Производство полистирола для вспенивания блочно-суспензионным методом
Значительное количество ПС используется для изготовления пенополистирола, обладающего низкой плотностью и пригодного для изготовления разнообразных технических изделий.
Рисунок 13 Схема производства полистирола для вспенивания блочно-суспензионным методом:
1— pеактор предварительной полимеризации; 2—аппарат для приготовления водной фазы; 3—автоклав; 4—сито; 5—промежуточный сборник; 6—центрифуга; 7—сушилка; 8, 10—бункеры; 9—сито для рассева;
11—автоматические весовые дозаторы; 12 — ленточный транспортер.
ПС для вспенивания получают периодическим блочно-суспензионным методом, включающим следующие основные стадии: предварительная полимеризация стирола в массе, окончательная полимеризация форполимера в суспензии, отделение и промывка гранул, их сушка и рассев.
В реактор 1 загружают стирол и предварительно приготовленный раствор инициатора (перекиси бензоила) в стироле и проводят его предварительную полимеризацию при 80—85°С в течение 6—9 ч до конверсии 30—42%. Затем форполимер сливают в автоклав 5, в который предварительно загружен водный раствор стабилизатора (0,1—1%-ный раствор сополимера винилового спирта и винилацетата) из аппарата 2 и диспергируют в водной фазе при перемешивании. Затем суспензию нагревают при 90°С в течение 6—9 ч под давлением 0,8 МПа до получения твердых гранул.
В автоклав также вводят новую порцию инициатора, растворенного в стироле, и изопентан (или изопентановую фракцию), служащий при дальнейшей переработке гранул газообразователем. Во время окончательной полимеризации изопентан растворяется в гранулах ПС. В случае получения гранул самозатухающего ПС в форполимер перед его загрузкой в автоклав добавляют антипирен — раствор тетрабром-ксилола в стироле.
Полученную суспензию сливают через сито 4 в промежуточный сборник 5 и после разбавления водой направляют на фильтрование. В центрифуге 6 отделяют и промывают гранулы водой, а затем с влажностью до 12% направляют в сушилку 8 , где сушат теплым воздухом при 40°С до остаточной влажности около 1%. Высушенные гранулы поступают в бункер 8, а затем на рассев (разделение по размерам на три фракции) с помощью сита 9 и упаковку в тару из бункеров 10 с помощью автоматических весовых дозаторов 11. Герметично затаренные гранулы ленточным транспортером 12 передаются на склад готовой продукции. ПС для вспенивания выпускают в виде бесцветных гранул шаровидной формы диаметром 0,2—2,5 мм, содержащих 3—5% вспенивающего агента, с кажущейся плотностью 40—100 кг/м3. Средняя молекулярная масса ПС 30000—50000.
Производство ударопрочного полистирола блочно-суспензионным методом
УПС получают двумя методами: непрерывным блочным и периодическим блочно-суспензионным. Последний метод обладает всеми достоинствами, присущими получению полимеров в суспензии. Сущность метода заключается в проведении полимеризации в две стадии: сначала получают форполимер (продукт предварительной полимеризации раствора каучука в стироле в блоке до конверсии 25—40%), а затем форполимер диспергируют в воде и проводят окончательную полимеризацию в суспензии. Процесс полимеризации стирола в присутствии
полибутадиенового каучука характеризуется получением привитого сополимера по следующим основным реакциям.
1. Образование активных центров прививки:
Отрыв атома водорода в сс-положении к двойной связи каучука фенильным или бензоатным радикалом, образовавшимся из инициатора (перекиси бензоила); при этом возникает радикал в цепи каучука
Присоединение радикала инициатора к двойной связи каучука и образование нового радикала:
Реакция является основной при получении УПС.
2. Прививка стирола к цепи каучука.
Наряду с реакцией привитой сополимеризаиии, начинающейся с самого начала процесса, протекают реакции гомополимеризации стирола и образования нерастворимой части привитого сополимера (гель-фракции) после 60—70%-ной общей конверсии. Гель-фракция составляет 14—20% от привитого сополимера.
Технологическая схема производства УПС подобна схеме производства ПС для вспенивания блочно-суспензионным методом и включает следующие основные стадии: предварительная полимеризация раствора каучука в стироле в массе, окончательная полимеризация форполимера в суспензии, отделение и промывка гранул, сушка гранул и окончательное гранулирование УПС.
В реакторе предварительной полимеризации получают форполимер в течение 4—6 ч при 90°С в присутствии перекиси бензоила, который затем диспергирует в воде, содержащей свежеприготовленный диспергатор (фосфат кальция) из хлорида кальция и тринатрийфосфата. Окончательную полимеризацию проводят при постепенном повышении температуры от 90 до 130°С в течение 8—9 ч. Гранулы отделяют и промывают водой на центрифуге, а затем с влажностью 1,5—2% направляют на сушку. С остаточной влажностью 0,1—0,2% их подвергают специальной обработке —
окраске и гранулированию.
УПС, получаемый блочно-суспензионным методом, является трехфазной системой, содержащей равномерно распределенный привитой сополимер — каучук с привитым стиролом (частицы размером 1—5 мкм) и структурированный привитой сополимер (гель-фракция) в полистироле. Он
имеет низкое содержание свободного стирола (не более 0,1%), хорошие литьевые и экструзионные свойства.