更新时间:2023-10-26 12:47
本体聚合(bulk polymerization;mass polymerization )是单体(或原料低分子物)在不加溶剂以及其它分散剂的条件下,由引发剂或光、热、辐射作用下其自身进行聚合引发的聚合反应。有时也可加少量着色剂、增塑剂、分子量调节剂等。液态、气态、固态单体都可以进行本体聚合。
单体(或原料低分子物)在不加溶剂以及其它分散剂的条件下,由引发剂或催化剂、或光、热作用下进行的聚合反应。
本体聚合分为均相聚合与非均相聚合两类。生成的聚合物能溶于各自的单体中,为均相聚合,如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等;生成的聚合物不溶于它们的单体,在聚合过程中不断析出,为非均相聚合,又叫沉淀聚合,如乙烯、氯乙烯等。本体聚合的引发剂多为油溶性引发剂,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。相对于过氧类引发剂,偶氮引发剂反应更加稳定。
优点:
产品纯净,可直接进行浇铸成型;生产设备利用率高,操作简单,不需要复杂的分离、提纯操作。投资较少,反应器有效反应容积大,生产能力大,易于连续化,生产成本低.
缺点:
热效应相对较大,自动加速效应造成产品有气泡,变色,严重时则温度失控,引起爆聚,使产品达标难度加大。由于体系粘度随聚合不断增加,混合和传热困难,有时还会出现聚合速率自动加速现象,如果控制不当,将引起爆聚;产物分子量分布宽,未反应的单体难以除尽,制品机械性能变差等。
③采用较低的反应温度,较低的引发剂浓度进行聚合,使放热缓和;
④在反应进行到一定转化率而此时反应黏度还不算太高时,就分离出聚合物;
⑤分段聚合,将聚合过程分为几个阶段,控制转化率,自动加速效应,使反应热分成几个阶段放出;
⑥改进反应器内的流体输送方法,完善搅拌器和传热系统,以利于聚合设备的传热,研究开发专用特型设备等;
⑦采用气相本体聚合方法,研制出专用高效催化剂,大大减低了操作压力,并且解决了相关的工程设备问题,使得这一技术得到广泛使用;
LDPE气相本体 用途:薄膜制品、电缆、被覆料。
GPS熔融本体(热引发) 用途:家用电器里外装饰、电器、支架、仪表。
PMMA本体浇铸 用途:航空透明材料、表盘、标牌。
用BPO或AIBN引发甲基丙烯酸甲酯本体聚合反应,第一段预聚转化率10%左右的粘稠浆液,浇模升温聚合,高温后处理,脱模成材,制备的聚甲基丙烯酸甲酯光学性能优于无机玻璃,可用作航空玻璃、光导纤维、标盘等。采用Ziegler-Natta催化剂催化丙烯本体聚合,转化率40%出料,投资成本比淤浆法降低40%~50%。用BPO或热引发引发苯乙烯本体聚合,制备的聚苯乙烯电绝缘性好、透明、易染色、易加工。用过氧化乙酰基磺酸引发氯乙烯本体聚合,制备的聚氯乙烯具有悬浮树脂的疏松特性,且无皮膜、较纯净。在微量氧存在下,高压、高温条件下引发乙烯气相本体聚合,制备的聚乙烯具有支链多、密度低和结晶度低的特点。
⑴ 非均相本体聚合——聚氯乙稀本体聚合生产
氯乙烯本体聚合一般分为二个阶段:
第一阶段 预聚合;
第二阶段:后聚合。
操作方式:间歇操作。
氯乙烯本体聚合的主要设备
聚合釜配置:1台预聚合+5台后聚合。
预聚釜——立式不锈钢聚合釜,内装涡轮式平桨搅拌器,搅拌转速控制在50~250rpm之间。
搅拌器的形式和大小,搅拌转速的大小将直接关系到预聚合种子颗粒的形态和大小。
后聚釜——卧式釜(50m3 ),内装有慢速搅拌的三条螺带组合的搅拌器。螺带与釜壁间隙极小。卧式釜转速为6~7rpm。
常采用的聚合流程方块图见图
⑵ 本体浇铸聚合——有机玻璃生产
第一步预聚:搅拌将各组份混合均匀,升温至85℃,停止加热。调节冷却水,保持釜温在93℃以下,反应到粘度达到2000厘泊左右,具体根据操作要求而定。过滤,预聚浆储藏于中间槽。
第二步浇模:先用碱液、酸液、蒸馏水洗清并烘干硅玻璃平板二大块,按所需成品厚度,在二块玻璃中间垫上一圈包有玻璃纸的橡胶垫条,用夹具夹好,即成一个方形模框,把一边向上斜放,留下浇铸口,把预聚浆灌腔,排出气泡,封口。
第三步聚合:把封合的模框吊入热水箱(或烘房),根据板厚分别控制温度在25~52℃,经过10~160小时,到取样检查料源硬化为止,用直接蒸汽加热水箱内水至沸腾,保持二小时,通水慢慢冷却40℃,吊出模具,取出中间有机玻璃板材,去边,裁切后包装。
⑶气相本体聚合——高压聚乙烯生产
所谓高压聚乙烯是将乙烯压缩到150~250Mpa的高压条件下,用氧或过氧化物为引发剂,于200℃左右的温度下经自由基聚合反应而制得。
高压聚乙烯生产工艺的两种方法:
釜式法:大都采用有机过氧化物为引发剂,反应压力较管式法低,物料停留时间长。
管式法:引发剂是氧或过氧化物,反应器内的压力分布和温度分布,反应时间短,所得聚合物支链少,分子量分布宽,适宜制造薄膜制品及共聚物。