Основные способы проведения полимеризации

1. Полимеризация в массе (блок)

Мономер — жидкость. Инициатор и агент передачи цепи растворяется в мономере.

Преимущества:

  • Минимальное количество компонентов;
  • Отсутствие стадии выделения полимера из реакционной среды;
  • Позволяет получить полимеры с высокой степенью чистоты;
  • Единственный способ получения оптического органического стекла;
  • Минимальное загрязнение окружающей среды.

Недостатки:

  • Сложность отведения тепла при глубокой степени превращения;
  • Тепловые флуктуации приводят к образованию широкого ММР;
  • Локальные флуктуации температуры приводят к деструкции;
  • Локальное испарение мономера и образвание дефектов (раковин).

Применение:

Используют при радикальной полимеризации метилметакрилата и стирола, также полимеризуют винилхлорид для получения поливинилхлоридных смол.

2. Полимеризация в растворе

Мономер, инициатор и агент передачи цепи растворяют в инертном растворителе.

Преимущества:

  • Процесс происходит с одновременным отводом тепла;
  • Возможность варьировать концентрацию мономера в растворе;
  • Возможность варьировать температуру в широких пределах;
  • Возможность получать высоковязкие полимеры;
  • Возможность получения олигомеров с реакционноспособными концевыми группами;
  • Возможность получения лаков - концентрированных растворов полимеров.

Недостатки:

  • Необходимость отделения растворителя и сушки полимера;
  • Необходимость регенерации растворителя;
  • Значительные энергозатраты;
  • Существует конечная вероятность передачи цепи на растовритель, что затрудняет получение очень высокомолекулярных продуктов.
Применение:

Используют при радикальной полимеризации акрилонитрила и катионной полимеризации изобутилена.

3. Суспензионная полимеризация

Мономер диспергируют в воде в виде мелких капель, мономер должен быть водонерастворимым.

Преимущества:

  • Эффективное теплоотведение из реакционной системы;
  • Контроль за длиной кинетических цепей (неширокое молекулярно-массовое распределение);
  • Легкость отделения от воды;
  • Простота переработки готового продукта.

Недостатки:

  • Основная проблема — необходимость сохранения системы в дисперсном состоянии;
  • Необходимость применения стабилизаторов суспензий — ПВС или тонкодисперсные минеральные порошки;
  • Необходимость регенерации растворителя, очистки сточных вод;
  • Необходимость извлечения из полимера остатков стабилизатора.

Применение:

Используют для получения полистирольных гранул (из которых получают пенополистирол), полистирол-дивинил бензольных гранул (для изготовления ионобменных смол) и гранул поливинилацетата (используемых в дальнейшем для превращения в поливиниловый спирт).

4. Эмульсионная (латексная) полимеризация

Мономер диспергируют в водной фазе в виде однородной эмульсии.

Преимущества:

  • Высокая скорость полимеризации;
  • Небольшое изменение вязкости;
  • Легкость регулирования теплопереноса;
  • Использование воды в качестве растворителя;
  • Возможность получать высокомолекулярные соединения с узким значением ММР;
  • Возможность регулировать ММ соотношением мономер / ПАВ / вода;
  • Возможность использовать полученные эмульсии полимеров для производства изделий методом смачивания.

Недостатки:

  • Необходимость использования дополнительных веществ (ПАВ, эмульгаторы);
  • Очистка большого количества сточных вод;
  • Для выделения полимера из эмульсии необходим каогулянт;
Применение:

Проводят полимеризацию винилхлорида, бутадиена, хлоропрена, винилацетата, акрилатов и метакрилатов.

5. Полимеризация в газовой фазе:

Используется, если мономер характеризуется низкой критической температурой кипения.

Преимущества:

  • Нет необходимости применять растворители;
  • Возможно эффективно применять фото- и радиоинициирование;

Недостатки:

  • Необходимость применения высокого давления (~108 Па);
  • Очень плохой отвод тепла;
  • Изменение кинетики полимеризации при появлении твердой фазы;

Свойства конечных продуктов, таких, как средине молекулярные массы, молекулярно-массовое распределение, молекулярная структура и химическая однородность, значительно зависят от следующих факторов:

  • Эффективность теплоотвода при полимеризации;
  • Одинакового времени пребывания реагентов в зоне реакции;
  • Эффективности перемешивания, обеспечивающего однородный температурный профиль и равномерное распределение реагентов в реакционной среде;

Применение:

Проводят полимеризацию этилена, тетрафторэтилена, п-ксилола и др.

6. Полимеризация в твердой фазе

Полимеризация мономеров, находящихся в кристаллическом или стеклообразном состоянии. Получают полимеры в стереорегулярном виде, а также из полисопряженных молекул получаются высококристаллические электропроводящие полимеры (последний пример).

Используется  фото- и радиоинициирование:

Поделиться: