Способы проведения полимеризации
Полимеризация в массе (блок)
Мономер — жидкость. Инициатор и агент передачи цепи растворяется в мономере.
Преимущества:
- Минимальное количество компонентов;
- Отсутствие стадии выделения полимера из реакционной среды;
- Позволяет получить полимеры с высокой степенью чистоты;
- Единственный способ получения оптического органического стекла;
- Минимальное загрязнение окружающей среды.
Недостатки:
- Сложность отведения тепла при глубокой степени превращения;
- Тепловые флуктуации приводят к образованию широкого ММР;
- Локальные флуктуации температуры приводят к деструкции;
- Локальное испарение мономера и образвание дефектов (раковин).
Применение:
Используют при радикальной полимеризации метилметакрилата и стирола, также полимеризуют винилхлорид для получения поливинилхлоридных смол.
Полимеризация в растворе
Мономер, инициатор и агент передачи цепи растворяют в инертном растворителе.
Преимущества:
- Процесс происходит с одновременным отводом тепла;
- Возможность варьировать концентрацию мономера в растворе;
- Возможность варьировать температуру в широких пределах;
- Возможность получать высоковязкие полимеры;
- Возможность получения олигомеров с реакционноспособными концевыми группами;
- Возможность получения лаков - концентрированных растворов полимеров.
Недостатки:
- Необходимость отделения растворителя и сушки полимера;
- Необходимость регенерации растворителя;
- Значительные энергозатраты;
- Существует конечная вероятность передачи цепи на растовритель, что затрудняет получение очень высокомолекулярных продуктов.
Применение:
Используют при радикальной полимеризации акрилонитрила и катионной полимеризации изобутилена.
Суспензионная полимеризация
Мономер диспергируют в воде в виде мелких капель, мономер должен быть водонерастворимым.
Преимущества:
- Эффективное теплоотведение из реакционной системы;
- Контроль за длиной кинетических цепей (неширокое молекулярно-массовое распределение);
- Легкость отделения от воды;
- Простота переработки готового продукта.
Недостатки:
- Основная проблема — необходимость сохранения системы в дисперсном состоянии;
- Необходимость применения стабилизаторов суспензий — ПВС или тонкодисперсные минеральные порошки;
- Необходимость регенерации растворителя, очистки сточных вод;
- Необходимость извлечения из полимера остатков стабилизатора.
Применение:
Используют для получения полистирольных гранул (из которых получают пенополистирол), полистирол-дивинил бензольных гранул (для изготовления ионобменных смол) и гранул поливинилацетата (используемых в дальнейшем для превращения в поливиниловый спирт).
Эмульсионная (латексная) полимеризация
Мономер диспергируют в водной фазе в виде однородной эмульсии.
Преимущества:
- Высокая скорость полимеризации;
- Небольшое изменение вязкости;
- Легкость регулирования теплопереноса;
- Использование воды в качестве растворителя;
- Возможность получать высокомолекулярные соединения с узким значением ММР;
- Возможность регулировать ММ соотношением мономер / ПАВ / вода;
- Возможность использовать полученные эмульсии полимеров для производства изделий методом смачивания.
Недостатки:
- Необходимость использования дополнительных веществ (ПАВ, эмульгаторы);
- Очистка большого количества сточных вод;
- Для выделения полимера из эмульсии необходим каогулянт;
Применение:
Проводят полимеризацию винилхлорида, бутадиена, хлоропрена, винилацетата, акрилатов и метакрилатов.
Полимеризация в газовой фазе:
Используется, если мономер характеризуется низкой критической температурой кипения.
Преимущества:
- Нет необходимости применять растворители;
- Возможно эффективно применять фото- и радиоинициирование;
Недостатки:
- Необходимость применения высокого давления (~108 Па);
- Очень плохой отвод тепла;
- Изменение кинетики полимеризации при появлении твердой фазы;
Свойства конечных продуктов, таких, как средине молекулярные массы, молекулярно-массовое распределение, молекулярная структура и химическая однородность, значительно зависят от следующих факторов:
- Эффективность теплоотвода при полимеризации;
- Одинакового времени пребывания реагентов в зоне реакции;
- Эффективности перемешивания, обеспечивающего однородный температурный профиль и равномерное распределение реагентов в реакционной среде;
Применение:
Проводят полимеризацию этилена, тетрафторэтилена, п-ксилола и др.
Полимеризация в твердой фазе
Полимеризация мономеров, находящихся в кристаллическом или стеклообразном состоянии. Получают полимеры в стереорегулярном виде, а также из полисопряженных молекул получаются высококристаллические электропроводящие полимеры (последний пример).
Используется фото- и радиоинициирование:
