Способ эмульсионной полимеризации

Изобретение относится к области получения полимеров, а именно к способу получения полиамида эмульсионной полимеризацией капролактама. Способ включает получение реакционной массы в виде эмульсии капролактама и инициатора в полиэтилсилоксановой жидкости, ее нагрев, выдержку, охлаждение и отделение образовавшихся гранул полимера. Нагрев реакционной массы осуществляют в два этапа - сначала до 90-100°С в течение 1,5-2 часов с последующей выдержкой в течение 3-4 часов. Затем до 210-215°С в течение 1,5-2 часов, а выдержку реакционной массы при этой температуре перед охлаждением осуществляют в течение 18-22 часов. Способ в соответствии с изобретением позволяет получать полиамид сразу в виде гранул, способный перерабатываться в волокна. 1 табл.

 

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способам получения полимеров эмульсионной полимеризацией.

Уровень техники

Эмульсионной полимеризацией получают различные полимеры - полистирол, полиметилметакрилат, каучуки.

Известен способ получения полиметилметакрилата эмульсионной полимеризацией (Лебедев А.В., Елисеев В.И. и др. Эмульсионная полимеризация и ее применение в промышленности. М., Химия, 1976, 205-214 с.).

Он включает следующие операции: загрузка в реактор компонентов в определенной последовательности - вода, ПАВ, буфер, мономер. Далее в течение 15-30 мин через смесь пропускают инертный газ до полного вытеснения воздуха из нее и реактора. Затем добавляют компоненты редокс-системы - соль двухвалентного железа, персульфат калия, восстановитель. После индукционного периода, который длится 1-30 мин, начинается процесс полимеризации. При этом через 15-45 мин температура достигает максимального значения - 95-97°С и некоторое время не изменяется, а затем медленно уменьшается до первоначального значения. Одностадийный редокс-процесс обычно применяют для приготовления латексов с содержанием сухого вещества 25-30%.

Известен также способ получения каучуков на основе хлоропрена (Лебедев А.В., Елисеев В.И. и др. Эмульсионная полимеризация и ее применение в промышленности. М., Химия, 1976, 225-227 с.).

Перед использованием хлоропрен необходимо тщательно ректифицировать, чтобы обеспечить нужное качество продукта. Исходную эмульсию готовят в специальном аппарате с циркуляционным насосом, а основной эмульгатор получают, вводя канифоль в мономер, а щелочь в воду. Этим обеспечивается достаточная стандартность эмульсии по размеру капель - около 3 мкм. Кроме основного эмульгатора для обеспечения стабильности латекса на последующих стадиях процесса вплоть до выделения каучука в водную фазу вводят ПАВ на основе сильной кислоты - типа даксада или СТЭК (натриевой соли нефтяных сульфокислот).

Если регулирование пластичности полимера осуществляется серой, то после полимеризации и отгонки непрореагировавшего мономера вводят дополнительную операцию - «щелочное созревание» при 20-30°С в течение не менее 8 ч в присутствии деструктурирующего агента, например тетраэтилтиурамидсульфида. Наконец, для выделения полихлоропрена из латекса почти повсеместно применяют коагуляцию методом замораживания на поверхности охлаждающего барабана.

Известен также способ получения полистирола (Лебедев А.В., Елисеев В.И. и др. Эмульсионная полимеризация и ее применение в промышленности. М., Химия, 1976, 187-191 с.), являющийся наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков. Способ включает следующие операции:

- получение реакционной массы в виде эмульсии стирола и инициатора в иммерсионной жидкости. Для этого в реактор загружают воду в качестве иммерсионной жидкости и эмульгатор;

- нагрев реакционной массы до ≈100°С. При этом температурный интервал ограничивается, с одной стороны, температурой распада инициаторов, с другой - температурой деструкции полимера;

- выдержка реакционной массы при этой температуре до достижения заданной степени конверсии;

- охлаждение реакционной массы;

- коагуляция полимера;

- отделение образовавшихся гранул полимера. Для этого массу промывают водой и отжимают на центрифугах или вакуум-фильтрах;

- сушка.

Однако способ имеет следующие недостатки:

- невозможность получить полиамид-6;

- невозможность получить волокнообразующий полиамид-6.

Сущность изобретения.

Изобретательской задачей является поиск способа эмульсионной полимеризации, включающего получение реакционной массы в виде эмульсии мономера и инициатора в иммерсионной жидкости, ее нагрев, охлаждение и отделение образовавшихся гранул полимера, который позволил бы получать полиамид-6, причем волокнообразующий.

Поставленная изобретательская задача решена способом эмульсионной полимеризации, включающим получение реакционной массы в виде эмульсии мономера и инициатора в иммерсионной жидкости, ее нагрев, выдержку, охлаждение и отделение образовавшихся гранул полимера, в котором в качестве мономера используют капролактам, в качестве иммерсионной жидкости используют полиэтилсилоксановую жидкость, нагрев реакционной массы осуществляют в два этапа - сначала до 90-100°С в течение 1,5-2 часа с последующей выдержкой в течение 3-4 часов, затем до 210-215°С, также в течение 1,5-2 часов, а выдержку реакционной массы при этой температуре перед охлаждением осуществляют в течение 18-22 часов.

Изобретение позволяет получить полиамид-6, причем способный перерабатываться в волокна.

К тому же изобретение позволяет получить еще и следующие преимущества:

- получать полиамид-6 непосредственно в виде гранул, т.е. без использования специального оборудования как для литья из расплава жилки полимера, так и для ее рубки на гранулы, что повышает экономичность изобретения по сравнению с применяемым в настоящее время в промышленности способом;

- повышение прочности нитей благодаря обеспечению возможности перерабатывать полимер при пониженной температуре, что обеспечивает меньшую деполимеризацию полиамида-6;

- равномерность физико-механических показателей сформованных нитей, поскольку гранулы имеют равномерную молекулярную массу за счет одинакового времени пребывания всей реакционной массы в аппарате.

Сведения, подтверждающие возможность воспроизведения изобретения.

Для реализации способа используют:

- в качестве мономера - капролактам - ГОСТ 7850-86;

- в качестве иммерсионной жидкости - полиэтилсилоксановую жидкость ГОСТ 13004-77;

- в качестве инициатора - воду дистиллированную

ТТ 46-05-2003.

Способ осуществляют следующим образом. В автоклав, имеющий перемешивающее устройство, загружают реакционную смесь, состоящую из капролактама и воды, взятых в расчетных количествах (2 массовых % воды от массы капролактама), затем добавляют полиэтилсилоксановую жидкость (модуль 1:4) и нагревают до температуры 90-100°С в течение 1,5-2 часов, с последующей выдержкой в течение 3-4 часов, затем реакционную массу нагревают до 210-215°С, также в течение 1,5-2-х часов, включают перемешивание и выдерживают при 210-215°С еще 18-22 часа. Затем реакционную массу оставляют охлаждаться примерно до 60-70°С. Образовавшиеся гранулы полиамида-6 отделяют, например, в центрифуге.

О волокнообразующей способности полученного полиамида-6 судили по степени полимеризации форполимера, рассчитываемой по известной формуле с использованием значения относительной вязкости, определяемой в соответствии с ГОСТ 18249-72.

Свойства полиамида-6, полученного при различных режимах заявленного способа, приведены в таблице.

Свойства полиамида-6, полученного при различных режимах заявленного способа.

Таблица
№ п/п	1-й этап нагрева	2-й этап нагрева	Выдержка перед охлаждением, ч	Степень полимеризации
	Время нагрева, ч	t,°C	выдержка τ, ч	Время нагрева, ч	t,°C
1	1,5	90	3	1,5	210	18	52
2	2	90	4	2	210	22	56
3	1,5	100	3	1,5	210	18	54
4	2	100	4	2	210	22	56
5	1,5	90	3	1,5	215	18	52
6	2	90	4	2	215	22	57
7	1,5	100	3	1,5	215	18	54
8	2	100	4	2	215	22	57

Способ эмульсионной полимеризации, включающий получение реакционной массы в виде эмульсии мономера и инициатора в иммерсионной жидкости, ее нагрев, выдержку, охлаждение и отделение образовавшихся гранул полимера, отличающийся тем, что в качестве мономера используют капролактам, в качестве иммерсионной жидкости используют полиэтилсилоксановую жидкость, нагрев реакционной массы осуществляют в два этапа - сначала до 90-100°С в течении 1,5-2 ч с последующей выдержкой в течение 3-4 ч, затем до 210-215°С также в течение 1,5-2 ч, а выдержку реакционной массы при этой температуре перед охлаждением осуществляют в течение 18-22 ч.