ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Требования к полноте проработки отдельных этапов из "Основы создания технологического процесса получения полимеров" Нередко химики-исследователи, проведя цикл поисковых лабораторных работ и получив некоторые данные о кинетике процесса, предлагают перейти к немедленной его проверке в условиях опытной установки. Однако при анализе их данных выясняется, что растворитель они применяли марки ч. д. а., сушили его над металлическим натрием и не анализировали его состав ни до, ни после полимеризации. В качестве инертной среды применяли аргон, мономер чистили путем вымораживания при температуре жидкого азота. [c.147] Хотя полученные результаты, безусловно, заслуживают доверия, они не могут быть непосредственно использованы для создания технологического процесса. Конечно, те же приемы очистки сырья можно реализовать на опытной установке, но они слишком дороги, и почти наверняка стоимость процесса будет непомерно высока. Поэтому перед технологами, приступающими к разработке процесса, стоит задача использовать технологически приемлемые материалы и методы. [c.147] Для правильной оценки технической и экономической приемлемости выбранных методов и материалов необходимо, чтобы исследователь, ведущий технологические разработки, был обстоятельно знаком с промышленным технологическим оборудованием по ректификации, адсорбции, фильтрации, сушке, перегонке и т. д. Желательны консультации с технологами и проектировщиками именно на данной стадии работ. В противном случае может создаться такое положение при котором на следующей стадии работ — при проектировании опытной установки — придется отказываться от проработанных в лаборатории технических решений и начинать всю работу заново. [c.148] Пример 1. При разработке процесса полимеризации триоксана в растворе наилучшими растворителями были нитробензол и бензол. Растворители подбирали по нескольким параметрам, но определяюш,им была форма зависимости молекулярной массы полимера от степени превращения мономера (рис. 3.11). Поскольку полимеризацию проводили по катионному механизму, то достижение заданной степени полимеризации представляло собой сложную задачу из-за высокой чувствительности реакционной системы к присутствию полярных примесей. [c.148] При проектировании опытно-промышленного производства проектировщики забраковали эти растворители по соображениям техники безопасности. Потребовалась новая разработка лабораторных способов полимеризации. Был изобретен принципиально новый способ полимеризации в эмульсии сильнополярного растворителя в неполярном. [c.148] Пример Л а 2. При разработке способов очистки мономерного формальдегида от полярных примесей самым удобным и надежным в лабораторных условиях оказался способ форполимеризации . Он заключался в том, что моно.мер пропускали через охлажденную поверхность или его барботирова-ли через охлажденный нейтральный растворитель. При самопроизвольной полимеризации формальдегида в этих условиях образовывался низкомолекулярный твердый полимер, содержащий избыток полярных примесей по сравнению с их содержанием в оставшемся после очистки мономере. [c.148] Для реализации этого процесса на опытной установке была разработана весьма сложная аппаратура, включающая самоочищающиеся механические устройства. Однако при проектировании опытно-промышленного производства оказалось, что предложенная конструкция при моделировании становится непомерно сложной и дорогой. Поэтому пришлось приступить к разработке альтернативного способа очистки мономера. [c.148] Естественно, что технологи при разработке нового процесса и материала стремятся использовать стандартные, хорошо отработанные методы анализа, чтобы сократить время разработки. Как правило, это невозможно, за исключением тех случаев, когда разработка состоит в усоверщенствовании сз ществующе-го процесса. Значительно чаще приходится сталкиваться с ситуацией, когда технологи ставят перед аналитиками весьма сложные задачи. [c.149] Одни задачи возникают в ходе самой разработки процесса, когда необходимо идентифицировать примеси, состав побочных продуктов и особенно проанализировать ряд неожиданных результатов, полученных в лабораторных исследованиях и при эксплуатации опытных установок. [c.149] Другие задачи связаны с созданием постадийного контроля стабильного, отработанного технологического процесса. При отборе методов многое из того, что было сделано раньше, становится ненужным. Например, все, что относилось к альтернативным вариантам, может оказаться совершенно ненужным при осущестЕленни основного. [c.149] Третьи задачи связаны с анализом самого полимерного материала. Можно утверждать, что это практически всегда самая сложная часть работы. И здесь для анализа стандартного продукта при его промышленном синтезе используется минимальное число методик определение вязкости, показателя текучести расплава, плотности и др. Но для оптимизации свойств материала в ходе разработки технологического процесса потребуется разработка методов анализа молекулярных масс, ММР, состава, распределения звеньев в случае сополимера, композиционной неоднородности, технологических свойств и т. п. [c.149] Даже при наилучшей организации дел, когда группа аналитического контроля включается в работу немедленно после начала технологической разработки, трудно представить себе ситуацию, когда этой группе удается полностью справиться с поставленными перед ней задачами до начала опытных работ на опытной установке. Для того чтобы выйти из положения и не задерживать разработку, технологи широко используют метод так называемых технологических проб. [c.150] Метод технологических проб заключается в том, что при хорошо отлаженном лабораторном синтезе полимера разброс основных показателей (степени превращения мономера за определенное время, вязкости полимера и др.), характеризующих стабильность процесса, может быть весьма невелик, что позволяет использовать лабораторную установку как анализатор процесса. При наличии стандартного сырья это дает возможность проверить качество отдельных компонентов, активность и эффективность катализатора и т. п. Метод технологических проб не заменяет другие методы аналитического контроля, а дополняет их, особенно в сложных случаях. Этот метод может широко использоваться при наладке опытной установки, а также для проверки сырья в промышленном производстве. Особенно он удобен при проверке новых партий катализатора или инициатора. [c.150] Разработка методов анализа структуры полимерных материалов часто превращается в серьезные научные задачи, на решение которых уходит несколько лет. Нередко разработка подобного метода дает стимул для дальнейшего усовершенствования технологического процесса. [c.150] Пример 3. При синтезе сополимеров формальдегида с 1,3-диоксала-ном получается термостабильный продукт и некоторое количество нестабильного, причем поля г.сриого продукта зависит от содержания звеньев сомономера и их распределения по цепи макромолекул. Для оптимизации физико-механических свойств продукта долю сомономера нужно уменьшать. В то же время выход термостабильного продукта определяет экономичность процесса. Хотя было очевидно, что распределение звеньев сомономера по длине цепи и по фракциям с различной молекулярной массой будет влиять на свойства материала, долгое время удавалось анализировать только брут-то-состав материала. [c.150] На разработку кинетического метода анализа композиционной неоднородности материала ушло неско.пько лет. Метод был основан на каталитической деструкции полимера, разделении газообразных продуктов пиролиза и анализе последовательности мономерных звеньев в них. Экспериментальные данные сопоставляли с теоретическим расчетом [71]. После разработки этого метода появилась возможность сравнивать различные типы сополимеров и оптимизировать их структуру. [c.150] Позднее был разработан метод контрастирования каучука тетраоксидом осмия для анализа тонкой структуры каучуковых частиц в электронном микроскопе [72]. Эта методика позволила на новом уровне провести оптимизацию процессов синтеза и получить новые марки ударопрочных полистирольных пластиков с улучшенными свойствами. [c.151] Пример 5. При наполнении полимеров в процессе полимеризации важной задачей явился анализ полноты покрытия полимером частиц наполнителя. Было разработано несколько методов. Самый простой способ был предложен в одном из патентов [73] и заключался в растирании порошка материала вручную по алюминиевой фольге. Непокрытые частицы наполнителя оставляли на фольге царапины. Более сложные методы были основаны на фракционировании частиц порошка в градиентной колонке по плотности. Этот метод был уИ ге пригоден для постадийного контроля процесса. Более точную информацию давал метод избирательной сорбции красителя на свободной поверхности частиц наполнителя. Еще более тонким был разработанный позднее метод анализа, основанный на зондировании поверхности на электронном спектрометре. Этот метод, конечно, малопригоден для постадийного контроля, но дает ценную информацию для разработки процесса. [c.151] Методы анализа структуры полимерных продуктов, как уже отмечалось, представляют практически неограниченные возможности для научного поиска. Поэтому фундаментальные исследования в этой области ведутся и будут вестись непрерывно. Разработка экспресс-методов, примеры которых приведены выше,— это и есть первоочередная задача при проведении технологических разработок. [c.151] Оптимизация технологического процесса. Целью лабораторных экспериментов является отработка оптимальных условий синтеза полимера. Внимание исследователей нацелено прежде всего на скорость процесса синтеза, выход продукта, молекулярную характеристику продукта, условия выделения и обработки полимера. [c.151] Вернуться к основной статье