Суспензионная полимеризация

Реакция полимеризации между мономерами, взвешенными в жидкости

Определение ИЮПАК

Полимеризация, при которой полимер образуется в мономере или каплях мономера-растворителя
в непрерывной фазе , которая является нерастворителем как для мономера, так и для образовавшегося полимера.
Примечание 1 : При суспензионной полимеризации инициатор находится в основном в фазе мономера.
Примечание 2 : Капли мономера или мономера-растворителя при суспензионной полимеризации
обычно имеют диаметр, превышающий 10 мкм. ^[1]

В химии полимеров суспензионная полимеризация представляет собой гетерогенный радикальный процесс полимеризации, который использует механическое перемешивание для смешивания мономера или смеси мономеров в жидкой фазе , такой как вода, в то время как мономеры полимеризуются , образуя сферы полимера. ^[2] Капли мономера (размером порядка 10-1000 мкм) суспендированы в жидкой фазе . Отдельные капли мономера можно рассматривать как подвергающиеся объемной полимеризации . Жидкая фаза за пределами этих капель помогает лучше проводить тепло и, таким образом, сдерживать повышение температуры.

При выборе жидкой фазы для суспензионной полимеризации обычно предпочтительны низкая вязкость , высокая теплопроводность и низкотемпературное изменение вязкости. Основное преимущество суспензионной полимеризации перед другими типами полимеризации заключается в том, что можно достичь более высокой степени полимеризации без выкипания мономера. Во время этого процесса часто существует вероятность того, что эти капли мономера слипнутся друг с другом и вызовут расслоение раствора. Чтобы предотвратить это, смесь тщательно перемешивают или часто добавляют защитный коллоид . Одним из наиболее распространенных суспендирующих агентов является поливиниловый спирт (ПВС). ^{[3] Обычно, в отличие от}полимеризации в массе , конверсия мономера завершается , а инициатор, используемый при этом, растворим в мономере.

Этот процесс используется в производстве многих коммерческих смол, включая поливинилхлорид (ПВХ), широко используемый пластик, стирольные смолы, включая полистирол , вспененный полистирол и ударопрочный полистирол , а также поли(стиролакрилонитрил) и поли(метилметакрилат) . ^[4]

Свойства частиц

Суспензионная полимеризация делится на два основных типа в зависимости от морфологии образующихся частиц. При полимеризации в шариках полимер растворим в своем мономере, и в результате получается гладкая, полупрозрачная капля. При полимеризации в порошке полимер не растворим в своем мономере, и полученная капля будет пористой и нерегулярной. ^[5] Морфологию полимера можно изменить, добавив мономерный разбавитель — инертную жидкость, нерастворимую в жидкой матрице. Разбавитель изменяет растворимость полимера в мономере и дает меру контроля над пористостью получаемого полимера. ^[6]

Получающиеся полимерные гранулы могут иметь размер от 100 нм до 5 мм. Размер контролируется скоростью перемешивания, объемной долей мономера, концентрацией и идентичностью используемых стабилизаторов, а также вязкостью различных компонентов. Следующее уравнение, полученное эмпирическим путем, суммирует некоторые из этих взаимодействий:

{\bar {d}}=k{D_{v}\cdot R\cdot \nu _{m}\cdot \epsilon \over D_{s}\cdot N\cdot \nu _{l}\cdot C_{s}}

d — средний размер частиц, k включает параметры, связанные с конструкцией реакционного сосуда, D _v — диаметр реакционного сосуда, D _s — диаметр мешалки, R — объемное соотношение мономера и жидкой матрицы, N — скорость перемешивания, ν _m и ν _l — вязкость фазы мономера и жидкой матрицы соответственно, ε — межфазное натяжение двух фаз, а C _s — концентрация стабилизатора. Наиболее распространенным способом управления размером частиц является изменение скорости перемешивания. ^[6]

Смотрите также

Ссылки

^ Сломковский, Станислав; Алеман, Хосе В.; Гилберт, Роберт Г.; Хесс, Майкл; Хори, Казуюки; Джонс, Ричард Г.; Кубиса, Пшемыслав; Мейсель, Ингрид; Морманн, Вернер; Пенчек, Станислав; Степто, Роберт FT (2011). «Терминология полимеров и процессов полимеризации в дисперсных системах (Рекомендации ИЮПАК 2011 г.)» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 83 (12): 2229–2259. doi :10.1351/PAC-REC-10-06-03. S2CID 96812603.
^ Jensen, AT; Neto, WS; Ferreira, GR; Glenn, AF; Gambetta, R.; Gonçalves, SB; Valadares, LF; Machado, F. (2017-01-01), Visakh, PM; Markovic, Gordana; Pasquini, Daniel (ред.), "8 - Синтез полимерных/неорганических гибридов посредством гетерофазной полимеризации", Recent Developments in Polymer Macro, Micro and Nano Blends , Woodhead Publishing, стр. 207–235, doi :10.1016/b978-0-08-100408-1.00008-x, ISBN 978-0-08-100408-1, получено 2022-10-09
^ Родригес, Кристофер (2014). Принципы полимерных систем . CRC Press. ISBN 978-1-4822-2379-8.
^ Вивальдо-Лима, Э., Вуд, П. и Хамиелец, А. (1997). «Обновленный обзор суспензионной полимеризации». Ind. Eng. Chem. Res . 36 (4): 939–965. doi :10.1021/ie960361g.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Костас Котулас и Костас Кипариссидес (2006). «Обобщенная модель баланса популяции для прогнозирования распределения размеров частиц в реакторах суспензионной полимеризации». Химическая инженерия . 61 (2): 332–346. doi :10.1016/j.ces.2005.07.013.
^ ab R. Arshady (1992). «Полимеризация суспензии, эмульсии и дисперсии: методологический обзор». Colloid Polym. Sci . 270 (8): 717–732. doi :10.1007/BF00776142. S2CID 96934301.

[1] Сломковский, Станислав; Алеман, Хосе В.; Гилберт, Роберт Г.; Хесс, Майкл; Хори, Казуюки; Джонс, Ричард Г.; Кубиса, Пшемыслав; Мейсель, Ингрид; Морманн, Вернер; Пенчек, Станислав; Степто, Роберт FT (2011). «Терминология полимеров и процессов полимеризации в дисперсных системах (Рекомендации ИЮПАК 2011 г.)» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 83 (12): 2229–2259. doi :10.1351/PAC-REC-10-06-03. S2CID 96812603.

[2] Jensen, AT; Neto, WS; Ferreira, GR; Glenn, AF; Gambetta, R.; Gonçalves, SB; Valadares, LF; Machado, F. (2017-01-01), Visakh, PM; Markovic, Gordana; Pasquini, Daniel (ред.), "8 - Синтез полимерных/неорганических гибридов посредством гетерофазной полимеризации", Recent Developments in Polymer Macro, Micro and Nano Blends , Woodhead Publishing, стр. 207–235, doi :10.1016/b978-0-08-100408-1.00008-x, ISBN 978-0-08-100408-1, получено 2022-10-09

[3] Родригес, Кристофер (2014). Принципы полимерных систем . CRC Press. ISBN 978-1-4822-2379-8.

[4] Вивальдо-Лима, Э., Вуд, П. и Хамиелец, А. (1997). «Обновленный обзор суспензионной полимеризации». Ind. Eng. Chem. Res . 36 (4): 939–965. doi :10.1021/ie960361g.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[5] Костас Котулас и Костас Кипариссидес (2006). «Обобщенная модель баланса популяции для прогнозирования распределения размеров частиц в реакторах суспензионной полимеризации». Химическая инженерия . 61 (2): 332–346. doi :10.1016/j.ces.2005.07.013.

[Arshady-6] R. Arshady (1992). «Полимеризация суспензии, эмульсии и дисперсии: методологический обзор». Colloid Polym. Sci . 270 (8): 717–732. doi :10.1007/BF00776142. S2CID 96934301.