Полистирол. Блочная, суспензионная, эмульсионная полимеризация стирола

Продолжительное и энергичное перемешивание реакционной массы необходимо для равномерного распределения стирола в водной фазе и получения одинаковой дисперсности для поддержания постоянной температуры во всем объеме смеси. Оптимальный режим перемешивания устанавливается для каждой системы во избежание разрушения эмульсии. Некоторое повышение температуры облегчает эмульгирование стирола в результате снижения вязкости среды.

Быстрое получение высококачественной эмульсии обеспечивается медленным введением при перемешивании дисперсной фазы (мономера) в дисперсную среду, залитую в реактор.

Ускорение процесса полимеризации и снижение температуры реакции достигается применением в качестве инициатора систем, состоящих из окислителя (инициатора) и восстановителя (сернистых соединений, солей металлов переменной валентности и др.). В этом случае распад перекисных соединений на свободные радикалы (Fe2~ + H2O2—>-Fe3+-|-OH- + OH') происходит при пониженной температуре, так как требует меньшей затраты энергии.

Влияние концентрации инициатора на продолжительность и степень полимеризации, протекающей при постоянной температуре (60°С) и концентрации эмульгатора (0,019 моль/л), показано в табл. 4.

Регуляторами эмульсионной полимеризации стирола служат вещества, снижающие поверхностное натяжение системы (повышающие дисперсность эмульсии). Это в первую очередь спирты.

В качестве регуляторов применяют также вещества, поддерживающие постоянное значение рН среды, которое изменяется в процессе полимеризации. Повышение кислотности ускоряет разложение инициатора, что приводит к увеличению скорости реакции полимеризации и снижению молекулярной массы полимера, который приобретает пониженные физико-механические свойства и значительную полидисперсность. Соединения, устраняющие разветвленность у растущей макромолекулы полистирола и снижающие таким образом его молекулярную массу (как меркаптаны), являются регуляторами полимеризации.

Эмульсионный метод может осуществляться как периодически, так и непрерывно путем проведения технологического процесса при такой последовательности операций: удаление ингибитора из стирола, полимеризация стирола, коагуляция латекса (осаждение полимера), отделение маточного раствора, промывка полистирола, центрифугирование, сушка, измельчение и просеивание полимера. Эмульсионный метод полимеризации особенно экономичен, если полистирол выделяется из эмульсии путем испарения воды. При этом в полимере остаются все добавки, введенные в эмульсию, в результате чего снижаются величины некоторых показателей, в том числе устойчивость к действию воды и химических реагентов.

Непрерывный метод получения эмульсионного полистирола приобретает все большее значение в связи с развитием производства пластических масс. Для ускорения реакции эмульсионной полимеризации в качестве инициаторов применяют окислительно-восстановительные системы, вызывающие выделение большого количества тепла, для отвода которого полимеризационные аппараты должны обладать сильно развитой поверхностью теплообмена.

 

6.3 Суспензионный метод полимеризации стирола

 

Суспензионный метод производства полистирола по ряду свойств близок к блочному. Полимеризация стирола в суспензии осуществляется периодическим методом. В мерниках предварительно готовят растворы эмульгатора и инициатора в стироле. В качестве инициаторов применяют перекись бензола, гидроперекись кумола и др. Водные растворы стабилизатора суспензии, как правило, получают непосредственно в реакторе. Последний изготовляют из нержавеющей стали или изнутри эмалируют, причем стенки должны иметь гладкую поверхность для предотвращения прилипания полимера, что резко уменьшает их теплопроводность. Реактор емкостью 5—10 м3 снабжен рубашкой для нагревания и охлаждения, мешалкой лопастного типа и контрольно-измерительными приборами для поддержания оптимальных условий полимеризации.

После приготовления водной фазы, для чего используют дистиллированную воду, и введения в реактор стирольных растворов инициатора и пластификатора туда же из складской емкости подают стирол, очищенный от ингибитора. Температура реакционной массы постепенно повышается, процесс полимеризации продолжается 12 — 15 ч (при 85—120°С).

В зависимости от марки получаемого полистирола устанавливают режим. Процесс полимеризации проводят при непрерывном интенсивном перемешивании во избежание агломерации гранул педо-полимеризованного полистирола в реакционной массе, что приводит к получению необратимого брака.

Полимеризация стирола в растворе. Промышленное изготовление полистирола в растворе не имеет широкого распространения, так как полученный полимер обладает низкой молекулярной массой и, кроме того, полное удаление и регенерация растворителя представляют значительные трудности, осложняя аппаратурное оформление технологического процесса.

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Изучение полимеров, их физических, химических свойств, а так же взаимодействие различных полимеров друг с другом, приводит к появлению новых соединений, которые соответствовали бы нужным свойствам. Например, можно создавать ударопрочные соединения, или соединения сочетающие несколько нужных свойств, например ударопрочность, морозостойкость, стойкость к воздействию солнечных лучей.

Так изучение полистирола одного из известных полимеров привело к его повсеместному использованию. Мы порой даже не задумываемся из чего сделан тот, или иной предмет окружающий нас. Все чаще натуральные материалы, например дерево, заменяется пластмассам, который гораздо дешевле, и износа стойкий.

Можно сделать один большой вывод: нужно изучать новые материалы, во-первых, натуральных материалов осталось не так уж и много, во-вторых, изучая полимеры можно создавать соединения которые в разы превосходят натуральные, а в третьих, полимеры стали использоваться в промышленности относительно недавно и есть возможность открывать что-то новое.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Николаев А. Ф. Технология пластических масс. Л., Химия, 1977, с. 238-261.

2. «Технология пластических масс»: Под редакцией академика В.В. Коршака.-Москва:Химия, 1985-559с.

3. Коршак В. В. Разнозвенность полимеров. М., Наука, 1977. 301 с.

4. Бёниг Г. В. Ненасыщенные полиэфиры. Пер. с англ./Под ред. Л. Г. Седова. М., Химия, 1968. 254 с.

5. Коршак В. В. Термостойкие полимеры. М., Наука, 1969. 416 с.

6. Арзамасом Б.Н. Материаловедение - Москва: Машиностроение, 1986. - 456 с.

7. Беккер Х. Органикум: Пер. с нем. - 2-й том. - М.: Мир, 1992 - 474 с.

8. Малкин А.Я.Полистирол. Физ. хим. основы получения и переработки. - М.: Химия, 1975 - 263 с.

9. Пол Д., Ньюмен С., Полимерные смеси: Пер с англ./под редакцией Д.Пола, С.Ньюмена. 1-й том, - М.: Мир, 1981 - 541 с.

10. Дж.Робертс, М.Касерио. Основы органической химии. том 2-й. - М.: Мир, 1978 - 345 с.