СПОСОБ ЭМУЛЬСИОННОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ
EMULSION POLYMERISATION METHOD

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способам получения полимеров эмульсионной полимеризацией.
Уровень техники
Эмульсионной полимеризацией получают различные полимеры - полистирол, полиметилметакрилат, каучуки.
Известен способ получения полиметилметакрилата эмульсионной полимеризацией (Лебедев А.В., Елисеев В.И. и др. Эмульсионная полимеризация и ее применение в промышленности. М., Химия, 1976, 205-214 с.).
Он включает следующие операции: загрузка в реактор компонентов в определенной последовательности - вода, ПАВ, буфер, мономер. Далее в течение 15-30 мин через смесь пропускают инертный газ до полного вытеснения воздуха из нее и реактора. Затем добавляют компоненты редокс-системы - соль двухвалентного железа, персульфат калия, восстановитель. После индукционного периода, который длится 1-30 мин, начинается процесс полимеризации. При этом через 15-45 мин температура достигает максимального значения - 95-97°С и некоторое время не изменяется, а затем медленно уменьшается до первоначального значения. Одностадийный редокс-процесс обычно применяют для приготовления латексов с содержанием сухого вещества 25-30%.
Известен также способ получения каучуков на основе хлоропрена (Лебедев А.В., Елисеев В.И. и др. Эмульсионная полимеризация и ее применение в промышленности. М., Химия, 1976, 225-227 с.).
Перед использованием хлоропрен необходимо тщательно ректифицировать, чтобы обеспечить нужное качество продукта. Исходную эмульсию готовят в специальном аппарате с циркуляционным насосом, а основной эмульгатор получают, вводя канифоль в мономер, а щелочь в воду. Этим обеспечивается достаточная стандартность эмульсии по размеру капель - около 3 мкм. Кроме основного эмульгатора для обеспечения стабильности латекса на последующих стадиях процесса вплоть до выделения каучука в водную фазу вводят ПАВ на основе сильной кислоты - типа даксада или СТЭК (натриевой соли нефтяных сульфокислот).
Если регулирование пластичности полимера осуществляется серой, то после полимеризации и отгонки непрореагировавшего мономера вводят дополнительную операцию - «щелочное созревание» при 20-30°С в течение не менее 8 ч в присутствии деструктурирующего агента, например тетраэтилтиурамидсульфида. Наконец, для выделения полихлоропрена из латекса почти повсеместно применяют коагуляцию методом замораживания на поверхности охлаждающего барабана.
Известен также способ получения полистирола (Лебедев А.В., Елисеев В.И. и др. Эмульсионная полимеризация и ее применение в промышленности. М., Химия, 1976, 187-191 с.), являющийся наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков. Способ включает следующие операции:
- получение реакционной массы в виде эмульсии стирола и инициатора в иммерсионной жидкости. Для этого в реактор загружают воду в качестве иммерсионной жидкости и эмульгатор;
- нагрев реакционной массы до ≈100°С. При этом температурный интервал ограничивается, с одной стороны, температурой распада инициаторов, с другой - температурой деструкции полимера;
- выдержка реакционной массы при этой температуре до достижения заданной степени конверсии;
- охлаждение реакционной массы;
- коагуляция полимера;
- отделение образовавшихся гранул полимера. Для этого массу промывают водой и отжимают на центрифугах или вакуум-фильтрах;
- сушка.
Однако способ имеет следующие недостатки:
- невозможность получить полиамид-6;
- невозможность получить волокнообразующий полиамид-6.
Сущность изобретения.
Изобретательской задачей является поиск способа эмульсионной полимеризации, включающего получение реакционной массы в виде эмульсии мономера и инициатора в иммерсионной жидкости, ее нагрев, охлаждение и отделение образовавшихся гранул полимера, который позволил бы получать полиамид-6, причем волокнообразующий.
Поставленная изобретательская задача решена способом эмульсионной полимеризации, включающим получение реакционной массы в виде эмульсии мономера и инициатора в иммерсионной жидкости, ее нагрев, выдержку, охлаждение и отделение образовавшихся гранул полимера, в котором в качестве мономера используют капролактам, в качестве иммерсионной жидкости используют полиэтилсилоксановую жидкость, нагрев реакционной массы осуществляют в два этапа - сначала до 90-100°С в течение 1,5-2 часа с последующей выдержкой в течение 3-4 часов, затем до 210-215°С, также в течение 1,5-2 часов, а выдержку реакционной массы при этой температуре перед охлаждением осуществляют в течение 18-22 часов.
Изобретение позволяет получить полиамид-6, причем способный перерабатываться в волокна.
К тому же изобретение позволяет получить еще и следующие преимущества:
- получать полиамид-6 непосредственно в виде гранул, т.е. без использования специального оборудования как для литья из расплава жилки полимера, так и для ее рубки на гранулы, что повышает экономичность изобретения по сравнению с применяемым в настоящее время в промышленности способом;
- повышение прочности нитей благодаря обеспечению возможности перерабатывать полимер при пониженной температуре, что обеспечивает меньшую деполимеризацию полиамида-6;
- равномерность физико-механических показателей сформованных нитей, поскольку гранулы имеют равномерную молекулярную массу за счет одинакового времени пребывания всей реакционной массы в аппарате.
Сведения, подтверждающие возможность воспроизведения изобретения.
Для реализации способа используют:
- в качестве мономера - капролактам - ГОСТ 7850-86;
- в качестве иммерсионной жидкости - полиэтилсилоксановую жидкость ГОСТ 13004-77;
- в качестве инициатора - воду дистиллированную
ТТ 46-05-2003.
Способ осуществляют следующим образом. В автоклав, имеющий перемешивающее устройство, загружают реакционную смесь, состоящую из капролактама и воды, взятых в расчетных количествах (2 массовых % воды от массы капролактама), затем добавляют полиэтилсилоксановую жидкость (модуль 1:4) и нагревают до температуры 90-100°С в течение 1,5-2 часов, с последующей выдержкой в течение 3-4 часов, затем реакционную массу нагревают до 210-215°С, также в течение 1,5-2-х часов, включают перемешивание и выдерживают при 210-215°С еще 18-22 часа. Затем реакционную массу оставляют охлаждаться примерно до 60-70°С. Образовавшиеся гранулы полиамида-6 отделяют, например, в центрифуге.
О волокнообразующей способности полученного полиамида-6 судили по степени полимеризации форполимера, рассчитываемой по известной формуле с использованием значения относительной вязкости, определяемой в соответствии с ГОСТ 18249-72.
Свойства полиамида-6, полученного при различных режимах заявленного способа, приведены в таблице.
Свойства полиамида-6, полученного при различных режимах заявленного способа.
Таблица
№ п/п
1-й этап нагрева
2-й этап нагрева
Выдержка перед охлаждением, ч
Степень полимеризации
Время нагрева, ч
t,°C
выдержка τ, ч
Время нагрева, ч
t,°C
1
1,5
90
3
1,5
210
18
52
2
2
90
4
2
210
22
56
3
1,5
100
3
1,5
210
18
54
4
2
100
4
2
210
22
56
5
1,5
90
3
1,5
215
18
52
6
2
90
4
2
215
22
57
7
1,5
100
3
1,5
215
18
54
8
2
100
4
2
215
22
57