4. Производство полиметилметакрилата суспензионным методом
Процесс производства полиметилметакрилата суспензионным методом состоит из следующих стадий: подготовка эмульгатора МКМ; получение полимера метилметакрилата; выделение бисера из суспензии; сушка полимера и очистка маточника и промывных вод.
В качестве эмульгатора чаще всего применяют сополимер метилметакрилата с метакриловой кислотой и ее натриевой солью -сополимер МКМ;
В качестве инициатора при получении эмульгатора MKM применяют перекись бензоила или перекись лаурила, в качестве диспергатора - крахмал.
Водно-суспензионная полимеризация метилметакрилата или сополимеризация его с бутилакрилатом как пластифицирующим веществом проводится в эмалированных реакторах автоклавного типа вместимостью 3,5-6,5 м3 с мешалкой и рубашкой для подогрева и охлаждения. Частота вращения мешалки регулируется универсальным регулятором скорости (УРС). Для предотвращения подъема давления выше допустимого реактор оборудуют разрывными мембранами и воздушками аварийного сброса давления. Полимеризацию ведут при соотношении мономеров и воды 1 : 3. Для пластифицированных марок полиметилметакрилата вводят бутилакрилат 4-7% от массы мономеров.
В качестве инициатора полимеризации метилметакрилата в большинстве случаев применяют перекись лаурила. Смесь меркаптанов (лаурилмеркаптан, бутилмеркаптан и др.) используют как регуляторы полимеризации.
Смешение компонентов, кроме эмульгатора и воды, проводится в смесителе, после чего реакционная смесь продавливается азотом через тканевый фильтр в реактор, куда вводится эмульгатор и вода. Температуру смеси в реакторе поднимают до 72-78ºС и выдерживают ее при работающей мешалке до начала подъема температуры за счет экзотермической реакции полимеризации. Полимеризация протекает при температуре 93-116º С и давлении до 1,5-3 кгс/см2. После окончания реакции в течение 1-1,5 ч поддерживается температура 85º С, после чего массу охлаждают до 50º С.
Выделение бисера из суспензии может проводиться двумя способами: в системе гидроциклонов с последующим обезвоживанием на центрифуге или на вакуум-фильтрах.
Гидроциклон - аппарат для отделения твердых взвешенных частиц от жидкой фазы. Корпус его состоит из нижней, конической, и верхней, цилиндрической, частей. Суспензия поступает под давлением 1,3-3 кгс/см2 через боковой патрубок в низ цилиндрической части по касательной к оси гидроциклона и начинает вращаться. При вращении потока с большой угловой скоростью крупные частицы полимера под действием центробежных сил отбрасываются к стенкам гидроциклона. Возле стенок конической части они движутся по спиральной траектории вниз и в виде сгущенной суспензии удаляются через нижнюю насадку. Мелкие частицы полимера в виде взвеси в большей части жидкости поднимаются во внутреннем спиральном потоке и, пройдя через центральный патрубок, удаляются из гидроциклона. Поэтому гидроциклоны устанавливают последовательно.
При выделении бисера полимера из суспензии в системе гидроциклонов водная суспензия проходит коркоотделитель, откуда подается в гидроциклон. Сгущенная суспензия с концентрацией полимера 40-70% выходит из насадки гидроциклона через промывную воронку и стекает в сборник-разбавитель. В промывную воронку непрерывно поступает конденсат в соотношении с суспензией 1:1. Разбавленная суспензия насосом подается в гидроциклон.
Маточный раствор из гидроциклонов первой и второй ступени идет в ловушку, из которой поступает в гидроциклон. Отделившийся полимер возвращается в гидроциклон. Промывные воды подаются на коагуляцию в коагулятор. После гидроциклона второй ступени суспензия с концентрацией 30-35% подается на отстойную центрифугу 8. Бисер, отжатый до 12%-ной влажности, подается на сушку.
Сушат полиметилметакрилат в вакуум-гребковых сушилках периодического действия или на установках типа циклон-кипящий слой (ЦКС). Сушка в первом случае проводится при 85-95º С и вакууме 450-600 мм рт. ст. Во втором случае температура в кипящем слое поддерживается в пределах 70-100º С. Остаточная влажность полимера должна быть не более 0,4%.
Высушенный бисер полиметилметакрилата гранулируется в экструдере и сортируется на вибросите. При необходимости в гранулятор даются красители и другие добавки. Гранулы направляются па переработку в изделия методом литья под давлением или экструзией. Маточники промывные воды после третьей ступени гидроциклона направляются в коагулятор, представляющий собой вертикальный стальной аппарат с мешалкой и рубашкой. Маточник подогревают до 92-98º С. В коагулятор подается серная кислота (рН среды поддерживают 1,8-2,3), в течение 4-6 мин идет перемешивание. Мелкодисперсные частицы коагулируют с образованием более крупных зерен. После выделения крупных зерен суспензию охлаждают до 40º С и направляют на фильтрпресс. Полимер накапливается на поверхности ткани, подсушивается продувкой воздухом, после чего снимается с ткани ножами и направляется в специальный контейнер для вывозки в отвал или на сжигание. Фильтрат направляется на ионообменную очистку в аппараты для получения обессоленной воды. Обессоленная вода собирается в сборнике.
Модификации полиметилметакрилата. Полиметилметакрилат имеет недостаточную поверхностную твердость и теплостойкость (но Вика 105-115º С). Для улучшения указанных свойств его модифицируют сополимеризацией метилметакрилата с полифункциональными соединениями, такими, например, как гликолевые эфиры метакриловой кислоты, аллил- и винилметакрилаты, аллилфталат, метакриловый ангидрид. Обычно массовое содержание этих сомономеров 5-10%.
Полиметилметакрилат, получаемый блочным методом, имеет высокую молекулярную массу и не может перерабатываться методами литья иод давлением и экструзией, так как не обладает достаточной текучестью. Для изготовления изделий сложного профиля, в частности светотехнического назначения, выпускают модифицированные марки полиметилметакрилата - дакрил-2М 4Б. Эти марки получают путем сополимеризации метилметакрилата с метил- или бутилакрилатом. Массовое содержание их 2 - 4%. Получаемый лист дробится на специальных установках до крупки, затем гранулируется или перерабатывается в виде крупки в изделия литьем под давлением и экструзией.