Производство полистирола в эмульсии

Эмульсионный метод получения ПС мало распространен вследвие прозрачности и диэлектрических свойств полимера, широко применяется для производства АБС-пластиков. Полимеразацию стирола и эмульсии проводят в водной среде в присуствии стабилизаторов, называемых эмульгаторами, и водорастворимых инициаторов.

Эмульгатарами являются поверхностно-активные вещества: натриевые или калиевые соли жирных ксилот (стеариновой, олеиновой и др.) соли алифатических и ароматических сульфокислот (лаурилсульфат, дибутилнафталинсульфат, додецилбензолсульфат натрия и др.). Природа и количество эмульгатора (0,1—3%) оказывают существенное влияние на полимеризацию в эмульсии. В частности, с увеличением содержания эмульгатора возрастает скорость процесса (она в 2—3 раза выше, чем при полимеризации в массе и в суспензии), снижается молекулярная масса полимера (но выше молекулярной массы блочного и суспензионного ПС) и уменьшаются размеры частиц полимера (до 0,1—5 мкм). Инициаторы процесса — водорастворимые перекиси и гидроперекиси (перекись водорода, персульфаты аммония, натрия и калия). Для снижения температуры реакции с 50—90 до 15—20°С добавляют ускорители распада инициаторов: сульфат железа(II), бикарбонат, бисульфит и тиосульфат натрия, аскорбиновую кислоту и др. Инициирующие системы, содержащие перекиси (окислители) и ускорители (восстановители), носят название окислительно-восстановительных.

Регуляторами молекулярной массы полимеров являются такие переносчики цепи, как додецилмеркаптан, диизопропилксантогепдисульфид, а регуляторами рН среды, при котором происходит распад инициатора на радикалы, — ацетаты и фосфаты натрия. Технологический процесс производства ПС в эмульсии периодическим методом состоит из следующих основных стадий: подготовка водной фазы и получение эмульсии, полимеризация стирола, осаждение полимера, отделение и промывка полимера от водной фазы, сушка, просеивание и гранулирование ПС.

В аппарате 1 готовят водную фазу — раствор в деминерализованной воде эмульгатора (олеата натрия), инициатора (персульфата калия) и различных добавок — и сливают ее в реактор 2.

Эмульсию готовят введением стирола при сильном размешивании, добавляют ускорители распада инициаторов.

Рисунок 14– Схема производства полистирола в эмульсии периодическим методом:

1—аппарат для приготовления водной фазы; 2— реактор; 3—холодильник; 4—приемник; 5—сборник; 6—осадитель; 7—промыватель; 8—центрифуга; 9—сушилка; 10—бункер.

Производство абс-сополимеров в эмульсии

АБС-сополимеры — ударопрочные материалы, получаемые из трех мономеров (акрилонитрила, бутадиена и стирола) либо путем привитой сополимеризации смеси стирола и акрилонитрила с полибутадиеновым или акрилонитрил-бутадиеновым каучуком в эмульсии, либо сокоагуляцией латексов каучука и сополимера стирола с акрилонитрилом, либо механическим смешением в расплаве каучука и сополимера стирола с акрилонитрилом. Метод привитой сополимеризации позволяет получать материал с более равномерным составом, лучшей перерабатываемостыо в изделия и более высокими физико-механическими свойствами, чем в случае сокоагуляции латексов и, тем более, механического смешения.

Большинство процессов получения АБС-сополимеров осуществлено периодическим способом на стадии сополимеризации и непрерывным на последующих стадиях. Реже весь процесс проводится непрерывным методом. Технологический процесс производства АБС-сополимеров по одному из методов привитой сополимеризации в эмульсии состоит из следующих основных стадий: получение латекса каучука, смешение латекса с мономерами, привитая сополимеризация каучука с мономерами, отгонка непрореагировавших мономеров, коагуляция латекса, выделение, промывка и

сушка порошка, гранулирование АБС-сополимеров.

Рисунок 15 Схема производства АБС-сополимеров методом привитой сополимеризации в эмульсии:

1—реактор для получения латекса каучука; 2—сборник-хранилище латекса; 3—смеситель; 4—реакторы; 5—аппарат для отгонки мономеров; 6—аппарат для коагуляции латекса; 7—сборник суспензии; 8—барабанный вакуум-фильтр непрерывного действия; 9—ленточная сушилка; 10—бункер.

Бутадиен (или стирол и бутадиен, или акрилонитрил и бутадиен) загружают в реактор 1 объемом 20—30 м³, содержащий воду, эмульгатор, инициатор и регулятор молекулярной массы, и при температуре 60—80°С и давлении 0,2—0,5 МПа получают латекс каучука. После отгонки непрореагировавшего бутадиена латекс охлаждают до 40—50°С и сливают в сборник-хранилище 2, из которого дозировочным насосом непрерывно подают в смеситель 3. В сборник 2 вводятся дополнительные количества эмульгатора и инициатора, необходимые для стабилизации добавляемых в смеситель 3 мономеров (стирола и акрилонитрила) и инициирования их сополимеризации. Из смесителя 3 латекс непрерывно поступает в батарею реакторов 4, в которых последовательно протекает реакция привитой сополимеризации при 65—80°С и атмосферном давлении. Конверсия по мономерам составляет 96—98%. Каждый реактор (объемом 20—30 м³) изготовлен из нержавеющей стали или биметалла и снабжен мешалкой и рубашкой для обогрева с индивидуальной системой регулирования темпера­

туры. Непрореагировавшне мономеры непрерывно отгоняют при 80°С с помощью острого водяного пара под вакуумом (0,07 МПа) в аппарате 5, охлаждают в холодильнике и собирают в приемник. После перегонки их возвращают в цикл. Затем латекс коагулируют при 40—65°С добавлением коагулянта в аппарате 6 и образовавшуюся суспензию собирают в сборник 7.

Фильтрование суспензии и промывка осадка водой проводится на барабанном вакуум-фильтре непрерывного действия 8. Промытый и отжатый порошкообразный продукт с влажностью 50—60 поступает в ленточную сушилку 9 и сушится при 80°С горячим воздухом до влажности 1%. Сушилка снабжена специальным валковым приспособлением для таблетирования

порошка. Таблетки собирают в бункер 10, а затем смешивают с красителями и другими добавками и гранулируют.