更新时间:2023-12-24 22:46
溶有引发剂的单体以液滴状悬浮于水中进行自由基聚合的方法称为悬浮聚合法。整体看水为连续相,单体为分散相。聚合在每个小液滴内进行,反应机理与本体聚合相同,可看作小珠本体聚合。同样也可根据聚合物在单体中的溶解性有均相、非均相聚合之分。如是将水溶性单体的水溶液作为分散相悬浮于油类连续相中,在引发剂的作用下进行聚合的方法,称为反相悬浮聚合法。
单体以小液滴状悬浮在分散介质中的聚合反应称为悬浮聚合。悬浮聚合是单体以小液滴悬浮在水中的聚合。单体中溶有引发剂,一个小液滴就相当于本体聚合的一个小单元。从单体液滴转变为聚合物固体粒子,中间经过聚合物-单体粘性粒子阶段,为了防止粒子相互粘结在一起,体系中须加有分散剂,以便在粒子表面形成保护膜。悬浮聚合的反应机理与本体聚合相同,也有均相聚合和沉淀聚合之分。悬浮聚合物的粒径约0.05~2mm(或0.01~5mm),主要受搅拌和分散控制。
悬浮聚合的反应机理与本体聚合相同,也有均相聚合和沉淀聚合(非均相)之分。若是均相聚合的话,在分散剂的作用下,单体在单体液滴里聚合,最终形成均匀坚硬透明的球珠状粒子;若是非均相聚合,引发剂在单体液滴引发得链自由基相互缠结在一起沉淀,形成最初的相分离物——原始微粒,原始微粒凝聚的初级粒子核。初级粒子核一经形成就开始成长为早期的初级粒子,呈现相分离,体系变浑浊。因为形成的聚合物不溶于单体,所以在聚合主要是在聚合物的溶胀体进行不在形成初核,初级粒子数不在增加而是均匀地长大(初级粒子核吸附获捕捉单体相得自由基而增长、终止)。在这过程中,聚合热来不及散出获引发剂分布不均,导致颗粒内部局部温度过高,初级粒子熔结,形成凝聚体,即“玻璃珠”。
单体+(油溶性)引发剂+双亲性分散剂+去离子水,油溶性引发剂主要有油溶性引发剂主要有偶氮引发剂和过氧类引发剂,偶氮类引发剂有偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异戊腈、偶氮二环己基甲腈、偶氮二异丁酸二甲酯引发剂等,过氧化物主要是过氧化二苯甲酰这一类物质。分散剂是以有机和无机之分,有机有聚乙烯醇类、无机有碳酸钙、碳酸镁,硫酸钡等。具体用哪种可根据产品的性能要求来决定。
①体系粘度低,聚合热容易导出,散热和温度控制比本体聚合、溶液聚合容易;
②产品相对分子质量及分布比较稳定,聚合速率及相对分子质量比溶液聚合要高一些,杂质含量比乳液聚合低;
③后处理比溶液聚合和乳液聚合简单,生产成本较低,三废较少;
④粒料树脂可直接用于加工。
①存在自动加速作用;
②必须使用分散剂,且在聚合完成后,很难从聚合产物中除去,会影响聚合产物的性能(如外观,老化性能等);
③聚合产物颗粒会包藏少量单体,不易彻底清除,影响聚合物性能。
1 液滴形成过程
2 聚合物成粒过程
悬浮法PVC 用途:各种型材、电绝缘材料、薄膜
悬浮法聚苯乙烯 用途:珠状产品
悬浮法聚甲基丙烯酸甲酯 用途:珠状产品
悬浮法聚丙烯酰胺 用途:水处理剂
悬浮聚合法的典型生产工艺过程是将单体、水、引发剂、分散剂等加入反应釜中,加热,并采取适当的手段使之保持在一定温度下进行聚合反应,反应结束后回收未反应单体,离心脱水、干燥得产品。
悬浮聚合所使用的单体或单体混合物应为液体,要求单体纯度>99.98%。
在工业生产中,引发剂、分子量调节剂分别加入到反应釜中。引发剂用量为单体量的0.1%~1%。
去离子水、分散剂、助分散剂、pH调节剂等组成水相。水相与单体之比一般在75:25~50:50范围内。
各种单体的悬浮聚合过程都采用间歇法操作。
悬浮聚合目前大都为自由基聚合,但在工业上应用很广。如聚氯乙烯的生产75%采用悬浮聚合过程,聚合釜也渐趋大型化;聚苯乙烯及苯乙烯共聚物主要也采用悬浮聚合法生产;其他还有聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯类、氟树脂等。
聚合在带有夹套的搪瓷釜或不锈钢釜内进行,间歇操作。大型釜除依靠夹套传热外,还配有内冷管或(和)釜顶冷凝器,并设法提高传热系数。悬浮聚合体系粘度不高,搅拌一般采用小尺寸、高转数的透平式、桨式、三叶后掠式搅拌桨。