Промышленные способы полимеризации и поликонденсации

Вид ингредиента Содержание, % Наполнитель 0…95,0 Пластификатор 0…45,0 Смазкадо 2,0 Реологические добавки до 3,0 Красители или пигменты до 2,0 Стабилизаторы и ингибиторы 0,1…5,0 Отвердителидо 10 Антистатикидо 3,0 Антимикробные добавки до 2,0

Перечень винильных мономеров, склонных к полимеризации

Примеры функциональных групп мономеров для поликонденсации

в массе в растворе в суспензии в эмульсии

Процесс полимеризации Достоинства Недостатки Полимеризация в массе Присутствует только мономер - никаких добавок. Можно достичь большой молекулярной массы. Области с повышенной температурой, высокая вязкость, присутствует непрореагировавший мономер Полимеризация в растворе Простой температурный контроль, контроль молекулярной массы Необходимо удалять растворитель, происходит передача цепочки на растворитель Эмульсионная полимеризация Реагирует весь мономер, латекс готов к употреблению, возможен температурный контроль, изготовление материалов с низкой температурой стеклования T g, малая вязкость Присутствие поверхностно-активного вещества может привести к появлению чувствительности к воде.

Особенности: мономер в жидкой фазе в неразбавленном виде. механизм полимеризации - радикальный или ионный. гомогенные системы (полимер полностью растворим в мономере, в конце процесса в зависимости от глубины превращения система представляет собой расплав полимера или его концентрированный раствор). Гетерогенные системы (полимер образует отдельную жидкую или твердую фазу). Продукт - полимеры линейного, разветвленного строения или статистических, блок- и привитых.

Недостатки: из-за высокой вязкости системы процесс полимеризации в массе плохо поддается регулированию, затруднен теплоотвод (возрастают затраты мощности на перемешивание, больше выделяется тепла вследствие диссипации энергии от вращающихся поверхностей). Преимущества: в массе достигается максимальная концентрация мономера, а следовательно и максимальная скорость полимеризации и часто максимальная степень полимеризации. Отсутствие разбавителей (наибольшая чистота полимера, а также исключение аппаратуры, необходимой для рецикла разбавителя).

теплоотвод через стенку. Предел возможности зависит от теплового эффекта реакции (к Дж/кг) и от скорости процесса. за счет испарения реакционной среды с обратным холодильником. Температура испарения может регулироваться путем изменения давления или подбором растворителя. Объем реактора возрастет в 2-3 раза. Ограничения: пенообразование, нельзя работать с летучими катализаторами и другими летучими ингредиентами, перепад температур кипения по высоте аппарата.

реакторы вытеснения непрерывного действия; реакторы смешения непрерывного действия или каскад таких реакторов; полимеризационные формы; комбинированные установки.

Градиент температур и концентраций, в результате последующие реакционные объемы реагирующих веществ не смешиваются с предыдущим, а полностью вытесняются. Реакторы идеального вытеснения находят широкое применение для проведения как гомогенных, так и гетерогенных каталитических процессов (например, окисления NO в NO 2, SO 2 в SO 3, синтеза аммиака и метилового спирта, хлорирование этилена, сульфирования пропилена и бутилена и т.д.). В них производят около 10 % полимеров, а в производстве волокон – до 30 %. Реакторы вытеснения

около 90 % материалов получают в реакторах с мешалками. Реакторы смешения Последовательно соединенные элементы реакторов смешения и вытеснения. Комбинированные установки

подготовка сырья; предварительная полимеризация; окончательная полимеризация; вакуум-экструзия; гранулирование; транспортировка; расфасовка и складирование готового полимера.

в реакторах колонного типа (с полной конверсией) и в батареях реакторов (с неполной конверсией). стадии: полимеризация стирола, удаление и ректификация непрореагировавшего мономера, грануляция продукта. Схема процесса производства блочного полистирола в каскаде реакторов с перемешиванием: 1 – емкость для стирола; 2 – теплообменник; 3,4,5 – каскад реакторов полимеризации; 6 – холодильники; 7 – насосы; 8 – вакуум-камера; 9 – экструдер с гранулятором; 10 – вакуум-насос

Особенность полимеризации стирола в массе - высокая вязкость реакционной среды ( сП). Необходим подбор мешалки определенного типа и расчет мощности, затрачиваемой на перемешивание (ленточные (спиральные) мешалки).

Преимущества способа блочной полимеризации стирола с неполной конверсией перед способом с полной конверсией мономера: полистирол получается с более высокими физико- механическими показателями (выше молекулярная масса и ниже полидисперсность), так как процесс протекает при более низких температурах и при меньшей продолжительности; аппаратурное оформление позволяет регулировать технологические параметры процесса и получать полимеры различного качества в зависимости от требований потребителя; полистирол по выходе из вакуум-камеры содержит меньше остаточного мономера (до 0,3 %), чем полистирол, полученный с полной конверсией (0,5 %); производительность агрегата для полимеризации повышается более чем в 2 раза за счет сокращения капиталовложений и энергозатрат.

Особенность: отходы – отгонные конденсаты стирола. Утилизация: очисткой отгонных конденсатов с получением стирола стандартной чистоты (ректификация); полимеризация отгонных конденсатов с получением полистирола несколько худшего качества.