Производство полистирола в эмульсии

Эмульсионный метод получения ПС мало распространен вследствие ухудшения озрачности и диэлектрических свойств полимера, но широко применяется для производства АБС-пластиков. Полимеризацию стирола в эмульсии проводят в водной среде в присутствии эмульгаторов и водорастворимых инициаторов. Эмульгаторами являются поверхностно-активные вещества: натриевые или калиевые соли жирных кислот (стеариновой, олеиновой и др.), соли алифатических ароматических сульфокислот (лаурилсульфат, дибутилнафталинсульфат, додецилбензолсульфат натрия и др.). Природа и количество эмульгатора (0,1 -3 %) оказывает существенное влияние на полимеризацию в эмульсии. В частности, с увеличением содержания эмульгатора возрастает скорость процесса (она в 2-3 раза выше, чем при полимеризации в массе и в суспензии), снижается молекулярная масса полимера (но выше молекулярной массы блочного и суспензионного ПС) и уменьшаются размеры частиц полимера (до 0,1-5 мкм).

Инициаторы процесса — водорастворимые пероксиды и гидропероксиды (пероксид водорода, персульфаты аммония, натрия и калия). Для снижения температуры реакции с 50-90 до 15-20 °С добавляют ускорители распада инициаторов: сульфат железа (II), бикарбонат, бисульфит и тиосульфат натрия, аскорбиновую кислоту). Инициирующие системы, содержащие пероксиды (окислители) и ускорители (восстановители), носят название окислительно-восстановительных.

Регуляторами молекулярной массы полимеров являются такие переносчики цепи, как додецилмеркаптан, диизопропилксантогенатдисульфид, а регуляторами рН-среды, при котором происходит распад инициатора на радикалы, — ацетаты и фосфаты натрия.

Технологический процесс производства ПС в эмульсии периодическим методом состоит из следующих основных стадий: подготовка водной фазы и получение эмульсии, полимеризация стирола, осаждение полимера, отделение и промывка полимера от водной фазы, сушка, просеивание и гранулирование ПС (рис. 6.5).

Рис. 6.5. Схема производства полистирола в эмульсии периодическим методом: 1 — аппа­рат для приготовления водной фазы; 2 — реактор; 3 — холодильник; 4 — приемник; 5 — сборник латекса; 6 — осадитель; 7 — нромыватель; 8 — центрифуга; 9 — сушилка; 10 — бункер

В аппарате 1 готовят водную фазу — раствор в деминерализованной воде эмульгатора (олеата натрия), инициатора (персульфата калия) и различных добавок — и сливают ее в реактор 2. Эмульсию готовят введением стирола при сильном перемешивании рамно-лопастной или турбинной мешалкой.

Содержимое реактора 2 нагревают до 70-95 °С и процесс проводят в течение 1,5 ч. Холодильник 3, соединенный с реактором 2, работает как обратный и обеспечивает возврат сконденсированных паров водно-стирольной смеси. При остаточном содержании непрореагировавшего стирола не более 0,5 % процесс прекращают.

В результате эмульсионной полимеризации стирола образуется устойчивая дисперсия полимера белого цвета — латекс, из которого острым паром отгоняют свободный стирол, собираемый в приемник 4. Латекс охлаждают до 50 °С и сливают в сборник 5. Выделение полимера из латекса проводят в осадителе 6 добавлением электролита — водного раствора алюмокалиевых квасцов KA1(S0₄)₂. Электролит 1арушает устойчивость латекса и вызывает выпадение частиц полимера (коагуляцию). Завершение этого процесса проводят при нагревании латекса острым паром через барботер до 85-90 °С при перемешивании мешалкой в течение 1,5-2 ч. Коагуляция приводит к разделению латекса на два слоя: верхний прозрачный водный слой и нижний слой, состоящий из мелких частиц полимера.

Из осадителя 6 дисперсия полимера поступает в промыватель 7 — аппарат с ложным коническим днищем, снабженный рампой мешалкой. После фильтрования водный раствор поступает на очистку, а полимер промывают при перемешивании свежей порцией горячей воды температурой 70-80°С. После 3-5 промывок взмученную в воде дисперсию полимера подают на центрифугу 8 для более полного обезвоживания. Порошок ПС с влажностью до 60 % поступает в сушилку.9, а после сушки с влажностью около 0,5 % — в бункер 10. Затем высушенный ПС просеивают на сите и подвергают гранулированию.