"Производство полиакрилатной дисперсии"

Описание технологической схемы производства

Рисунок 5 - Технологическая схема производства полибутилметакрилата.
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 полибутилметакрилата образуется устойчивая дисперсия полимера белого цвета — латекс, из которого острым паром отгоняют свободный полибутилметакрилат, 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 нарушает 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 ПБМА с влажностью до 60 % поступает в сушилку .9, а после сушки с влажностью около 0,5 % — в бункер 10. Затем высушенный ПБМА просеивают на сите и подвергают гранулированию.



Рисунок 6 – Технологический процесс производства ПБМА в эмульсии
Технологический процесс производства ПБМА в эмульсии состоит из следующих стадий:

• 
  приготовление водной фазы (получение раствора инициатора);
  
• 
  приготовление мономерной фазы (очистка БМА от ингибитора);
  
• 
  полимеризация БМА;
  
• 
  расфасовка дисперсии в емкости;
  

В случае получения порошка ПБМА добавляются стадии:

• 
  выделение (коагуляция ПБМА осадителем);
  
• 
  промывка и центрифугирование ПБМА;
  
• 
  сушка полимера;
  
• 
  расфасовка и упаковка готового продукта.
  

Подготовка мономера:
Перед полимеризацией из мономера удаляют ингибитор. Это проводят промывкой 5-7 % раствором щелочи и последующей отмывкой водой от щелочи.
Приготовление раствора инициатора
Для приготовления водных растворов используют диминерализованную воду, так как присутствие солей в воде снижает устойчивость эмульсии, а также соли загрязняют готовый полимер, ухудшая его свойства.
1) Раствор K₂S₂O₈.
В мерник-смеситель (поз. 8) с мешалкой, мерным стеклом и сигнализатором расчетного уровня заливают по уровню расчетное количество пожаро-хозяйственной воды и через люк, при работающей мешалке, загружают расчетное количество персульфата калия.
Технологические параметры получения раствора инициатора:

• 
  Загрузка воды 58,8 ± 1л;
  
• 
  Взятие навески и загрузка K₂S₂O₈ 1,2 ± 0,01 кг;
  
• 
  Перемешивание 20-30 мин.
  

Приготовленное количество раствора достаточно для проведения одной полимеризации БМА в смесителе-полимеризаторе.
2) Раствор Na₂S₂O₅
В мерник-смеситель (поз.9) с мешалкой, мерным стеклом и сигнализатором расчетного уровня заливают по уровню расчетное количество питьевой воды. При включенной мешалке через люк загружают расчетное количество пиросульфата натрия и перемешивают 20-30 минут.
Технологические параметры получения раствора пиросульфита натрия:

• 
  Загрузка воды 43,1 ± 1 л;
  
• 
  Взятие навески и загрузка Na₂S₂O₅ 0,9 ± 0,01 кг;
  
• 
  Перемешивание 20-30 мин.
  

Приготовленное количество раствора достаточно для проведения одной полимеризации БМА в смесителе-полимеризаторе

Полимеризация БМА
В реакторе 6, снабженном пароводяной рубашкой, готовят водную фазу, состоящую из воды нагретой до 50 ºС и эмульгатора олеата натрия. Затем при интенсивном перемешивании в реактор 6 подают мономер (или смесь мономеров при получении сополимера), предварительно очищенный от ингибитора (Примечание: в качестве ингибитора самопроизвольной полимеризации эфиров акриловой и метакриловой кислоты используют гидрохинон). Полимеризацию осуществляют в токе инертного газа (азот), для этого в смеситель полимеризатор при работающей мешалке в течение 30 мин подается азот со скоростью 20 нм³/час для обескислороживания раствора. Затем в реактор загружают предварительно подготовленные 2 % водные растворы персульфат калия и пиролульфита натрия. При загрузке инициаторов и до начала полимеризации продувка азотом продолжается. Через 3-5 мин. после слива растворов инициаторов расход азота уменьшается до 0,5-1,0 нм³/час для поддерживания инертной атмосферы в смесителе-полимеризаторе. Далее процесс проводят при температуре 75–80 ºС в течение 1-2 часов. Полученная дисперсия ПБМА либо подается через разгрузочный люк на фасовку. Либо по окончании синтеза эмульсию полимера при непрерывном перемешивании перекачивают в аппарат 9, снабженный пароводяной рубашкой, где находится 10%-ный раствор хлорида натрия, нагретый до 60–70 °С: при этом происходит разрушение эмульсии сополимера. Затем реакционную смесь, предварительно охлажденную до 30 °С, подают на горизонтальную промывочную центрифугу 10 при помощи шнека 11 выгружают осадок, в которой полимер отжимается от водной фазы и промывается водой. Сушку отжатого и промытого полимера проводят в сушилке «кипящего слоя» 12, после чего готовый полимер собирается в приемный бункер 13, а далее направляется на фасовку.
Высушенный полибутилметакрилат можно гранулировать в экструдере, а затем сортировать на вибросите. Гранулы направляются либо на упаковку или непосредственно на переработку в изделия методом экструзии или литья под давлением в цех переработки.

Рисунок 7 – Основной реактор для эмульсионной полимеризации

Водно-суспензионную полимеризацию бутилметакрилата проводят в эмалированном реакторе-автоклаве из нержавеющей стали емкостью 10 м³ , рассчитанном на давление 0,3 – 0,5 МПа, снабженном лопастной (или другим типом) мешалкой и терморегулирующей рубашкой для обогрева и охлаждения, вращение лопастей происходит с частотой от 100 до 400 об/с. В реактор загружают дистиллированную воду и мономер, предварительно очищенный от ингибитора (соотношение вода/мономер – 3:1), затем вводят стабилизатор суспензии (около 3 % от массы мономера). В качестве стабилизаторов применяют желатин, соли полиакрилатов, полиакриламид, сульфат магния, карбонат барии и другие соединения. После перемешивания в реактор вводят пластификатор – дибутил-, диоктилфталаты, дибутилсебацинат и др. (от 5 до 30% от массы мономера) и если нужно, краситель. Затем добавляют раствор инициатора (0,2–0,5 %) в мономере. В качестве инициатора используют пероксид бензоила. Полимеризацию проводят сначала при 70–75 °С, а затем температура повышается до 80–85 °С за счет теплоты, выделяющейся в результате реакции. Продолжительность процесса около 4 часов.

Если реакцию проводят при атмосферном давлении, то она осуществляется при температуре не превышающей температуру кипения воды 100 °С. В нашем случае температуру поддерживают достаточной для распада инициатора 80–85 °С. При проведении суспензионной полимеризации под давлением реакция может быть осуществлена при более высокой температуре.
В реакционную смесь вводят различные добавки: смазочные вещества (стеариновая кислота или лауриловый спирт), термостабилизаторы (диоктилсульфид), регуляторы молекулярной массы полимера и др. Окончание полимеризации определяют по содержанию мономера в полимере, которое не должно превышать 1 – 2 %. Гранулы полимера поступают на центрифугу или нутч-фильтр, где их отделяют от жидкой фазы и промывают водой или разбавленным раствором серной кислоты (которую затем отмывают водой) для удаления остатков стабилизатора суспензии.
Далее полимер сушат в гребковой вакуум-сушилке или в сушилке с встречным потоком воздуха при температуре около 100 °С. Сухие гранулы полимера направляют на упаковку или дальнейшую переработку. Полученные гранулы перерабатывают в изделия литьем под давлением (при 190–280 °С) и экструзией. Полимер с частицами размером не более 0,2 мм можно перерабатывать в изделия методом прессования при 140–180 °С и давлении 9,8– 14,7 МПа.

2.