Стабилизаторами эмульсии служат поливиниловый спирт, метилцеллюлоза, желатин и др. Водорастворимая метилцеллюлоза с содержанием 26–32% метоксильных групп наиболее надежно защищает капли мономера от агрегирования при значительно более низких концентрациях по сравнению с другими стабилизаторами эмульсии. Введение в эмульсию небольших количеств модифицирующих добавок (арил-, алкилсульфонатов, эфиров глицерина и жирных кислот и др.) повышает пористость полимера и его способность поглощать пластификатор, а также улучшает перерабатываемость и термостабильность поливинилхлорида.

Для поддержания постоянного значения рН при полимеризации винилхлорида вводят буферные добавки (водорастворимые карбонаты или фосфаты).

В качестве разрабатываемой фазы в данной работе выбран процесс полимеризации в автоклаве, который идет по следующей экзотермической реакции: .

Поэтому необходим отвод теплоты из зоны реакции.

Важнейшим параметром процесса, определяющим молекулярный вес поливинилхлорида и степень разветвленности его макромолекул, является температура полимеризации. Для получения поливинилхлорида с узким молекулярно-весовым распределением отклонение от заданной температуры не должно превышать 0,5°С.

Вот как зависит константа Фикентчера К от температуры полимеризации:

Температура, 0С…………72 67 60 54 50

К………………………….55 60 65 70 75 [3, стр. 86]

Константа Фикентчера может быть получена исходя из вязкости 1%-го раствора полимера в циклогексаноне по формуле:

,

где Z – отношение вязкости полимера к вязкости чистого циклогексанона (при температуре 250С и диаметре капилляра вискозиметра 0,6–0,8 мм);

с – концентрация полимера, г на 100 мл раствора. [4, стр. 101]

Термостабильность полимера также зависит от температуры. Поливинилхлорид, синтезированный при 50°С, имеет более высокую термостабильность, чем полимер, полученный при 60°С. При перегреве может произойти спекание, а иногда и разложение массы. На свойства суспензионного полимера влияют также массовые соотношения воды и мономера, степень конверсии и другие факторы. Для получения полимера с необходимыми физико-механическими показателями выбранная рецептура должна сочетаться с оптимальными условиями процесса.

В эмалированный реактор-автоклав 1 (рис. 4 в приложении) емкостью 10–25 м3 с мешалкой и рубашкой для обогрева и охлаждения реакционной смеси подают определенные количества деминерализованной воды из мерника 2, раствора стабилизатора эмульсии из емкости 3 (через фильтр 4) и раствора инициатора в мономере из мерника 5. Затем реактор продувают азотом и при перемешивании загружают жидкий винилхлорид, поступающий из мерника 6.

Ниже приведены нормы загрузки компонентов (в мас. ч.):

Винилхлорид…………………. 100

Вода…………. ……………. 200

Пероксидикарбонат……. 0,03–0,05

Порофор………………………… 0,01–0,03

Метилцеллюлоза…………… 0,1–0,5

После загрузки компонентов в рубашку реактора подают горячую воду для нагревания реакционной смеси до 30–40°С. Температуру поддерживают строго определенной для получения поливинилхлорида с заданными свойствами.

Продолжительность полимеризации при 50–57°С и давлении 0,7–1 МПа (7–10 кгс/см2) составляет 12–15 ч, степень конверсии около 90%. Окончание процесса определяется по понижению давления в реакторе до 0,2–0,3 МПа (2–3 кгс/см2).

Непрореагировавший винилхлорид при нагревании удаляется сначала вакуумированием, а затем барботированием суспензии азотом. Регенерированный винилхлорид возвращается на полимеризацию.

Суспензия полимера под давлением азота из полимеризатора передавливается в высадитель 7, в котором разбавляется деминерализованной водой до 20%-ой концентрации и одновременно охлаждается. Этот же аппарат используется как промежуточная емкость для обеспечения непрерывности последующих стадий процесса.

Реакционную массу подают на центрифугу непрерывного действия 8 для отделения полимера от маточного раствора и его промывки. Маточный раствор и промывные воды проходят через ловушку 9 в систему очистки сточных вод. Полимер с влажностью около 25% подается в аппарат 10 для сушки.

Сушку полимера производят горячим воздухом в аппаратах типа «труба-сушилка», в камерных сушильных агрегатах, в сушилках с кипящим слоем, а также во вращающихся барабанных сушилках. После сушки до содержания влаги в полимере не выше 0,3% его просеивают через мельничные сита 11 (чаще типа ХРШ), подают в специальные хранилища, а затем упаковывают в мешки. [5, стр. 24–26]

2.4 Свойства и применение готового продукта, технические требования по ГОСТ

Свойства поливинилхлорида: ММ = (10–150)*103; температура стеклования (температура размягчения) 75–800С; температура текучести 150–2200 С; при нагревании до 1200С в нем начинаются процессы деструкции с выделением HCl; плотность 1,35–1,43 г./см3; морозостойкость до -100С (у Винилпласта, твердого ПВХ) до -500С (у Пластиката, мягкого ПВХ); водопоглощение 0,05–0,4% – у ПВХ-твердого, 0,15–0,7% – у ПВХ-мягкого; допустимая остаточная влажность 0,2–0,2% – у ПВХ-твердого, 0,2–0,2% – у ПВХ-мягкого; усадка (при изготовлении изделий) ПВХ-твердый 0,5–0,7%, ПВХ-мягкий 1,0–2,5%.

Химические свойства: Поливинилхлорид растворим в дихлорэтане, циклогексане, хлор и нитробензоле, ограниченно в бензоле, ацетоне, не растворим в воде, спиртах, углеводородах. Стоек в растворах щелочей кислот, солей; атмосферо- и грибостоек.

Физические свойства: Поливинилхлорид – термопластичный полимер. Аморфный. Трудногорюч (большое содержание хлора делает ПВХ самозатухающим). При температурах выше 1200С начинается заметное отщепление HCl, протекающее количественно при 300–3500С. При более высоких температурах наблюдается разрыв полимерных цепей с образованием углеводородов. Разложение полимера сопровождается изменением его цвета от «слоновой кости» до вишнево-коричневого.

Эксплуатационные свойства: 1) ПВХ-твердый: жесткий, твердый, прозрачный до матового, хорошо соединяется при сварке, некоторые типы физиологически нейтральны. Размягчается при температуре 65–700С. Стойкий к кислотам, щелокам, маслам, жиру, бензину. 2) ПВХ-мягкий: мягкий и эластичный, зависит от количества пластификатора (до 60%) и температуры применения, прозрачный до матового, стойкость к химикатам в зависимости от состава и температуры.

Поливинилхлорид перерабатывают всеми известными методами переработки пластмасс как в жесткие (винилпласт, твердый ПВХ), так и в мягкие (пластикат, мягкий ПВХ) материалы и изделия. [6]

Марочный ассортимент и области применения ПВХ представлен в таблице 1:

Таблица 1