Виды полимеризации

полимеризации, различают несколько видов процесса:
жидкофазная
газофазная
эмульсионная
растворная полимеризация

среде мономера была первым промышленным методом синтеза каучука. Немного позже был разработан и внедрен в промышленность газофазный метод полимеризации бутадиена. Газофазная полимеризация имела ряд преимуществ по сравнению с полимеризацией в среде жидкого мономера (жидкофазная полимеризация): щелочной металл использовался в виде катализаторной пасты, что увеличивало его поверхность. Получаемый полимер получался более однородным по качеству, производство каучука упростилось и стало более безопасным, также появилась возможность частичной механизации.
В качестве основного компонента катализаторной пасты использовались щелочные металлы: натрий, калий и литий. Наибольшее распространение получил натриевый катализатор, но получаемый каучук характеризовался недостаточной морозостойкостью и эластичностью. В присутствии лития каучук получался с меньшим содержанием 1,2-звеньев в составе полибутадиена, каучук имел лучшую морозостойкость и эластичность. При полимеризации на щелочных металлах получались полимеры с высоким молекулярным весом. Из-за возможных неоднородностей катализатора и местных перегревов реакционной массы иногда наблюдалось образование «хрящей» - твердых трехмерных образований, резко ухудшающих качество каучука.
Газофазная полимеризация применялась в 30-е годы, но после введения эмульсионной полимеризации, ее популярность резко снизилась. Сегодня газофазная полимеризация сохранилась на единичных заводах, но объем производства каучука по данной технологии очень незначителен.
Общим недостатком жидкофазного и газофазного способа полимеризации считается периодичность и невысокое качество каучука по ряду технических показателей.

(жидкофазной полимеризацией) заключается в том, что процесс протекает с большей скоростью и его можно организовать по непрерывной схеме. Кроме этого процесс хорошо регулируется, так как тепло реакции отводится равномерно, и получаемый полимер имеет более высокий молекулярный вес, более однороден по структуре и качеству. В зависимости от температуры, при которой протекает реакция полимеризации в эмульсии, различают высокотемпературную и низкотемпературную эмульсионную полимеризацию.
Низкотемпературные эластомеры обладают более высокими физико-механическими показателями по сравнению с высокотемпературными.

котором протекает реакция. В связи с этим полученный полимер более однороден и обладает лучшим комплексом свойств. Применение органических растворов позволяет использовать в процессе полимеризации различные эффективные каталитические системы, с помощью которых можно осуществлять направленный синтез эластомеров, создавать высокомолекулярные соединения с заданной структурой и свойствами. Технологическая трудность при проведении таких процессов заключается в необходимости работы с катализаторами, многие из которх являются высоко реакционными соединениями, которые изменяют свойства при хранении. Использование таких каталитических систем требует тщательной подготовки и очистки мономеров и растворителей, которые используются в синтезе.

мешалка;
4 – мотор с редуктором

Реакторы для полимеризации в эмульсии

Полимеризация в эмульсии - типично жидкофазный процесс, в ходе которого свойства среды меняются мало. Поэтому для проведения данного процесса используются аппараты с мешалками, подобные применяемым для жидкофазных процессов.
Полимеризаторы представляют собой вертикальные цилиндрические аппараты (автоклавы), снабженные мешалками. Для отвода тепла служит рубашка.

реакторов

Батарея полимеризаторов:
1 – обводная линия;
2 – рабочая линия;
3 – разгрузочная линия

в виде пучков труб, последовательно собранных и установленных на некотором расстоянии вдоль боковой поверхности полимеризатора

Полимеризатор для низкотемпературной эмульсионной полимеризации:
1 – корпус;
2 – рубашка;
3 – мешалка;
4 – мотор с редуктором;
5 – дополнительные теплообменные поверхности (пучок труб)

вся необходимая поверхность выполнена в виде испарителя с вертикальными трубками

Схема полимеризатора с вертикальным испарителем

основным вариантом процесса полимеризации в производстве СК (СКИ, СКД, СКЭП, СКЭПТ). По аппаратурному оформлению полимеризация в растворе более дорога и сложна, чем эмульсионная. Отличительной особенностью полимеризации в растворе является высокая вязкость реакционной среды, что требует применения особого типа перемешивающих устройств.

реакторы с мешалками, для получения высокомолекулярных каучуков – более сложные аппараты, для систем со сравнительно невысокой вязкостью – аппарат, представляющий собой комбинацию реактора с мешалкой и трубчатым реактором

Трубчатый полимеризатор:
1 – мешалка; 2 – корпус; 3 – трубки

элементом которого является скребковое устройство

Скребковый полимеризатор:
1 – корпус;
2 – опорная лапа,
3 – вал;
4 – рама;
5 – скребок;
6 – люк;
7 – штуцер для ввода хладоагента;
8- привод

планка; 4 – лезвие скребка

Применение жестких скребков, не имеющих упругих элементов, приводит к образованию зазора между корпусом и скребком, что вызывает нежелательное отложение слоя полимера на поверхности аппарата. Не имеют упругих элементов шарнирные скребки, прижимаемые к стенке аппарата центробежной силой

Шарнирные скребки:
а – скребок, поджимаемый к
стенке силой давления среды;
б – скребок, поджимаемый к стенке центробежной силой

собственно скребка, несущей рамы и упругих элементов, соединяющих скребок с рамой

Скребковое устройство с шарнирными скребками и возвратно-поступательным движением:
1 – рама;
2 – стенка аппарата;
3 – скребок

В качестве упругих элементов используются металлические стержни из пружинной стали. Соединение стержней с рамой осуществляется с помощью цанговых зажимов. Лезвие скребка изготавливается из фторопласта. У мешалки со скользящим скребком износ меньше

Схема скользящего скребка:
1 – корпус; 2 – вал; 3 – каркас мешалки;
4 – пластинчатая пружина; 5 – скребок

так, чтобы поверхность, ометаемая одним скребком, перекрывалась поверхностями, ометаемыми соседними скребками

Расположение скребков на валу мешалки:
а – в одной плоскости;
б – в нескольких плоскостях

бутилкаучука в суспензии:
1- обечайка; 2 – теплообменные трубки;
3 – лопастная мешалка; 4 – лектродвигатель;
5,6 – нижнее и верхнее днища

Для более быстрого смешения катализатора с циркулирующей реакционной массой катализатор подают в центральную циркуляционную трубу непосредственно под мешалку, через форсунку, позволяющую регулировать расход катализатора.

Форсунка полимеризатора:
1 – сопло; 2 – корпус;
3 – шток; 4 – фланец;
5 – ниппель; 6 – шкала;
7 – маховик;
8 – игольчатый клапан

2 – рубашка;
5 – вал мешалки;
6 – турбинки с лопатками;
11 – электродвигатель с редуктором

– мешалка;
5 – днище;
6,7 – электродвигатель с редуктором

– диск

– скребковая мешалка;
4 – турбинная мешалка;
5 – уплотнение

полимеризатор в качестве основного рабочего органа имеет бесконечную стальную ленту, натянутую на два барабана.

Реактор для полимеризации ленточный:
1 – короб; 2 – лента; 3- головка короба; 5 – компенсатор; 6 – штуцеры для растворов изобутилена и катализатора; 7 – штуцер для паров; 8 - штуцер для полиизобутилена

червяк;
4 – подшипниковая опора; 5 – привод

являются автоклавы и шнековые полимеризаторы. Недостатком автоклавов является невозможность эффективного отвода тепла.

Шнековый полимеризатор для получения каучука СКТ:
1 – нижняя часть; 2 – средняя часть; 3 – верхняя часть; 4 – лепестковый шнек;
5 – штуцер для силоксанового масла; 6 – штуцер для катализаторной пасты;
7- штуцер для выгрузки полимера