Задача осуществления прививочной полимеризации тетрафторэтилена

Министерство образования и науки Украины Украинский государственный химико-технологический университет Факультет ТВМС Кафедра ХТВМС Реферат по дисциплине Химии мономеров Подготовила ст.гр. 3-ТВМС-61: Руслана Асоцкая Приняла работу: ас., к.х.н. Бугрим М.В.

Содержание Введение Общие сведения Получение тетрафторэтилена Химические свойства Реакции циклизации Полимеризация тетрафторэтилена Применение История открытия тефлона Вывод Литература Введение Развитие таких отраслей народного хозяйства, как биотехнология, медицина, фармацевтика и многие другие, существенным образом зависит от успехов химии в создании новых материалов. Задача целенаправленного синтеза этих материалов с заранее заданными свойствами приобретает особую актуальность в связи с ужесточением требований к применяемым материалам в ряде новых областей науки и техники. Прививочная полимеризация, в особенности радиационная прививочная полимеризация, широко используется для модифицирования физико-химических свойств полимеров и поверхностных свойств неорганических материалов с целью улучшения их эксплуатационных характеристик. В общей проблеме модифицирования поверхностных свойств материалов методом радиационной прививки задача осуществления прививочной полимеризации тетрафторэтилена (ТФЭ) занимает особое место. Это связано с тем, что благодаря своей природе политетрафторэтилен (ПТФЭ) может дать наибольший эффект при направленном модифицировании материалов, но само осуществление прививочной полимеризации ТФЭ затруднено из-за его высокой склонности к гомополимеризации. Легкость гомополимеризации ТФЭ обусловлена наличием в молекуле четырех атомов наиболее электроотрицательного элемента (фтора), что сильно понижает энергию раскрытия двойной связи. Действительно, радиационный выход полимеризации газообразного ТФЭ на несколько порядков превышает радиационный выход для нефторированного аналога (этилена). Между тем, использовать уникальные физические и химические свойства ПТФЭ для модификации свойств материалов было бы весьма желательно, т.к. получаемые при этом фторполимерсодержащие материалы сочетали бы в себе свойства неорганических и органических веществ, приобретая стойкость к действиям различных растворителей, жидких ракетных топлив, агрессивных сред, обладая антифрикционностью, гидрофобностью, биои гемосовместимостью. В связи с этим представляется чрезвычайно актуальным осуществление модифицирования прививочной полимеризацией ТФЭ поверхностных свойств следующих типов материалов: кремнеземных сорбентов (макропористые стекла, макропористые силикагели и силохромы, аэросилы), различных углеродных и минеральных гемосорбентов, носителей гетерогенных катализаторов, этилен-пропиленовых эластомеров, силиконовых каучуков и промышленных силиконовых резинотехнических изделий, высокотемпературных сверхпроводников, а также наполнителей полимеров.

полимеризация тетрафторэтилен циклизация тефлон Общие сведения Тетрафторэтилен используют в качестве мономера в производстве политетрафторэтилена (тефлона). Данный мономер— химическое соединение углерода и фтора с химической брутто-формулой C2F4, один из представителей фторолефинов — непредельных фторорганических соединений. Представляет собой тяжёлый газ (почти в 3,5 раза тяжелее воздуха), без цвета и запаха, растворим во многих органических растворителях и нерастворим в воде.

Молекула тетрафторэтилена плоская, межъядерное расстояние C-C — 1,33 ± 0,06 Е, межъядерное расстояние C-F — 1,30 ± 0,02 Е, угол между связями FCF — 114 ± 3°.

Тетрафторэтилен является мономером, легко полимеризуется и сополимеризуется практически со всеми мономерами: этиленом, пропиленом, фтористым винилиденом, трифторхлорэтиленом и другими, образуя фторопласты с уникальными свойствами.

Температура плавления -142,50 С Температура кипения 76,30С Плотность (при -76,30С) 1,519 г/см3

Стандартная энтальпия образования — -659,5 кДж/моль Получение тетрафторэтилена Исходным веществом для получения тетрафторэтилена в промышленном масштабе является дифторхлорметан, который получают фторированием хлороформа:

CHCl3 + 2HF CHCLF2 + 2HCl

В лабораторных условиях тетрафторэтилен получают дебромированием 1,2 — дибромтетрафторэтана цинком

или деполимеризацией политетрафторэтилена под вакуумом

CF2 = CF2 + другие продукты[2]

В промышленности тетрафторэтилен получают пиролизом хлордифторметана при температуре 650…8000С:

Считается, что процесс пиролиза протекает через образование промежуточного дифторкарбена:

Процесс пиролиза сопровождается образованием большого числа побочных продуктов: гексафторпропилена, октафторциклобутана и других продуктов.

Химические свойства На палладиевом катализаторе тетрафторэтилен присоединяет водород с образованием 1,1,1,2 — тетрафторэтана.

При освещении актиничным светом тетрафторэтилен подвергается галогенированию.

В жёстких условиях тетрафторэтилен сгорает в кислороде, образуя тетрафторметан и дикосид углерода.

При повышенной температуре тетрафторэтилен подвергается циклодимеризации с образованием октафторциклобутана.

2CF2CF2 > цикло — C4F8

Пиролиз тетрафторэтилена сопровождается образованием гексафторпропилена. Считается, что образование гексафторпропилена основано на реакциях дифторкарбена

На реакции пиролиза тетрафторэтилена основано промышленное производство важного фторсодержащего мономера —гексафторпропилена. Тетрафторэтилен легко полимеризуется по радикальному механизму в присутствии любых источников радикалов. Полимеризацию осуществляют как суспензионным, так и эмульсионным сопособом. Они реагируют со спиртами, меркаптанами, аммиаком, аминами и бисульфитом натрия. Примером таких реакций служит взаимодействие тетрафторэтилена со спиртами и аминами с образованием эфиров и замещенных аминов соответственно:

При взаимодействии тетрафторэтилена с тетраокисыо азота с высоким выходом получается нитронерфторэтилнитрит. Обычные нитриты при гидролизе превращаются, а спирты — этот превращается в иитродифторуксусную кислоту, которая при обработке щелочью дает нитродифторметан, а при действии соляной кислотой — в нитрозодифторхлормеган:

Реакции циклизации с участием тетрафторэтилена Особого упоминания заслуживает реакция с бутадиеном, в которой могут принимать участие одна или две молекулы тетрафторэтилена Циклизация обоих мономеров с акрилонитрилом. Оба получаемых в результате последней реакции нитрила при щелочном гидролизе превращаются в б, б-дифторглутаровую кислоту, например:

Полимеризация тетрафторэтилена Тетрафторэтилен полимеризируется по радикальному механизму при высоком давлении (1,5…2,5 МПа) в присутствии инициаторов радикальных процессов (персульфата калия, пероксида водорода, пероксида бензоила, персульфат аммония)

Реакция полимеризации имеет вид:

Примесь в исходном мономере — триэтиламин.

Политетрафторэтилен (фторопласт-4), который образуется в этом случае, имеет молекулярную массу 140 000…500 000 и плотность 2250…2270 кг/м3. Это негорючий, неплавкий и нерастворимый в воде и органических растворителях полимер, который по химической стойкости занимает первое место среди других полимеров.

Применение Тетрафторэтилен используют в качестве мономера в производстве политетрафторэтилена (тефлона). Часть тефлон называют «пластмассовой платиной». Тефлон — линейный полимер. Поперечные химические связи в нем отсутствуют. Однако между макромолекулами действуют значительные когезионные силы. В связи с этим тефлон нерастворим ни в одном из обычных растворителей. Степень полимеризации тетрафторэтилена, вероятно, очень высока. Было найдено, что молекулярный вес тефлона весьма велик: среднечисловые значения достигают многих миллионов. Отсюда вытекают также и указанная выше нерастворимость, высокие механические свойства и чрезвычайно большая вязкость расплавов. Изделия из тефлона обладают большой твердостью, стойки к истиранию. Из него изготовляют ряд деталей. Тефлон оказался хорошим материалом для подшипников. В связи с низким коэффициентом трения, характерным для тефлона, такие подшипники не нуждаются в применении смазок. Замечательной особенностью тефлона является его необыкновенная термостойкость: смола не теряет своих свойств при температурах от -2690 до +2500, т. е. выдерживает температурный интервал более чем в 5000. Тефлон — один из лучших электроизоляционных материалов. Это обеспечивает ему широкое применение в электропромышленности. Он служит в качестве надежной изоляции проводов, кабелей и т. д. В химической промышленности используется для изготовления установок и аппаратуры, предназначенной для работы в агрессивных средах (шланги, трубопроводы, резервуары и т. д.). Область применения тефлона непрерывно расширяется.

История открытия тефлона Открытие тефлона произошло случайно, как и многие научные открытия. Это случилось 6 апреля 1938 года. Слава первооткрывателя принадлежит доктору Рою Дж. Планкетту. Он работал в одной из лабораторий фирмы Дюпон (DuPont) в штате Нью-Джерси. В ту пору Планкетт изучал свойства фреонов. Однажды, он под сильным давлением заморозил тетрафторэтилен, вследствие чего был получен воскообразный белый порошок, который в дальнейшем продемонстрировал удивительные свойства. Через два года уже был налажен выпуск нового материала, и мир узнал его под именем «Тефлон». Сейчас самый крупный производитель тефлона находится в штате Западная Вирджиния. Завод началдействовать в 1950 году. Потом появились предприятия в Голландии и Японии, причем голландский завод в Дордрехте обеспечивает тефлоном всю Европу. Едва тефлон появился на свет в лаборатории, ученые стали с ним увлеченно экспериментировать. Его «скрещивали» с фтором, что увеличивало термостойкость. Его наполняли стекловолокном, графитом и бронзой. Все эти «приправы» меняли свойства тефлона — в зависимости от того, что от него требовалось в большей мере. Слово «Тефлон» является зарегистрированной торговой маркой корпорации DuPont. Непатентованное название вещества — «политетрафторэтилен» или «фторополимер». В СССР и России традиционное техническое название этого материала — фторопласт. Как всегда, применение тефлону первыми нашли военные, без фторопластовых уплотнений немыслима ракетная техника с её ну очень агрессивным топливом, нашлось применение новому материалу и у прочих мастеров вооружений.

Вывод Мир органических молекул многообразен и неисчерпаем, как многообразна и многогранна в своих проявлениях природа, живая и неживая, познанная нами и еще не познанная. Это бесконечное разнообразие создается благодаря тому, что атомы могут связываться в различной последовательности, по разному располагаясь в пространстве, образуя цепи разнообразной формы, кольца и т. п. Такие молекулы, взаимодействуя между собой, могут в свою очередь образовывать так называемые макромолекулы. В зависимости от того, сколько и каких малых молекул (молекул мономера) участвует в построение макромолекулы, как она располагается в пространстве относительно других макромолекул и как взаимно ориентированы в пространстве её части, какие молекулы «вспомогательных» соединений её окружают, зависит колоссальное разнообразие свойств природных и синтетических высокомолекулярных соединений — полимеров. Человек уже многое понял в этом мире молекул, но ещё больше осталось непознанного и тем более интересного.

1.Коваль И. В. Химия Мономеров.- Днепропетровск: УГХТУ, 2003. 180с.

2. http://istoriz.ru/teflon-istoriya-izobreteniya.html

3.Технология пластических масс/ Под ред. В. В. Коршака.- М.: Химия, 1985.-559с.

4. http://www.zomber.ru/himiya-monomerov/103_sposoby_obrazovaniya_tetraftoretilena.php

5. http://www.zomber.ru/himiya-monomerov/107_him_svoystva_tetraftoretilen_triftorhlortilen.php