Метод суспензионной полимеризации винилхлорида (стр. 4 из 4)
Для поддержания постоянного значения рН при полимеризации винилхлорида вводят буферные добавки (водорастворимые карбонаты или фосфаты).
В качестве разрабатываемой фазы в данной работе выбран процесс полимеризации в автоклаве, который идет по следующей экзотермической реакции:
.Поэтому необходим отвод теплоты из зоны реакции.
Важнейшим параметром процесса, определяющим молекулярный вес поливинилхлорида и степень разветвленности его макромолекул, является температура полимеризации. Для получения поливинилхлорида с узким молекулярно-весовым распределением отклонение от заданной температуры не должно превышать 0,5°С.
Вот как зависит константа Фикентчера К от температуры полимеризации:
Температура, 0С…………72 67 60 54 50
К………………………….55 60 65 70 75 [3, стр. 86]
Константа Фикентчера может быть получена исходя из вязкости 1%-го раствора полимера в циклогексаноне по формуле:
,где Z – отношение вязкости полимера к вязкости чистого циклогексанона (при температуре 250С и диаметре капилляра вискозиметра 0,6–0,8 мм);
с – концентрация полимера, г на 100 мл раствора. [4, стр. 101]
Термостабильность полимера также зависит от температуры. Поливинилхлорид, синтезированный при 50°С, имеет более высокую термостабильность, чем полимер, полученный при 60°С. При перегреве может произойти спекание, а иногда и разложение массы. На свойства суспензионного полимера влияют также массовые соотношения воды и мономера, степень конверсии и другие факторы. Для получения полимера с необходимыми физико-механическими показателями выбранная рецептура должна сочетаться с оптимальными условиями процесса.
В эмалированный реактор-автоклав 1 (рис. 4 в приложении) емкостью 10–25 м3 с мешалкой и рубашкой для обогрева и охлаждения реакционной смеси подают определенные количества деминерализованной воды из мерника 2, раствора стабилизатора эмульсии из емкости 3 (через фильтр 4) и раствора инициатора в мономере из мерника 5. Затем реактор продувают азотом и при перемешивании загружают жидкий винилхлорид, поступающий из мерника 6.
Ниже приведены нормы загрузки компонентов (в мас. ч.):
Винилхлорид…………………. 100
Вода…………. ……………. 200
Пероксидикарбонат……. 0,03–0,05
Порофор………………………… 0,01–0,03
Метилцеллюлоза…………… 0,1–0,5
После загрузки компонентов в рубашку реактора подают горячую воду для нагревания реакционной смеси до 30–40°С. Температуру поддерживают строго определенной для получения поливинилхлорида с заданными свойствами.
Продолжительность полимеризации при 50–57°С и давлении 0,7–1 МПа (7–10 кгс/см2) составляет 12–15 ч, степень конверсии около 90%. Окончание процесса определяется по понижению давления в реакторе до 0,2–0,3 МПа (2–3 кгс/см2).
Непрореагировавший винилхлорид при нагревании удаляется сначала вакуумированием, а затем барботированием суспензии азотом. Регенерированный винилхлорид возвращается на полимеризацию.
Суспензия полимера под давлением азота из полимеризатора передавливается в высадитель 7, в котором разбавляется деминерализованной водой до 20%-ой концентрации и одновременно охлаждается. Этот же аппарат используется как промежуточная емкость для обеспечения непрерывности последующих стадий процесса.
Реакционную массу подают на центрифугу непрерывного действия 8 для отделения полимера от маточного раствора и его промывки. Маточный раствор и промывные воды проходят через ловушку 9 в систему очистки сточных вод. Полимер с влажностью около 25% подается в аппарат 10 для сушки.
Сушку полимера производят горячим воздухом в аппаратах типа «труба-сушилка», в камерных сушильных агрегатах, в сушилках с кипящим слоем, а также во вращающихся барабанных сушилках. После сушки до содержания влаги в полимере не выше 0,3% его просеивают через мельничные сита 11 (чаще типа ХРШ), подают в специальные хранилища, а затем упаковывают в мешки. [5, стр. 24–26]
2.4 Свойства и применение готового продукта, технические требования по ГОСТ
Свойства поливинилхлорида: ММ = (10–150)*103; температура стеклования (температура размягчения) 75–800С; температура текучести 150–2200 С; при нагревании до 1200С в нем начинаются процессы деструкции с выделением HCl; плотность 1,35–1,43 г./см3; морозостойкость до -100С (у Винилпласта, твердого ПВХ) до -500С (у Пластиката, мягкого ПВХ); водопоглощение 0,05–0,4% – у ПВХ-твердого, 0,15–0,7% – у ПВХ-мягкого; допустимая остаточная влажность 0,2–0,2% – у ПВХ-твердого, 0,2–0,2% – у ПВХ-мягкого; усадка (при изготовлении изделий) ПВХ-твердый 0,5–0,7%, ПВХ-мягкий 1,0–2,5%.
Химические свойства: Поливинилхлорид растворим в дихлорэтане, циклогексане, хлор и нитробензоле, ограниченно в бензоле, ацетоне, не растворим в воде, спиртах, углеводородах. Стоек в растворах щелочей кислот, солей; атмосферо- и грибостоек.
Физические свойства: Поливинилхлорид – термопластичный полимер. Аморфный. Трудногорюч (большое содержание хлора делает ПВХ самозатухающим). При температурах выше 1200С начинается заметное отщепление HCl, протекающее количественно при 300–3500С. При более высоких температурах наблюдается разрыв полимерных цепей с образованием углеводородов. Разложение полимера сопровождается изменением его цвета от «слоновой кости» до вишнево-коричневого.
Эксплуатационные свойства: 1) ПВХ-твердый: жесткий, твердый, прозрачный до матового, хорошо соединяется при сварке, некоторые типы физиологически нейтральны. Размягчается при температуре 65–700С. Стойкий к кислотам, щелокам, маслам, жиру, бензину. 2) ПВХ-мягкий: мягкий и эластичный, зависит от количества пластификатора (до 60%) и температуры применения, прозрачный до матового, стойкость к химикатам в зависимости от состава и температуры.
Поливинилхлорид перерабатывают всеми известными методами переработки пластмасс как в жесткие (винилпласт, твердый ПВХ), так и в мягкие (пластикат, мягкий ПВХ) материалы и изделия. [6]
Марочный ассортимент и области применения ПВХ представлен в таблице 1:
Таблица 1
| Материал | Обозначение и марка | Нормативно-техническая документация | Применение |
| ПВХ суспензионный | ПВХ-С ПВХ-С-8939-М ПВХ-С-7459-М ПВХ-С-7059-М ПВХ-С-7058-М ПВХ-С-7056-М ПВХ-С-6359-М ПВХ-С-6358-М ПВХ-С-7058-У ПВХ-С-6388-Ж ПВХ-С-6370-Ж ПВХ-С-5868-ПЖ ПВХ-Ж-4700-Ж ПВХ-Ж-6346-М | ГОСТ 14332 – 78 | Специальные виды кабельного пластиката, пленки, искусственные кожи, линолеум, жесткие и пластифицированные изделия, хлорированный ПВХ |
| ПЗХ эмульсионный | ПВХ-Е ПВХ-Е-7050-М ПВХ-Е-6650-М ПВХ-Е-6250-Ж ПВХ-Е-5850-Ж ПВХ-Е-5450-Ж ПВХ-П-7002-Н ПВХ-П-6602-Н ПВХ-П-6202-Н ПВХ-П-7002-С ПВХ-П-6602-С ПВХ-П-7002-В ПВХ-П-6602-В ПВХ-П-6202-В | ГОСТ 14039 – 78 | Мягкие изделия, высоко прочная искусственная кожа, пленки, линолеум, плитки, жесткие изделия, пенопласты |
| ПВХ массовый | ПВХ-М ПВХ-М-7069-У ПВХ-М-6479-У ПВХ-М-6470-Ж | ТУ 6–01–678 – 86 | Для изготовления пластифи-цированных изделий (кабель-ного пластиката, шлангов, труб, искусственных кож, мягких листов, пленочных материалов) и экструзион-ного линолеума, для изготов-ления жестких изделий (труб, пластин) методом экструзии |
| Сополимеры винилхлорида | A-15–0 А-15-ОМ А-25 (сополимер с винилацетатом) СХБ-20 (сополимер с бутилакрилатом) ВХВД-40 СВХ-1 СВХ-П (сополимер с винилдихлоридом) | ТУ 6–01–1181 – 79 | В производстве лакокрасочных материалов, магнитных и ферримагнитных лент кожевенной промышленности |
Заключение
При рассмотрении в курсовой работе метода суспензионной полимеризации винилхлорида можно сделать следующие выводы:
1. В отличие от блочного метода, при котором готовится смесь жидкого мономера и инициатора, суспензионный метод основан на смешении в водной среде жидкого мономера (ВХ), инициаторов, стабилизаторов эмульсии и других добавок. Это дает существенное достоинство – эффективный теплоотвод тепла реакции, что позволяет получить полимер с узким молекулярно-массовым распределением. Но это несет и свои недостатки – реакционная система достаточно многокомпонентна, что влечет за собой трудность выделения из водной смеси готового полимера, следовательно, возникает необходимость в дополнительном оборудовании фильтрации и сушки. Кроме этого, снижается чистота получаемого продукта.
2. При эмульсионной (латексной) полимеризации готовится водная эмульсия, состоящая из дистиллированной воды, эмульгатора, водорастворимого инициатора и стабилизатора. Это позволяет получить стабильную водную дисперсию полимера, которая легко транспортируется, что в свою очередь дает возможность осуществить весь производственный цикл непрерывно в отличие от суспензионного метода. Но с другой стороны возникает сложность выделения полимера из раствора эмульсии. Поэтому качество эмульсионного ПВХ будет значительно уступать качеству суспензионного.
3. При суспензионной полимеризации получают твердый ПВХ, который достаточно широко применяется в различных отраслях народного хозяйства.
4. Но главным недостатком суспензионного метода является сложность осуществления непрерывной технологии производства ПВХ.
Литературные источники
1. Реферат на тему «Новые строительные материалы. Окна из ПВХ». Кудинов Н. Кафедра химии СибАДИ, Омск 1999.
2. Поливинилхлорид/ Ульянов В.М., Рыбкин Э.П., Гудкович А.Д., Пишин Г.А. – М.: Химия, 1992, 288 с., ил.
3. Получение и свойства поливинилхлорида, под ред. Зильбермана Е.Н., – М.: Химия, 1968.
4. Воробьев В.А. Технология полимеров. Учеб. для студентов специальности «Производство строительных изделий и конструкций» высших учебных заведений. Изд. 1-е. М., «Высш. школа», 1971.
5. Кузнецов Е.В., Прохорова И.П., Файзуллина Д.А. Альбом технологических схем производства полимеров и пластических масс на их основе. М., «Химия», 1976.