Способы проведения полимеризации

🙏 Если вам нравится сайт, подпишитесь на наш 🔗 Телеграм-канал.

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: