Полиакрилат что это такое

Полиакрилаты

Полезное

Смотреть что такое «Полиакрилаты» в других словарях:

ПОЛИАКРИЛАТЫ — ПОЛИАКРИЛОВЫЕ ЛАКИ то же, что акриловые лаки … Большой Энциклопедический словарь

Полиакрилаты — – полимеры сложных эфиров акриловой или метакриловой кислот, образующиеся при полимеризации эфиров акриловой и метакриловой кислот (соответственно, акрилатов и метакрилатов). Представляют собой прозрачные, термопластичные, физиологически… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Полиакрилаты — Полиметилметакрилат Полиакрилаты полимеры сложных эфиров акриловой, метакриловой или цианакриловой кислот общей формулы ( CH2 CR (COOR … Википедия

полиакрилаты — [ СН2СН(COOR) ]n, синтетические полимеры, продукты полимеризации эфиров акриловой кислоты (R СН3, С2Н5 и др.); бесцветные клейкие каучукоподобные или твердые вещества. Стойки к действию кислорода, химических реагентов, света. Применяются в… … Энциклопедический словарь

полиакрилаты — Продукты поликонденсации дикарбоновых кислот с двухатомными фенолами общей формулы [ OСRCООR О ]n, где R и R соответственно остатки кислоты и фенола. Наибольшее практические значение имеют полиакрилаты из ароматических кислот – твердые прозрачные … Текстильный глоссарий

полиакрилаты — poliakrilatai statusas T sritis chemija apibrėžtis Akrilo rūgšties darinių polimerai ir kopolimerai. atitikmenys: angl. polyacrylates rus. полиакрилаты … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

ПОЛИАКРИЛАТЫ — полимеры эфиров акриловой к ты общей ф лы [ЧCH2CH(COOR)Ч]n. Наиб. практически важны поли н алкилакрилаты: при R = C2 C12 П. аморфные полимеры с низкой т рой стеклования (см. табл.), при R > C12 кристаллизуются с участием боковых цепей и по… … Химическая энциклопедия

ПОЛИАКРИЛАТЫ — продукты полимеризации эфиров акриловой к ты (акрилатов) общей ф лы [ СН2С(R)(СООR ) ]n, где R=H или CH3, R =CH3. C2H5, C4H9 и др. Прозрачные твёрдые термопластичные или клейкие каучукоподобные в ва, хорошо растворимые во мн. органич.… … Большой энциклопедический политехнический словарь

полиакрилаты — полиакрил аты, ов, ед. ч. л ат, а … Русский орфографический словарь

полиакрилаты — мн., Р. полиакрила/тов; ед. полиакрила/т (2 м) … Орфографический словарь русского языка

Источник

Полиметилметакрилат и другие полиакрилаты: производство и свойства

Полиметилметакрилат (ПММА) – это полимер метилметакрилата (метилового эфира метакриловой кислоты), имеющий формулу [-СН₂С(СН₃)(СООСН₃)-]_n.

Производство блочного полиметилметакрилата (органического стекла)

Полиметилметакрилат (пластифицированный или непластифицированный) получают блочной полимеризацией метилметакрилата в формах из силикатного стекла в присутствии инициаторов. При полимеризации в формах для уменьшения количества выделяющегося тепла и усадки в формы заливают 10—30%-ный раствор полиметилметакрилата в мономере (сироп). При получении пластифицированного полиметилметакрилата в качестве пластификатора применяют фталаты (дибутилфталат), фосфаты и другие соединения (5—15% от массы мономера).

Технологический процесс получения листового органического стекла является периодическим и состоит из стадий изготовления стеклянных форм, приготовления мономера или сиропа и заливки его в формы, полимеризации (мономера или сиропа) в формах, охлаждения, разъема форм, обработки и упаковки.

Формы изготовляют из силикатного стекла размером 1200×1400, 1450×1600 и 1600×1800 мм и толщиной 5—11 мм. Силикатное стекло предварительно промывают и сушат в специальном агрегате. Листы силикатного стекла по краям разделяют трубкой из пластифицированного поливинилхлорида или укладывают между ними резиновый шланг, обернутый бумагой, прочитанной водным раствором поливинилового спирта. Расстояние между силикатными стеклами определяет толщину листов органического стекла.

Мономер готовят при комнатной температуре в аппарате с мешалкой. В аппарат загружают метилметакрилат и инициатор— пероксид бензоила (0,1—1,0% от массы мономера).Смесь тщательно перемешивают. Приготовленный мономер поступает в специальный аппарат-мерник, из которого затем подается в формы.

Полимеризацию мономера в формах проводят в туннельной полимеризационной камере с циркулирующим горячим воздухом или в ваннах с циркулирующей водой, нагретой до 20 °С.

При использовании сиропа процесс полимеризации состоит из двух стадий:

Применение сиропа обеспечивает более высокую степень полимеризации (уменьшается обрыв цепи, повышается молекулярная масса полимера), кроме того при его использовании уменьшается образование вздутий и пузырей, что способствует улучшению качества органического стекла. Сироп получают форполимеризацией мономера в аппарате с мешалкой, обратным холодильником, системой обогрева и охлаждения в присутствии незначительных количеств инициатора (0,05—0,1%) при 70— 80 °С в течение 2 ч при слабом перемешивании. В результате полимеризации образуется раствор полимера в мономере, содержащий 5—10% полимера. После охлаждения в полученный сироп вводят инициатор и тщательно перемешивают. Затем сироп заливают в формы для окончательной полимеризации.

Сироп можно готовить также, растворяя полиметилметакрилат в виде «крупки» (отходы органического стекла) в мономере.

В аппарат-смеситель 1 загружают ММА, «крупку» ПММА, инициатор, пластификатор и краситель (при получении окрашенного стекла).

«Крупку» получают путем измельчения обрезков или бракованных листов органического стекла на станке, просеивая их через сито, и термообработки в течение 1—8 ч при 40—150 °С до образования продукта необходимой молекулярной массы.

Ниже приведены нормы загрузки компонентов в аппарат-смеситель, (в массовых частях):

Для получения матовых стекол с перламутровым оттенком вводят 6— 9 массовых частей полистирола.

В аппарате 1 при перемешивании сначала растворяют «крупку» в ММА при 45 °С в течение 2—3 ч, затем вводят пластификатор, инициатор и другие компоненты. Полученный сироп перемешивают и сливают в вакуумизатор 2 для извлечения из реакционной массы растворенного воздуха. После этого сироп заливают в формы 3 , которые помещают в шкафы полимеризации 4 . В шкафы подается, горячий воздух, нагреваемый в калориферах. Температуру полимеризации изменяют в зависимости от толщины получаемого листа, постепенно повышая ее от 40 до 100 °С.

Продолжительность полимеризации определяется толщиной стекла и колеблется от 20 до 100 ч. Окончание процесса полимеризации проверяют в формах по содержанию остаточного мономера.

По окончании полимеризации формы охлаждают, разнимают и извлекают полимер в виде листов или блоков. Разъем форм можно проводить как мокрым, так и сухим методом. При мокром методе формы погружают в ванны, заполненные горячей водой. При сухом разъеме охлаждение форм до комнатной температуры проводится в термокамере воздухом. Полученные листы органического стекла поступают на обработку и контроль, затем их оклеивают бумагой, обрезают края листов по формату и упаковывают. Силикатные стекла поступают на мойку для повторного использования.

В качестве инициаторов реакции полимеризации метилметакрилата применяют также перкарбонаты. При получении толстых листов органического стекла и крупных блоков используют различные окислительно-восстановительные системы, которые позволяют проводить полимеризацию метилметакрилата при более низких температурах.

Производство суспензионных полиакрилатов и полиметакрилатов

Суспензионную полимеризацию эфиров акриловой и метакриловой кислот проводят в водной среде в присутствии инициаторов, растворимых в мономере. Этот метод применяется для полимеризации эфиров низших спиртов (метилового и этилового) метакриловой кислоты и эфиров акриловой кислоты. В качестве инициаторов используют пероксиды и азосоединения, чаще всего— пероксид бензоила. Стабилизаторами суспензии служат желатин и поливиниловый спирт, метилцеллюлоза, соли полиакриловой и полиметакриловой кислот и др. Полимеры образуются в виде гранул. Размер образующихся гранул зависит от содержания и природы стабилизатора, а также от скорости перевешивания реакционной среды.

В реактор загружают дистиллированную воду и мономер (отношение 3:1), затем вводят стабилизатор суспензии (около 3% от массы мономера). После перемешивания в реактор вводят пластификатор — дибутил-, диоктилфталаты, дибутилсебадинат и др. (от 5 до 30% от массы мономера) и если нужно, краситель. Затем добавляют раствор инициатора (0,2—0,5%) в мономере.

Полимеризацию проводят сначала при 70—75 °С, а затем температура повышается до 80—85 °С за счет теплоты, выделяющейся в результате реакции. Продолжительность процесса – около 4 ч.

Полимеризацию в суспензии можно проводить и при более высокой температуре под давлением. Например, гранульный полиметилметакрилат, пригодный для изготовления изделий прессованием, получают в автоклаве при 120—134°С. В реакционную смесь вводят различные добавки: смазочные вещества (стеариновая кислота или лауриловый спирт), термостабилизаторы (диоктилсульфид), регуляторы молекулярной массы полимера и др.

Окончание полимеризации определяют по содержанию мономера в полимере, которое не должно превышать 1— 2%. Гранулы полимера поступают на центрифугу или нутчфильтр, где их отделяют от жидкой фазы и промывают водой или разбавленным раствором серной кислоты (которую затем отмывают водой) для удаления остатков стабилизатора суспензии. Далее полимер сушат в гребковой вакуум-сушилке или в сушилке с встречным потоком воздуха при температуре около 100 °С. Сухие гранулы полимера направляют на упаковку или дальнейшую переработку.

Полученные, гранулы перерабатывают в изделия литьем под давлением (при 190—280°С) и экструзией. Полимер с частицами размером не более 0,2 мм можно перерабатывать в изделия методом прессования при 140—180 °С и давлении 9,8—14,7 МПа.

Для литья обычно применяют полиметилметакрилат со средней молекулярной массой 20000—30000, который получают в присутствии пероксида бензоила и карбоната магния в автоклаве при 80—120 °С.

Производство эмульсионных полиакрилатов и полиметакрилатов

Эмульсионную (латексную) полимеризацию эфиров акриловой и метакриловой кислот проводят в водной среде в присутствии инициаторов, растворимых в воде, но нерастворимых в мономере. Реакция протекает с высокой скоростью, образующийся полимер имеет молекулярную массу большую, чем при полимеризации в блоке, суспензии и в растворе.

Полимер образуется в виде латекса, из которого можно выделять твердый продукт в виде тонкодиоперсного порошка.

При эмульсионной полимеризации в качестве эмульгаторов применяют различные мыла (олеиновые), соли органических сульфокислот, сульфированные масла и т. п., а также различные поверхностно-активные вещества неионогенного типа. Инициаторами служат персульфат аммония, пероксид водорода и другие пероксиды, растворимые в воде.

Полимеризацию проводят в нейтральной или слегка кислой среде. Соотношение мономера, воды, эмульгатора и инициатора такое же, как и при полимеризации в суспензии. Реакцию проводят в условиях, аналогичных условиям полимеризации в суспензии при 60—90 °С. Контроль процесса осуществляют по содержанию мономера в полимере, которое по завершении реакции не должно превышать 1—2%. Порошок полимера выделяют из эмульсии путем разрушения ее серной кислотой или испарения воды. Полученный тонкодисперсный порошок фильтруют на центрифуге, отмывают от эмульгатора водой или спиртом, сушат при 40—70 °С и направляют на дальнейшую переработку.

Метод эмульсионной полимеризации широко применяется для получения полиметилакрилата, полибутилметакрилата и других полиакрилатов.

Производство полиакрилатов и полиметакрилатов в растворе

Полимеризацию эфиров акриловой и метакриловой кислот в растворе проводят только в тех случаях, когда полимеры используют для приготовления лаков.

В качестве растворителей применяют бензол, изопропилбензол, хлорбензол, толуол, ацетон, циклогексанон и др.

Инициаторами служат пероксид бензоила, динитрил азобисизомасляной кислоты и другие инициаторы радикального типа. При полимеризации в растворе образуются полимеры с низкой молекулярной массой вследствие передачи цепи на растворитель.

В промышленности полимеризацию метилметакрилата обычно проводят в водно-метанольной среде (30 :70), в которой растворяется мономер, но не растворяется полимер.

Полиметилметакрилат образуется в виде порошка, выпадающего в осадок. Полимер отфильтровывают на центрифуге, а водно-метанольную смесь возвращают в процесс.

Свойства полимеров эфиров акриловой и метакриловой кислот

Полимеры эфиров акриловой и метакриловой кислот представляют собой термопластичные, аморфные материалы, прозрачные и бесцветные. В зависимости от строения при комнатной температуре они могут быть твердыми, эластичными или мягкими. Полиалкилметакрилаты характеризуются большей твердостью, чем полиалкилакрилаты.

Физико-механические свойства полиалкилакрилатов и полиалкилметакрилатов зависят от размера спиртового радикала в сложноэфирной группе. С увеличением длины радикала твердость, плотность и другие механические свойства полимера ухудшаются, снижается температура размягчения полимера.

Полиалкилакрилаты с большим спиртовым радикалом являются вязкими жидкостями.

Полиметилметакрилат — твердый полимер с молекулярной массой от 20 000 до 200 000 (в зависимости от метода получения и условий полимеризации).

Блочный полиметилметакрилат (органическое стекло) обладает высокой механической прочностью, легкостью и светопрозрачностью.

Стереорегулярный изотактический полиметилметакрилат, полученный при низких температурах, имеет температуру стеклования 45 °С и температуру плавления 160 °С, синдиотактический полимер — температуру стеклования 115°С и температуру плавления 200 °С.

Под действием внешних сил, главным образом растягивающих напряжений, в органическом стекле часто появляются трещины, которые в ряде случаев образуют полости с полным внутренним отражением. Это явление, получившее название «серебрение», значительно снижает качество органического стекла, ухудшает его свойства. Повышению стойкости органического стекла к растрескиванию способствуют пластификация и ориентация полимера, нагретого до 140—150 °С, растяжением в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Это приводит также к увеличению ударной вязкости в 7—10 раз.

При нагревании полимеров эфиров акриловой и метакриловой кислот до 160 °С происходит их плавление, а выше этой температуры начинается деструкция. Так, полиметилакрилат деструктируется при 250 °С с образованием низкомолекулярных полимеров, диоксида углерода и метанола, а полиметилметакрилат — при 300 °С с образованием исходного мономера (80%).

При нагревании выше 250 °С происходит деструкция полибутилметакрилата с образованием изобутилена и смеси различных продуктов.

Полимеры эфиров акриловой и метакриловой кислот растворяются в сложных эфирах, кетонах, в хлорированных и ароматических углеводородах, плохо растворяются в алифатических углеводородах и низших спиртах. Растворимость в малополярных соединениях улучшается с увеличением длины алифатического радикала в сложноэфирной группе. С возрастанием молекулярной массы полимера растворимость ухудшается. При комнатной температуре они стойки к действию многих веществ. Действие излучений на полиалкилакрилаты приводит к частичной деструкции и сшиванию полимеров.

Полиалкилакрилаты и полиалкилметакрилаты способны окрашиваться в различные цвета при добавлении к ним соответствующих красителей и пигментов.

Наибольшее распространение получил полиметилметакрилат, который применяется главным образом для изготовления органического стекла.

В зависимости от физико-механических свойств, состояния поверхности и размера оптических искажений органическое стекло вырабатывается различных сортов и марок.

Полиметилметакрилат можно применять в электротехнике в конструкциях сухих высоковольтных разрядников.

В химической промышленности нашел применение материал на основе полиметилметакрилата с наполнителем — графитом. Он используется для изготовления электродов хлорных ванн, химической теплообменной аппаратуры и т.д.

Из полибутилметакрилата получают также гибкие шланги и оболочки для кабеля, имеющие высокую маслостойкость, стойкость к действию озона и атмосферных факторов.

Для модификации полимеров эфиров акриловой и метакриловой кислот широко используют метод сополимеризации.

В промышленности выпускается сополимер бутилметакрилата с метакриловой кислотой (БМК-5), который характеризуется хорошей адгезией к металлам и высокой светостойкостью. Широко,используются сополимеры метилметакрилата со стиролом.

Широкое распространение получили компаунды, применяемые в качестве диэлектриков для защиты обмоток водопогружных двигателей, в конструкциях измерительных трасформаторов и как влагонепроницаемые материалы для различных технических целей.

Освоено производство сополимеров эфиров акриловой и метакриловой кислот с винилхлоридом, винилиденхлоридом, винилацетатом, с простыми виниловыми эфирами и другими мономерами.

Источник

ПОЛУЧЕНИЕ, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИАКРИЛАТОВ

Полиакрилаты химически стойки, устойчивы к действию света и кислорода. При 80 – 100°C легко гидролизуются растворами щелочей с образованием полиакриловой кислоты, выше 150 °C сшиваются с выделением летучих продуктов и мономера. Полиакрилаты и полиметакрилаты растворимы в собственных мономерах, сложных эфирах, ароматических и хлорированных углеводородах (дихлорэтан или раствор полиметилметакрилата в дихлорэтане используется для склейки органического стекла), низшие полиакрилаты растворимы в ацетоне. Низшие полиакрилаты нерастворимы в неполярных растворителях, растворимость повышается с ростом длины цепи спиртового остатка R, что ведет к снижению бензо- и маслостойкости.

Полиакрилаты и полиметакрилаты устойчивы к воздействию солнечного света, атмосферного кислорода, воды, разбавленных щелочей и кислот. При 80-100°С полиакрилаты и полиметакрилаты гидролизуются растворами щелочей до полиакриловой и полиметакриловой кислот

В зависимости от применяемых исходных мономеров для их получения, полиакрилаты имеют различные свойства. Так, полиметилакрилат – твердый эластичный пластик, полиэтилакрилат – менее твердый, но более эластичный и пластичный пластик, полибутилакрилат – пластичный, липкий полимер, а полициклогексилакрилат – твердый, хрупкий полимер.

Полиакрилаты и полиметакрилаты получают путем инициированной полимеризации. Для получения пластин и блоков полиметилметакрила (органического стекла) используется блочный метод. Для получения порошков, перерабатываемых литьем и прессованием, а также стойких водных дисперсий (латексов) полимеризацию проводят водно-эмульсионным способом.

Полиакрилаты применяют для производства органического стекла, пленок, ЛКМ, клеев и пропиточных составов для бумаги, кожи, дерева, ткани и т.п.

Полиакриловые лаки обладают хорошей адгезией к металлам, пористым поверхностям, покрытиям на основе многих пленкообразователей, высокими физико-механическими свойствами и декоративными качествами. Благодаря высоким водо-, свето-, атмосферостойкости, устойчивости в разбавленных щелочах, сохранению блеска и эластичности срок службы этих материалов достигает 7–10 лет.

Полиакриловые лаки широко применяют для окраски рулонного металла, автомобилей, самолетов и других видов транспорта, строительных конструкций из различных материалов, сельскохозяйственного оборудования, пластмасс, в электротехнической, полиграфической, консервной промышленности. Достоинства покрытий из полиакриловых лаков – хорошая адгезия (одна из основных характеристик лакокрасочного материала, обозначает сцепление лакокрасочного покрытия с окрашенной поверхностью) к металлу, свето-, атмосферо- и водостойкость, недостаток – сравнительно высокая паропроницаемость.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛИАКРИЛАТОВ

Полиакрилаты — этополимеры сложных эфиров акриловой, метакриловой или цианакриловой кислот общей формулой

[—CH₂CH(COOR)—]n,

гдеR’ = Н — акрилаты, R’ = СН₃ — метакрилаты, R’ = CN — цианакрилаты. Это термопластичные полимерные материалы, среди которых наибольшее практическое значение имеют:

поли-n-алкилакрилаты: при R = C₂-C₁₂ полиакрилаты представляют собой аморфные полимеры с низкой температурой стеклования, при R > C₁₂ они кристаллизуются с участием боковых цепей и по внешнему виду напоминают парафины, теряют прозрачность.

Полиметакрилаты с R = С₁-С₃ — аморфные стеклообразные полимеры, с R = С₂-С₁₄ — эластичные, с R > С₁₄ — воскообразные полимеры. При R > С₁₀ вследствие упаковки алкильных цепей полиметакрилаты кристаллизуются, при этом температуры плавления растут с увеличением длины цепи.

При одинаковых заместителях R температуры стеклования полиметакрилатов с выше, чем у полиакрилатов, с увеличением длины цепи R возрастает эластичность и морозостойкость, а плотность, прочность, твердость и температуры стеклования аморфных полимеров уменьшаются.

Стереорегулярные полиакрилаты с разветвленными боковыми радикалами R = C₃-C₄, получаемые анионной полимеризацией, кристаллизуются с участием основной цепи.

Полиакрилаты циклических спиртов (циклогексанола и др.)- это жесткие полимеры, полиакрилаты ненасыщенных спиртов (например, аллилового) — хрупкие стеклообразные сетчатые полимеры.

Полиакрилонитрил CH₂=CHCN – бесцветная жидкость, смешивается во всех отношениях с большинством полярных и неполярных растворителей.

Полиакриламид (ПАА)- бесцветный кристаллический порошок, без запаха, хорошо растворим в воде, низших спиртах и ацетоне.

Полиметилметакрилат (ПММА) — это полимер метилметакрилата (метилового эфира метакриловой кислоты), имеющий формулу:

[-СН₂С(СН₃)(СООСН₃)-]_n.

Полиакрилаты и полиметакрилаты растворимы в собственных мономерах, сложных эфирах, ароматических и хлорированных углеводородах (дихлорэтан или раствор полиметилметакрилата в дихлорэтане используется для склейки органического стекла), низшие полиакрилаты растворимы в ацетоне. Низшие полиакрилаты нерастворимы в неполярных растворителях, растворимость повышается с ростом длины цепи спиртового остатка R, что ведет к снижению бензо- и маслостойкости.

Полиакрилаты и полиметакрилаты устойчивы к воздействию солнечного света, атмосферного кислорода, воды, разбавленных щелочей и кислот. При 80-100°С полиакрилаты и полиметакрилаты гидролизуются растворами щелочей до полиакриловой и полиметакриловой кислот.

Большую часть полиакрилатов и полиметакрилатов получают радикальной полимеризацией, в больших масштабах — обычно эмульсионной либо суспензионной полимеризацией, иногда — полимеризацией в растворе, в относительно небольших масштабах — блочной полимеризацией.

Термодеструкция полиакрилатов протекает при температурах выше 150 °C и сопровождается сшивкой полимера и частичной деполимеризацией (

1 % мономера), в отличие от них термодеструкция алифатических полиметакрилатов, протекающая при 200—250°С, ведет к деполимеризации с почти количественным выходом мономера (более 90 % у полиметилметакрилата).

Анионной полимеризацией могут быть получены стереорегулярные кристаллические полиакрилаты и полиметакрилаты.

Один из наиболее массовых полиакрилатов — полиметилметакрилат (органическое стекло, плексиглас), первый синтетический полимер с хорошими оптическими свойствами, нашедший массовое применение в качестве конструкционного материала, заменяющего стекло в авиастроении и других отраслях промышленности.

На основе полиакрилатов также производятся различные полимерные композиции, в частности акриловые краски и лаки, базирующиеся на водных дисперсиях полиакрилатов или их сополимеров, которые при высыхании образуют стойкую плёнку.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ АКРИЛОВЫХ ПОЛИМЕРОВ

Впервые акриловая (пропеновая, этиленкарбоновая) кислота СН₂=СН-СООН была получена Редтенбахером в 1843 г., который окислил акролеин оксидом серебра:

затем А.М. Бутлеровым в 1860 г. путем реакции иодоформа с этилатом натрия:

В 1862 г. эту кислоту синтезировал Ф.Ф. Бейльштейн дегидроиодированием b-иодпропионовой и дегидратированием b-гидроксипропионовой кислот. Полимеризация акриловой кислоты была описана лишь 10 лет спустя Линнеманом.

Масштабы производства собственно акриловой кислоты гораздо меньше масштабов производства ее производных.

Акриловая и метакриловая кислоты, их сложные эфиры, нитрилы и амиды являются ценными мономерами, полимеризацией которых получают полиакриловую кислоту, полиакрилаты, эфиры: бутил-, трет-бутил-, изобутил-, метил- и этилакрилаты, а также полиакрилонитрил.

Полимеризацией некоторых эфиров акриловой кислоты или сополимеризацией с виниловыми мономерами (2-хлорэтилвиниловый эфир, винилхлорацетат и др.) получают акрилатные (акриловые) каучуки.

Акрилатные каучуки тепло-, озоно- и кислородостойки, устойчивы к действию УФ-излучения, характеризуются низкой газопроницаемостью.

Полиакрилаты и полиметакрилаты широко применяются при производстве органического стекла, синтетических волокон, акриловых смол и различных эмульсий, используемых в целлюлозно-бумажной, лакокрасочной, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности.

Наиболее широкое распространение получил полиметилметакрилат как основа прозрачных органических стекол.

Увеличение производства метакриловых мономеров долгое время тормозилось высокой стоимостью и трудоемкостью применяемых методов их получения. И только в последние 10-15 лет, в связи с необходимостью утилизации дешевой синильной кислоты, получаемой в значительных количествах в качестве побочного продукта в производстве акрилонитрила окислительным аммонолизом пропилена, мощности их производств стали значительно возрастать.

Сополимеризацией акрилатов с другими мономерами значительно улучшаются свойства полимерных материалов и расширяются области их применения. Так, сополимеры акрилатов с небольшим количеством акрилонитрила или винилхлорида улучшают стойкость полимерных материалов к большинству растворителей, сополимеры с акриловой кислотой повышают полярность акрилатов и тем самым улучшают адгезию и способность водных дисперсий к загустеванию, сополимеры с амидами, например с N-метилоламидом, с меламином, аминами, эпоксисоединениями, хлоргидрином и другими мономерами, содержащими реакционноспособные группы, являются основой клеев и лаков холодной и горячей сушки.

Основные свойства полимеров, такие, как температура стеклования (Т_ст), минимальная температура пленкообразования (МТП) и физико-механические свойства покрытий на их основе, зависят от структуры основной и боковых цепей полимерной макромолекулы (см. рис. 1).

Рис. 1. Зависимость температуры стеклования от длины боковой цепи

Растворимость мономера в воде может быть мерой полярности гомополимера: при её увеличении возрастает полярность образующегося полимера. Свободные кислоты (акриловая и метакриловая) повышают растворимость полимера в воде, особенно в нейтрализованном состоянии. С-С-связь в основной цепи химически инертна и позволяет получать химически и атмосферостойкие поли (мет)акрилаты. Вследствие низкой прочности связи, а-СН-групп, примыкающих к карбонильному центру (С = О), полиакрилаты менее стабильны, чем полиметакрилаты. Гидролитическая устойчивость полиметакрилатов из-за стерических особенностей карбонильного центра, примыкающего к метальной группе, ниже, чем полиакрилатов.

Жесткость полиметакрилатов выше, чем соответствующих полиакрилатов, так как дополнительная метальная группа вызывает стерические затруднения при вращении цепи. Возрастание жесткости вызывает повышение Т_ст и твердости и снижение гибкости полиметакрилатов. При увеличении длины цепи макромолекулы повышаются Т_ст полимера, увеличивается твердость и относительное удлинение пленок вследствие возрастания степени кристалличности поли (мет)акрилатов.

Эмульсионная сополимеризация различных мономеров дает возможность получать полиакриловые дисперсии с различными свойствами.

При этом стоит учитывать, что производные метакриловой кислоты достаточно дороги. Стоимость полимера может быть снижена, а его свойства оптимизированы при частичной или полной замене метилметакрилата, который обычно используют для достижения необходимой твердости, на стирол.

Получение сополимеров акрилатов со стиролом возможно благодаря способности этих мономеров легко сополимеризоваться с акрилатами и почти одинаковой температуре стеклования гомополимеров. Использование неполярного мономера стирола взамен метилметакрилата приводит к улучшению водо- и щелочестойкости получаемых сополимеров, увеличению сродства к пигменту и повышению блеска покрытий. Однако высокое содержание стирола может быть причиной снижения атмосферостойкости, что проявляется в мелении, потере блеска и пожелтении покрытия.

При сравнении свойств полиакрилатов с поливиниловыми эфирами следует отметить, что первые образуют более гидрофобные, устойчивые к действию воды и омылению покрытия с более высокой атмосферостойкостью. Благодаря более высокому коэффициенту преломления и однородности акриловых дисперсий блеск покрытий на их основе выше, чем при использовании поливинилацетата.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИАКРИЛАТОВ

1. Производство блочного полиметилметакрилата

(органическое стекло)

Органи́ческое стекло́ (оргстекло́), или полиметилметакрилат (ПММА) — акриловая смола, синтетический виниловый полимер метилметакрилата, термопластичный прозрачный пластик, известный под торговыми марками: Plexiglas, Deglas, Acrylite, Lucite, Perspex, плексиглас, «Акрима», ОСТ Карбогласс, новаттро, плексима, лимакрил, плазкрил, акрилекс, акрилайт, акрипласт, также известный под названием акриловое стекло, акрил, метаплекс и др.

Может подвергаться окрашиванию и тонированию.

Полиметилметакрилат (пластифицированный или непластифицированный) получают блочной полимеризацией метилметакрилата в формах из силикатного стекла в присутствии инициаторов. При полимеризации в формах для уменьшения количества выделяющегося тепла и усадки в формы заливают 10—30%-ный раствор полиметилметакрилата в мономере (сироп).

При получении пластифицированного полиметилметакрилата в качестве пластификатора применяют фталаты (дибутилфталат), фосфаты и другие соединения (5—15% от массы мономера).

Технологический процесс получения листового органического стекла является периодическим и состоит из стадий изготовления стеклянных форм, приготовления мономера или сиропа и заливки его в формы, полимеризации (мономера или сиропа) в формах, охлаждения, разъема форм, обработки и упаковки.

Формы изготовляют из силикатного стекла размером 1200×1400, 1450×1600 и 1600×1800 мм и толщиной 5—11 мм.

Силикатное стекло предварительно промывают и сушат в специальном агрегате. Листы силикатного стекла по краям разделяют трубкой из пластифицированного поливинилхлорида или укладывают между ними резиновый шланг, обернутый бумагой, прочитанной водным раствором поливинилового спирта. Расстояние между силикатными стеклами определяет толщину листов органического стекла.

Мономер готовят при комнатной температуре в аппарате с мешалкой. В аппарат загружают метилметакрилат и инициатор— пероксид бензоила (0,1—1,0% от массы мономера). Смесь тщательно перемешивают. Приготовленный мономер поступает в специальный аппарат-мерник, из которого затем подается в формы.

Полимеризацию мономера в формах проводят в туннельной полимеризационной камере с циркулирующим горячим воздухом или в ваннах с циркулирующей водой, нагретой до 20 °С.

При использовании сиропа процесс полимеризации состоит из двух стадий:

предварительной полимеризации метилметакрилата с образованием сиропа (форполимера);

окончательной полимеризации сиропа с получением оргстекла.

Применение сиропа обеспечивает более высокую степень полимеризации (уменьшается обрыв цепи, повышается молекулярная масса полимера), кроме того при его использовании уменьшается образование вздутий и пузырей, что способствует улучшению качества органического стекла. Сироп получают форполимеризацией мономера в аппарате с мешалкой, обратным холодильником, системой обогрева и охлаждения в присутствии незначительных количеств инициатора (0,05—0,1%) при 70— 80 °С в течение 2 ч при слабом перемешивании.

В результате полимеризации образуется раствор полимера в мономере, содержащий 5—10% полимера. После охлаждения в полученный сироп вводят инициатор и тщательно перемешивают. Затем сироп заливают в формы для окончательной полимеризации.

Сироп можно готовить также, растворяя полиметилметакрилат в виде «крупки» (отходы органического стекла) в мономере.

В аппарат-смеситель (см. рис. 2) загружают ММА (монометиланилин), «крупку» ПММА (полиметилметакрилат), инициатор, пластификатор и краситель (при получении окрашенного стекла). «Крупку» получают путем измельчения обрезков или бракованных листов органического стекла на станке, просеивая их через сито, и термообработки в течение 1—8 ч при 40—150 °С до образования продукта необходимой молекулярной массы.

Рис. 2. Схема производства листового органического стекла:

См – аппарат смеситель; В – вакуумизатор;

Ф – формы; ШП1-ШП2 – шкафы для полимеризации

Ниже приведены нормы загрузки компонентов в аппарат-смеситель, (в массовых частях):

ММА — 100;

«Крупка» — 1—6;

Стеарин — 1—2;

Пероксид бензоила — 0,12—0,2;

Дибутилфталат — 5—8;

Краситель — 0,002—0,5.

Для получения матовых стекол с перламутровым оттенком вводят 6— 9 массовых частей полистирола..

В аппарате смесителе (поз. См) при перемешивании сначала растворяют «крупку» в ММА при 45 °С в течение 2—3 ч, затем вводят пластификатор, инициатор и другие компоненты. Полученный сироп перемешивают и сливают в вакуумизатор (поз. В) для извлечения из реакционной массы растворенного воздуха. После этого сироп заливают в формы (поз. Ф), которые помещают в шкафы полимеризации (поз. ШП1-ШП2). В шкафы подается, горячий воздух, нагреваемый в калориферах. Температуру полимеризации изменяют в зависимости от толщины получаемого листа, постепенно повышая ее от 40 до 100 °С.

Продолжительность полимеризации определяется толщиной стекла и колеблется от 20 до 100 ч. Окончание процесса полимеризации проверяют в формах по содержанию остаточного мономера. По окончании полимеризации формы охлаждают, разнимают и извлекают полимер в виде листов или блоков.

Разъем форм можно проводить как мокрым, так и сухим методом. При мокром методе формы погружают в ванны, заполненные горячей водой. При сухом разъеме охлаждение форм до комнатной температуры проводится в термокамере воздухом.

Полученные листы органического стекла поступают на обработку и контроль, затем их оклеивают бумагой, обрезают края листов по формату и упаковывают. Силикатные стекла поступают на мойку для повторного использования.

В качестве инициаторов реакции полимеризации метилметакрилата применяют также перкарбонаты. При получении толстых листов органического стекла и крупных блоков используют различные окислительно-восстановительные системы, которые позволяют проводить полимеризацию метилметакрилата при более низких температурах.

2. Производство суспензионных полиакрилатов и полиметакрилатов

Суспензионную полимеризацию эфиров акриловой и метакриловой кислот проводят в водной среде в присутствии инициаторов, растворимых в мономере. Этот метод применяется для полимеризации эфиров низших спиртов (метилового и этилового) метакриловой кислоты и эфиров акриловой кислоты. В качестве инициаторов используют пероксиды и азосоединения, чаще всего— пероксид бензоила. Стабилизаторами суспензии служат желатин и поливиниловый спирт, метилцеллюлоза, соли полиакриловой и полиметакриловой кислот и др.

Полимеры образуются в виде гранул. Размер образующихся гранул зависит от содержания и природы стабилизатора, а также от скорости перевешивания реакционной среды.

В реактор загружают дистиллированную воду и мономер (отношение 3:1), затем вводят стабилизатор суспензии (около 3% от массы мономера). После перемешивания в реактор вводят пластификатор — дибутил-, диоктилфталаты, дибутилсебадинат и др. (от 5 до 30% от массы мономера) и если нужно, краситель. Затем добавляют раствор инициатора (0,2—0,5%) в мономере.

Полимеризацию проводят сначала при 70—75 °С, а затем температура повышается до 80—85 °С за счет теплоты, выделяющейся в результате реакции. Продолжительность процесса — около 4 ч.

Полимеризацию в суспензии можно проводить и при более высокой температуре под давлением. Например, гранульный полиметилметакрилат, пригодный для изготовления изделий прессованием, получают в автоклаве при 120—134°С. В реакционную смесь вводят различные добавки: смазочные вещества (стеариновая кислота или лауриловый спирт), термостабилизаторы (диок-тилсульфид), регуляторы молекулярной массы полимера и др.

Окончание полимеризации определяют по содержанию мономера в полимере, которое не должно превышать 1— 2%. Гранулы полимера поступают на центрифугу или нутчфильтр, где их отделяют от жидкой фазы и промывают водой или разбавленным раствором серной кислоты (которую затем отмывают водой) для удаления остатков стабилизатора суспензии.

Далее полимер сушат в гребковой вакуум-сушилке или в сушилке с встречным потоком воздуха при температуре около 100 °С.

Сухие гранулы полимера направляют на упаковку или дальнейшую переработку.

Полученные, гранулы перерабатывают в изделия литьем под давлением (при 190—280°С) и экструзией. Полимер с частицами размером не более 0,2 мм можно перерабатывать в изделия методом прессования при 140—180 °С и давлении 9,8—14,7 МПа.

Для литья обычно применяют полиметилметакрилат со средней молекулярной массой 20000—30000, который получают в присутствии пероксида бензоила и карбоната магния в автоклаве при 80—120 °С.

В аппарат АПМФ (см. рис. 3) загружают метилметакрилат, инициатор и тщательно перемешивают. В аппарате АПВФ готовят суспензию неорганического стабилизатора в воде (или раствор органического стабилизатора — установка позволяет переходить с одного способа на другой — гибкая технология). В реактор(поз. Р) загружают водную фазу, а затем при перемешивании вводят мономерную фазу. Степень заполнения реактора — 85–90 %. Процесс полимеризации ведут в течение 9–12 ч при 50–130 °С в зависимости от марки получаемого продукта.

Рис. 3. Схема производства суспензионного полиметилметакрилата

Гранулы подвергаются затем пигментированию и наполнению на специальных установках.

Суспензионный метод синтеза полимеров и сополимеров позволяет получать широкий ассортимент материалов.

3. Производство эмульсионных полиакрилатов и полиметакрилатов

Эмульсионную (латексную) полимеризацию эфиров акриловой и метакриловой кислот проводят в водной среде в присутствии инициаторов, растворимых в воде, но нерастворимых в мономере. Реакция протекает с высокой скоростью, образующийся полимер имеет молекулярную массу большую, чем при полимеризации в блоке, суспензии и в растворе.

Полимер образуется в виде латекса, из которого можно выделять твердый продукт в виде тонкодиоперсного порошка.

При эмульсионной полимеризации в качестве эмульгаторов применяют различные мыла (олеиновые), соли органических сульфокислот, сульфированные масла и т. п., а также различные поверхностно-активные вещества неионогенного типа. Инициаторами служат персульфат аммония, пероксид водорода и другие пероксиды, растворимые в воде. Полимеризацию проводят в нейтральной или слегка кислой среде. Соотношение мономера, воды, эмульгатора и инициатора такое же, как и при полимеризации в суспензии.

Реакцию проводят в условиях, аналогичных условиям полимеризации в суспензии при 60—90 °С. Контроль процесса осуществляют по содержанию мономера в полимере, которое по завершении реакции не должно превышать 1—2%. Порошок полимера выделяют из эмульсии путем разрушения ее серной кислотой или испарения воды. Полученный тонкодисперсный порошок фильтруют на центрифуге, отмывают от эмульгатора водой или спиртом, сушат при 40—70 °С и направляют на дальнейшую переработку (см. рис. 4).

Метод эмульсионной полимеризации широко применяется для получения полиметилакрилата, полибутилметакрилата и других полиакрилатов.

Для получения сополимеров, используемых в производстве порошковых материалов, сополимеризацию проводят в растворе, эмульсии или суспензии с последующим выделением сополиме­ра в виде мелкодисперсного порошка.

Для получения водоразбавляемых полиакрилатов проводят сополимеризацию нескольких мономеров, из которых, по край­ней мере, два имеют разные полярные реакционноспособные группы, обеспечивающие сродство полимера к воде и его от­верждение на подложке. В качестве одного из этих мономеров обязательно используется кислота (акриловая или метакриловая), а в качестве другого — акриламид или акрилатные моно­меры с гидроксильными функциональными группами. Их полу­чают сополимеризацией акриловых мономеров в смешивающих­ся с водой органических растворителях с последующей нейтрализацией карбоксильных групп сополимера аминами.

Рис. 4.Технологическая схема процесса производства

полиакрилата эмульсионным способом:

4. Производство полиакрилатов и полиметакрилатов в растворе

Полимеризацию эфиров акриловой и метакриловой кислот в растворе проводят только в тех случаях, когда полимеры используют для приготовления лаков. В качестве растворителей применяют бензол, изопропилбензол, хлорбензол, толуол, ацетон, циклогексанон и др. Инициаторами служат пероксид бензоила, динитрил азобисизомасляной кислоты и другие инициаторы радикального типа. При полимеризации в растворе образуются полимеры с низкой молекулярной массой вследствие передачи цепи на растворитель. В промышленности полимеризацию метилметакрилата обычно проводят в водно-метанольной среде (30 :70), в которой растворяется мономер, но не растворяется полимер.

Полиметилметакрилат образуется в виде порошка, выпадающего в осадок. Полимер отфильтровывают на центрифуге, а водно-метанольную смесь возвращают в процесс. Синтез сополимера по этой схеме (см. рис. 5) проводится в реакторе (поз. Р), снабженном рубашкой для обогрева водяным паром. В этот реактор загружают раствори­тель (через жидкостной счетчик ЖС) и из весового мерника (поз. ВМ3) предварительна приготовленную смесь мономеров, содержащую необходимое количество орга­норастворимого инициатора.

Рис. 5. Технологическая схема процесса производства

полиакрилата в рас­творителе:

СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ ЭФИРОВ АКРИЛОВОЙ И МЕТАКРИЛОВОЙ КИСЛОТ

Полимеры эфиров акриловой и метакриловой кислот представляют собой термопластичные, аморфные материалы, прозрачные и бесцветные. В зависимости от строения при комнатной температуре они могут быть твердыми, эластичными или мягкими. Это бесцветные, прозрачные, клейкие, каучукоподобные или твердые вещества.

Физико-механические свойства полиакрилатов и полиметакрилатов зависят от размера спиртового радикала в сложноэфирной группе. С увеличением длины радикала твердость, плотность и другие механические свойства полимера ухудшаются, снижается температура размягчения полимера.

Полиакрилаты имеют аморфную структуру. Даже рентгенограммы не дают возможности обнаружить каких-либо заметных признаков кристаллизации.

Полиметилметакрилатные эфиры характеризуются более высокой теплостойкостью по сравнению с полиакриловыми эфирами. Вследствие этого метакриловые полимеры целесообразно применять в качестве материала для устройства светопрозрачных кровель и остекления, тогда как более мягкие акриловые полимеры используют главным образом для получения морозостойких материалов, температура стеклования которых значительно ниже нормальных температур.

Различие между метакриловыми и акриловыми полимерами проявляется в их химической стойкости. Метакриловые полимеры химически более стойки, тепло- и водостойки, чем акриловые.

Технические продукты в зависимости от их назначения получают с различной степенью полимеризации. С увеличением степени полимеризации повышается температура плавления полимера, до известного предела улучшаются его механические свойства, в частности ударная вязкость. Ценным техническим свойством полиакрилатов являются их прозрачность и бесцветность, а также способность пропускать ультрафиолетовые лучи.

Полиметилметакрилат, по существу, первый полимер, который на основании комплекса свойств можно назвать органическим стеклом. Преимуществом его перед обычным стеклом является меньшая хрупкость.

Однако полиметилметакрилатные стекла по сравнению с минеральными имеют меньшую поверхностную твердость. Важным преимуществом органического стекла является его способность подвергаться обработке как механическим методом (снятием стружки), так и методом пластической деформации.

Крупные изделия сферической формы изготовляют из листов органического стекла методом формования. Для этого рационально использовать вакуумный метод формования, впервые предложенный С. Н. Ушаковым и получивший применение в технике. Предварительно нагретые до 120—150°С пластичные листы укладывают и закрепляют по поверхности металлической формы, в которой имеется отвод к вакууму; при включении вакуума листы втягиваются внутрь формы и в этом состоянии охлаждаются; ровная поверхность изделий при этом сохраняется.

Более мелкие изделия несложной формы можно изготовлять штамповкой заготовок из нагретого листа с последующей формовкой в пресс-формах при низком давлении или без формовки. Трубы и другие полые изделия изготовляют центробежным методом из вязкой, текучей массы, приготовленной растворением полимера в мономере.

Полиметилметакрилатные пресс-порошки перерабатывать методом прессования и литья под давлением даже при более высоких температурах значительно труднее, чем полистирол и некоторые другие полимеры. Объясняется это высокой вязкостью его расплавов, обусловленной большой молекулярной массой полиметилметакрилатных пресс-материалов. Вместе с тем для получения изделий, которые обладают высокой стабильностью во времени и сохраняют форму и размеры при температуре, близкой к температуре стеклования, необходимо, чтобы при прессовании преобладал процесс необратимого вязкого течения массы. Поэтому переработку полиметилметакрилата, так же как и всех линейных полимеров, следует вести при более высоких температурах, обеспечивающих пластическое течение материала, т. е. при 200—220°С.

Пресс-порошки на основе сополимеров метилметакрилата, в частности со стиролом, имеют более высокую текучесть при переработке, меньшую температуру вязкого течения и, следовательно, легче перерабатываются методом литья под давлением, который является одним из самых эффективных.

Полиметилметакрилат широко применяют в различных областях техники, имеются перспективы широкого применения его в строительстве: для остекления различных зданий, особенно теплиц, для декоративных ограждений, изготовления дверных и оконных приборов, в производстве моющихся обоев и в виде эмульсий для красок и грунтовок.

Мягкие акриловые полимеры, получаемые методом эмульсионной полимеризации, не содержащие пластификаторов, обладают высокой масло- и атмосферостойкостью. На их основе могут изготовляться гидроизоляционные пленки. Благодаря совместимости этих полимеров с нитро- п ацетилцеллюлозой их вводят в состав целлюлозных лаков для увеличения адгезии, водостойкости и стойкости к атмосферным влияниям. Акриловые дисперсии применяют

для придания водонепроницаемости бетона, и качестве грунтовки при внутренней окраске стен, пропитке пористых строительных материалов,

Помимо описанных выше полимеров акриловой и метакриловой кислот в технике находит применение полимер, известный под названием полиакрилонитрил.

Наиболее распространена водно-эмульсионная полимеризации акрилонитрила с инициатором (персульфатом аммония), причем получается неплавкий и труднорастворимый аморфный полимер.

Производство полиакролонитрила может быть осущестплепо как периодическим, так и непрерывным методом. По периодическому методу и реактор загружается дистилированная вода, а после ее нагревания до температуры 25°С вводится свежеперегнанный акрилонитрил. Затем в реакционную смесь при помешивании добавляется серная кислота и водные растворы персульфата калия и гидросульфата натрия. Через 2 мин начинается реакция полимеризации, протекающая без перемешивания. Она сопровождается выделением тепла, что повышает температуру смеси до 40°С. Через 20 мин после того как температура смеси прекратит повышаться, реакция закапчивается. Выход полиакрилонитрила достигает 98%.

Полимер, выпавший из реакционной смеси, подвергают многократной промывке дистиллированной водой, а затем сушке при 40°С до содержания летучих не выше 0,8%- После сушки полимер измельчают и просеивают.

Полиакрилонитрил при нагревании изменяет свой цвет, причем этот процесс всегда сопровождается потерей растворимости. Предполагают, что изменение окраски связано с образованием изометиловых мостиков между соседними макромолекулами. Полиакрилонитрил при нагревании в атмосфере азота не претерпевает никаких изменений до 200°С, по при более высокой температуре происходят его размягчение и появление газообразных продуктов, главным образом аммиака.

При 270°С наблюдается также выделение цианистого водорода. Температуру стеклования полиакрилонитрила определить трудно, так как она выше температуры, при которой начинается термическое превращение полимера.

Полиакрилонитрил применяют для изготовления волокна методом фильер. Полиакрилонитрильное волокно, но своим свойствам напоминает шерсть. Это волокно используют для технических тканей (фильтры, специальный войлок), транспортерных лепт, в качестве наполнителя слоистых пластиков.

Сополимеры бутадиена с акрилонитрилом применяют для изготовления технических резин с повышенной маслостойкостью, что может быть использовано и для строительных целей.

Полиалкилакрилаты с большим спиртовым радикалом являются вязкими жидкостями.

Полиметилметакрилат — твердый полимер с молекулярной массой от 20 000 до 200 000 (в зависимости от метода получения и условий полимеризации).

Блочный полиметилметакрилат (органическое стекло) обладает высокой механической прочностью, легкостью и светопрозрачностью.

Непластифицированный полиметилметакрилат имеет плотность 1180—1190 кг/м 3 ,его теплостойкость по Вика 105—115°С, теплостойкость по Мартенсу 60—80 °С,водопоглощение составляет 0,2 %.

Показатель преломления полиметилметакрилата 1,49, он пропускает до 91—92% лучей видимой части спектра, 75% ультрафиолетовых лучей (силикатное стекло пропускает 0,6—3%) и большую часть инфракрасных лучей; обладает хорошими диэлектрическими свойствами, стойкостью к старению в естественных условиях.

Блочный полиметилметакрилат хорошо поддается формованию и вытяжке при 120 °С и выше.

Стереорегулярный изотактический полиметилметакрилат, полученный при низких температурах, имеет температуру стеклования 45 °С и температуру плавления 160 °С, синдиотактический полимер — температуру стеклования 115°С и температуру плавления 200 °С.

Под действием внешних сил, главным образом растягивающих напряжений, в органическом стекле часто появляются трещины, которые в ряде случаев образуют полости с полным внутренним отражением. Это явление, получившее название «серебрение», значительно снижает качество органического стекла, ухудшает его свойства. Повышению стойкости органического стекла к растрескиванию способствуют пластификация и ориентация полимера, нагретого до 140—150 °С, растяжением в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Это приводит также к увеличению ударной вязкостив 7—10 раз.

При нагревании полимеров эфиров акриловой и метакриловой кислот до 160 °С происходит их плавление, а выше этой температуры начинается деструкция. Так, полиметилакрилат деструктируется при 250 °С с образованием низкомолекулярных полимеров, диоксида углерода и метанола, а полиметилметакрилат — при 300 °С с образованием исходного мономера (80%).

При нагревании выше 250 °С происходит деструкция полибутилметакрилата с образованием изобутилена и смеси различных продуктов.

Полимеры эфиров акриловой и метакриловой кислот растворяются в сложных эфирах, кетонах, в хлорированных и ароматических углеводородах, плохо растворяются в алифатических углеводородах и низших спиртах. Растворимость в малополярных соединениях улучшается с увеличением длины алифатического радикала в сложноэфирной группе. С возрастанием молекулярной массы полимера растворимость ухудшается. При комнатной температуре они стойки к действию многих веществ. Действие излучений на полиалкилакрилаты приводит к частичной деструкции и сшиванию полимеров.

Полиалкилакрилаты и полиалкилметакрилаты способны окрашиваться в различные цвета при добавлении к ним соответствующих красителей и пигментов.

Наибольшее распространение получил полиметилметакрилат, который применяется главным образом для изготовления органического стекла.

В зависимости от физико-механических свойств, состояния поверхности и размера оптических искажений органическое стекло вырабатывается различных сортов и марок.

Полиметилметакрилат можно применять в электротехнике в конструкциях сухих высоковольтных разрядников.

В химической промышленности нашел применение материал на основе полиметилметакрилата с наполнителем — графитом. Он используется для изготовления электродов хлорных ванн, химической теплообменной аппаратуры и т.д.

Из полибутилметакрилата получают также гибкие шланги и оболочки для кабеля, имеющие высокую маслостойкость, стойкость к действию озона и атмосферных факторов.

Для модификации полимеров эфиров акриловой и метакриловой кислот широко используют метод сополимеризации.

В промышленности выпускается сополимер бутилметакрилата с метакриловой кислотой (БМК-5), который характеризуется хорошей адгезией к металлам и высокой светостойкостью. Широко,используются сополимеры метилметакрилата со стиролом.

Освоено производство сополимеров эфиров акриловой и метакриловой кислот с винилхлоридом, винилиденхлоридом, винилацетатом, с простыми виниловыми эфирами и другими мономерами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полимеры производных акриловой и метакриловой кислот или так называемые полиакрилаты представляют собой обширный и разнообразный класс полимеризационных полимеров, широко применяющийся в технике.

Значительная асимметричность молекул акриловых и метакриловых эфиров определяет их большую склонность к полимеризации.

Полимеризация имеет цепной радикальный характер и проходит под действием света, тепла, перекисей и других факторов, инициирующих рост свободных радикалов. Чисто термическая полимеризация протекает очень медленно, и этот способ применяют редко. Обычно полимеризацию проводят в присутствии инициаторов— перекиси бензоила и водорастворенных перекисей.

Применяются три основных метода инициированной полимеризации эфиров: блочный, водоэмульсионный и в растворителях.

Блочный метод полимеризации целесообразно применять для производства полиметилметакрилата, который выпускают в виде прозрачных и бесцветных пластин и блоков (органическое стекло).

Основная трудность процесса блочной полимеризации заключается в сложности регулировки температуры внутри блока. Вследствие экзотермичности полимеризации и малой теплопроводности полимера (0,17 Вт/м-°С) неизбежны перегревы внутри блока из-за увеличения скорости реакции и, следовательно, резкого повышения температуры. Это ведет к испарению мономера, образованию вздутий, если внешние слои блока уже достаточно вязки и препятствуют выделению газов из него. До известной степени избежать вздутий можно изменением концентрации инициатора и температуры полимеризации. Чем толще получаемый блок, тем меньше должна быть концентрация инициатора, медленнее подъем температуры и ниже температура полимеризации.

Необходимо иметь в виду, что местные перегревы, избежать которых полностью невозможно, неминуемо ведут к внутренним напряжениям в блоке из-за различной степени полимеризации во внутренних и внешних его слоях.

Процесс производства органического стекла включает приготовление форм и их заливку, предварительную и окончательную полимеризацию и разъем форм.

Формы обычно делают из полированного зеркального силикатного стекла, которое должно быть тщательно промыто в условиях, исключающих попадание пыли. Для изготовления формы берут два стеклянных листа. На края одного из них помещают прокладки из гибкого эластичного материала, по высоте равные толщине изготовляемого блока. Эти прокладки покрывают вторым листом стекла, после чего края обклеивают прочной и тонкой бумагой, оставляя отверстие для заливки мономера.

По окончании полимеризации формы погружают в воду, после чего блоки можно легко отделять от силикатных стекол. Готовые листы направляют на обрезку краев и на полировку.

Листы должны быть прозрачными, без пузырей, вздутий. Размеры (с допусками) и физико-механические свойства должны соответствовать техническим условиям.

Водно-эмульсионную полимеризацию акрилатов применяют для получения литьевых и прессовочных порошков, а также стойких водяных дисперсий типа латекса. Воду и акриловый эфир берут в отношении 2: 1. Если требуется жесткий упругий материал, то рационально применять «бисерный» метод суспензионной полимеризации, получая гранулированный полимер. Инициатором служит перекись бензоила, которую растворяют в мономере (от 0,5 до 1%). В качестве эмульгатора применяют карбонат магния, а также полиакриловую кислоту, поливиниловый спирт и другие водорастворимые полимеры. Величина гранул зависит от концентрации эмульгатора и скорости перемешивания. Воду и мономер берут в соотношениях 2:1 или 3:1. Процесс производства гранулированного полимера складывается из загрузки сырья в реактор, полимеризации, фильтрации и промывки гранул полимера, сушки и просеивания.

В никелевый реактор, снабженный паровой рубашкой и мешалкой, последовательно загружают из мерника дистиллированную воду и мономер, затем вручную через штуцер вносят эмульгатор. После перемешивания в течение 10—20 мин в реактор вводят пластификатор, краситель и инициатор, растворимый в мономере. Подачей в рубашку реактора пара поднимают температуру до 70— 75°С. Через 40—60 мин за счет тепла, выделяющегося в результате полимеризации, температура в реакторе повышается до 80—85°С. Температуру можно регулировать подачей воды или пара в рубашку реактора. Контролем процесса служит определение содержания мономера. Полимеризация продолжается 2—4 ч; по окончании полимеризации реакционную смесь переносят в центрифугу с корзиной из нержавеющей стали, в которой гранулы полимера легко отделяются и многократно промываются водой для очистки от эмульгатора.

Отмытый порошок загружают на алюминиевые противни тонким слоем и сушат в термошкафах при медленном подъеме температуры в пределах 40—70°С в течение 8—12 ч. После сушки порошок просеивают и укладывают в тару. Гранулированный полиметилметакрилат без переработки можно применять для изготовления лаков.

Для получения прессовочных порошков гранулированный полимер необходимо пропустить через вальцы в течение 3—5 мин при 170—190°С; в процессе этой операции к полиметилметакрилату могут быть добавлены пластификаторы и красители. Вальцованные листы измельчают на ударно-крестовой мельнице и просеивают через сито.

Применяют полиакрилаты для производства листов и пленок, протезов зубов, как связующие для слоистых пластиков. Водные дисперсии (роплекс) полимеров метил-, этил- и бутилакрилатов и их сополимеров с метилметакрилатом используют для приготовления лакокрасочных материалов и клеев, пропиточных составов для бумаги, кожи, древесины и тканей.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

2. Сутягин В.М., Ляпков А.А. Общая химическая технология полимеров: учебное пособие– Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2007. – 195 с.

7. Перистая Л.Ф., Перистый В.А., Павлов Н.А., Индина И.В. Япрынцев М.Н. Исследование влияния параметров процесса полимеризации акриловой кислоты на вязкость полиакриловой кислоты // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Естественные науки. 2010. №3 (74)/том 10. С. 107-111.

8. 05.05-19С.288П Получение поли(мет)акрилатов // РЖ 19С. Химия высокомолекулярных соединений. 2005. №5.

9. Раммо М.В. Полиакрилаты и полиизоцианаты для получения полиуретановых лакокрасочных материалов // Лакокрасочные материалы и их применение. 2007. № 9. С. 8-11.

10. Масленнікова Л.Д., Шелест В. Вплив полівінілацетату на зміну структури поліакрилату // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2011. Т. 1. № 9 (49). С. 30-32.

11. Золотов М.С., Билым Е.П., Золотов С.М. Заливочные акриловые компаунды для ремонта строительных конструкций. Релаксационные свойства // Коммунальное хозяйство городов. 2014. № 112. С. 36-41.

12. Буря А.И., Колесников В.И., Чигвинцева О.П., Мясникова Н.А., Сычев А.П. Исследование физико-химических процессов, протекающих на границе раздела фаз в полимерных композитах на основе полиарилата // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2010. № 3 (39). С. 5-11.

13. Куликов Д.А., Индейкин Е.А., Куликова О.А. Влияние природы акрилового полимера на структуру покрытия с градиентным распределением компонентов // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2008. Т. 51. № 4. С. 83-84.

14. Гайдаров М.М.Р., Хуббатов А.А., Кравцов С.А. Способ приготовления бурового раствора с использованием акрилового полимера / патент на изобретение RUS 2455332 17.06.2010.

15. Бартоломью Э.Л., Идэн Г., Лестер К.Л., Мэрки Р., Мюллер А. Водостойкий акриловый чувствительный к давлению адгезивный полимер (варианты) и этикетка на его основе (варианты) / патент на изобретение RUS 2418834 19.05.2006.

Источник