在氯乙烯悬浮聚合中,引发剂对聚合度无影响,而对调节聚合速率是重要的助剂,并对PVC颗粒形态有一定影响。
引发剂可分有机和无机两大类,有机类引发剂能溶于单体和油类中,适于悬浮聚合,无机类引发剂溶于水,适用于乳液聚合。
有机类引发剂又可分为过氧化物和偶氮化合物。由于分子结构不同,其活性存在很大的差别,衡量引发剂活性的主要指标是半衰期。半衰期是指其在氯乙烯聚合条件下,在该温度时分解一半量所需的时间,以小时为单位。
对同一种引发剂在不同的温度下有不同的半衰期,温度越高,半衰期越短,则活性越高;对不同引发剂,在相同温度下半衰期不同,半衰期越短,则活性越高。
一般以60℃时引发剂的半衰期作为划分活性高低的界限:半衰期大于6h为低活性引发剂,半衰期1-6h为中活性引发剂,半衰期小于1h为高活性引发剂。
引发剂具有自身分解的性质,为安全起见,应采用低温条件运输和贮存。 3.终止剂
当聚合转化率达到80%-85%时,大分子游离基之间的歧化终止增加,易生成较多的支链结构,影响树脂的热稳定性。因此,在聚合反应结束(釜压下降0.1-0.2MPa)时,立即加入终止剂,以使游离基反应停止,从大分子结构上减少支链来提高树脂热稳定性。 4.PH值调节剂
聚合用水须经脱离子水,处理后的水中钙、镁等金属离子、氯根离子、碳酸根等离子基本除净。在聚合加水时,空气中的二氧化碳很易溶入水中而降低水的PH值,一般常添加缓冲剂如碳酸氢钠(又称小苏打)来稳定体系的PH值。 5.消泡剂
在聚合反应结束出料时,须回收未反应的单体,往往由于气体降压而
引起体积的急剧膨胀和料层内液态单体的沸腾,使回收的气相单体夹带许多泡沫树脂,造成回收系统管道堵塞,因此在聚合釜出料之前应加入消泡剂。
四、影响聚合反应的因素 1 .温度对聚合的影响
①根据一般反应动力学其反应速度随温度上升而加速。聚合温度每升高10℃,聚合速度约增加3倍。 ②对聚合度的影响
若温度升高,引发剂的引发速度加快,活性中心大大增加,因而使聚合物分子量缩小,黏度下降。
一般温度波动2℃,平均聚合度相差336,分子量相差21000左右,所以在工业生产时,在工艺设备固定的前提下,聚合温度几乎是控制PVC分子量的唯一因素。而把引发剂浓度的改变作为调节聚合反应速度的手段。因此必须严格控制聚合反应温度。以求得分子量分别均匀的产品。一般要求聚合釜温度波动±0.3℃。
表1.聚合温度与聚合度的关系
型号 PVC—SG2型 PVC—SG3型 PVC—SG4型 PVC—SG5型 聚合温度/℃ 50.5~51.5 52~53 53.5~55 56~58 绝对黏度/mPa.s 2.1~2.0 2.0~1.9 1.9~1.8 1.8~1.7 粘数 ml/g 143~136 135~127 126~118 117~107 聚合度 1535~1371 1250~1350 1150~1250 1000~1100 2.PH值对聚合反应的影响
聚合体系的PH值对聚合反应影响很大,一般必须严加控制。一般的,PH值升高,引发剂分解速度加快,对缩短反应时间有好处。但PH值>8.5时,如果使PVA作分散剂,PVA中的酯基可继续醇解,使醇解度增加,从而使VCM液滴发生兼并,粒子变粗或结块。 PH值过低,影响分散剂的分散和稳定能力,用PVA作分散剂时,
粘釜加剧。PH值严重偏碱性时,分散剂的保胶能力对PVC树脂表观密度、吸油率的影响将被破坏,会出颗粒料。 3. 搅拌对聚合反应的影响
聚合釜的搅拌主要目的是使VCM单体均匀地分散成微小的液珠悬浮于水中,并得到预期大小和形状的PVC树脂粉,其二是使釜内物料在纵向、横向均匀流动和混合,有效地除去聚合热,使釜内温度均一。
搅拌作用影响到PVC颗粒的粒径和粒径分布、孔隙率极其相关性质。从分散剂角度看,增加搅拌强度,将使液滴变细。但强度过大,促使液滴碰撞而并粒,使颗粒变粗。 4. 引发剂对聚合反应的影响
引发剂的选择和用量对聚合反应、聚合物的分子结构和产品质量有很大影响。
① 引发剂浓度和引发剂活性的影响
引发剂分解活性高时,一般链引发速度也大,对同一种引发剂,链引发速率随温度而迅速增加。
引发剂用量多,单位时间内所产生的自由基也相应增多,故反应速度快,聚合时间短,设备利用率高。但用量过多,反应激烈,不易控制,如反应热不及时移出,则温度、压力均会急剧上升,容易造成爆炸聚合的危险。
②不同引发剂对树脂质量的影响
使用不同的引发剂不但可以决定氯乙烯单体聚合时分子间结合的方式和引发速度,而且也影响树脂质量。
引发剂还对PVC树脂的结构疏松程度以及颗粒尺寸均匀性有较大影响。
③引发剂的分类选择
为了保证聚合反应和树脂质量,选择适当的引发剂是非常重要的。常常由引发剂的半衰期来进行选择。
在聚合反应时,为使引发剂尽量分解完全,减少残存量,必须考虑单
体在一定温度下,完全聚合反应的时间,例如:对氯乙烯聚合来说,反应时间通常为所用引发剂在同一温度下引发剂半衰期的三倍。这样不仅可以利用半衰期来估算该引发剂在给定的温度下进行聚合反应的时间,而且当需要在一定温度一定时间内完成聚合反应时,可以根据引发剂的半衰期选择适当的引发剂。如:当需要8h内完成氯乙烯聚合反应时,就得选择在给定温度下半衰期为8/3≈3h的引发剂。 5.分散剂对聚合反应的影响。
从悬浮聚合的成粒机理可以看出,分散剂的作用,是稳定由搅拌形成的单体油珠和阻止油珠的相互聚合和合并。
分散剂的组合将影响反应的正常进行,同时影响聚合产品的主要性能,如表观密度、孔隙率、颗粒形态、粒径分布、“鱼眼”消失速度,热加工熔融时间乃至残留单体含量等。
分散剂的水溶液具有保胶功能,作为高分子化合物的分散剂,其水溶液的黏度是依分子量(聚合度)而变化的,即黏度越大或分子量越高,吸附于氯乙烯—水相界面的保护膜强度越高,愈不容易发生膜破裂的并粒变粗现象。
分散剂的水溶液具有界面活性,分散剂水溶液的表面张力越小其表面活性就越高,所形成的单体油珠越细,所得到的树脂颗粒表观密度愈小,也愈疏松多孔。
分散剂加人的先后对PVC性能有一定的影响,一般来说先加分散剂后加VCM。如果在加完VCM单体再加分散剂,则会使PVC“鱼眼”数增多,也会使PVC颗粒变粗。 6.水油比对聚合反应的影响。
在PVC悬浮聚合中,水是分散介质,并作为传热介质。水油比就是指水和单体的质量比。水油比的大小影响单体分散液滴的数量和大小,从而影响聚合体系的分散、合并速度、直至宏观成粒过程,最终集中反映到树脂的颗粒特性上。随着水油比的降低,表观密度和吸油率都有明显的提高,一般水油比大,VCM分散好、传热好、反应易控制。但为提高设备利用率,生成上尽量采用小水比。随着水油比的缩小,
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