2、聚氯乙烯樹脂的聚合方法
氯乙烯單體的聚合有四種基本方法:
(1)懸浮聚合:采用水作為連續(xù)相,借助于懸浮劑將氯乙烯單體分散在水中進(jìn)行聚合,所得聚合物的粒徑較大,制造成本較低,過程易于控制,成品樹脂中懸浮劑的含量較低。
(2)乳液聚合:氯乙烯單體借助于乳化劑分散在水中進(jìn)行聚合,乳液可在使用過程中凝結(jié)和干燥,也可經(jīng)噴霧千燥得糊狀樹脂,粒徑極細(xì)的乳液也可用作漆液。同懸浮聚合一樣,存在連續(xù)水相,可以有效地排除聚合熱。缺點(diǎn)是制造成本高,成品樹脂中乳化劑含量高。
(3)本體聚合:氯乙烯單體在沒有稀釋劑存在下進(jìn)行聚合。主要優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品中不含懸浮劑和乳化劑,因此純度較高,不存在水和溶劑,干燥簡單,但反應(yīng)速率的控制和聚合熱的排除較困難。
(4)溶液聚合:在含有氯乙烯單體的溶液中進(jìn)行聚合,聚合物不溶于溶劑,而在聚合過程中沉淀,易于分離和干燥。這樣的體系也便于熱傳遞。成品樹脂中不含有乳化劑和懸浮劑,所以雜質(zhì)含量低。這個方法主要用于制造高質(zhì)量的共聚樹脂。主要缺點(diǎn)是產(chǎn)品成本高。
目前主要采用懸浮聚合方法生產(chǎn)聚氯乙烯樹脂,利用這種方法生產(chǎn)的樹脂占聚氯乙烯樹脂總量的80%~90%。
與乳液聚合方法比較,懸浮聚合優(yōu)點(diǎn)是:
(1) 樹脂中雜質(zhì)含量比乳液聚合法所得樹脂低10倍以上,熱、光穩(wěn)定性好;
(2) 作電線絕緣用時,電氣絕緣性比乳液聚合樹脂高10~100倍;
(3)作硬質(zhì)制品用,透明度好,耐水性好;
(4)懸浮聚合樹脂粒徑為30~150μ,乳液聚合樹脂粒徑為0.2~2.0μ,因?yàn)閼腋【酆蠘渲捷^粗。所以加工時粉塵飛揚(yáng)少,也有利于粉料擠出和粉料注射成型等加工。
此外,懸浮聚合的設(shè)備投資少,設(shè)備利用率高,聚合收率高,催化劑、分散劑等原料消耗小,產(chǎn)品成本低。
氯乙烯單體懸浮聚合的生產(chǎn)流程包括聚合、堿處理、離心洗滌、氣流干燥、成品包裝等主要工序。
無論乳液聚合或是懸浮聚,在聚合過程中為了將氯乙烯單體均勻地分散于水中,使用了各種添加劑。而這些添加劑難免要包含在制品聚氯乙烯樹脂中,以致影響樹脂的性能。本體聚合正是為彌補(bǔ)這些缺陷而新發(fā)展的方法。在本體聚合中不使用水和其它添加劑,使精制的氯乙烯單體自身聚合,因此雜質(zhì)混入最少,所得聚氯乙烯樹脂的熱穩(wěn)定性好,加工制品的透明性好,吸濕性小,電氣絕緣性高。但是由于設(shè)備和操作上存在問題,所以工業(yè)化比較遲緩,最近幾年由于解決了這些問題,因此氯乙烯本體聚合得到了應(yīng)有的重視和發(fā)展。
本體聚合的主要困難是在聚合過程中由于物料狀態(tài)和體積的改變,采用一般的低速攪拌不能充分控制反應(yīng)而便聚合物凝結(jié),同時聚合過程中劇烈的反應(yīng)熱也就難以通過一般的傳熱和對流方法排除。
最近發(fā)展起來的“二段式聚合法”,即在兩個反應(yīng)釜中分二段連續(xù)聚合。第一段在立式釜液態(tài)中進(jìn)行顆粒成型,稱為“預(yù)聚合”;第二段在臥式釜粉末介質(zhì)充分?jǐn)嚢柘逻M(jìn)行聚合,稱為“本聚合”。這樣就解決了本體聚合中物料攪拌和反應(yīng)熱排除的問題,從而能有效地控制聚合物的顆粒結(jié)構(gòu)及反應(yīng)溫度,制得高質(zhì)量的聚氯乙烯樹脂。