Осаждение полимеров из растворов

Этим способом могут быть получены порошки практически из любых растворимых полимеров, однако наибольшее применение он нашел при переработке кристаллических полимеров. Последние легко осаждаются из растворов при их охлаждении ниже температуры кристаллизации, при этом могут быть выделены в виде порошков, как индивидуальные полимеры, так и смеси разных полимеров. При переработке кристаллических полимеров можно обходиться индивидуальными растворителями; это облегчает их регенерацию, что положительно сказывается на экономике процесса.

Осаждение аморфных полимеров в виде порошков осуществляется труднее. Так как большинство аморфных полимеров при растворении образует термодинамически устойчивые системы, для их выделения требуется добавление нерастворителя (осадителя). Дисперсные порошки образуются только при осаждении из разбавленных растворов. При этом расходуется большое количество растворителей, которые трудно разделять и регенерировать. Все это ограничивает применение метода осаждения для получения порошков аморфных полимеров.

В промышленном масштабе способ осаждения из растворов, или, как его часто называют, химический способ, применяется главным образом при переработке ПЭВД и полиамидов. В частности, разработан и внедрен непрерывный процесс производства полиэтилена в виде порошка. Полимер растворяют в толуоле в двухчервячной шприц-машине при 110 С; соотношение полимер: растворитель =1:1 по массе. Смесь охлаждают в смесителе или на вальцах. Продукт высушивается в токе теплого воздуха, а затем в воздушном сепараторе разделяется на фракции с частицами определенного размера, обычно не более 70-80 мкм. Отделенный при сушке полимера растворитель регенерируется.

Технология предусматривает использование не только кондиционного полиэтилена, но и отходов его производства и применения. Полимер в виде гранул, стружки, обрезков ленты и т. д. растворяют в растворителе (толуол, ксилол, уайт-спирит) при температуре 80-110 °С; концентрация раствора 15-20% (масс.). После полного растворения полимера раствор при работающей мешалке охлаждают со скоростью 3-5. Выделившийся порошок отделяют от растворителя фильтрованием или центрифугированием и сушат, а растворитель используют повторно. Его потери не превышают 5%. Полученные по этой технологии порошки ПЭВД полностью проходят через сито № 005; они имеют лучшую сыпучесть (из-за шаровидной формы частиц) и более высокую насыпную плотность (220-240 кг/м3) по сравнению с аналогичными порошками, полученными способом механического измельчения.

При получении порошковых полиамидов в качестве растворителей используют концентрированные кислоты (муравьиную, уксусную, фосфорную), фенолы, диметилацетамид (с добавками Na2C03 или СаС03) или собственные мономеры, например капролактам. В лабораторных условиях 150 г полимера (гранулы или крошка) растворяют при нагревании (116-117 °С) и перемешивании в 1 л ледяной уксусной кислоты, раствор охлаждают, а выпавший порошок отделяют от маточного раствора фильтрованием, тщательно промывают водой, нейтрализуют 2% раствором аммиака вновь промывают водой и сушат при температуре не выше 70 С.

Разработана технология и аппаратура для непрерывного производства порошков полиамидов служит капролактам. Растворение полимера (температура 180-200 С, соотношение полимер: капролактам = 1:4) и выделение его из раствора осуществляется в обогреваемом многосекционном смесителе шнекового типа. Полнота осаждения достигается понижением температуры (до 90-95 С) и одновременным введением в раствор некоторого количества воды. Выпавший порошок отделяют от маточного раствора (водного раствора капролактама) на барабанном вакуум-фильтре. Осадок с влажностью 60% промывают, центрифугируют и высушивают, а растворитель капролактам регенерируют методом кристаллизации.

По материалам tikkurila powder coatings