Технические способы проведения полимеризации

 

Полимеризация может быть осуществлена способами, отличающимися по агрегатному состоянию полимеризуемой системы. Выбор способа проведения полимеризации определяется задачами, которые ставятся при осуществлении процесса, требованиями, предъявляемыми к получаемому продукту, природой компонентов полимеризационной системы, технологическими требованиями.

Простейшим случаем получения полимера является полимеризация в массе или в блоке (полимеризация жидкого мономера в отсутствие растворителя). Преимуществам этого способа является возможность использования блоков полимера без последующей переработки и отсутствие стадии отделения от растворителя. При полимеризации в блоке получают полимер высокой степени чистоты (отсутствуют загрязнения, привносимые растворителями или диспергирующими агентами при полимеризации в растворе или эмульсии), отсутствует стадия сушки полимера, можно интенсифицировать процесс (концентрация мономера максимальна, следовательно, полимер с заданной молекулярной массой можно получать при небольших температурах и концентрациях возбудителя процесса). Полимеризация в массе более экономична, чем полимеризация в растворе и эмульсии. При полимеризации в массе обычно получают полимер с относительно широким молекулярно-массовым распределением (ММР). Основной недостаток - сложность отвода выделяющегося при реакции тепла, особенно при высокой вязкости системы. Полимеризацию в массе технически целесообразно использовать при низких значениях теплового эффекта. Блочную полимеризацию используют при радикальной полимеризации метилметакрилата и стирола с целью получения прозрачного листового органического стекла либо порошкообразного полимера перерабатываемого плавлением. Этим способом в промышленности полимеризуют также винилхлорид для получения поливинилхлоридных смол.

Другой распространенный способ гомогенной жидко-фазной полимеризации— полимеризация в растворе. В этом случае проблема теплоотвода по сравнению с полимеризацией в массе решается относительно легко. При полимеризации в растворе можно осуществлять тонкую регулировку температуры реакции вплоть до глубоких степеней превращения, регулировать молекулярную массу полимера в широких пределах. Возможный интервал изменения параметров процесса и свойств реакционной системы при полимеризации в растворе значительно шире, чем при других методах полимеризации. Это важнейший и практически единственный промышленный способ проведения полимеризации на гетерогенных каталитических системах (например, катализаторах Циглера-Натта). Для некоторых целей (при получении клеев, лаков, связующих для слоистых пластиков) полученный раствор полимера можно использовать непосредственно, для других — требуется выделить полимер и освободить его от растворите­ля, что является одним из основных технологических недо­статков этого процесса. Кроме того, какой бы инертный растворитель ни был выбран, всегда существует конечная вероятность передачи цепи на растворитель. Это затрудняет получение полимеров с очень высокой молекулярной массой. В промышленности этот способ используют при радикальной полимеризации акрилонитрила и катионной полимеризации изобутилена.

Полимеризацию в массе и в растворе можно осу­ществлять под действием инициаторов как радикаль­ной, так и ионной природы.

Технически важным видоизменением предыдущего способа является гетерогенная полимеризация раство­ренного мономера под действием различных диспергиро­ванных или гранулированных твердых катализаторов. При этом образующийся полимер может либо находить­ся в растворе, либо осаждаться на частицах катали­затора. Основные преимущества этого способа те же, что и предыдущего; к числу недостатков прибавляет­ся необходимость удаления из полимера остатков катализатора.

В связи с тем, что наиболее дешевым и распростра­ненным техническим растворителем является вода, большое промышленное распространение получила полимеризация в вод­ных эмульсиях и суспензиях. В первом случае моно­мер диспергируют в воде в присутствии диспергирую­щих веществ (эмульгаторов), а для инициирования ис­пользуют обычно водорастворимые инициаторы (чаще всего — окислительно-восстановительные системы, эф­фективные при низких температуpax). Эмульсионная поли­меризация, в механизме которой существенная роль при­надлежит адсорбционным слоям эмульгатора на поверхности мономер-полимерных частиц, отличается рядом специфических особенностей. В частности, этот про­цесс позволяет осуществлять полимеризацию с высокой скоростью при низких температуpax (0-50 ⁰С) и, кроме того, получать продукт большой молекулярной массы. Продукты эмульсионной полимеризации - синтетические латексы находят во многих случаях непосредственное применение, что исключает необходимость в стадии выделения полимера из реакционной массы. Использование воды как дисперсионной среды устраняет проблему подбора растворителя и уменьшает пожароопасность процесса. Технологическое оформление процесса эмульсионной полимеризации и внедрение непрерывных методов осуществляется сравнительно просто, возможно получения высококонцентрированных латексов. К существенным недостаткам эмульсионной полимеризации относятся необходимость дополнительной операции выделения полимера, неизбежность загрязнения полимера остатками эмульгатора или другими ингредиентами системы. Эмульсионной полимеризацией получают поливинилхлорид, полихлоропрен, поливинилацетат.

При суспензионной полимеризации мономер диспер­гируют в виде капель размером 1 мм—1 мкм и полимеризуют под действием растворимого в мономере ини­циатора; процесс, протекающий в каждой отдельной капле, можно рассматривать как полимеризацию в массе. Суспензионным способом полимеризуют нерастворимые или плохо растворимые в воде мономеры. Суспензионную полимеризацию в присутствии радикальных инициаторов используют для получения полистирольных гранул (из которых получают пенополистирол), полимер-дивинилбензольных гранул (для изготовления ионообменных смол), гранул поливинилацетата (используемых для дальнейшего превращения в поливиниловый спирт).

При эмульсионной полимеризации полимер получается в виде ла­текса, при суспензионной — в виде крошки. Недо­статками обоих процессов являются образование боль­ших количеств сильно загрязненных сточных вод, а также необходимость удаления из полимера эмуль­гаторов и стабилизаторов. Все же суспензионные полимеры обычно содержат значительно меньше примесей, чем полученные эмульсионной полимеризацией. Процессы эмульсионной и суспензионной полимеризацией, связанные с применением воды, наиболее характерны для радикальных процессов. В связи с быстрым развитием ионной и координацион­но-ионной полимеризации, позволяющей в ряде случаев получать из тех же мономеров полимеры с более регулярной структурой и с более высокими эксплуатационными качествами, намечается тенденция к замене эмульси­онных процессов ионной полимеризацией в растворе. С дру­гой стороны, появляются ионные каталитические системы, например, катализаторы на основе металлов VIII группы, способные инициировать полимеризацию в водных средах.

Интенсивно исследуется твердофазная полимериза­ция, при которой охлажденные ниже температуры плавления мономеры или их растворы полимеризуют под действием ионизирующего излучения. При твердофазном процессе в ряде случаев образуются полимеры с лучшими свойст­вами, чем при полимеризации в растворе или расплаве (с бо­лее регулярной структурой, более высокой молекулярной массой и т. п.); этот процесс, по-видимому, может получить тех­ническое применение для полимеризации мономеров, являющихся при комнатной температуре твердыми веществами.

Наконец, необходимо упомянуть еще о так называемой газо­фазной полимеризации. Очевидно, что осуществление полимеризации целиком в газовой фазе практически невозможно, т. к. из-за ничтожно малой растворимости полимера в парах своего мономера растущие цепи уже при до­стижении относительно небольших размеров выпадают в виде твердой фазы. Газофазной полимеризацией обычно называют процессы, в которых мономер находится в газообразном состоянии. Инициирование может происходить либо в газовой фазе (под действием излучения или парооб­разного инициатора), либо на поверхности твердого катализатора. Сама же полимеризация (рост цепи) происходит на поверхности или в объеме твердой фазы полимера.

 

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. Технологический регламент проведения аттестации сварщиков
2. II. Место и время проведения Соревнований
3. II. МЕСТО И СРОКИ ПРОВЕДЕНИЯ СОРЕВНОВАНИЙ
4. II. Место и сроки проведения соревнования
5. II. Место и сроки проведения Чемпионата.
6. II. Место, сроки проведения, программа
7. II. Порядок представления статистической информации, необходимой для проведения государственных статистических наблюдений
8. II. Порядок проведения конкурса
9. II. Принятие решения о проведении таможенного досмотра и организация его проведения
10. II. Сроки и место проведения Чемпионата и первенства АО
11. III. Защита статистической информации, необходимой для проведения государственных статистических наблюдений
12. III. Место проведения состязаний