Технические способы проведения полимеризации

Методы проведения реакции полимеризации весьма разнообразны.

Блочная полимеризация. При блочной полимеризации, иначе называемой полимеризацией в массе, полимер содержит минимальное количество примесей. Однако по мере протекания реакции повышается вязкость системы, ухудшаются условия теплопередачи (на стадии роста реакция является экзотермической), что приводит к получению продуктов с пониженным молекулярным весом и широким молекулярно-весовым распределением (высокой полидисперсностью). Вообще говоря, любой полимерный продукт практически является полидисперсным, однако слишком большая полидисперсность часто нежелательна, особенно при синтезе пленкообразователей; фракции с низкой степенью полимеризации ухудшают физико-механические показатели последних, а слишком высокомолекулярные фракции плохо растворимы.

Лаковая полимеризация. Полимеризация в растворе, или лаковая полимеризация, осуществляется в жидкой среде, которая является растворителем как для мономера, так и для образующегося полимера. При этом облегчается теплообмен, однако растворитель может участвовать в реакции передачи цепи, вызывая снижение среднего молекулярного веса.

Лаковые полимеризаты, как правило, не используются в качестве связующих по той причине, что из них трудно удалить не вступивший в реакцию мономер (практически реакции полимеризации никогда не протекают со 100%-ным выходом полимера). Присутствие же остаточного мономера в полимеризационном лаковом связующем понижает его стабильность. Кроме того, мономеры часто бывают токсичными (например, мономеры акрилового ряда). Поэтому полимер высаждают из полимеризата в виде твердого осадка, который отделяют, промывают (иногда переосаждают), высушивают и уже затем растворяют в подходящем растворителе (часто совсем не в том, в котором производилась лаковая полимеризация).

Суспензионная полимеризация. Известны два метода полимеризации диспергированных в воде мономеров: суспензионная (капельная) и эмульсионная (латексная).

Основное преимущество проведения полимеризации в эмульсии (как и в суспензии) заключается в возможности использования дисперсионной среды для регулирования отвода тепла, выделяющегося при полимеризации. Однако механизмы протекания полимеризационных процессов в эмульсии и суспензии существенно различны, поэтому образуются продукты с разными свойствами. Неодинаков и характер получаемых водных дисперсий полимеров.

При суспензионной полимеризации мономер суспендируется в воде в виде капелек и поддерживается в таком состоянии благодаря интенсивному перемешиванию и стабилизации водорастворимыми высокополимерами (поливиниловым спиртом, полиоксиэтиленом, полиакриловой или полиметакриловой кислотой), защитными коллоидами (белковыми продуктами) или твердыми эмульгаторами (гидрофильными порошками). Защитный коллоид не должен совмещаться с мономером и полимером и переходить в масляную фазу. Инициирование и рост цепи происходят в каплях мономера, поэтому используют инициаторы, растворимые в мономере, а не в воде: перекись бензоила, диниз и др. За счет хорошего теплообмена при таком оформлении процесса удается довести превращение мономера до очень высокой степени. Однако при суспензионной полимеризации трудно регу­лировать размер частиц образующейся полимерной дисперсии, который зависит от концентрации защитного коллоида, его природы, интенсивности перемешивания и других параметров процесса. Размеры частиц таких дисперсий велики: обычно в пределах 20-150 мк. Суспензионную полимеризацию трудпо проводить как непрерывный процесс. Ввиду относительно низкой стабильности и грубодисперсности системы, получаемые при суспензионной полимеризации, практически не используются как связующие для водных красок.

Если не ставится цель синтезировать суспензии повышенной стабильности, то количество суспендирующего коллоида не превышает 0,1-0,5% от веса мономера, так что можно получить системы с минимальным содержанием гидрофильного агента. Поэтому при условии надлежащего аппаратурного оформления не исключена возможность получения суспензионным методом концентрированных водных дисперсий эластомеров с размером частиц 5-10 мк специально для использования в качестве связующего воднодисперсионных красок, образующих покрытия минимальной гидрофилыюсти. В настоящее время методом суспензионной полимеризации широко пользуются для получения порошкообразных полимеров (например, поливинилхлорида, полистирола).

По материалам tikkurila powder coatings