Производство поливинилхлорида в суспензии

Особенности процесса. Этим методом получают около 80% всего ко­личества поливинилхлорида. Проведение полимеризации в суспен­зии (и в эмульсии) позволяет использовать дисперсионную среду для регулирования скорости отвода тепла, выделяющегося в про­цессе полимеризации.

Важнейшим параметром процесса, определяющим молекуляр­ную массу поливинилхлорида и степень разветвленности его мак­ромолекул, является температура полимеризации. Для получения поливинилхлорида с узким молечкулярно-массовым распределением отклонение от заданной температуры не должно превышать 0,5 °С. Термостойкость полимера также зависит от температуры. При пе­регреве может произойти спекание, а иногда и разложение массы.

На свойства суспензионного поливинихлорида влияют также природа применяемого инициатора и эмульгатора, массовые соот­ношения воды и мономера, степень конверсии и другие факторы. Поэтому при полимеризации в водной суспензии, изменяя темпе­ратуру и соотношение исходных компонентов и подбирая опреде­ленные инициаторы и эмульгаторы, можно легко регулировать скорость реакции полимеризации и влиять на свойства полимера, улучшая его термо- и светостойкость, а также физические свойства порошка. Чем выше температура реакции, тем ниже молекулярная масса поливинилхлорида.

Для получения полимера с необходимыми физико-механиче­скими показателями выбранная рецептура должна сочетаться с оптимальными условиями процесса.

К достоинствам полимеризации в супензии относится исключение сложной операции удаления остатков коагулянта, которую приходится проводить при эмульсионной полимеризации. Суспензионный поливинил­хлорид обладает более высокой степенью чистоты, лучшими ди­электрическими показателями, более высокой водо- и термостой­костью, улучшенной светостойкостью по сравнению с эмульсион­ным.

Недостатком суспензионной поли­меризации винилхлорида является трудность осуществления ее не­прерывным способом, так как система, в которой протекает поли­меризация, недостаточно устойчива.

При суспензионной полимеризации поливинилхлорид полу­чается в виде порошка крупнозернистой структуры, который легко выделяется из реакционной среды. Размер частиц полимера зависит от природы и количе­ства применяемого защитного коллоида, а также от интенсивности перемешивания реакционной среды. Для большинства мономеров размер частиц образующейся суспензии полимера не отличается по порядку величины от размера капель исходной суспензии. Сред­ний размер частиц суспензионного полимера равен 100-200 мкм, отдельные частицы достигают 600 мкм.

Суспензионный ПВХ или ПВХ С (PVC-S) имеет сравнительно узкое молекулярно-массовое распределение, малую степень разветвленности, более высокую степень чистоты, низкое водопоглощение, хорошие диэлектрические свойства, лучшую термостойкость и светостойкость.

Суспензионный ПВХ выпускают в виде однородного порошка белого цвета с на­сыпной плотностью 450-700 кг/м³. Констатнта Фикентчера для суспензионного ПВХ составляет 47–76.

Суспензионный ПВХ получают по полунепрерывной схеме: стадия полимериза­ции – периодический процесс, а последующие операции проводятся непрерывно.

Поскольку суспензионный метод полимеризации является превалирующим в мире и задает общий тон развития ПВХ, остановимся более подробно на современных тенденциях этого процесса. Процесс получения суспензионного ПВХ состоит в следующем: в реактор-полимеризатор загружают воду, винилхлорид, инициаторы, стабилизаторы эмульсии, антиоксиданты, регуляторы рН и другие необходимые компоненты, проводят полимеризацию с получением суспензии полимера в воде, суспензию дегазируют, фильтруют, полимер высушивают и упаковывают для отправки потребителю. Полимеризация проводится периодическим способом, остальные стадии - непрерывно. Все попытки осуществить суспензионнуто полимеризацию непрерывным способом, что позволило бы примерно в 2 раза интенсифицировать стадию полимеризации, пока не привели к практической реализации процесса в промышленном масштабе из-за сложностей с коркообразованием в реакторах и неоднородностью качества получаемого полимера. С открытием канцерогенности винилхлорида резко возросли поисковые исследования и инженерные разработки, которые привели к коренным изменениям в технологии суспензионного ПВХ для снижения выбросов мономера в окружающую среду. В результате к 80-м годам сложилась достаточно четкая технологическая схема получения суспензионного ПВХ, включающая на всех установках однотипные стадии и их аппаратурное оформление:

- реактор-полимеризатор «закрытого» типа объемом 70-200 м³ из плакированной стали, оборудованный обратным конденсатором и очистным устройством с водой среднего и (или) высокого давления;

- емкостной дегазатор (один, два или три, работающие последовательно) и отпарная колонна дегазации суспензии с тарелками ситчатого типа;

- центрифуга отстойного типа (предпочтительно с отношением длины ротора к его диаметру ~3);

- двухкамерная сушилка «кипящего» слоя;

- винтовой компрессор рекуперации незаполимеризовавшегося винилхлорида;

- система управления технологическим процессом от компьютера, которая в 90-е годы стала базироваться на локальной микропроцессорной технике.

Аппаратное оформление. Реактор-автоклав объемом 20-40 м³, оснащенный мешал­кой и рубашкой для обогрева и охлаждения реакционной смеси.

Условия процесса. Температура42-88 °С, давление 0,5-1,4 МПа. При 20-30 часовой полимеризации конверсия мономера составляет 80-90 %.

Суспензионная полимеризация винилхлорида проводится в вод­ной среде, в которой диспергируется жидкий винилхлорид в при­сутствии гидрофильных защитных коллоидов (стабилизаторов). В качестве стабилизаторов применяются поливиниловый спирт, по­лиакриловая кислота, растворимые в воде метил- и оксиэтилцеллюлоза, желатин и другие вещества (до 0,05% метилцеллюлозы или поливинилового спирта по отношению к воде).

Инициаторами служат перекиси лауроила и каприлоила, пероксидикарбонаты, динитрил азо-бис-изомасляной кислоты и азо-бис-циклогексанкарбоновой кислоты, а также другие органические перекиси и азосоедияения. Наиболее эффективными являются смеси инициаторов. Характер­ная особенность полимеризации винилхлорида в суспензии – при­менение инициаторов, растворимых в мономере, но нерастворимых в воде.

Для поддержания постоянного значения рН среды при полимеризации винилхлорида иногда вводят буферные добавки (водорастворимые карбонаты или фосфаты).

Поскольку рецептуры суспензионной и эмульсионной полимеризации винилхлорида близки, проведем их сравнение. Типичные рецептуры суспензионной и эмуль­сионной полимеризации винилхлорида приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1 – Рецептуры суспензионной и эмульсионной полимеризации винилхлори­да (масс. ч)

Компонент	Суспензионная	Эмульсионная
	полимеризация	полимеризация
Винилхлорид
Вода	150-200	150-200
Инициатор	0,2-0,8	1-3
Стабилизатор	0,3-1,0	-
Эмульгатор	-	1,0-3,0
Регулятор рН	0,1-1	0,25-2,0

Дата добавления: 2014-12-08