Производство полиэтилена

Родоначальник ряда алкенов — этилен оказался для химиков «крепким орешком» — вплоть до 1933 г. производство полиэтилена - его полимеризация из этилена - учёным не удавалась. Первой была открыта радикальная полимеризация этилена и, как это часто бывает, обнаружили её случайно. В 1933 г., проводя эксперименты по получению стирола из смеси бензола с этиленом при высоком давлении, исследователи выделили из продуктов реакции вязкую прозрачную массу — первый образец полиэтилена.

Через четыре года, в 1937 г., английские химики разработали первый промышленный способ производства полиэтилена, а в 1946 г. начался выпуск полиэтиленовых бутылок.
Для осуществления радикальной полимеризации этилена в качестве инициатора используется кислород. Смесь этилена с кислородом, в которой содержание кислорода составляет 0,01 %, нагревают до 200 °С под давлением 1000 атм., при этом получается полиэтилен высокого давления:

Макромолекулы такого полимера имеют много разветвлений в цепи, и потому материал характеризуется малой степенью кристалличности и невысокой прочностью.
В 1954 г. Карл Циглер и Джулио Натта открыли новый металлоорганический катализатор, благодаря чему производство полиэтилена им удалось осуществить ионную при атмосферном давлении и температуре 60 °С.

Полимеризацию этилена при низком давлении часто проводят в смеси с высшими алкенами: бутеном-1; гексеном-1; 4-метилпентеном-1 и др. У полиэтилена этого вида в молекулах очень мало разветвлений, он регулярный, кристаллический и прочный.

Прослеживается любопытная закономерность: при высоком давлении образуется полиэтилен низкой плотности и прочности, а при низком — наоборот. Ещё одно отличие: у полиэтилена низкого давления большая степень полимеризации: она достигает 300 000; а у полиэтилена высокого давления — 50 000.

Полиэтилен — один из самых распространённых синтетических полимеров. Это и всем известная полиэтиленовая плёнка — прекрасный упаковочный материал, и не поддающиеся коррозии полиэтиленовые трубы, и лёгкая, удобная в обращении посуда.

Полипропилен

Ближайший гомолог этилена — пропилен. В 1955—1956 гг. Джулио Натте удалось получить полипропилен регулярного строения методом ионной полимеризации, используя комплексный катализатор на основе триэтилалюминия (С₂Н₅)₃Аl и тетрахлорида титана TiCl₄.

Полипропилен - родственник полиэтилена обладает ценными свойствами: у него высокая температура размягчения (около 170 °С), повышенные жёсткость и прочность по сравнению с полиэтиленом. Благодаря этим свойствам, а также доступности исходного мономера, полипропилен применяют при изготовлении трубопроводов, химической аппаратуры и различных предметов домашнего обихода.

Полистирол

При замещении одного из атомов водорода в молекуле этилена на бензольное ядро образуется новая «заготовка» для получения полимеров — винилбензол (стирол) СН2=СН—С6Н5.

Радикальная полимеризация стирола приводит к образованию нерегулярного полистирола: В таком полимере нерегулярные макромолекулы, содержащие объёмные неполярные заместители, не могут образовывать кристаллы. Поэтому полистирол легко плавится и растворяется во многих органических жидкостях, а при комнатной температуре находится в аморфном состоянии. При 100 °С полистирол размягчается, а при 185 °С — превращается в вязкую жидкость.

Полистирол получил широкое распространение из-за своей дешевизны и лёгкости обработки. Однако есть у него один серьёзный недостаток — это очень непрочный и хрупкий материал, в чём может убедиться каждый, наступив на корпус шариковой ручки. Прозрачные корпуса авторучек, коробки для кассет и лазерных дисков, детские игрушки, сувениры и другие предметы, для которых не требуется высокой прочности материала, — все они изготовлены из полистирола.

Поливинилхлорид

При замене в этилене атома водорода на хлор образуется ещё один мономер — винилхлорид СН2=СН—Cl. Впервые его полимеризацию осуществил в 1872 г. немецкий химик Эйген Бауман (1846 — 1896). Заслугой этого исследователя стала разработка способа радикальной полимеризации винилхлорида в присутствии органических пероксидов.

При этом получается регулярный полимер, образованию которого способствует высокая полярность молекулы винилхлорида — в процессе полимеризации ей выгодно подойти к растущему концу макромолекулы только одной стороной.

Активное практическое использование поливинилхлорида (сокращённо ПВХ) началось сравнительно недавно — только с середины XX в. Проблема была в том, что чистый поливинилхлорид обладает многими недостатками. При комнатной температуре он очень хрупок и неэластичен. Кроме того, его трудно растворить или расплавить, а это сильно затрудняет переработку полимера. В 30-х гг. учёным удалось найти специальные вещества — стабилизаторы, увеличивающие стойкость поливинилхлорида к действию тепла и света. Новый материал — пластифицированный поливинилхлорид получил широкое распространение. Сейчас из него делают изоляцию для электрических проводов — здесь он вытеснил более горючую и менее химически стойкую резину. Дождевые плащи, игрушки, паркетные плитки, один из видов искусственной кожи — вот далеко не полный список предметов повседневного обихода, сделанных из «старейшего» полимера — поливинилхлорида.