Полимеризация в растворе

ТЕХНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ

ПРОВЕДЕНИЯ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ

В технике чаще всего используют 4 способа проведения реакции полимеризации:

- полимеризация в массе (блочная),

- в растворе,

- эмульсионная,

- суспензионная.

БЛОЧНАЯ ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ (в массе)

Особенности:

- Исходный мономер находится в жидкой фазе в неразбавленном виде, процесс идет в отсутствие растворителя.

- Применяют инициаторы, растворимые в мономере, чаще всего это органические пероксиды и диазосоединения.

- Механизм реакции радикальный, но может быть ионным и ионно-координационным. В реакционную массу вводят различные добавки – регуляторы и стабилизаторы.

- Аппаратурное оформление реакции может быть периодическим и непрерывным.

Периодическим способом реакцию проводят при температуре ниже температуры плавления (размягчения) полимера. Получают блок (монолит), имеющий форму сосуда, в котором находится исходный мономер. Пример – получение ПММА (органического стекла) и ПА-6 (капролона, капролита) блочным способом.

Непрерывный процесс проводят при температуре выше температуры размягчения полимера. Полимер получается в виде расплава и непрерывно выводится из реактора. В этом случае можно использовать как инициаторы радикальной, так и катализаторы ионной полимеризации, растворимые в мономере. Иногда для лучшего регулирования температурного режима процесса реакцию обрывают при низкой степени конверсии (превращения) мономера в полимер (например, до конверсии 18-20% при производстве ПЭВД).

Способ блочной полимеризации используется в технике для полимеризации этилена, стирола, метилметакрилата, капролактама, формальдегида.

Достоинства:

- возможность получать готовые блоки полимера, не требующие дальнейшей переработки,

- отсутствие стадии отделения полимера от растворителя или водной фазы как в других способах,

- полимер получается высокой степени чистоты, поэтому имеет высокие диэлектрические показатели.

Недостатки:

- затруднен отвод тепла из-за нарастающей в процессе вязкости массы, поэтому сложность регулирования температурного режима,

- полимер неоднороден по молекулярным массам (широкое молекулярно-массовое распределение).

Особенности:

- Процесс проводят двумя способами – гомогенным (лаковым) и гетерогенным (в разбавителе).

При лаковом способе применяют растворитель или смесь растворителей, в которых растворяется мономер и образующийся полимер. Получается раствор полимера в растворителе – лак, который используют как товарный продукт или из него выделяют полимер осаждением полимера из раствора или испарением растворителя.

Во втором случае мономер растворим в растворителе, а образующийся полимер выпадает в осадок. При этом протекает гетерогенный (гетерофазный) процесс, который имеет ряд особенностей по сравнению с гомогенным: по мере образования твердой фазы (полимера) возрастает скорость процесса полимеризации (автоускорение) и увеличивается молекулярная масса полимера.

- Механизм реакции полимеризации в растворе может быть радикальным, ионным и ионно-координационным.

Полимеризация в растворе используется для получения ПВА, ПАН, полиакрилатов, ПЭСД.

Достоинства:

- легкость отвода выделяющегося при реакции тепла и регулирования температурных условий реакции из-за наличия растворителя,

- более легкое перемешивание за счет меньшей вязкости системы,

- полимер имеет меньшую полидисперсность,

- образующийся продукт может быть непосредственно товарным продуктом – лак, адгезив,

- более низкая температура процесса (меньшая энергоемкость).

Недостатки:

- необходимость дополнительных затрат на подготовку, отделение и регенерацию растворителя, промывку и сушку полимера,

- полимер получается с меньшей, чем при блочном способе, молекулярной массой за счет реакции передачи цепи и непрерывно уменьшающейся концентрации мономера в растворе,

- полимер может быть загрязнен остатками растворителя,

- ухудшаются санитарно-гигиенические условия в цехе, повышается пожароопасность производства.