懸浮聚合法生產(chǎn)工藝屈扎，懸浮聚合法高剪切分散機(jī)

一埃唯、懸浮聚合的概念

懸浮聚合是指溶有引發(fā)劑的單體，借助懸浮劑的懸浮作用和機(jī)械攪拌鹰晨，使單體以小液滴的形式分散在介質(zhì)水中的聚合過(guò)程墨叛。溶有引發(fā)劑的一個(gè)單體小液滴止毕，就相當(dāng)于本體聚合的一個(gè)小單元，因此漠趁，懸浮聚合也稱(chēng)為小本體聚合扁凛。懸浮聚合中的主要組分是單體、引發(fā)劑闯传、懸浮劑介質(zhì)（水）谨朝。

二．懸浮聚合的分類(lèi)

懸浮聚合可根據(jù)單體對(duì)聚合物溶解與否，將其分為均相懸浮聚合和非均相懸浮聚合 甥绿。

1字币、 均相懸浮聚合

如果聚合物溶于其單體中，則聚合物是透明的小珠妹窖，該種懸浮聚合稱(chēng)為均相懸浮聚合或稱(chēng)珠狀聚合纬朝。如苯乙烯的懸浮聚合和甲基丙烯酸的懸浮聚合等為均相懸浮聚合。

2骄呼、非均相懸浮聚合

如果聚合物不溶于其單體中共苛，聚合物將以不透明的小顆粒沉淀下來(lái)，該種懸浮聚合稱(chēng)為非均相懸浮聚合或稱(chēng)沉淀聚合蜓萄。如氯乙烯隅茎、偏二氯乙烯、三氟氯乙烯和四氟乙烯的懸浮聚合等為非均相懸浮聚合嫉沽。

三辟犀、懸浮聚合法的主要特點(diǎn)

（1）以水為介質(zhì)，成本低绸硕；
（2）反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)體系粘度變化不大堂竟，反應(yīng)熱容易排除；
（3）顆粒大小可以控制在一個(gè)較小范圍內(nèi)玻佩；
（4）所得樹(shù)脂純度較溶液聚合出嘹、乳液聚合高；
（5）懸浮聚合產(chǎn)物易于分離咬崔、洗滌税稼、干燥；
（6）懸浮聚合過(guò)程采用間歇法進(jìn)行生產(chǎn)垮斯，尚未實(shí)現(xiàn)連續(xù)化郎仆。

四、懸浮聚合的應(yīng)用

懸浮聚合自30年代工業(yè)化以來(lái)兜蠕，已成為聚合物生產(chǎn)的重要聚合方法扰肌。目其產(chǎn)量占聚合物總產(chǎn)量1/5~1/4。采用懸浮聚合進(jìn)行生產(chǎn)大的聚合物品種是聚氯乙烯熊杨，其在所有塑料品種中占第二位狡耻。其他用懸浮聚合法生產(chǎn)的聚合物品種還有：可發(fā)性聚苯乙烯（EPS）墩剖、苯乙烯—丙烯腈共聚物（SA樹(shù)脂）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）及其共聚物夷狰、聚偏二氯乙烯（PVDC）岭皂、聚四氟乙烯PTFE）、聚三氟氯乙烯（PCTFE）等沼头。

五爷绘、懸浮聚合的組分

懸浮聚合的組分主要是單體、引發(fā)劑进倍、懸浮劑和介質(zhì) (水)土至。有時(shí)為了改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量和工藝操作還加入一些輔助物料，如相對(duì)分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑猾昆、表面活性劑以及水相阻聚劑等陶因。

1、 單體：?jiǎn)误w純度高垂蜗，聚合速率快楷扬，產(chǎn)品質(zhì)量好，生產(chǎn)容易控制贴见。因此烘苹，要求對(duì)單體進(jìn)行精制，使其純度達(dá)到要求才聚合片部。雜質(zhì)對(duì)聚合速度和產(chǎn)品質(zhì)量可能產(chǎn)生下列影響镣衡。

（1）、雜質(zhì)的阻聚作用和緩聚作用

有些雜質(zhì)是自由基聚合的阻聚劑或緩聚劑档悠，使聚合反 應(yīng)產(chǎn)生誘導(dǎo)期而延長(zhǎng)了聚合時(shí)間廊鸥。許多無(wú)機(jī)鹽和金屬離子，如鐵離子辖所、銅離子等有阻聚作用惰说，幾乎所有的單體應(yīng)盡量避免含有金屬離子。應(yīng)盡量避免含有金屬離子奴烙。

（2）、加速作用和凝膠作用

有些雜質(zhì)可以增加反應(yīng)速率剖张，如苯乙烯中含有a-甲基 苯乙烯切诀、對(duì)-二乙烯基苯時(shí)會(huì)受反應(yīng)速率加快；另外搔弄，對(duì)-二乙烯基苯使聚苯乙烯產(chǎn)生支化幅虑，重者產(chǎn)生凝膠而不能使用。

（3）顾犹、雜質(zhì)的鏈轉(zhuǎn)移作用

有些雜質(zhì)是自由基聚合的鏈轉(zhuǎn)移劑倒庵，影響聚合物的相對(duì) 分子質(zhì)量和相對(duì)分子質(zhì)量分布褒墨。如氯乙烯單體中的乙醛和氯乙烷、苯乙烯中的甲苯和乙苯都是鏈轉(zhuǎn)移劑擎宝。氯乙烯單體中二氯乙烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0增至11×10-6時(shí)可使聚氯乙烯的平均聚合度從935.4下降至 546.8郁妈。所以減少單體中雜質(zhì)的含量是保證聚合反應(yīng)正常進(jìn)行和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵措施。一般講绍申，懸浮聚合中單體的純度>99.9%噩咪。

2，水介質(zhì)

水介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)：在懸浮聚合中使用大量的水作為介質(zhì)极阅。水作為單體的分散胃碾、懸浮介質(zhì)、維持單體和聚合物粒子成為穩(wěn)定的分散體系筋搏；并且作為傳熱介質(zhì)仆百，把聚合熱排出體系。

聚合用的介質(zhì)水必須用去離子水奔脐。因?yàn)樗�中的氯離子俄周、鐵離子、鎂離子帖族、鈣離子及可見(jiàn)的雜質(zhì)使聚合物帶有顏色并使產(chǎn)品質(zhì)量下降栈源，如熱性能和電性能變壞；水中的氯離子還能破壞懸浮聚合的穩(wěn)定性竖般，使聚合物粒子變粗甚垦；水中溶解的氧能產(chǎn)生阻聚作用，延長(zhǎng)誘導(dǎo)期涣雕，降低聚合速率艰亮。

去離子水的質(zhì)量指標(biāo)作如下要求：pH=6～8；Cl-質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤10×10-6挣郭；導(dǎo)電度=1×10-5～1×10-6Ω /cm迄埃；以Ca2+、Mg2+計(jì)兑障，硬度≤5侄非；無(wú)可見(jiàn)機(jī)械雜質(zhì)。

 3流译、 懸浮劑

懸浮作用或分散作用：能降低水的表面張力逞怨，對(duì)單體液滴起保護(hù)作用，防止單體液滴粘結(jié)福澡，使單體—水這一不穩(wěn)定的分散體系變?yōu)檩^穩(wěn)定的分散體系叠赦，這種作用稱(chēng)為懸浮作用或分散作用。

懸浮劑或分散劑：具有懸浮作用（或分散作用）的物質(zhì)稱(chēng)為懸浮劑或分散劑革砸。常用的懸浮劑有兩類(lèi)除秀，一類(lèi)是水溶性高分子化合物糯累；一類(lèi)是不溶于水的無(wú)機(jī)化合物。工業(yè)中常用的水溶性高分子化合物中有聚乙烯醇（PVA）册踩、聚丙烯酸泳姐、聚甲基丙烯酸的鹽類(lèi)、纖維素醚類(lèi)和明膠等棍好。不溶于水的無(wú)機(jī)物有碳酸鈣仗岸、碳酸鎂、碳酸鋇借笙、硫酸鈣扒怖、硫酸鋇、磷酸鈣业稼、滑石粉盗痒、高嶺土、硅藻土和白堊（白堊是一種微細(xì)的碳酸鈣的沉積物低散。主要是有單細(xì)胞浮游生物【球藻】的遺焊┑恕（顆石）構(gòu)成）等。

（1）熔号、 明膠是一種蛋白質(zhì)稽鞭，由動(dòng)物的皮或骨熬煮而成的動(dòng)物膠，相對(duì)分子質(zhì)量為300~引镊，屬兩性天然高聚物朦蕴。采用明膠做懸浮劑的優(yōu)點(diǎn)：既有保護(hù)粒子的作用，防止聚合物粒子的粘結(jié)弟头，又有降低水的表面張力的作用吩抓。其用量一般為水量的0.1%~0.3%。采用明膠做懸浮劑的缺點(diǎn)：用量多容易沉積在聚合物粒子表面赴恨，形成一層難于洗去的保護(hù)膜疹娶，影響產(chǎn)品的色澤而且使粒子表面堅(jiān)硬，產(chǎn)品吸收增塑劑的能力變差伦连，且影響產(chǎn)品的耐熱性雨饺。另外。由于明膠是一種天然高聚物惑淳，雜質(zhì)較多额港，在一定溫度下易受細(xì)菌的作用而使聚合物分解變質(zhì)。

（2）汛聚、纖維素醚類(lèi)：作為懸浮劑的纖維素醚類(lèi)有甲基纖維素（MC）锹安、羥乙基纖維素（HEC）短荐、羥丙基纖維素（HPC）倚舀、乙基羥乙基纖維素（EHEC）等叹哭。纖維素作懸浮劑的優(yōu)點(diǎn)是可以使聚合體系穩(wěn)定，防止聚合物粒子之間粘結(jié)痕貌，減輕粘釜程度风罩，提高產(chǎn)品質(zhì)量，得到的粒子小而均勻舵稠，粒子結(jié)構(gòu)疏松超升，吸收增塑劑的能力強(qiáng)。工業(yè)上應(yīng)用廣的是甲基纖維素（MC）哺徊，其為白色無(wú)臭味的粉末或纖維狀室琢。其用量為水量的0.004%~0.2%。

（3）落追、聚乙烯醇（PVA）：PVA是目工業(yè)上用的及廣泛的一種懸浮劑盈滴。PVA的分散作用和保護(hù)單體液滴的作用與其醇解度和平均聚合度有關(guān)。用作懸浮劑的PVA的規(guī)格為：Xn=1700~2000轿钠；醇解度=75%~89%巢钓。PVA在水中的溶解度與其分子質(zhì)量和醇解度有關(guān)。完全水解的PVA僅溶于90℃以上的熱水中疗垛；醇解度為88%的PVA室溫下就可溶于水中症汹；超過(guò)40℃變渾（使PVA水溶液變渾的溫度界限稱(chēng)為濁點(diǎn)）；醇解度為70%的PVA僅溶于水—乙醇溶液中贷腕；醇解度<50%的PVA則不溶于水中背镇。PVA的分散能力與平均聚合度有關(guān)，平均聚合度低的花履，PVA其分散能力和保護(hù)能力較弱芽世，所得的聚合物粒子較粗大，粒度分布較寬诡壁。但平均聚合度過(guò)高的PVA其溶液粘度過(guò)大济瓢，其傳熱變得困難。當(dāng)溫度高于100℃時(shí)妹卿，PVA會(huì)分解而失去分解能力旺矾。因而，PVA不能作為高溫懸浮聚合的懸浮劑夺克。PVA作為懸浮劑其用量一般為水量的0.02%~1%箕宙，此時(shí)，水溶液的粘度為10mPa*s~14mPa*s铺纽。
（4）柬帕、其他合成高分子懸浮劑

在合成高分子化合物中，可以作為懸浮劑的物質(zhì)除PVA外，還有聚丙烯酸及其鈉鹽等陷寝。他們的特點(diǎn)是分散能力和保護(hù)能力強(qiáng)锅很，效率高，所得聚合物粒子粒度均勻凤跑，吸水性小爆安。能減輕粘釜現(xiàn)象，并且在高溫下（如150℃）他們的性能穩(wěn)定仔引。不會(huì)發(fā)生分解扔仓。

（5）、不溶于水的無(wú)機(jī)化合物懸浮劑

作為懸浮劑的不溶于水的高分子無(wú)機(jī)化合物咖耘，主要有碳酸鈣翘簇、碳酸鎂、碳酸鋇儿倒、硫酸鈣缘揪、磷酸鈣、滑石粉（3MgO.4SiO2.H2O）义桂、高嶺土找筝、硅藻土（硅藻土是由硅藻的硅質(zhì)細(xì)胞壁組成的一種生物化學(xué)沉積巖）和白堊等。他們多用于甲基丙烯酸甲酯（MMA）慷吊、醋酸乙烯（VAc）和苯乙烯（St）等單體的懸浮聚合袖裕。他們的特點(diǎn)是分散能力和對(duì)單體的保護(hù)能力都很好，能得到粒度均勻溉瓶、表面光滑急鳄，透明度好的聚合物粒子。其顆粒越細(xì)堰酿，分散能力和保護(hù)能力越強(qiáng)疾宏，能形成尺寸更小的聚合物粒子。

4触创、 引發(fā)劑及助劑

在懸浮聚合中坎藐，使用油溶性引發(fā)劑，將引發(fā)劑溶于單體中哼绑。除引發(fā)劑外岩馍，還有發(fā)泡劑如丁烷和己烷也要加入單體中。染料通常加入到部分聚合的漿料中抖韩，潤(rùn)滑劑一般是擠出加工時(shí)加入蛀恩。

五、懸浮聚合的工藝控制

1茂浮、水油比

水的用量與單體用量之比稱(chēng)為水油比双谆。水油比大時(shí)壳咕，傳熱效果好，聚合粒子的粒度較均一顽馋，聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量分布較窄囱井，生產(chǎn)控制較容易；缺點(diǎn)是降低了設(shè)備利用率趣避。當(dāng)水油比小時(shí)，則不利于傳熱新翎，成產(chǎn)控制較困難程帕。

2、聚合溫度

當(dāng)聚合配方確定后地啰，聚合溫度是反應(yīng)過(guò)程中主要的參量愁拭。聚合溫度不僅是影響聚合速率的主要因素，也是影響聚合物相對(duì)分子質(zhì)量的主要因素亏吝。

3岭埠、聚合時(shí)間

連鎖聚合的特點(diǎn)是生成一個(gè)聚合物大分子的時(shí)間很短，只需要0.01s~幾s的時(shí)間蔚鸥，也就是瞬間完成的惜论。但是要把所有的單體都轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠓肿觿t需要幾小時(shí)，甚至長(zhǎng)達(dá)十幾小時(shí)止喷。這是因?yàn)闇囟裙堇唷�壓力、引發(fā)劑的用量和引發(fā)劑的性質(zhì)以及單體的純度都對(duì)聚合物時(shí)間產(chǎn)生影響弹谁，所依聚合時(shí)間不是一個(gè)孤立的因素乾巧。

在高分子合成工業(yè)生產(chǎn)中常用提高聚合溫度的辦法使剩余單體加速聚合，以達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率预愤。通常沟于，當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%以上時(shí)立即終止反應(yīng)，回收未反應(yīng)的單體植康，此時(shí)旷太，不能靠延長(zhǎng)聚合時(shí)間來(lái)提高轉(zhuǎn)化率，如果用延長(zhǎng)聚合時(shí)間的辦法來(lái)提高轉(zhuǎn)化率將使設(shè)備利用率降低销睁，這是不經(jīng)濟(jì)的泳秀。

4、聚合裝置

（1）榄攀、聚合釜的傳熱

懸浮聚合用聚合釜一般是帶有夾套和攪拌的立式聚合釜嗜傅。夾套能幫助聚合過(guò)程中產(chǎn)生的大量的聚合熱及時(shí)、有效的傳出釜外檩赢。近年來(lái)吕嘀，聚合釜向大容積方向發(fā)展违寞，但釜的容積增大，其單位容積的傳熱面積減小偶房。

（2）趁曼、攪拌

攪拌在懸浮聚合中能影響聚合物粒子形態(tài)、大小及粒度分布棕洋。攪拌使單體分散為液滴挡闰，攪拌葉片的旋轉(zhuǎn)對(duì)液滴所產(chǎn)生的剪切力的大小，決定了單體液滴的大小掰盘。剪切力越大摄悯，所形成的液滴越小。攪拌還可以使釜內(nèi)各部分溫度均一愧捕，物料充分混合奢驯，從而保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

（3）次绘、粘釜壁

進(jìn)行懸浮聚合時(shí)瘪阁，被分散的液滴逐漸變成粘性物質(zhì)，攪拌時(shí)被槳葉甩到釜壁上而結(jié)垢邮偎。結(jié)垢后使聚合釜傳熱效果變差管跺，而且，當(dāng)樹(shù)脂中混有這種粘釜物后加工時(shí)不易塑化禾进。

（4）伙菜、清釜壁

目，用高壓水沖刷釜壁除去粘釜物命迈。高壓水的壓力在15MPa~39MPa贩绕，此法不損傷釜壁，勞動(dòng)強(qiáng)度小壶愤，效率高淑倾，較少了單體對(duì)空氣的污染，維護(hù)了工人的健康征椒。另外娇哆，還可以用涂布法減輕粘釜，即在釜壁涂上某些涂層勃救。

懸浮聚合是指在液體中存在的微小顆粒在一定條件下發(fā)生相互作用碍讨，形成較大的團(tuán)聚體的過(guò)程。懸浮聚合的粒徑范圍取決于多種因素蒙秒，包括顆粒的大小勃黍、濃度、表面性質(zhì)晕讲、電荷覆获、溶液pH值等马澈。

一般來(lái)說(shuō)，懸浮聚合的粒徑范圍可以分為三個(gè)階段：

1. 初期聚合階段：在此階段弄息，顆粒之間的相互作用力是范德華力痊班，這種力只有在顆粒之間距離很近時(shí)才會(huì)產(chǎn)生作用。因此摹量，初期聚合階段的粒徑范圍比較小涤伐，一般在幾納米到幾十納米之間。

2. 中期聚合階段：隨著顆粒之間的距離逐漸縮小缨称，顆粒之間的相互作用力逐漸增強(qiáng)凝果，包括范德華力、靜電相互作用力和雙層排斥力等具钥。在此階段，顆粒之間的聚合速度加快液兽，粒徑范圍也逐漸增大骂删，一般在幾十納米到幾百納米之間。

3. 后期聚合階段：當(dāng)顆粒之間的距離進(jìn)一步縮小四啰，顆粒之間的相互作用力達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)宁玫，顆粒會(huì)發(fā)生不可逆的聚合，形成較大的聚合體柑晒。在此階段欧瘪，粒徑范圍可以達(dá)到幾百納米到幾微米之間。

總的來(lái)說(shuō)匙赞，懸浮聚合的粒徑范圍是比較廣泛的佛掖，取決于多種因素。在實(shí)際應(yīng)用中涌庭，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整和控制芥被，以獲得所需的聚合體大小和性質(zhì)。 

更新時(shí)間：2024/12/16 9:50:08

標(biāo)簽：懸浮聚合法生產(chǎn)工藝   懸浮聚合法高剪切分散機(jī)