Лекция 16 Технология производства поливинилацетатных пластмасс

Поливинилацетатные пластмассы (поливинилацетат, сополимеры вииилацетата, поливиниловый спирт, поливинилацетали и поливинилкетали) находят широкое применение в различных отраслях промышленности.

Важнейшее значение среди этого типа полимеров имеют поливинилацетат (в ос­новном в виде дисперсии), поливиниловый спирт и поливинилбутираль. Наиболь­шее применение получили поливинилацетатные дисперсии (ПВАД) низкой и сред­ней вязкости, содержащие 50 % полимера в воде, и сополимеры винилацетата с этиленом, дибутилмалеинатом и другими мономерами. Производство ПВАД ха­рактеризуется минимальным материало-энергетическим индексом: на 1 т готовой продукции расходуется 0,53 т полупродуктов и топлива, в том числе 0,4 т винилаце­тата. ПВАД используется в производстве строительных материалов, лакокрасочной, мебельной и целлюлозно-бумажной промышленности и в других отраслях.

Значительное количество поливинилацетата (ПВА), получаемого в растворе, пе­рерабатывается в поливиниловый спирт (ПВС) и поливинилбутираль (ПВБ). Про­изводство ПВС относится к энергоемким производствам: на 1 т ПВС в эквиваленте условного топлива расходуется примерно 18 т тепловой энергии. Но применение ПВС в литейном производстве, в текстильной промышленности, при изготовлении вис­козных и химических волокон тем не менее обеспечивает значительный экономиче­ский эффект. Кроме того, ПВС высвобождает большое количество пищевого сырья [растительных масел и крахмала).

Производство поливинилацетата в растворе

Полимеризация ВА в растворе — наиболее распространенный процесс, так как в этом случае получают раствор полимера, пригодный для применения в виде клея и лака, а также для переработки в поливиниловый спирт. Чаще всего этот процесс осуществляют в метаноле или этаноле, ацетоне, этилацетате и метилацетате периоди­ческим или непрерывным методом. Процесс доводят как до практически полной кон­версии (95-96 %), так и до неполной конверсии (50-60 %).

Непрерывные методы. Полимеризация ВА, смешанного с растворителем (мета­нолом и др.), инициатором (динитрилом азобисизомасляной кислоты и др.) и регу­лятором молекулярной массы, осуществляется в двух каскадно расположенных реак­торах (рис. 9.1). ВАи все другие компоненты (см. табл. 9.1) из мерников непрерывно поступают в реактор 1 объемом 5-10 м³, снабженный мешалкой, обратным холодиль­ником 2 и рубашкой для обогрева и охлаждения. Полимеризацию проводят в атмос­фере азота в течение 4 ч при 60-70 °С до 30-35 %-ной конверсии ВА. Нормы загрузки компонентов в реактор 1, % об. приведены на рис. 9.1.

Вязкий раствор непрерывно стекает в реактор 3, в который вводится дополни­тельное количество инициатора (до 0,06-0,08 %) и основное количество метанола (до 30 %-ного содержания ВА и ПВА). Процесс проходит при 68-70 °С до обшей конверсии ВА 60-65 %. Общая продолжительность полимеризации 8-10 ч. Реактор3 объемом 10-15 м³ колонного типа также снабжен обратным холодильником 4, ме­шалкой и рубашкой для обогрева и охлаждения.

Раствор ПВА в метаноле и неирореагировавшем ВА дополнительно разбавляется метанолом и непрерывно подается в ректификационную колонну 5 для отгонки ВА в смеси с метанолом. Смесь охлаждается в холодильниках 6 и 7 и собирается в приемнике 8.

В нижнюю часть колонны подаются пары метанола, которые способствуют уносу непрореагировавшего ВА. 25-30 %-ный раствор ПВА в метаноле вытекает из колонны в сборник для последующей переработки в ПВС и поливинилацетали.

Рис. 9.1. Схема производства поливинилацетата в растворе непрерывным методом: 1,3 — реакторы; 2,4 — обратные холодильники; 5 — ректификационная колонна; 6,7 — холодильники; 8 — приемник

Периодические методы. Полимеризация ВА проводится в реакторах при непре­рывном перемешивании и температуре кипения растворителя или ВА. Реакционная смесь состоит из ВА, растворителя (метанола, этанола, метилацетата, этилацетата и др.), инициатора (пероксида бензоила, динитрила азобисизомасляной кислоты) и иногда регулятора молекулярной массы (пропионового альдегида). Реакция про­должается 12-18 ч при 55-65 °С. Полученный раствор ПВА (лак) либо применяется самостоятельно, либо используется для переработки в ПВС.

Самостоятельное применение имеют бесцветные и прозрачные растворы ПВА в этаноле (эгилацетате или ацетоне), содержащие 20-50% полимера и отличающиеся не только концентрацией основного вещества, но и вязкостью раствора и молекуляр­ной массой полимера. Одно из основных требований к ним - отсутствие свободного винилацетата — летучего и токсичного вещества.

Полимеризацией ВА в метаноле (или метилацетате) получают ПВА, предназна­ченный для переработки в ПВС. В реактор объемом 10-20 м³, снабженный обратным холодильником, якорно-лопастной мешалкой и рубашкой для обогрева и охлажде­ния, загружают ВА, метанол и инициатор. Иногда компоненты вводят в реактор не полностью, а частично (например, 65-75 % ВА и 25-35 % метанола), а через некото­рое время добавляют оставшееся количество ВА, и по мере загустевания смеси — порциями растворитель. Полимеризацию проводят при температуре кипения реак­ционной смеси до тех пор, пока количество непрореагировавшего В А не снизится до 2_3 % (метод полной конверсии). После этого отгоняют оставшийся мономер.

При использовании метода неполной конверсии отгоняют непрореагировавший ВА при конверсии 50-60 % (из метанола ВА отгоняется в виде азеотропа).

Для получения твердого ПВА из раствора удаляют растворитель и остаточный мономер (в вакууме, острым паром), а расплавленный полимер с помощью шнека или сжатого воздуха продавливают через щель. Выходящую ленту ПВА охлаждают, наре­зают на полоски и затем на куски.