1。3 自由基聚合方法
聚合物合成工业里应用最多的化学反应为自由基聚合反应。大部分有机物的聚合反 应都通过自由基聚合实施,所得大分子物都是线型化合物。根据自由基聚合的反应方法 的不同和反应体系的物理状态不同,可分为本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合 四种聚合种方法。四种聚合方法有各自的特点,所得的产品各方面引入不同。
1。3。1 本体聚合
本体聚合工艺:不易散发聚合热是本体聚合比较难解决的一个问题,工业化生产一 般采用两段聚合工艺解决这个问题。首先为预聚合,预聚合在较低温度进行,转化率控 制在百分之十到三十,一般发生在自加速以前。这时体系较易散热,因为反应物粘度较 低,反应可在较大的容器进行。第二阶段继续进行聚合,应在较易散热容器中反应,如在薄层反应器中,也可以使用分段聚合来慢慢加温,这样转化率会有所提升。由于散热 难,反应中温度难以保持稳定,故产物分子量分布较宽。
本体聚合主要存在问题是聚合物中含有部分未反应的单体,需要将其除去。一般使 用的办法为通过螺杆或真空脱气机先将聚合物熔融,随后再出去聚合物中的易挥发物和 未反应单体。泡沫脱气法也是目前使用的一种方法,是将聚合物在高压下加热来让其熔 融,马上减压可以使产物呈现泡沫状,这样单体可以很容易的逸出。
1。3。2 溶液聚合
溶液聚合是在适当溶剂中加入单体和引发剂进行的聚合方法。这种聚合方法得到的 产物溶解在溶剂中就是均相聚合,如果聚合产物不能溶于溶剂中而是沉淀出来,这种情 况就是沉淀聚合,也就是非均相聚合。
与本体聚合相比,溶液聚合易于控制温度,减少了凝胶现象的发生,一般不会发生 局部过热,因为反应时候加入了溶剂,反应物粘度被降低,易于导热。
然而,使用溶剂也有其弊端,乳液聚合过程中反应物浓度低,减缓了反应速率,器 材的生产下降,利用率也一样。比如反应的产物是固态,反应结束后就需要进行后处理, 增加了溶剂的回收费用,生产成本也跟着增加。所以生产中那些聚合物乳液直接被使用 的场合一般会采用乳液聚合。如生产分散剂,浸渍剂,胶黏剂等场合。在需要生产固体 聚合物的场合,可以把可以与溶剂互溶,但不能与聚合物互溶的一些溶剂,主要可以使 聚合物沉淀后析出,分离、干燥后就是固体聚合物。
1。3。3 悬浮聚合
悬浮聚合法,引发剂溶于单体后加在水中发生的聚合反应,单体在水中以小水珠状 存在。整体来看单体是分散相,水是连续相。其与本体聚合反应机理相同,可以看出是 在小水珠内发生的本体聚合,反应在每个小水珠进行。
单体、水、分散剂、引发剂四个部分组成了悬浮聚合体系。单体不溶于水,会在强 力搅拌作用下形成小液滴,不过它不够稳定,分散的单体液滴随着反应的进行,又有可 能会凝结成为块。必须在体系中加入分散剂,以免其粘结成块。
悬浮聚合反应生成物的颗粒大小一般在 0。05~0。2mm。随搅拌强度和分散剂的性质 其形状、大小也在改变。
因为以水为介质,悬浮聚合体系粘度低,导热性佳,方便改变温度,可以很好的降 低对环境的影响。生成产物的相对分子质量及其分布比较稳定。其产物是小颗粒,只需经离心、干燥等后处理步骤即可,因此耗费较低。但是也存在一些缺点,比如,会有自 动加速效应,不易控制其聚合速度;另外,产品纯度因为分散剂不能彻底去除会受到影 响。