Розділ 1. Полівініловий спирт
1.1.Загальні відомості
Полівініловий спирт, ПВС, - синтетичний водорозчинний полімер аліфатичного ряду, що має гідроксильні групи і належить до полімерів і співполімерів вінілацетату. Має формулу (С2Н4О)n.
де n – число структурних одиниць мономерів у макромолекулі (коефіцієнт або ступінь полімеризації). Цінність для комерційної придатності олігомерів знаходиться в межах 500–5000, що відповідає мол. м. приблизно 20 000–200 000.
Полівініловий спирт – штучний, водорозчинний, термопластичний полімер. Термопласти – лінійні полімери, що при нагріванні переходять в текучий стан і тверднуть при охолодженні. Синтез ПВС здійснюється реакцією лужного/кислотного гідролізу або алкоголіз складних полівінілових ефірів. Основною сировиною для отримання ПВС служить полівінілацетат (ПВА). На відміну від більшості полімерів на основі вінілових мономерів, ПВС не може бути отриманий безпосередньо з відповідного мономера - вінілового спирту (ВС). Деякі реакції, від яких можна було б очікувати отримання мономерного ВС, наприклад приєднання води до ацетилену, гідроліз монохлоретилена, реакція етиленмонохлоргідрина з NaOH, призводять до утворення не вінілового спирту, а ацетальдегіду. Ацетальдегід і ВС являють собою кето- і енольну таутомерні форми одного і того ж з'єднання, з яких кето-форма (ацетальдегід) є набагато більш стійкою, тому синтез ПВС з мономера – неможливий [2]:
1.2. Одержання пвс
Одержують ПВС методом гідролізу полівінілацетату, найчастіше дією розчину натрію гідроксиду в метанолі.
Після відділення осаду його промивають водою, висушують.
В даний час промисловий синтез ПВС здійснюють шляхом полімер аналогічних перетворень, зокрема, з використанням в якості вихідних полімерів простих і складних полівінілових ефірів, таких як ПВА. До основних способів отримання ПВС можна віднести різні варіанти омилення ПВА в середовищі спиртів або у воді в присутності основ і кислот. Залежно від використовуваного середовища і типу каталізатора, процеси омилення ПВА можна представити наступною загальною схемою[4]:
Наведені схеми реакцій можна розбити на три групи: алкоголіз (1), лужний або кислотний гідроліз (2,3) і аміноліз (4,5). Синтез ПВС через реакцію поліальдольної конденсації з ацетальдегіду до теперішнього часу закінчувався отриманням низкомолекулярного полімеру[5].
Алкоголіз складних полівінілових ефірів в середовищі осушених нижчих аліфатичних спиртів (C1-C3), зокрема метанолу, у присутності гідроксидів лужних металів. Процес лужного алкоголізу супроводжується гелеутворенням.
Процес кислотного алкоголізу, так само як і у випадку омилення ПВА за механізмом реакції лужного алкоголізу, супроводжується гелеутвореннмя.
Лужний алкоголіз і гідроліз в суміші нижчих аліфатичних спиртів з іншими розчинниками (діоксан, вода, ацетон, бензин або складні ефіри). При використанні сумішей, компонентом яких є вода, практично у всіх випадках її концентрація не перевищує 10% і омилення супроводжується утворенням гелю.
Отримання ПВС за механізмом реакції гідролізу в присутності кислотних або лужних агентів, де в якості реакційного середовища виступає вода.
Розробка спеціального апаратурного оформлення, що дозволяє вирішити технологічні проблеми, пов'язані з гелеутворенням в процесі омилення ПВА[2,3].
Основним і головним недоліком використовуваних технологій є утворення жорсткого гелю в повному обсязі реакційного апарату при досягненні конверсії порядку 50% і неповна ступінь гідролізу ПВА. Технологічне рішення даної проблеми полягає в розведенні реакційної системи або використанню потокової схеми отримання ПВС, збільшення часу синтезу, нагрівання. Однак це призводить підвищеного споживання розчинника і, відповідно, необхідність його регенерації після синтезу, а нагрівання в присутності обмилюють агента до деструкції полімеру. Іншим способом є використання мішалок спеціальної конструкції (забезпечених лезами) для подрібнення гелю, однак це використання спеціальних реакторів або мішалок здорожує кінцеву. Крім того, вищевказані методи використовуються для отримання широкого спектру сополімерів полівінілацетат-полівініловий спирт [2,5].