Полимеризация в растворе.

Её проводят гомогенным или гетерогенным способами. В первом случае и мономер, и полимер растворяются в растворителе, а готовый продукт представляет собой раствор полимера (лак). Поэтому эту разновидность полимеризации называют лаковой. Метод удобен тогда, когда полимер нужно подвергать дальнейшим химическим превращениям в растворённом состоянии или, когда получаемый лак полимера непосредственно используется для изготовления клеев, покрытий.

Во втором случае мономер растворяется в растворителе, а полимер не растворяется. По мере образования полимер выпадает в осадок. Эта разновидность полимеризации называется полимеризацией в осадителе. Широко применяется в технике.

Полимеризацию в растворе проводят в реакторах, снабжённых ''рубашками'' для обогрева и мешалками.

Растворитель снижает вязкость реакционной смеси, что облегчает перемешивание и отвод избыточного тепла. Молекулярная масса полимера, синтезированного в растворе, как правило, ниже, а полидисперсность выше, чем у полимера, полученного в массе.

Молекулярные параметры полимера можно варьировать, изменяя концентрацию раствора и природу растворителя.

Полимеризация в растворе – промышленный метод многих крупных и среднетоннажных полимеров, получаемых радикальными и ионными реакциями. По радикальному механизму получают ПВА и некоторые полиакрилаты, а по ионному и ионно-координационному механизму-- полиэтилен, полипропилен и их сополимеры.

Недостатки этого метода: необходимость регенерации растворителя, что усложняет и удорожает производство, а также взрыво- и пожароопасность производства при применении легковоспламеняемых растворителей. Кроме того, нужно очищать полимер от катализатора и растворителя, что создаёт определённую экологическую нагрузку на окружающую среду и неблагоприятные условия работы персонала, т.к. приходится работать с ядовитыми веществами.

Полимеризация в эмульсии.

Наиболее распространенный промышленный способ, при котором мономер (дисперсная фаза) предварительно диспергируется в воде (дисперсионная среда), практически не растворяющей ни мономер, ни полимер, а получают эмульсию мономера. Размер капель мономера от 1 до 1000 мкм. Для предания эмульсии устойчивости вводят эмульгатор: ПАВ (олеаты, лаураты щелочных металлов; натриевые соли жирных ароматических сульфокислот и другие).

Молекулы эмульгатора обладают сродством и к мономеру, и к воде. Адсорбируясь на поверхности раздела капля мономера—вода, они снижают поверхностное натяжение, образуют плотный защитный слой, который препятствует слипанию (коалесценции) капель мономера. При высоких концентрациях эмульгатора в реакционной среде образуются мицеллы эмульгатора. Мономер частично растворяется в мицеллах, а частично остаётся в системе в виде крупных капель, стабилизированных эмульгатором. Число мицелл в системе в 10 ⁸ раз больше числа капель мономера.

Полимеризацию обычно инициируют водно-растворимыми низкотемпературными окислительно-восстановительными инициаторами. Полимеризация начинается в мицеллах размером около 10 мкм, которая скоро превращаются в частицы полимера, окружённые слоем эмульгатора толщиной 0,1 мкм, т.е. в латексные частицы.

На начальной стадии процесса число и размер латексных частиц возрастает, а после исчерпания эмульгатора увеличивается лишь размер латексных частиц за счёт диффузии мономера из капель. Полимеризация завершается после израсходования капель мономера. Образующаяся коллоидная система называется латексом и представляет собой дисперсию полимерных частиц в воде размером 10^-3-10^-4 мм.

Достоинства: очень высокая скорость процесса и высокая степень полимеризации полимера, а, кроме того, и выход полимера. Вместе с тем наличие большого количества воды, интенсивное перемешивание массы обеспечивает хороший теплоотвод на протяжении всего процесса. Это определяет техническую ценность и преимущество эмульсионной полимеризации перед полимеризациями в массе и в растворе, когда в конце реакции возникают трудности с перемешиванием среды и с отводом тепла из-за высокой вязкости среды.

Полимеры, получаемые эмульсионной полимеризацией, применяют непосредственно в виде латекса или в виде порошка, выделяемого из латекса коагуляцией электролитами (солями или кислотами). Этим методом получают ПВА, ПВХ, некоторые сорта каучуков. Из латексов производят эмульсионные краски, искусственную кожу, а также клея и пропиточные составы.

Недостатки: полимер всегда загрязнён остатками эмульгатора, т.к. эмульгатор является электролитом, то его присутствие в полимере ухудшает диэлектрические свойства полимера.