Способ получения вспенивающегося полистирола

 

Изобретение относится к нефтехимии, а именно к технологии производства полимерных материалов, и может быть использовано при производстве вспененного полистирола, используемого для изготовления теплоизоляционных плит, упаковки. Способ преставляет собой суспензионную полимеризацию стирола в водной среде в присутствии инициатора полимеризации, антипирена, синергиста антипирена, регулятора роста цепи, всепивающего агента и стабилизатора - поливинилового спирта, водный раствор которого дополнительно содержит хлористый кальций. Технической задачей является упрощение процесса сушки гранул полистирола и снижение удельных энергозатрат на получение гранул.

Изобретение относится к нефтехимии, а именно технологии производства полимерных материалов, и может быть использовано при производстве вспененного полистирола (пенопласта), используемого для изготовления теплоизоляционных плит, упаковки и т.п.

Известен способ получения вспенивающегося полистирола путем многостадийной блочно-суспензионной полимеризации, состоящей из подготовки сырья, форполимеризации стирола в массе, суспендирования форполимера в водном растворе стабилизатора - тонкой суспензии трикальцийфосфата, окончательной полимеризации с введением вспенивателя - изопентана, отжима гранул на центрифуге, сушки гранул в потоке горячего воздуха, рассева и упаковки готового продукта [Энциклопедия полимеров, т. III, Москва, 1977, с. 567-571].

Недостатком данного способа является применение в качестве стабилизатора солей фосфорной кислоты, являющихся биогенными, что создает проблемы при очистке сточных вод данного производства и необходимость тонкого суспендирования стабилизатора вследствие его ограниченной растворимости в воде.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения вспенивающегося полистирола путем многостадийной блочно-суспензионной полимеризации, состоящей из подготовки сырья, форполимеризации стирола в массе, суспендирования форполимера в водном растворе стабилизатора - поливинилового спирта, окончательной полимеризации с введением вспенивателя - изопентана, отжима гранул на центрифуге, сушке гранул в потоке горячего воздуха. рассева и упаковке готового продукта. [Технология пластических масс. Под ред. В.В. Коршака. - М.: Химия, 1976, с. 97].

Недостатком прототипа является изменение механизма образования гранул полимера - пленочный (незарядный), что приводит, во-первых, к полидисперсности продукта по гранулометрическому составу, во-вторых, к накоплению статического электричества, а также к усложнению и удорожанию процесса сушки бисера за счет использования нагретого до 70^oС воздуха, что сопряжено с повышенными затратами энергии.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение процесса сушки гранул полистирола и снижение удельных энергозатрат на получение гранул.

Поставленную задачу решают тем, что в предлагаемом способе получения вспенивающегося полистирола путем многостадийной блочно-суспензионной полимеризации, состоящей из подготовки сырья, форполимеризации стирола в массе, суспендирования форполимера в водном растворе стабилизатора - поливинилового спирта, (ПВС 18/11 ГОСТ 10779-78) окончательной полимеризации с введением вспенивателя - изопентана, отжима гранул на центрифуге, сушки гранул в потоке воздуха, рассева и упаковки готового продукта, в водный раствор стабилизатора - поливинилового спирта - дополнительно вводят хлористый кальций в количестве 1,3-1,4% к массе водной фазы реакционной смеси. Введение данного реагента изменяет реологическое состояние поливинилового спирта, и за счет химического взаимодействия гидроксильных групп поливинилового спирта и катиона вводимой соли приводит к разрыву водородных связей между полимером и водой, а также за счет высаливающего эффекта хлористого кальция в отношении растворенных полимеров позволяет резко изменить условия сушки гранул полистирола и отказаться от нагрева гранул горячим (~70^oС) воздухом, осуществляя сушку гранул потоком воздуха при 20^oС.

Предлагаемый способ апробирован в промышленных условиях и иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В реактор емкостью 11 м³ загружают обессоленную воду в количестве 2500 дм³, стирол в количестве 5000 дм³, включают мешалку (40 об/мин) и загружают инициатор полимеризации - перекись бензоила - в количестве 11,4 кг в пересчете на безводный инициатор, гексабромциклододекан (35 кг - в два приема по 17,5 кг во избежание образования комков) - синергист антипирена, инициатор - перекись дикумила [диизопропилбензолпероксид] (9,0 кг) и 0,5 дм³ димера α-метил-стирола - регулятора роста цепи. Массу гомогенизируют с помощью мешалки в течение 20-30 минут, после чего скорость вращения мешалки уменьшают до 30 об/мин, производят продувку азотом, и при остаточном давлении 0,5 ати реакционную массу нагревают до 84-86^oС в течение 1-1,5 часа. Через 1,5-2 часа после выхода температуры на заданную и в последующем через каждые 20 минут определяют вязкость полимера и конверсию мономера до достижения степени конверсии ~ 37-42% (в сумме 2-2,5 часа). После достижения заданной степени конверсии форполимеризацию стирола завершают, снижают обороты мешалки до 26 об/мин, загружают 0,5 дм³ димера α-метилстирола и дозируют 2500 дм³ раствора стабилизатора - поливинилового спирта (ПВС) концентрацией 0,36-0,4 мас. % ПВС и раствор хлористого кальция в растворе ПВС концентрацией 1,3-1,4% СаСl₂ к массе водной фазы реакционной среды и производят диспергирование массы. (При этом обороты мешалки варьируют для обеспечения необходимого грансостава бисера в пределах 0,9-2,3 мм с визуальным контролем качества разбивки). После загрузки раствора ПВС при стабильной разбивке добавляют для выравнивания показателя рН (не менее 5,5) до 0,5 кг углекислого кальция. Добавляют инициатор - третбутилпербензоат в количестве 7,8 кг, реактор герметизируют, дают поддув азота до давления 2,5 ати и через 15 минут в течение 0,5 часа вводят вспенивающий агент - изопентан в количестве 570 дм³ при температуре 50±2^oС и реакционную массу нагревают в течение 30-40 минут до 80±2^oС и выдерживают при данной температуре 5 часов для осуществления суспензионной полимеризации. По истечении указанного времени реакционную смесь нагревают до 85^oС в течение 0,5 часа и выдерживают также 0,5 часа, после чего температуру поднимают до 115^oС и выдерживают при этой температуре 4,5 часа. По окончании полимеризации суспензию охлаждают до 40^oС и пульпу через сито перекачивают в буферную емкость, после чего гранулы отжимают на центрифуге и подвергают сушке в потоке воздуха (при объеме до 7000 м³/ч) в аппарате кипящего слоя производительностью до 2 т гранул в час в течение 0,5 часа при температуре подаваемого воздуха 20^oС до влажности гранул 0,6-1,5 мас.%.

Пример 2 (по прототипу). Выполняют все операции так же, как в примере 1, с тем отличием, что на стадии начала суспензионной полимеризации при загрузке водной фазы в реактор подают раствор только поливинилового спирта (ПВС) - 2500 дм³ концентрацией 0,36-0,4% ПВС (без хлористого кальция) и производят диспергирование массы. По окончании процесса суспензию охлаждают до 40^oС и пульпу через сито перекачивают в буферную емкость, после чего гранулы отжимают на центрифуге и подвергают сушке в потоке воздуха (при том же объеме до 7000 м³/ч) в аппарате кипящего слоя в течение 0,5 часа при температуре подаваемого воздуха 65-70^oС. Температура подаваемого воздуха задается из расчета, что в кипящем слое гранул средняя температура должна быть не выше 40^oС. Сушка осуществляется до влажности гранул 0,6-1,5 мас.%.

Пример 3. Выполняют все операции так же, как в примере 1, с тем отличием, что на стадии начала суспензионной полимеризации при загрузке водной фазы в реактор подают раствор поливинилового спирта (ПВС) - 2500 дм³ концентрацией 0,36-0,4 мас.%. ПВС и расходе хлористого кальция около 0,65-0,7% к массе водной фазы реакционной смеси, после чего производят диспергирование массы. По окончании процесса суспензию охлаждают до 40^oС и пульпу через сито перекачивают в буферную емкость, после чего гранулы отжимают на центрифуге и подвергают сушке в потоке воздуха (при том же объеме до 7000 м³/ч) в аппарате кипящего слоя производительностью до 2 т/ч в течение 0,5 часа при температуре подаваемого воздуха 65-70^oС. В указанных условиях при неизменной производительности сушильного аппарата происходит пересушка гранул, влажность которых достигает 0,2-0,6 мас.%, что затрудняет их выгрузку и дальнейшую переработку на стадии предвспенивания материала. Для получения кондиционных гранул (при влажности 1,5% за 0,5 часа сушки) температуру подаваемого для сушки воздуха необходимо снижать до 50-45^oС. При этом температура в кипящем слое гранул составляет примерно 30^oС.

Пример 4. Выполняют все операции так же, как в примере 1, с тем отличием, что на стадии начала суспензионной полимеризации при загрузке водной фазы в реактор подают раствор поливинилового спирта (ПВС) - 2500 дм³ концентрацией 0,36-0,4% ПВС и расходе хлористого кальция около 1,9-2,0% к массе водной фазы реакционной смеси, после чего производят диспергирование массы. По окончании процесса суспензию охлаждают до 40^oС и пульпу через сито перекачивают в буферную емкость, после чего гранулы отжимают на центрифуге и подвергают сушке в потоке воздуха (при том же объеме до 7000 м³/ч) в аппарате кипящего слоя в течение 0,5 часа при температуре подаваемого воздуха 20^oС. В указанных условиях при неизменной производительности сушильного аппарата происходит пересушка гранул, влажность которых достигает 0,05-0,2 мас. %, что затрудняет их выгрузку и дальнейшую работу с ними. Для получения кондиционных гранул (при влажности 0,8-1,5 мас.%) необходимо сокращать время сушки, что невозможно, поскольку требует использования другого оборудования.

Расчеты показывают, что применение термической сушки гранул при температуре подаваемого воздуха 65-70^oС в описанных условиях приводит к удельным затратам тепла на 1 т продукции в объеме 2900 Гкал. Осушка гранул с использованием воздуха с температурой 20^oС при использовании того же технологического оборудования приводит к снижению удельных затрат тепла до 700 Гкал/т гранул.

Таким образом, применение добавок хлористого кальция в водную фазу раствора стабилизатора - поливинилового спирта - в количестве 1,3-1,4% к массе водной фазы позволяет значительно упростить условия сушки гранул полистирола для получения вспенивающегося полимера, значительно - более чем в 4 раза сократить удельные энергозатраты на выпуск гранул полистирола.

Формула изобретения

Способ получения вспенивающегося полистирола путем суспензионной полимеризации стирола в водной среде в присутствии инициатора полимеризации, антипирена, синергиста антипирена, регулятора роста цепи, вспенивающего агента и стабилизатора - поливинилового спирта, отличающийся тем, что водный раствор стабилизатора дополнительно содержит хлористый кальций в количестве 1,3-1,4% к массе водной фазы реакционной смеси.