Производство поливинилхлорида в эмульсии

Особенности процесса. Эмульсионную (латексную) полимеризацию винилхлорида про­водят в водной среде в присутствии водорастворимого инициатора, эмульгатора и других добавок.

Скорость процесса и свойства ПВХ зависят от природы и концентрации инициа­тора и эмульгатора, рН среды, соотношения мономер:водная фаза, температуры и других факторов. Исходя из назначения полимера (для производства паст, латексов, пласт­масс), выбирают соответствующую рецептуру и режим полимеризации.

При полимеризации винилхлорида в эмульсии средняя моле­кулярная масса поливинилхлорида слабо зависит от концентрации инициатора, а в большинстве случаев – и от концентрации эмуль­гаторов.

Полимеризация в эмульсии протекает с большей скоростью, чем полимеризация в массе и суспензии. Большие скорости реакции при эмульсионной полимеризации позволяют расширить температурный интервал проведения про­цесса в промышленных условиях, что дает возможность путем из­менения температуры регулировать среднюю молекулярную массу полимера и другие свойства. Процесс можно вести при более низ­ких температурах.

Достоинство эмульсионного способа получения поливинилхло­рида заключается в том, что процесс можно проводить непрерыв­ным способом, а следовательно, механизировать и автоматизиро­вать его.

Основным недостатком этого способа является высокое содер­жание примесей в полимере, что ограничивает области его приме­нения. Зольность эмульсионного поливинилхлорида (0,3-0,5%) выше, чем суспензионного (0,03-0,08%). Наличие примесей в по­лимере повышает его влагопоглощение. Влагопоглощение эмуль­сионного поливинилхлорида составляет 5%, суспензионного – не более 0,5%. Эти примеси ухудшают электроизоляционные свой­ства поливинилхлорида, уменьшают прозрачность изделий и уско­ряют разложение полимера.

Эмульсионный ПВХ или ПВХ Е (PVC-E) характеризуется широким молекулярно-массовым распределением, высоким содержанием примесей, высоким водопоглощением, худшими диэлектрическими характеристиками, худшей термостойкостью и светостойкостью.

Содержание влаги в порошке не должно превышать 0,4 %. Эмульсионный ПВХ выпускается в виде порошка белого цвета с размером частиц от 0,1 до 3 мкм. Константа Фикентчера изменяется в пре­делах 54-74.

Эмульсионным способом главным образом получают поливинилхлорид, обладающий хорошими пастообразующими свойствами, с константой Фикентчера, равной не менее 70, и имеющий частицы сферической формы диаметром 0,1-0,2 мкм. Суспензионной полимеризацией без дополнительной обработки практически невозможно получить поливинилхлорид с такими свой­ствами. Латекс в виде стойкой эмульсии может быть использован как товарный продукт. Поливинилхлоридные латексы, содержащие от 40 до 50% полимера, непосредственно применяются для пропитки и поверхностной отделки тканей, кожи, бумаги и других материа­лов.

В промышленности производство эмульсионного поливинилхлорида может осуществляться периодическим или непрерывным способом. Непрерывный способ является более прогрессивным и экономически выгодным.

Аппаратное оформление. Реактор объемом 15-30 м³ , снабженный коротколопастной мешалкой (1-1,4 об/с) и рубашкой теплообмена. Полимеризация проводится либо в одном реакторе, либо в двух, соединенных последовательно

Условия процесса. Полимеризация ВХ в эмульсии так же, как и в суспензии, осуществляется в водной среде, но в присутствии ионогенных поверхностно-активных веществ (эмульгато­ров) и инициаторов, растворимых в воде.

В качестве эмульгатора применяют поверхностно-активные ве­щества – различные мыла. К ним относятся соли алифатических (С=12–18) и ароматических карбоновых кис­лот. Большое распространение получили натриевые и калиевые соли алифатических сульфокислот

Инициаторами полимеризации служат персульфаты калия или аммония и перекись водорода. В качестве инициаторов применяют также окислительно-восстановительные системы. Применение этих систем позволяет проводить процесс при более низких температу­рах и с большими скоростями. В качестве окислителей обычно применяют перекись водорода, персульфат калия, органические гидроперекиси, перекись бензоила. Восстановителями служат соли металлов переменной валентности, сернистые соединения, альде­гиды, амины, сахара и многие другие вещества. Характерной особенностью полимеризации винилхлорида в эмульсии является применение инициатора, нерастворимого в мо­номере, но растворимого в воде. Поэтому полимеризация в эмуль­сии протекает по механизму, отличному от механизма полимери­зации в суспензии.

На активность инициаторов существенное влияние оказывает рН водной фазы. Регуляторами рН служат фосфаты или карбонаты натрия. Обычно рН среды поддерживается в пределах 8-8,5.

Типичная рецептура эмульсионной полимеризации ВХ приведена в табл. 4.1.

Процесс идет при 40-60 °С с конверсией 90-92 % при продолжительности полимеризации 15-20 ч.

Стадии процесса. Технологический процесс производства непрерывным методом со­стоит из следующих стадий:

· полимеризация ВХ,

· дегазация, стабилизация и сушка латекса, рассев порошка (рис. 4.6).

Описание технологического процесса. В реактор 1 объемом 15-30 м³ под давлением 1,0-1,1 МПа непрерывно поступает жидкий ВХ и водная фаза – раствор эмульгатора, регулятора рН и инициатора в де­ионизированной воде. В верхней секции реактора с помощью коротколопастной мешалки (1-1,4 об/с) создается эмульсия мономера в воде и через рубашку осуще­ствляется подогрев эмульсии до 40 °С. По мере движения эмульсии от верхней до нижней части реактора при 40-60 °С происходит полимеризация ВХ с конверсией 90-92 %. Продолжительность полимеризации 15-20 ч. Полимеризация проводится либо в одном реакторе, либо в двух, соединенных последовательно.

Рис. 4.6 –Схема производства поливинилхлорида в эмульсии: 1 – реактор-автоклав; 2 – дегазатор; 3 – сборник латекса; 4,5 – аппараты для стабилизации; 6 – сушилка; 7 – циклон; 8 – рукавный фильтр; 9, 10 – бункеры.

Латекс, содержащий около 42 % ПВХ, направляют в дегазатор 2, в котором под вакуумом (остаточное давление 19-21 кПа) удаляют непрореагировавший раство­ренный ВХ (после ректификации его возвращают в производство), а затем в сбор­ник 3. Из сборника латекс поступает сначала в аппараты 4 и 5 для стабилизации ПВХ 5 %-ным водным раствором соды, а затем в распылительную сушилку 6. Сушка осу­ществляется горячим воздухом (160 °С), подаваемым в верхнюю часть сушилки. Воздух со взвешенным порошком ПВХ (70 °С) направляется в циклон 7, где оседает основная часть порошка. Остальная его часть улавливается рукавным фильтром 8. Порошок ПВХ из бункеров 9 и 10 поступает на рассев и упаковку.

Выделение порошка из латекса можно осуществлять не только проводя операцию сушки, но и методом коагуляции. В этом случае нестабилизированный латекс перека­чивают в осадитель и с помощью электролита (водного раствора сульфата аммония) и активного перемешивания разрушают. При этом полимер выпадает в виде частиц. После фильтрования и промывки на центрифуге водой порошок сушат в сушилке. Затем его измельчают, просеивают и упаковывают.

Дата добавления: 2014-12-08