Производство полимеризационных полимеров

К полимерам, получаемым реакцией полимеризации, относятся полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, полистирол, поливинилхлорид, политетрафторэтилен, полиметилметакрилат, полиакрилонитрил, поливинилацетат, поливиниловый спирт, поливинилацетали, полиформальдегид.

Рассмотрим производство полимеризационных полимеров на примере получения полиэтилена.

Полиэтилен является одним из наиболее распространенных видов пластмасс, получаемых реакцией полимеризации. В промышленности его получают тремя способами: при высоком давлении (полиэтилен низкой плотности), при среднем и низком давлении (полиэтилен высокой плотности).

♦ Получение полиэтилена при низком давлении. Полимеризацию этилена при низком давлении 0,2-0,6 МПа проводят в растворе бензина при температуре в реакторе 60-80⁰С в присутствии катализатора (смесь триэтилалюминия с четыреххлористым титаном). Полиэтилен после отделения от бензина промывают спиртом, сушат и гранулируют.

Достоинства метода: отсутствие необходимости применения аппаратов высокого давления; меньшие капиталовложения; высокая конверсия этилена за один проход.

♦ Получение полиэтилена при среднем давлении. Полимеризация этилена при среднем давлении 3,0-7,0МПа проводится в присутствии катализатора (Cr₂O₃, CrO₃ и др.). Этилен растворяют в бензине, и при соприкосновении с катализатором при температуре 110-140⁰С происходит полимеризация этилена. По окончании реакции полимер отделяют от бензина, промывают, сушат и гранулируют.

Достоинства метода: не требует дорогостоящей аппаратуры высокого давления, компрессоров, реакторов и т.д.; процесс осуществляется на более простых и дешевых катализаторах, безопасных при хранении и применении.

Недостаток: трудность удаления взвешенных частиц катализатора из раствора полимера.

♦Получение полиэтилена при высоком давлении.

Полиэтилен высокого давления получают полимеризацией этилена непрерывным методом при 150-250 МПа 180-270⁰С. Инициаторами процесса являются кислород и органические пероксиды.

В общем виде полимеризация этилена может быть представлена схемой

nСН₂=СН₂ (− СН₂ − СН₂−)_n

Процесс протекает по цепному механизму и состоит из трех стадий: образования свободных радикалов, роста цепи и обрыва цепи.

Свободные радикалы образуются за счет разложения инициаторов под действием температуры и высокого давления. Исходный мономер (этилен) должен быть высокой степени чистоты не менее 99,9 - 99,99%.

Полимеризация этилена протекает с выделением большого количества тепла, которое необходимо отводить, так как иначе может произойти разложение этилена и даже взрыв.

Процесс проводят в реакторах двух типов: в трубчатых змеевиковых аппаратах или в автоклавах с мешалками. Реакторы с перемешивающим устройством более производительны, что обусловливается конструкцией реактора, позволяющей вводить этилен и инициатор по зонам, так и возможностью применения более эффективных пероксидных инициаторов. Однако трубчатые реакторы более просты по конструкции и в эксплуатации.