Polimerləşmə
- aşağı molekullu birləşmələrin (monomerlərin) artan ölçülü zəncirvari
komplekslərin axırıncı manqasına aktiv mərkəzlərdə daxil olaraq yüksəkmolekullu
birləşmə (polimer) əmələ gətirmə prosesidir. Sənayedə polimerləşməni müxtəlif
texnologiyalar əsasında həyata keçirirlər ki, onlar içərisində aşağıdakıları
göstərmək
1. Monomer mühitində polimerləşmə. Bu polimerləşdirmə üsulu kütlə
polimerləşməsi adlanır.
2. Məhlulda polimerləşmə
3. Emulsiyada polimerləşmə
4. Süspenziyada polimerləşmə
Kütlə polimerləşməsi elə bir üsuldur
ki, onu əsas etibarı ilə monomer öncə maye halında olur və əlavə olaraq heç bir
həlledicidən istifadə edilmir. Polimerləşmə mexanizmi prosesi oyadan təsirin təbiətindən
asılı olaraq radikal, ion və koordinasiyalı-ion kimi müxtəlif prinsiplər əsasında
yarana bilir. Radikal polimerləşdirmə prosesləri sənaye miqyasında daha çox
hallarda inisiatorun (həyəcanlandırıcının) iştirakı ilə həyata keçirilir.
İnisiator olaraq çox zaman üzvü oksidləşdiricilərdən istifadə olunur. Polimerləşmədə
reaksiya mühiti homogen, yaxud heterogen ola. Əgər polimerləşmə zamanı əmələ gələn
polimer monomer mühitində yaxşı həll olandırsa və ya reaksiyanın aparıldığı
temperatur şəraitində maye halındadırsa, o zaman polimerləşmə prosesinin
sonunda ya monomerdə polimerin yüksək dərəcədə qatı məhlulu, ya da yüksək
temperatur nəticəsində maye halına keçmiş polimer- monomer qarışığı əmələ gəlir. Belə hal
homogen proses olub, layihələndirmə və idarəetmə baxımından öz sadəliyinə görə
daha əlverişli sayılır. Reaksiya nəticəsində əmələ gələn polimer öz monomerində
həll olmursa, ayrıca iki maye fazası meydana çıxır ki, bu zaman heterogen
prosesin özünəməxsus texnoloji xüsusiyyətləri özünü göstərməyə başlayır.
Monomer, əmələ gəlmiş polimer və inisiatordan başqa reaksiya sistemində bir
sıra komponentlər də mövcud ola bilir ki, bunların sırasında ilk növbədə orta
molekul kütləsinin tənzimləmək üçün sistemə verilən əlavələri, stabilizatorları
qeyd etmək lazımdır. Sistemə daxil edilən əlavələrin bəziləri polimer
molekulları ilə bilavasitə kimyəvi rabitədə ola bilərlər, digərləri isə onunla
yalnız mexaniki surətdə qarışmış halda olub, reaksiya kütləsi üzrə molekularası
miqrasiya edərək mühitin kontakt səthinə qədər çatmış ola bilirlər. Belə hallar
ümumən arzuolnmaz hal kimi qiymətləndirilir, o səbəbdən ki, əldə olunmuş
polimerin bir material kimi istifadə sahəsini məhdudlaşdıran amilə çevrilə
bilir. Əlbəttə, kütlədə polimerləşdirmə iqtisadi baxımdan daha əlverişli
sayılır. Bu ilk növbədə yüksək çevrilmə dərəcəsinin əldə oluna bilməsi ilə əlaqədardır.
Digər tərəfdən qeyd olunmalıdır ki, bu üsul prosesin texnoloji cəhətdən daha
sadə və etibarlı aparıla bilməsi üçün də əlverişli şərait yaradır. Bu müsbət cəhətlərlə
yanaşı onu da qeyd etmək lazımdır ki, kütlədə polimerləşmə prosesində də mühüm
qüsurlu cəhət vardır ki, o da polimerləşmə reaksiyası sürətinin monomerin
konversiya dərəcəsindən kəskin surətdə asılı olması ilə bağlıdır. Polimerin
yüksək qatılığının əldə olunması ilə özlülüyün yüksəlməsi baş verir ki, nəticədə
zəncirlərin (xüsusilə də uzun zəncirlərin) qırılma ehtimalı xeyli dərəcədə
azalır, yekun polimerləşmə sürəti artır. Qeyd edək ki, bu effekt kütlə polimerləşmə
proseslərinin öyrənilməsində mərkəzi problemlərdən birini təşkil edir və
çoxsaylı tədqiqat işlərinin mövzusu kimi diqqəti cəlb edir. Polimerləşmə
proseslərinin həyata keçirildiyi digər texnoloji üsul suspenziyada polimerləşmədir.
Burada özlülük faktorunun prosesin dinamikasına təsiri kütlə polimerləşməsi
prosesinə nisbətən o qədər də güclü deyildr. Burada monomer suda damcı şəklində
mövcud olur və bu səbəbdən reaksiya mühiti qismən az özlülüyə malikdir. Bu texnoloji prosesdə həm monomer,
həm də inisiator dispers mühit şəraitində qarşılıqlı kontaktda olur. Məsələn
stirolun süspenziyada polimerləşmə prosesində inisiator rolunu oynayan benzol
peroksid suda pis həll olur və qarışdırıcının təsirindən damcılara çevrilərək
süspenziya halına keçir. Süspenziyada polimerləşmənin özünəməxsus üstünlüklərinə
ilk növbədə prosesin həyata keçirildiyi reaksiya mühitinin özlülüyünün
konversiya dərəcəsindən nisbətən az asılı olması ilə bağlıdır. Bu səbəbdən
reaksiyanın gedişində ayrılan istiliyin sistemdən çıxarılması və qarışdırma şəraitinin
qismən asanlaşdırılması müşaiyət olunur. Kütlədə polimerləşmə və süspeziyada
polimerləşmə proseslərinin müqayisəli təhlili hər şeydən öncə proseslərin
viskozimetrik cəhətdən fərqli şəraitdə aparılmalı olduğunu diqqəti cəlb edir.
Bu proseslərdə katalitik təsirin müxtəlif miqyas səviyyələrində özünə yer
tapması bəzi hallarda fraktal analizin cəlb olunması ilə öz həllini tapır
Polimerləşmənin həyata keçirildiyi texnoloji proseslər fasiləsiz və periodik
ola bilirlər. Periodik polimerləşmə prosesi müəyyən zaman müddətində həyata
keçirilir, proseslərin sonu reaksiyada iştirak edən monomerlərin tamamilə sərf
olunması ilə müəyyən olunur. Fasiləsiz polimerləşmə proseslərində monomerlərin
fasiləsiz olaraq reaktora daxil olması şəraitində həyata keçirildiyi üçün
reaksiya prosesinin başa çatması anlayışı artıq öz mənasını itirmiş olur.
Periodik polimerləşmə
Periodik polimerləşmə prosesləri ideal
qarışdırma rejiminə çox yaxın olan bir şəraitdə, polimerizatorlarda həyata
keçirilir. Belə reaksiya aparatında zamanın istənilən anında reaktor daxilində
heç bir fərqli konsentrasiya sahələrinin olmadığını qəbul etmək mümkündür.
Lakin reaksiya sürətinin və reaksiya məhsulunun zamandan asılı olaraq dəyişməsi
təbiidir və reaktorun idarə olunmasında bu amil hökmən nəzərə alınmalı olur.
Periodik rejimli polimerizatorlarda temperatur rejiminin zamandan asılı olaraq
dəyişməsi idarə strategiyasının mühim amili kimi diqqəti cəlb edir. Polimerləşmə
prosesi əsasən ekzotermikdir. İstilik ayrılma sürəti reaksiya sürətindən asılı
olaraq dəyişir. Bir sıra polimerizasiya proseslərində optimal temperatur rejimi
ətraf mühit temperaturundan yüksək olur. Bu hallarda ekzotermik effektin nəzərə
alınması idarəetmə baxımından özünü daha qabarıq göstərir. Başqa sözlə, belə
hallarda polimerizator aparatının avtomatik tənzimləmə vasitələri ilə reaksiya
nəticəsində ayrılan istilik miqdarını sistemdən çıxarmaq, temperatur rejimini
verilmiş tapşırıq qiymətində saxlamaq lazım gəlir. Əksər polimerləşmə proseslərində
polimerizatorun temperatur rejmini sabit saxlamaq üçün onun köynəklərinə
soyuducu agent verilir. Polimerləşdirmə proseslərinin temperatur rejimlərinin
idarə olunması daha geniş məvhumu özündə birləşdirir. Belə ki, bir sıra polimer
istehsalında reaktorun temperatur rejimi zaman ərzində bu və ya digər qanun üzrə
dəyişdirilir. Tənzimləmə sistemlərinin tapşırıq qiymətlərinin müvafiq surətdə dəyişdirilməsi
yolu ilə proqramlı temperatur idarə sistemləri geniş yayılmışlar. Belə idarəetmə
sistemlərində polimerizatorun optimal istilik rejimləri prosesin qeyri-xətti
kinetikası ilə əlaqəli öyrənilir və əks rabitə mexanizmi tətbiq etməklə real
vaxt rejimində idarə funksiyası həyata keçirilir.
Fasiləsiz axında
polimerləşmə
Polimerləşmə prosesini fasiləsiz axında
da müvəffəqiyyətlə sənayedə istifadə edirlər. Fasiləsiz axında polimerləşmə
proseslərinin də bir sıra üstün cəhətləri vardır. Əgər bu proses stasionar vəziyyətlər
şəraitində aparılırsa, bu zaman reaksiya müddəti, reaksiya sürətinin və ya
özlülüyün zamandan asılı olaraq dəyişməsi anlayışları burada öz mənasını
itirirlər. Lakin bunun əvəzində digər mühüm texnoloji parametrlər meydana gəlmiş
olurlar ki, bunlar periodik proseslərdə istifadə olunmur. Reaksiya kütləsinin
reaktorda qalmasının orta müddəti bu qəbildəndir. Fasiləsiz axında həyata
keçirilən polimerləşmə prosesləri üçün həm qarışdırma rejimli, həm də
sıxışdırma rejimli reaktorlar istifadə oluna bilər. Bəzən qarışdırma rejimli
reaktorlar ardıcıllığından istifadə edərək kaskad reaksiya sistemləri
yaradırlar. Bunlar adları qeyd olunan iki reaktor tipinin birləşməsi kimi də
interpretasiya oluna bilər . Şəkildə fasiləsiz axında həyata keçirilən
vinilasetatın polimerləşdirmə reaktoru və texnoloji proseslə bilavasitə əlaqədar
olan digər aparat və proseslərin sxematik təsviri verilmişdir. Bu prosesdə
istifadə olunan reaktor ideal qarışdırma rejiminə çox yaxın götürülmüşdür.
