Методы синтеза полимерных соединений.

Существует два основных метода получения полимеров из мономеров – полимеризацияиполиконденсация.

Полимеризация – это процесс последовательного многократного присоединения молекул непредельного мономера друг к другу по кратным связям. При этом образуется только полимер без выделения низкомолекулярных продуктов. При этом мономер и образующийся из него полимер имеют один и тот же элементный состав, но значительно различаются молекулярной массой. Пример – полимеризация этена (этилена):

В реакцию полимеризации вступают мономеры, содержащие одну или несколько кратных связей (двойных или тройных). Полимеризация идет за счет разрыва p-связей. Это цепной процесс, включающий стадии инициирования цепи, ее роста и обрыва (см. лекцию по алканам и циклоалканам).

. Различают радикальную и ионную полимеризацию. Радикальная протекает с участием свободных радикалов, которые образуются в результате гомолитического разрыва p-связей (под действием инициаторов, нагрева, электрического тока, светового или радиационного облучения). Ионная полимеризация может быть катионной и анионной.

При взаимодействии двух или более мономеров протекает процесс сополимеризации:

Полимеры, получаемые реакцией полимеризации, называют полимеризационными.

Наиболее важные синтетические полимеризационные полимеры:

1. Из алкенов и их производных получают полиалканы и замещенные полиалканы:

Из полимеров этого типа получают антикоррозионные покрытия, упаковочные пленки, химические волокна, трубопроводы, тепло-, электро- и гидроизоляционные материалы.

2. Из фторзамещенных алкенов получают фторопласты, например, политетрафторэтилен (тефлон, фторопласт-4):

Фторопласты тугоплавки (Т_пл > 300 ⁰С), являются прекрасными диэлектриками, обладают очень высокой химической и теплостойкостью.

3. Из алкадиенов получают синтетические каучуки (бутадиеновый, изопреновый, хлоропреновый, бутадиенстирольный):

Каучуки имеют высокую прочность и эластичность, за счет своих двойных связей они способны образовывать сшитые полимеры, используемые для изготовления резины и изделий из нее.

4. Полиакрилаты получают из производных акриловой кислоты:

Полиакрилаты используются для получения морозостойких изделий, искусственной шерсти, в качестве конструкционных материалов,.

5. Поливинилацетат получают из винилацетата:

Он используется как связующее в полимербетонах.

Поликонденсация – это процесс образования полимеров из мономеров, сопровождающийся выделением низкомолекулярных веществ (воды, спиртов, аммиака, галогенводородов и др.). Поликонденсация идет за счет отщепления подвижных атомов или функциональных групп от молекул мономеров. При этом полимер отличается по элементному составу от мономера.

Поликонденсационные полимеры широко распространены в природе – это сложные углеводы, полипептиды, белки и др.

Наиболее важные синтетические поликонденсационные полимеры:

1. Сложные полиэфиры. Их получают двумя способами:

а) поликонденсацией двухосновных кислот или их сложных эфиров с двухатомными спиртами;

б) поликонденсацией гидроксикислот.

Полиэфиры термопластичны, образуют волокна с высокой механической прочностью, тепло- и светостойкостью.

2. Полиамиды. Их также получают двумя способами:

а) поликонденсацией диаминов с дикарбоновыми кислотами;

б) поликонденсацией аминокислот.

Полиамиды – это труднорастворимые тугоплавкие полимеры с высокой прочностью и эластичностью, способные к образованию пленок и волокон. Они используются для изготовления сантехнического оборудования, изоляционных пленок, тканей, арматуры для стеклопластиков.

3. Простые полиэфиры получают:

а) из этиленгликоля и его производных:

б) реакцией дифенолятов с дигалогенидами:

4. Эпоксидные смолы:

Они обладают эластичностью, твердостью и высокими диэлектрическими свойствами. Применяются для изготовления эпоксидных клеев.

5. Кремнийорганические полимеры:

Они обладают высокой эластичностью, термической устойчивостью, гидрофобностью и свойствами диэлектрика.

На основе полимеров получают пластические массы – это композиции, включающие полимер в качестве связующего компонента и обладающие пластическими свойствами. В состав пластмасс также входят наполнители, пластификаторы, стабилизаторы и красители. В качестве наполнителей используются асбестовое волокно, стекловолокно, графит, металлический порошок, древесная мука и стружка, бумага, целлюлоза, хлопчатобумажные ткани и др.

Полимеры и пластические массы подвергаются старению. Это процесс самопроизвольного изменения их прочности, эластичности, твердости и др. свойств при хранении или эксплуатации. Причиной старения является окисление макромолекул полимеров под действием кислорода воздуха, нагревания, света, радиации, механической нагрузки и др. факторов, которые приводят к их разрушению и сшивке. Процесс старения замедляют добавлением ингибиторов окисления (ароматических аминов или фенолов), которые называют стабилизаторами.

Основные направления использования полимерных материалов в нефтегазопромысловой и добывающей промышленности:

1. Противокоррозионные покрытия для деталей оборудования, трубопроводов, резервуаров для хранения нефти и газа.

2. Пенообразователи для технологий добычи нефти с использованием пены.

3. Деэмульгаторы для разрушения водонефтяных эмульсий.

4. Компоненты буровых тампонажных и промывочных растворов.

5. Важные детали механизмов и устройств, применяемых в технологиях бурения скважин и добычи нефти.

Сама нефть содержит высокомолекулярные вещества – смолы и асфальтены, которые играют негативную роль – ухудшают качество нефти, повышают ее вязкость, адсорбируются на внутренней поверхности оборудования и трубопроводов.