Поливинилхлорид - Ульянов В.М.
ISBN 5-7245-0727-7
Скачать (прямая ссылка):
После гомогенизации полученную микроэмульсию направляют в реактор-полимеризатор. Для инициирования микросуспензионной полимеризации используют органические пероксиды, растворенные в мономере, чаще всего пероксид лауроила.
В последнее время для осуществления процесса микросуспензионной полимеризации применяют эмульгирующую систему из анионоак-тивного ПАВ и длинноцепочечного спирта. Прибавление длинноцепо-чечных жирных спиртов значительно увеличивает способность анионных эмульгаторов диспергировать масло в воде и стабилизировать эмульсию [251]. Для получения высокодисперсной эмульсии ВХ необходимо смешивать анионный эмульгатор и жирный спирт в воде при повышенных температурах перед прибавлением мономера. Применение данной эмульгирующей системы позволяет получить капли размером 1-2 мкм в реакторе с мешалкой при обычном перемешивании.
При выборе условий перемешивания наряду с требованием равномерного распределения реагентов в объеме аппарата и обеспечения отвода тепла реакции полимеризации необходимо обеспечить агрега-тивную устойчивость дисперсных частиц с целью получения минимального количества корок и коагулюма. Движение частиц размером 0,02- 2 мкм в потоке жидкости в отличие от движения частиц суспензионного ПВХ характеризуется коэффициентами как турбулентной, так и броуновской диффузии. Турбулентная диффузия для частиц диаметром d, намного меньшим внутреннего масштаба турбулентности, преобладает над броуновской при условии [78]
/ф<Р> khT/(3n\pd). (1.76)
Для различных d из уравнения (1.76) можно получить также средние по аппарату значения е*, начиная с которых перемешивание в аппарате с мешалкой начинает влиять на взаимодействие частиц дисперсной Фазы. fl^d=10-6 м получено е* = 0,18-10~6 Вт/кг; d = 0,5-10~6 м -е* = 1,15-10-5 Вт/кг; d=l(H м - е* = 0,18 Вт/кг; d = 0,5-10-7 м - е* = ¦11,5 Вт/кг.
59
В аппарате с мешалкой из-за неравномерного распределения энергии в перемешиваемом объеме существуют зоны с локальными значениями ел, значительно превышающими среднее по аппарату значение е, что приводит к значительному уменьшению е*. В реакторах-полимеризаторах в зависимости от конструкции перемешивающего устройства, частоты вращения мешалки и объема реактора значение е обычно лежит в пределах 0,01-5 Вт/кг. Таким образом, в зависимости от значений бис? коагуляция частиц может быть вызвана как броуновским движением, так и столкновением за счет турбулентной диффузии.
В аппарате с мешалкой при е < е* броуновская диффузия преобладает над турбулентной. При этом адсорбированные на поверхности частиц ПВХ молекулы ПАВ должны обеспечивать защитный барьер отталкивания при сближении частиц под действием броуновской диффузии. В настоящее время стабилизирующее действие ионогенных ПАВ в основном связывают с электростатическим отталкиванием между двойными электрическими слоями. Для оценки возможности использования данного механизма стабилизирующего действия для частиц ПВХ, покрытых ионогенными ПАВ, сравним между собой энергию электростатического отталкивания, ван-дер-ваальсового притяжения и теплового движения частиц ПВХ (теория ДЛВО).. Энергию электростатического отталкивания рассчитывают по уравнению Г4П
у0=(е§ф^/4)1п(1-е§ГН>>Ч (1.77)
где е§ — диэлектрическая проницаемость воды; Фо ~ поверхностный потенциал; гц — дебаевский радиус; Яр — расстояние между поверхностями частиц.
При температуре полимеризации 50 °С дебаевский радиус гр* 3,1/vC А [5], где С- концентрация ПАВ в воде (моль/л). В работе [71] измерены значения \ -потенциала частиц эмульсионного ПВХ, покрытых Е-30, в зависимости от степени насыщения поверхности ПАВ и концентрации ПАВ в воде. Полученные значения ? -потенциала находятся в пределах 40- 80 мВ.
Энергию ван-дер-ваальсового притяжения можно рассчитать по уравнению [41]
v = A*rf/(24Hp). (1.78)
Для частиц, покрытых Е-30, рассчитаны значения , vn и v = vo + vnp для d = 10-« м, С = 1% и ф0 = 70 мВ.
Расчеты показывают, что между частицами существует сильный барьер отталкивания 2100-10-21 Дж, значительно превышающий среднюю тепловую энергию коллоидных частиц кТ. С уменьшением d до 0,03-КН м барьер отталкивания уменьшается до 63,5-Ю-21 Дж. При фо = 40 мВ в широком интервале размеров частиц от 10^6 до 0,03-10-6 м энергетический барьер изменяется в пределах 160-4,8лТ. Таким образом, электростатические силы отталкивания, возникающие при перекрытии двойных слоев ионогенных ПАВ, могут обеспечить агре-гативную устойчивость частиц ПАВ в условиях броуновского движе-
60
ния, что имеет большое значение для целенаправленного выбора ПАВ.
При условии е> е* в аппарате с мешалкой относительное перемещение частиц ПВХ обусловлено турбулентной диффузией. В этом случае агрегативная устойчивость частиц ПВХ обусловлена силами электростатического отталкивания, ван-дер-ваальсового притяжения, а также силами, действукшщми на частицы со стороны турбулентного потока жидкости. Силы отталкивания рассчитывают из уравнения [41]
е^ф2 1/гд
F0 = •,-,„ , ,. (1.79)
4 1 - exp(#p/rj3) v '
Со стороны потока жидкости на частицы в случае размеров частиц, меньших внутреннего масштаба турбулентности, действуют силы
