Понятие о технологии полимеров

Основными методами синтеза полимеров, применяемыми в промышленности, являются:

Полимеризация в массе (блочный метод).

Полимеризация в растворе.

Полимеризация в врдных эмульсиях.

Поликонденсация.

Полимеризация в массе. Полимеризация в массе, или, как ее часто называют, блочная полимеризация (не путать с блок-сополимерами!), осуществляется путем нагревания в форме смеси исходного мономера с инициатором или катализатором при заданной температуре. После окончания полимеризации твердый полимер получается в виде блока, стержня, пластины или имеет форму заготовки, предназначенной для дальнейшей механической обработки.

Полимеризацию в массе можно проводить непрерывным методом. Этот метод весьма эффективен. Непрерывную полимеризацию ведут в специальных колоннах, которые имеют несколько секций. В каждой секции поддерживают определенную постоянную температуру. Исходный мономер сначала подвергают предварительной полимеризации в реакторах. Из реакторов частично полимеризованный жидкий продукт непрерывно подают в верхнюю секцию колонны, из которой он по мере полимеризации стекает в другие секции. Образовавшийся полимер в расплавленном состоянии выдавливают из нижней секции колонны в виде стержня или ленты.

Основной недостаток блочного методаг полимеризации заключается в трудности отвода тепла, выделяющегося в результате реакции. В связи с тем, что полимеры, как правило, обладают малой теплопроводностью, в блоке могут происходить местные перегревы. Это приводит к тому, что степень полимеризации, а следовательно, и. физико-механические свойства в различных местах блока неодинаковы. В основном этот недостаток относится к периодическому методу полимеризации. Достоинством блочного метода является высокая чистота полимера.

Полимеризация в растворе может проводиться двумя способами. При полимеризации по первому способу выбирают растворитель, в котором растворяется исходный мономер, но не растворяется образующийся полимер. Последний по мере образования непрерывно осаждается из раствора в виде мелкодисперсных частиц. После окончания процесса выделившийся полимера отфильтровывают (или отделяют с помощью центрифуги), промывают и высушивают.

При проведении полимеризации по второму способу, получившему название «лаковой полимеризации», выбирают растворитель, в котором растворяются как исходный мономер, так и образующийся полимер. В результате образуется раствор полимера, который может быть использован в качестве лака.

Полимеризация в растворе проводится при нагревании и перемешивании (вместе с растворенным инициатором или катализатором). В результате реакции получается полимер с малбй полидисперсностью (т. е. с макромолекулами, имеющими в основном одинаковую степень полимеризации), что является значительным преимуществом полимеризации в растворе по сравнению с блочным методом! Однако существенный недостаток метода

заключается в том, что образующиеся полимеры имеют меньший молекулярный вес, чем при блочной полимеризации, из-за возможности легкого обрыва реакционной цепи под влиянием растворителя. Степень полимеризации в этом случае зависит от температуры, количества инициатора, характера растворителя и концентрации мономера в смеси.

Полимеризация в водных эмульсиях. Сущность метода заключается в том, что мономер эмульгируют в тщательно очищенной воде. Для облегчения диспергирования мономера к смеси добавляют эмульгатор (вещество, понижающее поверхностное натяжение на границе капли мономера с водой). В качестве эмульгаторов применяются поверхностно-активные вещества (мыла, соли органических сульфокислот и др.), высокомолекулярные водорастворимые соединения (поливиниловый спирт и др.) или высокодисперсные гидрофильные порошки (тальк, окислы некоторых металлов и др.). В качестве инициаторов эмульсионной полимеризации применяют обычно перекиси.

Кроме того, в состав реакционной смеси входят: регуляторы рН среды (ацетат цинка и др.), которые регулируют скорость реакции, так как величина рН влияет на скорость разложения инициатора; регуляторы поверхностного натяжения (аллиловый, гексиловый спирты и др.), с помощью которых можно уменьшить поверхностное натяжение и таким образом регулировать размер капель мономера в эмульсии; регуляторы степени полимеризации и разветвленности полимера (меркаптаны, четыреххлористый углерод и др.).

Полимеризация в водных эмульсиях — наиболее перспективный метод синтеза полимеров, быстро завоевавший всеобщее признание в последние годы. Это объясняется возможностью получения полимеров желаемого молекулярного веса и высокой степени полимеризации. Кроме того, эмульсионным методом наиболее удобно получать различнее сополимеры, а также некоторый полимеры, получение которых другими способами невозможно.

Значительным преимуществом этого метода перед другими является также большая скорость реакции и удобное регулирование теплового режима процесса.

Поликонденсация. Поликонденсацию, применяемую, например, для получения феноло-формальдегидных полимеров, приводят в реакторах периодического действия (варочно-сушильных аппаратах), представляющих собой стальной или никелевый сварной цилиндр со сферическим днищем, снабженный паровой рубашкой, механической мешалкой, штуцером для слива образующейся смолы, штуцерами для подачи сырья, стока конденсата и др. Реакция поликонденсации ускоряется в присутствии катализаторов кислотного или щелочного характера.