X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Полиформальдегид, который также называют полиацеталем, полиметиленоксидом или полиоксиметиленом, представляет собой термопластичный продукт полимеризации формальдегида. Промышленное производство полиформальдегида, несмотря на легкость его полимеризации, осложняется необходимостью тщательной очистки и обезжиривания газообразного продукта и склонностью полимера к деполимеризации при температурах выше 100 ^оС. Кроме того, недостаточно чистый и сухой формальдегид не образует полимеров с молекулярной массой более 10000, пригодных для изготовления качественных изделий с высокими эксплуатационными свойствами.

Технологический процесс производства полиформальдегида непрерывным способом реализуется в соответствии со схемой, представленной на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема непрерывного производства полиформальдегида:

1 – реактор полимеризации формальдегида; 2, 6 – холодильник;

3, 7 – сборники суспензии; 4, 8 – центрифуги; 5 – ацетилятор;

9 – промыватель; 10 – барабанный вакуум-фильтр;

11 – гребковая вакуум-сушилка; 12 – смеситель; 13 – гранулятор

Газообразный формальдегид, не содержащий влаги, непрерывно поступает в реактор 1, в который также непрерывно подают уайт-спирит и катализатор (0,1 – 0,2%-ный раствор стеарата кальция в уайт-спирите). Реактор – цилиндрический аппарат с рубашкой, снабженный пропеллерной мешалкой и холодильником 2. Каждый час в него попадают 18 – 40 кг формальдегида, 100 – 200 л уайт-спирита и 15 – 30 л катализатора.

Температуру реакции поддерживают в пределах 40 – 50^оС. Образующийся полимер выпадает из раствора и его в виде суспензии собирают в приемнике 3, в оттуда подают на центрифугу 4. Уайт-спирит идет на регенерацию.

ПМО, отделенный от растворителя, поступает в ацетилятор 5 на обработку уксусным ангидридом в присутствии ацетата натрия и пиридина в среде уайт-спирита при 135 – 140^оС в течение 3 – 4 ч.

На каждые 1000 кг ПМО затрачивается до 5000 кг уайт-спирита, 1250 кг уксусного ангидрида, 1,25 кг ацетата натрия и 0,7 кг пиридина.

Охлажденную до 30^оС суспензию ПМО сливают в сборник 7, откуда подают на центрифугу 8 для отделения уайт-спирита. Отжатый ПМО поступает в промыватель 9, снабженный мешалкой и фильтровальными патронами для отсасывания промывной воды.

Промывку водой проводят до нейтральной реакции промывных вод. Полимер поступает на барабанный вакуум-фильтр 10, а затем в гребковую вакуум-сушилку 11, обогреваемую паром, где порошок ПМО сушат при 70^оС (8 – 12 кПа) в течение 24 – 48 часов до остаточной влажности 0,2%.

Стабилизацию порошка ПМО проводят в смесителе 12 в течение 1 – 1,5 ч и затем порошок гранулируют с помощью гранулятора 13. При гранулировании в полимер вводят красители и пигменты.

Полиформальдегид находит широкое применение в промышленности, благодаря своим преимуществам, к которым относятся простота механической обработки, стойкость к гидролизу и низкое водопоглащение, отсутствие пор, механическая прочность, устойчивость к нагрузкам, упругость, износостойкость, термостабильность, инертность и химическая стойкость (кроме сильных кислот).

Полиформальдегид относится к антифрикционным материалам, что в сочетании с износостойкостью и прочностью, позволяет успешно применять его в производстве зубчатых колёс, шестерен, втулок, роликов и вкладышей подшипников (см. рисунок 2).

До 40% данного полимера в России применяется в автомобилестроении. Вторая по значимости сфера использования — электроника, производство конторских и бытовых приборов (до 25%). Главные отрасли применения этого полимера в мире – электротехника и автомобилестроение (по 23%), а также потребительские товары (21%). Переработка полиформальдегида в изделия осуществляется в основном методом литья под давлением, также изделия из этого полимера часто получают экструзией и прессованием.

Рисунок 2. Антифрикционные изделия из полиформальдегида

Благодаря жесткости в сочетании с упругостью изделия из полиформальдегида можно применять как альтернативу железоскобяным изделиям (защелки, задвижки, петли, дверные ручки, шарниры для полок).

Полиформальдегид не гигроскопичен, поэтому используется при производстве электротехники (в частности, изоляторов). Возможность его применения в химии обеспечивается устойчивостью к воздействию многих агрессивных соединений.

Стойкость к химическому воздействию и гидролизу позволяет использовать его в кабельной промышленности, при производстве труб, фитингов и контейнеров.

В автомобильной промышленности из полиформальдегида изготавливают детали муфт сцепления, карбюраторов, тормозные системы, приборные щитки.

В текстильной промышленности: шпули, катушки, валики и другие изделия оснастки текстильных машин. В стиральных автоматах многие крупные и мелкие детали изготовлены из полиформальдегида.

Инертность и возможность использования в воде при температуре до 80 °С допускают применение данного пластика при производстве пищевых упаковок.

Также полиформальдегид используется в производстве деталей электробытовых приборов, деталей переключателей, кранов, масло- и бензопроводов, вентилей и игрушек. Этот материал хорошо себя зарекомендовал в производстве музыкальных инструментов. Эти полимеры с успехом используют в производстве точных изделий, например, часовых механизмов.

Таким образом, комплекс ценных свойств полиформальдегида позволяет широко применять изделия из него в различных отраслях промышленности, в том числе как альтернативу изделиям из цветных металлов и стали. Развитие технологий получения полиформальдегида является перспективным направлением развития отрасли полимерных материалов, а увеличение объемов производства и ассортимента выпускаемых изделий технологически и экономически целесообразно.

Список литературы

1. Бортников В.Г. Теоретические основы и технология переработки пластических масс: учебник - 3изд. - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 480 с.

2. Дмитриенко В.П., Мануйлова Н.Б. Материаловедение в машиностроении: учебное пособие - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2016. – 432 с.

3. Батиенков В.Т. и др. Материаловедение: учебник; Под ред. В.Т. Батиенкова. - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2014. - 151 с.

4. Е.А. Брацыхин, Шульгина Э.С. ''Технология пластических масс'' Учебное пособие для техникумов. – 3-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1982. – 328 с., ил.

5. Шур А. М. Высокомолекулярные соединения – М.: Высшая школа, 1981 - 655 с.

6. Ениколопян Я.С., Вольфсон С.А. Химия и технология полиформальдегида - М.: Химия, 1968. - 280 с.

Код для цитирования: Скопировать