Уравнение реакции полимеризации бутена 1 полибутилен

Поставки полимеров пластиковой и выдувной тары

Полибутен -1: кто на новенького?

Когда мы говорим о полиолефинах, речь, как правило, идет о полипропилене и полиэтилене — двух самых распространенных в мире материалах. Однако ряд полиолефинов отнюдь не ограничивается привычными ПП и ПЭ.

Компания Basell разработала уникальный продукт, не имеющий аналогов в Европе, — новый полиолефиновый материал Polybutene-1 (Полибутен-1, ПБ-1). Именно о нем мы и хотели бы рассказать Вам сегодня.

Что такое Полибутен-1?

Прежде всего, оговоримся, под Полибутеном-1 мы не имеем в виду поли-изобутилен, который является жидким полимером. ПБ-1 твердый, выпускается в виде гранул, как и его «собратья» — ПП и ПЭ. ПБ-1 — полукристалличный, изотактический термопласт, получаемый путем полимеризации бутена-1. На рисунке 1 в сравнении представлена химическая структура различных материалов: полиэтилена, полипропилена и ПБ-1.

Рис. 1:

Сочетание Полибутена-1 с полиолефинами

ПБ-1 и ПП: благодаря своей структуре, ПБ-1 хорошо диспергируется в полипропилене, прекрасно с ним сочетаясь. При этом ПБ-1 модифицирует свойства ПП даже при низкой концентрации. В частности, придает гибкость и снижает температуру сварки материала. Этим и обусловлено распространенное применение ПБ-1 в смесях с ПП.

ПБ-1 и ПЭ: с полиэтиленом Полибутен-1 несовместим, так как образуется дисперсная фаза. Этот эффект несовместимости широко используется для модификации свойств ПЭ пленки (об этом см. ниже). Кроме того, ПБ-1 используется в смесях с другими полимерами как модификатор текучести и диспергирующий агент для улучшения механических свойств при повышенных температурах.

Свойства ПБ-1. Что делает его уникальным?

• стойкость к ползучести;
• ESCR (устойчивость к распространению трещин);
• реологические свойства ;
• возможность медленной кристаллизации;
• «контролируемая» совместимость с ПЭ;
• хорошее молекулярное взаимодействие (когезия);
• абразивная износостойкость;
• гибкость и сохранение физических свойств при температурах, близких к температуре плавления.

Рис. 2. Стойкость к деформации под нагрузкой ПБ-1 по сравнению с другими полиолефиновыми материалами:

По рисунку 2 видно, что ПБ-1 обладает высокой стойкостью к деформации под воздействием длительных нагрузок, значительно превосходящей показатели других полиолефиновых материалов.

Вышеперечисленные характеристики данного материала определяют сферу его использования на производстве.

Рис. 3. Сравнение свойств различных материалов, применяющихся для производства труб:

Применения ПБ-1

Наиболее часто ПБ-1 используется в производстве высококачественных:

• труб;
• емкостей;
• котлов,

работающих под высоким давлением и/или при высоких температурах, а также при значительных абразивных нагрузках.

Трубы из ПБ-1 выгодно отличаются более низким весом, составляющим около 2/3 от массы труб, изготовленных из сшитого ПЭ и ПВХ.

Изделия из ПБ-1 также обладают:

• высокой гибкостью (в два раза выше, чем у «аналогов» из сшитого ПЭ, и в 10 раз выше, чем у труб из ПВХ);
• низкой потерей давления (в 2 раза меньше в сравнении со сшитым ПЭ).

На фотографиях показаны примеры применения ПБ-1 для изготовления труб центрального водоснабжения, обогрева пола и стен, промышленных труб и т. д.

Благодаря своим уникальным свойствам, ПБ-1 применяется не только для производства труб, но и:

• порошковых покрытий;
• мастербатчей;
• футеровки водонагревателей;
• пленок;
• и т. д.

Возможность замедленной кристаллизации — уникальное свойство для термопласта — делает возможным применение ПБ-1 в производстве волокон и термоплавких клеев. В любом случае, ПБ-1, присутствуя в небольшом соотношении, значительно улучшает свойства конечных изделий.

Особенно интересно такое применение ПБ-1, как легко открываемые упаковки (easy-open seel peal packaging). Сейчас разрабатываются все новые виды упаковки, соответствующие разнообразным требованиям покупателей, одно из которых — простота и легкость в использовании. По данным европейских исследователей более 91 % покупателей жалуются на проблемы с открыванием упаковки. Люди хотят, чтобы она открывалась легко и интуитивно.

И здесь ПБ-1 позволяет добиваться нужных результатов. Простота вскрытия упаковки из ПБ-1 основана на несовместимости ПБ-1 с ПЭ и совместимости с ПП. Благодаря присутствию диспергированной фазы ПБ-1, верхний слой пленки ровно и легко отслаивается при незначительном усилии.

Как видно из приведенных примеров, о каком бы применении ни шла речь, ПБ-1 предлагает эффективное решение. Добавляя небольшое количество ПБ-1 в базовый материал, производитель может получить более качественное, а порой и инновационное изделие. Развитие новых применений и новых марок ПБ-1 продолжается в научных центрах компании Basell и по сей день.

Рис. 4. Объемы производства полиолефинов:

Пока еще эта новейшая разработка не получила такого распространения, как ПП и ПЭ. На диаграмме рисунка 4 «столбик», отражающий объемы потребления Полибутена-1, даже не заметен по сравнению с такими признанными гигантами, как ПП и ПЭ. Однако важно отметить, что среднегодовой процент роста производства и потребления ПБ-1 в несколько раз выше (16%), чем у стандартных полиолефинов (3-5%). И уже можно с уверенностью говорить, что за материалом ПБ-1 — будущее.

Acetyl

Наведите курсор на ячейку элемента, чтобы получить его краткое описание.

Чтобы получить подробное описание элемента, кликните по его названию.

Реакции присоединения алкенов

Упражнения.

1. Напишите уравнения реакций бутена-1 с: а) Br₂; б) HBr; в) H₂O; г) H₂. Назовите продукты реакций.

2. Известны условия, в которых присоединение воды и галогеноводородов по двойной связи алкенов протекает против правила Марковникова. Составьте уравнения реакций
3-бромпропилена по анти-Марковникову с: а) водой; б) бромоводородом.

3. Напишите уравнения реакций полимеризации: а) бутена-1; б) винилхлорида СН₂=СНСl;
в) 1,2-дифторэтилена.

4. Составьте уравнения реакций этилена с кислородом для следующих процессов: а) горение на воздухе; б) гидроксилирование с водным KMnO₄; в) эпоксидирование (250 °С, Ag).

5. Напишите структурную формулу алкена, зная, что 0,21 г этого соединения способно присоединить 0,8 г брома.

6. При сгорании 1 л газообразного углеводорода, обесцвечивающего малиновый раствор перманганата калия, расходуется 4,5 л кислорода, причем получается 3 л СО₂. Составьте структурную формулу этого углеводорода.

Урок 10.
Получение и применение алкенов

Реакции получения алкенов сводятся к обращению реакций, представляющих химические свойства алкенов (протеканию их справа налево, см. урок 9). Надо только подыскать соответствующие условия.
Отщепление двух атомов галогена от дигалогеноалканов, содержащих галогены при соседних атомах С. Реакция протекает под действием металлов (Zn и др.):

Крекинг предельных углеводородов. Так, при крекинге (см. урок 7) этана образуется смесь этилена и водорода:

Дегидратация спиртов. При действии на спирты водоотнимающих средств (концентрированной серной кислоты) или при нагревании 350 °С в присутствии катализаторов отщепляется вода и образуются алкены:

Таким способом в лаборатории получают этилен.
Промышленным способом получения пропилена наряду с крекингом служит дегидратация пропанола над оксидом алюминия:

Дегидрохлорирование хлоралканов проводят при действии на них раствора щелочи в спирте, т.к. в воде продуктами реакции оказываются не алкены, а спирты.

Применение этилена и его гомологов основано на их химических свойствах, т. е. способности превращаться в различные полезные вещества.

Моторные топлива, обладающие высокими октановыми числами, получают гидрированием разветвленных алкенов:

Обесцвечивание желтого раствора брома в инертном растворителе (ССl₄) происходит при добавлении капли алкена или пропускании через раствор газообразного алкена. Взаимодействие с бромом – характерная качественная реакция на двойную связь:

Продукт гидрохлорирования этилена – хлорэтан – используют в химическом синтезе для введения группы С₂Н₅– в молекулу:

Хлорэтан также обладает местным анестезирующим (обезболивающим) действием, что используется при хирургических операциях.

Гидратацией алкенов получают спирты, например, этанол:

Спирт C₂H₅ОН используют как растворитель, для дезинфекции, в синтезе новых веществ.

Гидратация этилена в присутствии окислителя [O] приводит к этиленгликолю – антифризу и полупродукту химического синтеза:

Окислением этилена получают этиленоксид и ацетальдегид – сырье в химической отрасли промышленности:

Полимеры и пластики – продукты полимеризации алкенов, например, политетрафторэтилен (тефлон):

Производство
полимерных пленок
(полиэтилена)

Упражнения.

1. Завершите уравнения реакций элиминирования (отщепления), назовите получающиеся алкены:

2. Составьте уравнения реакций гидрирования: а) 3,3-диметилбутена-1;
б) 2,3,3-триметилбутена-1. В этих реакциях получаются алканы, используемые в качестве моторных топлив, дайте им названия.

3. Через трубку с нагретым оксидом алюминия пропустили 100 г этилового спирта С₂Н₅ОН. В результате получили 33,6 л углеводорода (н.у.). Сколько спирта (в %) прореагировало?

4. Сколько граммов брома прореагирует с 2,8 л (н.у.) этилена?

5. Составьте уравнение реакции полимеризации трифторхлорэтилена. (Образующаяся пластмасса устойчива к действию горячей серной кислоты, металлического натрия и т.п.)

Ответы на упражнения к теме 1

Урок 9

5. Реакция алкена С_nH_2n с бромом в общем виде:

Молярная масса алкена M(С_nH_2n) = 0,21•160/0,8 = 42 г/моль.
Это – пропилен.
Ответ. Формула алкена – СН₂=СНСН₃ (пропилен).

6. Поскольку все участвующие в реакции вещества – газы, стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции пропорциональны их объемным соотношениями. Запишем уравнение реакции:

С_aH_в + 4,5О₂ 3СО₂ + 3Н₂О.

Число молекул воды определяем по уравнению реакции: 4,5•2 = 9 атомов О вступило в реакцию, 6 атомов О связаны в СО₂, остальные 3 атома О входят в состав трех молекул Н₂О. Поэтому индексы равны: а = 3, в = 6. Искомый углеводород – пропилен С₃Н₆.
Ответ. Структурная формула пропилена – СН₂=СНСН₃.

Урок 10

1. Уравнения реакций элиминирования (отщепления) – синтез алкенов:

2. Реакции гидрирования алкенов при нагревании под давлением в присутствии катализатора:

3. Реакция дегидратации этилового спирта имеет вид:

Здесь через х обозначена масса спирта, превратившегося в этилен.
Найдем значение х : х = 46•33,6/22,4 = 69 г.
Доля прореагировавшего спирта составила: 69/100 = 0,69, или 69%.
Ответ. Прореагировало 69% спирта.

4.

Поскольку стехиометрические коэффициенты перед формулами реагирующих веществ (С₂Н₄ и Br₂) равны единице, справедливо соотношение:
2,8/22,4 = х/160. Отсюда х = 20 г Br₂.
Ответ. 20 г Br₂.