4. Описание технологического процесса и схем
4.1. Механизм суспензионной полимеризации.
Синтез полистирола общего назначения и ударопрочного осуществляется блочно-суспензензионной?? полимеризацией стирола (ПСС) или раствора полибутадиенового каучука в стироле (УПС) в присутствии добавок (инициаторов, регулятора молекулярной массы, пластификатора и др.) в реакторах периодического действия.
Упрощенно реакцию
полимеризации стирола можно представить
следующим образом:
СН = СН2 -СН – СН2 -
n
n
Полимеризация стирола происходит в три этапа:
инициирование
рост цепи
обрыв цепи.
Каждая цепь полистирола образуется, проходя по этим трем этапам, в вышеуказанном порядке. Все цепи полистирола не образуются одновременно, в то время, когда некоторые из них уже закончены, инициирование других еще не началось.
На стадии инициирования в реакционной среде образуется некоторое количество активных молекул, способных возбуждать процесс полимеризации стирола. Образование активных молекул осуществляется двумя способами:
термическое инициирование, при котором при нагревании молекулы стирола вступают во взаимодействие, образуя активные молекулы – свободные радикалы
инициирование посредством термического распада перекисей с образованием при этом свободных радикалов – инициаторов.
По окончанию фазы активирования в реакционной среде образуется некоторое количество активных молекул, имеющих свойство вступать немедленно в реакцию со всеми окружающими молекулами. Принимая во внимание наибольшую концентрацию в реакционной среде молекул стирола, активная молекула вступает в реакцию с другой молекулой стирола, в результате чего образуется новая активная молекула. Эта новая активная молекула способна присоединить к себе следующую молекулу стирола и образовать таким образом очередную активную молекулу, содержащую радикал и две молекулы стирола. Эта реакция продолжается до тех пор, пока существуют активные молекулы. Скорость возрастания цепи прямо пропорциональна температуре. Реакция возрастания цепи – экзотермическая, то есть выделяющая тепло (17 ккал/моль). Это выделяемое тепло достаточно для возбуждения дальнейшего инициирования, и если реактор не охлаждается, реакция происходит с нарастающим ускорением и может выйти из-под контроля.
Растущие цепи называются «живыми» цепями.
В начале полимеризации среда, в которой находятся радикалы, содержит «живые» (активные) цепи и мономер. Таким образом, для «живых» цепей представляются две возможности вступления в реакцию:
присоединение молекул стирола
присоединение другого активного радикала или другой «живой» (активной ) цепи.
Во втором случае два свободных радикала или две растущие цепи при сближении соединяются активными концами, суммируются и дезактивируются.
Полимеризация цепи прекращается из-за отсутствия активных молекул, таким образом, осуществляется обрыв цепи.
4.2. Химизм полимеризации
Процесс производства состоит из следующих стадий:
подготовка сырья
приготовление раствора каучука в стироле
приготовление водной фазы (стабилизатора суспензии)
полимеризация
обезвоживание и сушка бисера
смешивание бисера с добавками
экструзия и грануляция
хранение, фасовка и отгрузка готового продукта
очистка сточных вод.