Технологические приемы проведения полимеризации

Простейшим способом проведения полимеризации является полимериза­ция жидкого мономера в отсутствии растворителя - полимеризация в массе. В данном случае инициатор и полимер растворимы в мономере. Если реакцию до­водят до полного превращения мономера, то полимер получают в виде моно­литного блока, имеющего форму сосуда, в котором проводилась полимеризация. Преимуществом этого способа являются возможность использования блоков полимера без последующей переработки и отсутствие стадии очистки от раство­рителя. Основным недостатком является сложность отвода тепла, выделяюще­гося при реакции.

При проведении полимеризации в растворе проблема теплоотвода по срав­нению с полимеризацией в массе решается относительно легко. При получении клеев, лаков, связующих для сложных пластиков полученный раствор полимера можно использовать непосредственно, в других случаях требуется выделить по­лимер и освободить его от растворителя, что является одним из основных тех­нологических недостатков этого процесса. Полимеризацию в массе и в растворе можно осуществлять под действием инициатора как радикальной, так и ионной природы.

Процесс эмульсионной полимеризации проводится в жидкой фазе, в кото­рой мономер и полимер не растворяются, но растворяется инициатор. Такой средой обычно является вода. Эмульгирование производится путем перемеши­вания, а для создания достаточно стойких эмульсий в водную фазу вводят эмульгаторы. В качестве эмульгаторов применяются соли высших жирных ки­слот, белковые вещества и др.

Полимеризация мономера в присутствии водорастворимых инициаторов и эмульгаторов происходит в мицеллах мыла и на поверхности капель мономера. Так как эмульгатор присутствует, главным образом, в виде мицелл, большая часть мономера полимеризуется именно в мицеллах. Из стабилизированных эмульгатором капель мономер непрерывно диффундирует в мицеллы, где поли­меризуется. Скорость диффузии возрастает с уменьшением размера капель и с повышением температуры среды и концентрацией эмульгатора. Образующиеся частицы полимера продолжают расти благодаря постоянному притоку молекул мономера из капель.

По мере протекания полимеризации и увеличения числа полимерных час­тиц эмульгатор сорбируется на их поверхности, концентрация его в жидкой фазе понижается, мицеллярный раствор эмульгатора превращается в молекулярный и полимерные частицы теряют растворимость. При этом получается мелкодис­персный полимер, образующий тонкую стабильную дисперсию - латекс. Для выделения полимера из латекса добавляют сильные электролиты. Разрушение эмульсий облегчается удалением не прореагировавшего мономера.

Преимуществом эмульсионной полимеризации по сравнению с полимери­зацией в массе является отсутствие местных перегревов, меньшая вероятность реакций обрыва и, в результате, более высокая молекулярная масса и более уз­кое молекулярно-массовое распределение (ММР).

При суспензионной полимеризации инициатор не растворяется в водной фазе, но растворим в каплях мономера. Поэтому инициирование и рост цепи проходят в каплях мономера. При этом получается крупнодисперсный полимер, легко выпадающий в осадок. Полимер практически не требует очистки.

При твердофазной полимеризации охлажденные ниже температуры плав­ления мономеры полимеризуют под действием ионизирующего излучения. При твердофазном процессе образуются полимеры регулярной структуры и, в ре­зультате, обладающие лучшими физико-механическими свойствами.

Газофазной полимеризацией обычно называют процессы, в которых моно­мер находится в газообразном состоянии. Инициирование может происходить либо в газовой фазе (под действием γ-излучения или газообразного инициатора), либо на поверхности твердого катализатора. Сама же полимеризация происхо­дит на поверхности или в объеме твердой фазы полимера.