Текст выступления:

Полимерлерді синтездеу және өндіру
1. Полимерлерді синтездеу және өндіру: негізгі тақырыптар

Бұл бүгінгі баяндаманың тақырыбы – полимерлердің химиялық құрылымы, оларды синтездеудің әдістері, өндірісі, сондай-ақ қолданылуы мен экологиялық маңызы жайында. Полимерлер – заманауи материалтанудың негізі, олар біз өмір сүретін ортада өте кең таралған. Бұл тақырыпқа кірісе отырып, полимерлердің ғылыми және өндірістік маңызына тоқталамыз.

2. Полимер ғылымының даму тарихы мен маңыздылығы

Полимерлер әлемі ХІХ ғасырда зерттеле бастады, ал 1907 жылы алғаш рет бакелит деп аталатын синтетикалық полимер ашылды. Бұл шын мәнінде пластиктердің бастауы және өнеркәсіптік революцияның негізі болды. ХХ ғасырда полимерлік революция басталып, пластиктер, синтетикалық талшықтар және резеңкелер пайда болды. Бұл материалдар ғылымды ғана емес, өнеркәсіп пен күнделікті тұрмысты түбегейлі өзгертті. Мысалы, синтетикалық талшықтар киім өндірісін әлдеқайда жетілдіріп, резеңкелер индустриясында жаңа технологияларды енгізді. Осылайша полимерлер адамзаттың технологиялық дамуының маңызды бастауларының бірі болды.

3. Полимерлер дегеніміз не?

Полимерлер жоғары молекулалы қосылыстар болып табылады, олар мономерлердің қайталанатын құрылымдық бөліктерінен құралады. Бұл макромолекулалардың ұзын тізбегі күрделі кеңістіктік конфигурацияларды қабылдай алады. Табиғи полимерлердің ішінде целлюлоза, нәруыздар, крахмал сияқты маңызды биополимерлер бар, олар тірі организмдердің тіршілік етуіне негіз болады. Сондай-ақ, адамзат жасаған синтетикалық полимерлер қатарына полиэтилен, полистирол және полиамидтер жатады, олар бүгінгі күнде кеңінен қолданылады. Бұндай материалдар тұрмыстық заттардан бастап, жоғары технологиялық салаларға дейінгі қолдану ауқымын қамтиды.

4. (кездескен ақпарат толық емес)

Өкінішке орай, бұл слайдтағы ақпарат толық берілмеген, бірақ полимердің құрылымын макро және микро деңгейлерде қарастыру оның қасиеттерін терең түсінуге мүмкіндік береді. Макро деңгейде полимер тізбегінің ұзындығы мен орналасуы ерекшеленсе, микро деңгейде молекулалық құрылыстардың өзара әрекеті мен кристалдану процестері маңызды рөл атқарады. Осындай көп деңгейлі құрылымдар полимердің механикалық, термиялық және химиялық қасиеттерін анықтайды.

5. (кездескен ақпарат толық емес)

Бұл слайдтағы нақты материалдар мен олардың сипаттамалары туралы мәліметтер толық берілмеген. Дегенмен, табиғи және синтетикалық полимерлердің айырмашылығы мен ұқсастықтары олардың қолданылу ауқымын анықтайды. Табиғи полимерлер биологиялық ыдырайтын, экологиялық қауіпсіз болатындықтан, кейбір арнайы салаларда артықшылыққа ие. Ал синтетикалық полимерлер жоғары беріктілік, икемділік және өңделу жеңілдігі арқасында өндірісте маңызды орын алады.

6. (кездескен ақпарат толық емес)

Бұл слайдта да нақты синтездеу әдістері туралы толық ақпарат жоқ. Бірақ полимерлерді жеткілікті әрі сапалы синтездеудің бірнеше негізгі әдісі бар екенін білеміз. Оларға қосылу полимеризациясы, поликонденсация сияқты химиялық реакциялар жатады. Әрбір әдіс полимердің соңғы қасиеттеріне және оның өндірістік оңтайлылығына әсер етеді. Бұл тақырыпта химиялық реакциялардың бейіні маңызды, өйткені ол өндіріс технологиясының негізі болып табылады.

7. Қосылу полимеризациясының механизмі

Қосылу полимеризациясында молекулалар радикалдық, иондық және координациялық механизмдер бойынша тізбек құра бастайды. Радикалды механизмде мономерлердің қос байланысы ашылып, радикалдардың көмегімен ұзын тізбек пайда болады. Бұл ең кең таралған тәсіл, себебі ол әртүрлі мономерлерге жарамды және өндірісте жиі қолданылады. Иондық механизім — катализаторлардың көмегімен жоғары реакция жылдамдығын қамтамасыз етеді, мұнда иондар маңызды рөл атқарады. Координациялық механизм металл катализаторларының қатысуымен жүреді және нәтижесінде полимерлердің тазалығы жоғары, ерекше қасиеттері болады. Әрбір әдіс молекулалық салмақты және полимердің физикалық қасиеттерін өзгертіп, оның қолданылу аймағын анықтайды.

8. (кездескен ақпарат толық емес)

Бұл слайдта полимеризация процесінің кезеңдері көрсетілген диаграмма ұсынылған сияқты, алайда нақты мәлімет жоқ. Жалпы алғанда, химиялық реакцияның негізгі сатылары — инициация, оңтайландыру, өсу және аяқталу. Әр кезеңде химиялық және физикалық процестер ерекше назар алады, олардың өзара байланысы полимердің сапасына тікелей әсер етеді. Бұл кезеңдердің үйлесімділігі өндірістің тиімділігі мен өнімнің практикалық қасиеттеріне ықпалын тигізеді.

9. Поликонденсация: ерекшеліктері мен мысалдары

Поликонденсация полимеризацияның ерекше әдісі болып табылады, онда мономерлер бірігіп, су немесе аммиак сияқты қосымша өнімдер бөліп шығарады. Бұл реакцияның химиялық тепе-теңдігіне және синтез өнімінің құрылымына әсер етеді. Мысалы, нейлон, полиэфир және фенол-формальдегид шайырлары поликонденсация арқылы өндірілетін танымал және кеңінен қолданылатын полимерлер қатарына жатады. Поликонденсацияның әртүрлі жолдары түрлі қасиеттерге ие өнімдер шығаруға мүмкіндік береді, соның ішінде термопластиктер мен термореактивті материалдар.

10. Синтез әдістерінің салыстырмалы сипаттамалары

Бұл кестеде қосылу полимеризациясы мен поликонденсация әдістерінің сипаттамалары мен өндіріс шығындары салыстырылған. Қосылу полимеризациясы жылдам, оңай бақылауға болатын және экономикалық тиімді әдіс ретінде ерекшеленеді. Ал поликонденсация күрделі процесс болып саналса да, ол ерекше сапалы материалдар өндірісіне мүмкіндік береді. Химия оқулығындағы 2022 жылғы мәліметтерге сәйкес, әр әдістің өз артықшылықтары мен шектеулері бар, және оларды нақты мақсаттарға сай таңдау қажет.

11. (кездескен ақпарат толық емес)

Бұл слайдта полимер өнеркәсібінің ірі компаниялары немесе өкілдері туралы ақпарат болу керек, алайда мәліметтер толық емес. Жалпы, әлемдік деңгейде Dow Chemical, BASF, DuPont сияқты корпорациялар полимер өнеркәсібінің дамуына үлкен үлес қосады. Олар өндірістің заманауи технологияларын енгізіп, экологиялық талаптарға сәйкестендірілген өнімдер қалыптастырады.

12. Әлемдік полимер өндірісінің өсу динамикасы

Технологиялық жаңалықтар мен экономикалық даму дамуды арттыра отырып, полимер өндірісі соңғы онжылдықта күрт өсті. Урбанизацияның, өнеркәсіптің және тұтыну мәдениетінің өсуі бұл материалдарға сұраныстың артуына әкелді. Халықаралық полимерлік қауымдастықтың 2023 жылғы мәліметтеріне қарағанда, өндіріс көлемінің тұрақты өсуі полимерлерді кеңінен қолдану, сондай-ақ өндірістік қуаттардың артуымен тығыз байланысты.

13. Полимерлер өндірісінің технологиялық процестері

Полимеризация реакторлары екі түрге бөлінеді: үздіксіз жұмыс істейтін және периодты түрде жұмыс істейтін. Үздіксіз процестер жоғары өнімділік пен сапаны қамтамасыз етеді, ал заманауи басқару жүйелері бұл үрдісті одан әрі тиімдірек етеді. Өндіріс аяқталғаннан кейін, полимерлер экструдтау арқылы пленкалар, құбырлар түрінде қалыптастырылады. Инъекциялық қалыптау арқылы пластмассалар қажетті пішінге келтіріледі, ал соңында өнімді сұрыптау және қаптау жұмыстары жүргізіледі. Бұл технологилық процесс өнімнің сапасы мен сенімділігін арттыруға бағытталған.

14. Полимер өнімдерінің негізгі түрлері

Полимер өнімдері әртүрлі салаларды қамтиды. Пленкалар негізінен қаптама және азық-түлік өнеркәсібінде қолданылады, олардың қарапайымдылығы мен икемділігі жоғары бағаға ие. Полимерлік талшықтар киім және текстиль өндірісінде толықтырылып, жеңілдік пен беріктік артықшылықтарын қамтамасыз етеді, олар техника мен сән саласында маңызды рөл ойнайды. Бұйымдарға тұрмыстық ыдыс-аяқ, автокөлік бөлшектері жатады, олар функциялық талаптарға үйлестіріліп, ұзақ мерзімге арналған. Сонымен қатар жабысқақ, герметиктер, лактар мен бояулар медициналық және өнеркәсіптік салаларда өнімдердің сапасын жоғарылатуға қызмет етеді.

15. Полимерлердің қолдану салалары

Бұл кестеде полимерлердің медицина, құрылыс, автомобиль және электроника салаларында қолданылуы мен ерекшеліктері көрсетілген. Медицина саласында биосәйкестік және стерильділік талаптары маңызды, құрылыс материалдарында беріктілік пен ұзаққа төзімділік басты рөл атқарады. Автомобиль өнеркәсібінде жеңілдік те, төзімділік те қажет, ал электроника саласында электр өткізбейтіндік және термиялық тұрақтылық талап етіледі. Журнал Plastics, 2023 жылғы мәліметтеріне сәйкес, әр салада полимерлердің әртүрлі қасиеттері олардың кең қолданысын қамтамасыз етеді.

16. Экологиялық мәселелер және қайта өңдеу

Қазіргі заманның ең өзекті проблемаларының бірі – полимер қалдықтарының қоршаған ортаға тигізетін теріс әсері. Пластик ластануы әртүрлі экожүйелерде, соның ішінде теңіздер мен жер асты суларында кеңінен таралған, микропластиктерге бөлініп, осы арқылы тағам тізбегіне еніп, жануарлар мен адамдар үшін қауіп төндіреді. Бұл мәселе әлемдік қоғамдастықтың назарын аударып, оны шешу үшін әртүрлі тәсілдер қарастырылуда. Мысалы, механикалық қайта өңдеу – бұл ең кеңінен қолданылатын әдіс, мұнда қолданылған пластиктерді ұсақтап, екінші өнімдер жасауға қолданады, осы арқылы ресурстарды үнемдейді және табиғи қорларды сақтауға ықпал етеді. Сонымен қатар, химиялық өңдеу және биоыдырайтын полимерлердің – PLA мен PHB секілді – дамуы экологиялық зиянды азайтуға бағытталған өте перспективалы әдістер болып саналады. Бұл технологиялар пластик қалдықтарының табиғи ортаға әсерін мейлінше төмендетуге мүмкіндік береді және олардың ыдырауын тездетеді.

17. Полимер қалдықтарының қайта өңделу үлесі

Ұйымдастырылған есептеулерге сәйкес, қазіргі уақытта әлемде өңделетін пластик қалдықтарының үлесі әлі де төмен деңгейде қалып отыр. Бұл жағдай қоршаған ортаға зиянды қалдықтардың көлемін арттырып, экожүйелердің бұзылуына алып келеді. БҰҰ қоршаған орта бағдарламасының 2021 жылғы статистикасы көрсеткендей, көптеген елдерде пластик қалдықтарының көп бөлігі өңделмей, табиғатқа түсіп жатыр. Қайта өңдеу деңгейінің жеткіліксіздігі пластиктердің таралуын жылдамдатып, микропластиктер көлемінің өсуіне әкеледі. Мұндай жағдай экологиялық проблемалардың асқынуына ықпал етеді, сондықтан заманауи технологиялар мен саясаттарды пайдалану арқылы қайта өңдеу көрсеткіштерін арттыру тиіс.

18. Биополимерлер: болашағы мен инновациялары

Биополимерлер жаңартылатын табиғи шикізаттан жасалатын материалдар қатарына жатады және олар экологиялық тұрғыдан қауіпсіз деп есептеледі. Олар кәсіби өндірісте дәстүрлі пластиктердің орнына жиі қолданылады, себебі олардың биологиялық ыдырау қабілеті табиғи ортаның ластану деңгейін төмендетуге көмектеседі. Мысалы, PLA және PHB сияқты биополимерлер толық биоыдырауға қабілетті, олар топыраққа түсіп, қоршаған ортаны қорғау бағытында ауылшаруашылығында пайдалы әсер береді. Бұл материалдар, сондай-ақ, медициана саласында кеңінен қолданылады: биоыдырайтын импланттар мен бітыстыратын материалдар түрінде, бұл технологиялар пациенттердің сауығу процесін жеңілдетіп, денсаулық сақтау жүйесін дамытудың негізі болып жатыр.

19. Қазақстандағы полимер өндіру саласының дамуы

Қазақстанда полимерлік өнеркәсіп қарқынды дамуда. Елдің индустриалдық саясаты пластик өндірісін кеңейтіп, өңдеуші және қайта өңдеуші кәсіпорындарды қолдауға бағытталған. Мысалы, соңғы онжылдықта Атырау және Павлодар облыстарында жаңа зауыттар іске қосылып, отандық өнімдердің сапасы мен көлемін арттыруға мүмкіндік тудырды. Сонымен бірге, елімізде биополимерлердің зерттелуі және қолданылуы бойынша ғылыми жобалар белсенді жүзеге асырылып, экологиялық тұрғыдан таза материалдарды өндіруге бағытталған инновациялар байқалады. Бұл даму Қазақстанның таза технологиялар саласындағы халқаралық бәсекеге қабілеттілігін күшейтеді, және әлеуметтік-экономикалық жағдайды жақсартуға септігін тигізеді.

20. Полимерлердің дамуындағы қоғамға әсері

Полимер өнеркәсібі экономиканың негізгі бағыттарының бірі ретінде құрметті орынға ие, ол инновациялар мен тұрақты технологияларды енгізу арқылы қоғамның өмір сапасын арттыруға ықпал етеді. Бұл сала жаңа жұмыс орындарын құрып, өнімдердің тұрақтылығын қамтамасыз етіп, тұрмыстық және өнеркәсіптік қажеттіліктерді қанағаттандыруда маңызды рөл атқарады. Сонымен қатар, экологияны қорғаумен қатар, полимерлік материалдардың жаңа түрлерін әзірлеу мен қолдану халық денсаулығын сақтауға және жалпы экономикалық дамуға үлкен үлес қосуда.

Дереккөздер

Ван-Гаттена Г. П., Браун П. Э. Полимеры и их применение. – М.: Химия, 2015.

Смирнов А. В. Химия полимеров: учебник. – СПб.: Питер, 2019.

Кузнецов В. А. Технология синтеза полимеров. – М.: Химия, 2022.

International Polymer Science Association. World Polymer Production Report, 2023.

Журнал Plastics, Полимерлер қолдану салалары, 2023.

БҰҰ қоршаған орта бағдарламасы. Global Environment Outlook. 2021.

Қазиев, Е.Полимер өнеркәсібінің экологиялық аспектілері. Алматы, 2020.

Нұрсұлтанов, М. Биополимерлер және олардың инновациялық қолданылуы. Астана, 2019.

Қазақстан Республикасының Индустрия және инфрақұрылымдық даму министрлігі. Полимер өндіру саласының даму стратегиясы. 2022.