Производство полистирола для вспенивания блочно-суспензионным методом
Значительное количество ПС используется для изготовления пенополистирола (стиропора), обладающего низкой плотностью и пригодного для изготовления разнообразных технических изделий.
ПС для вспенивания получают периодическим блочно-суспензионным методом, включающим следующие основные стадии: предварительная полимеризация стирола в массе, окончательная полимеризация форполимера в суспензии, отделение и промывка гранул, их сушка и рассев (рис. 6.4).
В реактор 1 загружают стирол и предварительно приготовленный раствор инициатора (пероксида бензоила) в стироле и проводят его предварительную полимеризацию при 80-85 °С в течение 6-9 ч до конверсии 30-42 %. Затем форполимер сливают в автоклав 3, в который предварительно был загружен водный раствор стабилизатора 0,1-1 %-ный раствор сополимера винилового спирта и винилацетата) из аппарата 2 и диспергируют в водной фазе при перемешивании. Затем суспензию нагревают при 90°С в течение 7-9 ч под давлением до 0,8 МПа до получения твердых гранул. В автоклав также вводят новую порцию инициатора, растворенного в стироле, и изопен- ан (или изопентановую фракцию), служащий при дальнейшей переработке гранул газообразователем. Во время окончательной полимеризации изопентан растворяется в гранулах ПС. В случае получения гранул самозатухающего ПС в форполимер перед его загрузкой в автоклав добавляют антипирен — раствор тетрабром-п-ксилола в стироле.
Полученную суспензию сливают через сито 4 в промежуточный сборник 5 и после разбавления водой направляют на фильтрование. В центрифуге 6 отделяют и промывают гранулы водой, а затем с влажностью до 12 % направляют в сушилку 7, где сушат теплым воздухом при 40 °С до остаточной влажности около 1 %. Высушенные гранулы поступают в бункер 8, а затем на рассев (разделение по размерам на три факции) с помощью сита 9 и упаковку в тару из бункеров 10 с помощью автоматических весовых дозаторов 11. Герметично затаренные гранулы ленточным транспортом 12 передаются на склад готовой продукции.
Рис. 6.4. Схема производства полистирола для вспенивания блочно-суспензионным методом: 1 — реактор предварительной полимеризации; 2 — аппарат для приготовления водной фазы; 3 — автоклав; 4 — сито; 5 — промежуточный сборник; 6 — центрифуга; 7 — сушилка; 8, 10 — бункеры; 9 — сито для рассева; 11 — автоматические весовые дозаторы; 12 — ленточный транспортер
ПС для вспенивания выпускают в виде бесцветных гранул шаровидной формы диаметром 0,2-2,5 мм, содержащих 3-5 % вспенивающего агента, с кажущейся плотностью 40-100 кг/м3. Средняя молекулярная масса ПС 30 000-50 000.
Производство ударопрочного полистирола блочно-суспензионным методом
У ПС получают двумя методами: непрерывным блочным и периодическим блочно-суспензионным. Последний метод обладает достоинствами, присущими получению полимеров в суспензии. Сущность метода заключается в проведении полимеризации в две стадии: сначала получают форполимер (продукт предварительной полимеризации раствора каучука в стироле в блоке до конверсии 25-40 %), а затем форполимер диспергируют в воде и проводят окончательную полимеризацию в суспензии. Процесс полимеризации стирола в присутствии полибутадиенового каучука характеризуется получением привитого сополимера по следующим основным реакциям.
Образование активных центров прививки
Отрыв атома водорода в α-положении к двойной связи каучука фенильным или бензоатным радикалом, образовавшимся из инициатора (пероксида бензоила); при этом возникает радикал в цепи каучука
Присоединение радикала инициатора к двойной связи каучука и образование нового радикала
Реакция (1) является основной при получении УПС.
2. Прививка стирола к цепи каучука:
Наряду с реакцией привитой сополимеризации, начинающейся с самого начала процесса, протекают реакции гомополимеризации стирола и образования нерастворимой части привитого сополимера (гель-фракции) после 60-70%-ной общей конверсии. Содержание гель-фракции составляет 14-20 % от привитого сополимера.
Технологическая схема производства УПС подобна схеме производства ПС для вспенивания блочно-суспензионным методом (см. рис. 6.4) и включает следующие основные стадии: предварительная полимеризация раствора каучука в стироле в массе, окончательная полимеризация форполимера в суспензии, отделение и промывка ранул, сушка гранул и окончательное гранулирование УПС.
В реакторе предварительной полимеризации получают форполимер в течение 6 ч при 90 °С в присутствии пероксида бензоила, который затем диспергируют воде, содержащей свежеприготовленный диспергатор (фосфат кальция) из хлорид а кальция и тринатрийфосфата. Окончательную полимеризацию проводят при постепенном повышении температуры от 90 до 130 °С в течение 8-9 ч. Гранулы отделяют и промывают водой на центрифуге, а затем с влажностью 1,5-2 % направляют на сушку. При остаточной влажности 0,1 -0,2 % их подвергают специальной обработке — краске и гранулированию.
УПС, получаемый блочно-суспензионным методом, является трехфазной системой, содержащей равномерно распределенный привитой сополимер - каучук с привитым стиролом (частицы размером 1-5 мкм) и структурированный привитой сополимер (гель-фракция) в полистироле. Он имеет низкое содержание свободного стирола (не более 0,1 %), хорошие литьевые и экструзионные свойства.