Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Определение ИЮПАК
Полимеризация, при которой полимер образуется в виде мономера или капель мономера-растворителя
в непрерывной фазе, которая не является растворителем как для мономера, так и для образовавшегося полимера.

Примечание 1. При суспензионной полимеризации инициатор находится в основном в фазе мономера.

Примечание 2. Капли мономера или мономера-растворителя при суспензионной полимеризации имеют
диаметр, обычно превышающий 10 мкм. [1]
Световая микроскопия сополимера ПММА, полученного суспензионной полимеризацией
СЭМ-изображение частиц ПММА, которые начали коалесцировать во время суспензионной полимеризации, близко к единственному шарику.
СЭМ-изображение частицы сополимера ПММА в форме Pac-Man, полученной суспензионной полимеризацией

Суспензионная полимеризация - это процесс гетерогенной радикальной полимеризации, в котором используется механическое перемешивание для смешивания мономера или смеси мономеров в жидкой фазе , такой как вода, в то время как мономеры полимеризуются , образуя сферы полимера. Капли мономера (размер порядка 10-1000 мкм) находятся во взвешенном состоянии в жидкой фазе. Можно считать, что отдельные капли мономера подвергаются полимеризации в массе. Жидкая фаза за пределами этих капель способствует лучшему отведению тепла и, таким образом, сдерживает повышение температуры.

Выбирая жидкую фазу для суспензионной полимеризации, мы обычно предпочитаем низкую вязкость, высокую теплопроводность и низкое температурное изменение вязкости. Основное преимущество суспензионной полимеризации перед другими типами полимеризации состоит в том, что мы можем получить более высокую степень полимеризации без выкипания мономера. Во время этого процесса часто существует вероятность того, что эти капли мономера сойдутся вместе и прилипнут друг к другу, в результате чего в растворе произойдет вспенивание. Чтобы предотвратить это, мы часто добавляем защитный коллоид или тщательно перемешиваем смесь. Одним из наиболее распространенных суспендирующих агентов является поливиниловый спирт (ПВА). [2] Обычно конверсия мономера является полной, в отличие от полимеризации в массе., и используемый в нем инициатор растворим в мономере.

Этот процесс используется при производстве многих коммерческих смол, включая поливинилхлорид (ПВХ) , широко используемый пластик, стирольные смолы, включая полистирол , пенополистирол и ударопрочный полистирол , а также поли (стирол-акрилонитрил) и поли ( метилметакрилат) . [3]

Свойства частиц [ править ]

Суспензионная полимеризация подразделяется на два основных типа в зависимости от морфологии образующихся частиц. При гранульной полимеризации полимер растворяется в своем мономере, и в результате получается гладкий полупрозрачный шарик. При порошковой полимеризации полимер не растворяется в своем мономере, и получающийся шарик будет пористым и неравномерным. [4] Морфология полимера может быть изменена путем добавления мономерного разбавителя , инертной жидкости, которая не растворяется в жидкой матрице. Разбавитель изменяет растворимость полимера в мономере и позволяет контролировать пористость получаемого полимера. [5]

Получаемые в результате полимерные шарики могут иметь размер от 100 нм до 5 мм. Размер регулируется скоростью перемешивания, объемной долей мономера, концентрацией и типом используемых стабилизаторов, а также вязкостью различных компонентов. Следующее уравнение, полученное эмпирическим путем, суммирует некоторые из этих взаимодействий:

d - средний размер частиц, k включает параметры, связанные с конструкцией реакционного сосуда, D v - диаметр реакционного сосуда, D s - диаметр мешалки, R - объемное отношение мономера к жидкой матрице, N - скорость перемешивания, ν m и ν l - вязкость мономерной фазы и жидкой матрицы соответственно, ε - межфазное натяжение двух фаз и C s - концентрация стабилизатора. Наиболее распространенный способ контроля размера частиц - изменение скорости перемешивания. [5]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Терминология полимеров и процессов полимеризации в дисперсных системах (Рекомендации IUPAC 2011)» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 83 (12): 2229–2259. 2011. DOI : 10.1351 / PAC-REC-10-06-03 .
  2. ^ Родригес, Кристофер (2014). Принципы полимерных систем . CRC Press. ISBN 978-1-4822-2379-8.
  3. ^ Вивальдо-Лима, Э. Вуд, П., Hamielec, A. (1997). «Обновленный обзор суспензионной полимеризации». Ind. Eng. Chem. Res . 36 : 939–965. DOI : 10.1021 / ie960361g .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  4. ^ Костас Котулас и Костас Кипариссидес (2006). «Обобщенная модель баланса населения для прогнозирования распределения частиц по размерам в реакторах суспензионной полимеризации». Химическая инженерия . 61 : 332–346. DOI : 10.1016 / j.ces.2005.07.013 .
  5. ^ а б Р. Аршады (1992). «Суспензионная, эмульсионная и дисперсная полимеризация: методологический обзор». Коллоидный полим. Sci . 270 : 717–732. DOI : 10.1007 / BF00776142 .
Оборудование, используемое для реакции суспензионной полимеризации