Способы осуществления реакции полимеризации
Выбор способа полимеризации определяется конкретными требованиями, которые предъявляются к продукту полимеризации, природой мономера и используемого инициатора; задачами, которые ставятся при осуществлении полимеризации, и т. п. На практике обычно используют три способа полимеризации: в блоке, в растворе, в эмульсии или в суспензии.
Блочная полимеризация проводится в конденсированной фазе, без растворителей. Она может осуществляться периодическим или непрерывным способами. В первом случае образуется блок полимера, имеющий форму сосуда, в котором проводилась реакция, во втором — непрерывный выход расплава полимера из реактора. Блочная полимеризация обычно проводится в присутствии инициаторов. По мере полимеризации увеличивается вязкость среды и затрудняется отвод тепла. За счет этого получается плохое распределение температуры в блоке и полимер получается неоднородным по молекулярному весу.
Полимеризация в растворе проводится двумя способами: «лаковым» и в жидкости, не растворяющей полимер. При полимеризации «лаковым» способом в качестве среды применяют растворитель мономера и полимера. Полученный раствор полимера в растворителе — лак — применяют как таковой или выделяют полимер осаждением или испарением растворителя. По второму способу полимеризацию проводят в жидкости, в которой растворяется мономер, но не растворяется полимер, и последний по мере образования выпадает в твердом виде и может быть отфильтрован. При полимеризации в растворе легче регулировать температуру, но вследствие уменьшения концентрации мономера получаются полимеры меньшего молекулярного веса.
Эмульсионная и суспензионная полимеризация является наиболее распространенным промышленным способом получения полимеров. В качестве дисперсионной среды при полимеризации в эмульсии и суспензии обычно используют воду с введенным в систему эмульгатором, который улучшает эмульгирование мономера в воде и повышает стабильность эмульсии. Обычно применяется 30— 60%-ная эмульсия мономера в воде. В зависимости от способа приготовления эмульсии мономера в воде и условий проведения полимеризации различают собственно эмульсионную (латексную) и суспензионную (капельную) полимеризации.
Суспензионная полимеризация отличается от эмульсионной тем, что получается грубая эмульсия мономера в воде. Поскольку инициатор растворен в капле мономера, полимеризация протекает в объеме капли, и ее можно рассматривать как капельную блочную полимеризацию. Поэтому продукты суспензионной и эмульсионной полимеризации отличаются размерами частиц образующихся полимеров. При эмульсионной полимеризации стабилизация эмульсии производится ионоактивными веществами, а при суспензионной — защитными коллоидами.
В качестве эмульгаторов чаще всего применяют мыла: олеаты, пальмиты, лаураты щелочных металлов, натриевые соли ароматических сульфокислот и др.
Обычно эмульсионную полимеризацию проводят в присутствии водорастворимых инициаторов (персульфатов, перекиси водорода и т. д.) или в присутствии окислительно-восстановительных инициирующих веществ. Кроме того, в систему часто вводят регуляторы процесса полимеризации и буферные вещества для поддержания постоянного рН среды.
Реакция полимеризации может протекать в молекулярном растворе мономера в воде, на поверхности раздела: капля мономера — вода, в капле мономера, на поверхности и внутри мицелл мыла, на поверхности или внутри образующихся полимерных частиц, набухших в мономере. Эмульгатор сильно влияет на полимеризацию, в значительной степени определяя механизм этого процесса (рис. 9).
Эмульсионная полимеризация протекает с постоянной скоростью (рис. 10), которая устанавливается по истечении некоторого времени после начала полимеризации (участок А Б) и сохраняется
Рис. 9. Зависимость скорости эмульсионной полимеризации от концентрации эмульгатора:1 — концентрация эмульгаторов 0,38 моль/л; 2 — 0,87 моль/л
Рис. 10. Кинетика эмульсионной полимеризации до ~50% превращения мономера (участок Б В).
Эмульсионная полимеризация протекает с большой скоростью при относительно низкой температуре, что позволяет получать полимеры с высоким средним молекулярным весом и относительно низкой степенью полидисперсности. Повышенная скорость эмульсионной полимеризации, более высокий средний молекулярный вес и меньшая полидисперсность полимера объясняются, по-видимому, уменьшением скорости реакции обрыва цепи.
Дата добавления: 2015-06-22; просмотров: 2180;