, полиуретановые и некоторые другие каучуки синтезируют с помощью реакции поликонденсации. По областям применения их принято разделять на каучуки общего и специального назначения. Каучуки общего назначения обладают комплексом свойств, позволяющим применять их для производства широкого круга изделий, для которых необходимо основное свойство резин - высокая эластичность при обычных температурах (шины, транспортёрные ленты, обувь и др.). Каучуки специального назначения должны обладать свойствами, обеспечивающими работоспособность изделий в специфических, часто экстремальных условиях: стойкостью к действию растворителей, масел, кислорода, озона, тепло-и морозостойкостью (т. е. способностью сохранять высокую эластичность в широком диапазоне температур) и др. специфическими свойствами. Существуют особые группы синтетических каучуков, такие, как водные дисперсии каучуков - латексы; жидкие каучуки - отверждающиеся олигомеры; наполненные каучуки - смеси каучука с наполнителями или пластификаторами.

Примеры некоторых синтетических каучуков. Среди каучуков общего назначения по-прежнему широко распространены бутадиеновые СКД (стереорегулярный 1,4-цис-полибутадиен) и изопреновые (1,4-цис-полиизопрен) каучуки.

Они обладают высокой прочностью, эластичностью, износостойкостью и невысокой стоимостью, что обуславливает их широкое применение в производстве разнообразных резиновых изделий. Для модификации потребительских свойств каучуков широко используют сополимеризацию - диен полимеризуют с добавлением какого-либо алкена. Такой полимер состоит из элементарных звеньев двух различных типов. Таким сополимером является еще один распространенный СК - бутадиенстирольный каучук (СКС), который применяется не только при производстве резиновых изделий, но также является основой строительного латекса и латексно-эмульсионных красок.

Бутилкаучук (БК) - сополимер 2-метилпропена с небольшим количеством изопрена - относится уже к каучукам специального назначения, т.к. обладает высокой стойкостью к различным воздействиям, поэтому его используют для электроизоляции, антикоррозионных и теплостойких покрытий.

Полихлоропреновые каучуки (наирит, неопрен) - один из наиболее давно известных видов синтетических каучуков - разработаны компанией «Дюпон» в 1930-х. Обладают высокой масло-, бензо-, озоностойкостью. С высокой масло-, бензо- и теплостойкостью связано также и применение бутадиенакрилонитрильного (СКН) каучука.

Высокая прочность при растяжении и стойкость к различным воздействиям полиуретанов обуславливает их разнообразное применение - от искусственной кожи для производства обуви до изготовления износостойких покрытий, клеев и герметиков.

В экстремальных условиях «работают» фторкаучуки - сополимеры фторированных или частично фторированных алкенов. Высокая теплостойкость, инертность к воздействиям агрессивных сред - растворителей, кислот, сильных окислителей, негорючесть, стойкость к УФ-облучению позволяет использовать эти уникальные вещества для работы в условиях высоких температур, в агрессивных средах для изоляции проводов и антикоррозионной защиты аппаратуры.

А вот кремнийорганические каучуки - полиорганосилоксаны - помимо тепло- и морозостойкости и высоких электроизоляционных свойств обладают еще и физиологической инертностью, что обуславливает их применение в изделиях пищевого и медицинского назначения.

Заключение

Таким образом, можно отметить, что производство данных материалов играет важную роль в промышленности стран. Оно играет, прежде всего для экономики государства, способствовать дальнейшему развитию экономике в этой отрасли производства. Поэтому должны проводиться различные мероприятия по усовершенствованию технологий производства пластмасс, химических волокон и синтетического каучука.

Список используемой литературы:

1. Региональная экономика: Учебное пособие для вузов / Т.Г. Морозова, М.П. Победнина, Г.Б. Поляк и др. Прод редакцией проф. Т.Г. Морозовой - М: Банки и биржи, ЮНИТИ, 2004. - 304 с.

2. В.А. Копылов: География промышленности России и стран СНГ: Учебное пособие. - М: Информационно-внедренческий центр “Маркетинг”, 1999. - 160 с.

3. Ежедневный научно-технический журнал №10: “Химическая промышленность” / учредители: комитет РФ по химической и нефтехимической промышленности, ООО “ТЕЗА”, международная федерация химиков АООТ “Технохим” / Редакционная коллегия: М. Г. Слинько - главный редактор, 2001(издается с декабря 1924 г.), 72 с.

4. География промышленности России и стран СНГ: Учебное пособие/ В.А. Копылов, 2005.

Размещено на Allbest.ru