Производство полиметилметакрилата суспензионным методом

Процесс производства полиметилметакрилата суспензионным методом состоит из следующих стадий: подготовка эмульгатора МКМ; получение полимера метилметакрилата; выделение бисера из суспензии; сушка полимера и очистка маточника и промывных вод.

В качестве эмульгатора чаще всего применяют сополимер метилметакрилата с метакриловой кислотой и ее натриевой солью -сополимер МКМ;

В качестве инициатора при получении эмульгатора MKM применяют перекись бензоила или перекись лаурила, в качестве диспергатора - крахмал.

Водно-суспензионная полимеризация метилметакрилата или сополимеризация его с бутилакрилатом как пластифицирующим веществом проводится в эмалированных реакторах автоклавного типа вместимостью 3,5-6,5 м³ с мешалкой и рубашкой для подогрева и охлаждения. Частота вращения мешалки регулируется универсальным регулятором скорости (УРС). Для предотвращения подъема давления выше допустимого реактор оборудуют разрывными мембранами и воздушками аварийного сброса давления. Полимеризацию ведут при соотношении мономеров и воды 1 : 3. Для пластифицированных марок полиметилметакрилата вводят бутилакрилат 4-7% от массы мономеров.

В качестве инициатора полимеризации метилметакрилата в большинстве случаев применяют перекись лаурила. Смесь меркаптанов (лаурилмеркаптан, бутилмеркаптан и др.) используют как регуляторы полимеризации.

Смешение компонентов, кроме эмульгатора и воды, проводится в смесителе, после чего реакционная смесь продавливается азотом через тканевый фильтр в реактор, куда вводится эмульгатор и вода. Температуру смеси в реакторе поднимают до 72-78ºС и выдерживают ее при работающей мешалке до начала подъема температуры за счет экзотермической реакции полимеризации. Полимеризация протекает при температуре 93-116º С и давлении до 1,5-3 кгс/см². После окончания реакции в течение 1-1,5 ч поддерживается температура 85º С, после чего массу охлаждают до 50º С.

Выделение бисера из суспензии может проводиться двумя способами: в системе гидроциклонов с последующим обезвоживанием на центрифуге или на вакуум-фильтрах.

Гидроциклон - аппарат для отделения твердых взвешенных частиц от жидкой фазы. Корпус его состоит из нижней, конической, и верхней, цилиндрической, частей. Суспензия поступает под давлением 1,3-3 кгс/см² через боковой патрубок в низ цилиндрической части по касательной к оси гидроциклона и начинает вращаться. При вращении потока с большой угловой скоростью крупные частицы полимера под действием центробежных сил отбрасываются к стенкам гидроциклона. Возле стенок конической части они движутся по спиральной траектории вниз и в виде сгущенной суспензии удаляются через нижнюю насадку. Мелкие частицы полимера в виде взвеси в большей части жидкости поднимаются во внутреннем спиральном потоке и, пройдя через центральный патрубок, удаляются из гидроциклона. Поэтому гидроциклоны устанавливают последовательно.

При выделении бисера полимера из суспензии в системе гидроциклонов водная суспензия проходит коркоотделитель, откуда подается в гидроциклон. Сгущенная суспензия с концентрацией полимера 40-70% выходит из насадки гидроциклона через промывную воронку и стекает в сборник-разбавитель. В промывную воронку непрерывно поступает конденсат в соотношении с суспензией 1:1. Разбавленная суспензия насосом подается в гидроциклон.

Маточный раствор из гидроциклонов первой и второй ступени идет в ловушку, из которой поступает в гидроциклон. Отделившийся полимер возвращается в гидроциклон. Промывные воды подаются на коагуляцию в коагулятор. После гидроциклона второй ступени суспензия с концентрацией 30-35% подается на отстойную центрифугу 8. Бисер, отжатый до 12%-ной влажности, подается на сушку.

Сушат полиметилметакрилат в вакуум-гребковых сушилках периодического действия или на установках типа циклон-кипящий слой (ЦКС). Сушка в первом случае проводится при 85-95º С и вакууме 450-600 мм рт. ст. Во втором случае температура в кипящем слое поддерживается в пределах 70-100º С. Остаточная влажность полимера должна быть не более 0,4%.

Высушенный бисер полиметилметакрилата гранулируется в экструдере и сортируется на вибросите. При необходимости в гранулятор даются красители и другие добавки. Гранулы направляются па переработку в изделия методом литья под давлением или экструзией. Маточники промывные воды после третьей ступени гидроциклона направляются в коагулятор, представляющий собой вертикальный стальной аппарат с мешалкой и рубашкой. Маточник подогревают до 92-98º С. В коагулятор подается серная кислота (рН среды поддерживают 1,8-2,3), в течение 4-6 мин идет перемешивание. Мелкодисперсные частицы коагулируют с образованием более крупных зерен. После выделения крупных зерен суспензию охлаждают до 40º С и направляют на фильтрпресс. Полимер накапливается на поверхности ткани, подсушивается продувкой воздухом, после чего снимается с ткани ножами и направляется в специальный контейнер для вывозки в отвал или на сжигание. Фильтрат направляется на ионообменную очистку в аппараты для получения обессоленной воды. Обессоленная вода собирается в сборнике.

Модификации полиметилметакрилата. Полиметилметакрилат имеет недостаточную поверхностную твердость и теплостойкость (но Вика 105-115º С). Для улучшения указанных свойств его модифицируют сополимеризацией метилметакрилата с полифункциональными соединениями, такими, например, как гликолевые эфиры метакриловой кислоты, аллил- и винилметакрилаты, аллилфталат, метакриловый ангидрид. Обычно массовое содержание этих сомономеров 5-10%.

Полиметилметакрилат, получаемый блочным методом, имеет высокую молекулярную массу и не может перерабатываться методами литья иод давлением и экструзией, так как не обладает достаточной текучестью. Для изготовления изделий сложного профиля, в частности светотехнического назначения, выпускают модифицированные марки полиметилметакрилата - дакрил-2М 4Б. Эти марки получают путем сополимеризации метилметакрилата с метил- или бутилакрилатом. Массовое содержание их 2 - 4%. Получаемый лист дробится на специальных установках до крупки, затем гранулируется или перерабатывается в виде крупки в изделия литьем под давлением и экструзией.

Таблица марок

Табл.2

Стандартные марки
Марка	Классификация	Свойства	Функции	Характеристики
IH830	Высоковязкие	Термостойкая	Для литья прозрачных изделий	Марка применяется для литья небольших изделий, например боковых указателей поворота.
IH830A	Высоковязкие	Термостойкая, с антистатиком	Для литья прозрачных изделий	Марка применяется там, где нужны свойства антистатика, применяется для бытовых изделий.
IH830G	Высоковязкие	Термостойкая, стойкая к растрескиванию	Для литья прозрачных изделий	Марка улучшенная по стойкости к растрескиванию, с повышенной стойкостью к спиртам.
IH830P	Высоковязкие	Термостойкая, улучшенная марка для двухцветного литья	Для литья прозрачных изделий	Марка с улучшенной адгезией для двухцветного литья и сварки с другими полимерами.
IH830C	Высоковязкие	Термостойкая, химстойкая	Для литья прозрачных изделий	Марка отличается повышенной химостойкостью к кислотам, щелочам, растворителям.
IH830S	Высоковязкие	Термостойкая, химстойкая	Для литья прозрачных изделий	Стандартная марка с отличными свойствами по термостойкости, химостойкости.
IH830H	Высоковязкие	Термостойкая	Для литья прозрачных изделий	Стандартная марка для литья под давлением. Отличается повышенной термостойкостью.
IH830HR	Высоковязкие	Термостойкая	Для литья прозрачных изделий	Стандартная марка для литья под давлением. Отличается повышенной термостойкостью.
IG840	Средневязкие	Стандартные	Для литья прозрачных изделий	Стандартная марка для литья под давлением. Отличается повышенной текучестью.
IG840F	Средневязкие	Стандартные	Для литья прозрачных изделий	Стандартная марка для литья под давлением. Отличается повышенной текучестью.
IF850	Высокотекучие	Стандартные	Для литья прозрачных изделий	Стандартная марка для литья под давлением. Отличается наивысшей текучестью. Для тонкостенных крупногабаритных изделий.
IF870	Очень высокотекучие	Стандартные	Для литья прозрачных изделий	Стандартная марка для литья под давлением. Отличается наивысшей текучестью. Для тонкостенных крупногабаритных изделий.
EH910	Высоковязкие	Термостойкая	Для экструзии прозрачных изделий	Стандартная термостойкая марка для экструзии. Применяется для профиля, листа, плит.
EG920	Высоковязкие	Стандартные	Для экструзии прозрачных изделий	Стандартная марка для экструзии. Пприменяется для профиля, листа, плит.
Наполненные и усиленные марки
Марка	Классификация	Свойства	Функции	Характеристики
HI835M	Высоковязкие	Темостойкая, среднепрочная	Для литья прозрачных изделий	Модифицированная ударопрочная марка с повышенными показателями по термостойкости, средней прочности.
HI835S	Высоковязкие	Термостойкая, среднепрочная, стандартная	Для литья прозрачных изделий	Модифицированная ударопрочная марка с повышенными показателями по термостойкости, средней прочности.
HI835H	Высоковязкие	Термостойкая, среднепрочная	Для литья прозрачных изделий	Модифицированная ударопрочная марка с повышенными показателями по термостойкости, средней прочности.
HI835HS	Высоковязкие	Термостойкая, среднепрочная, стандартная	Для литья прозрачных изделий	Модифицированная ударопрочная марка с повышенными показателями по термостойкости, средней прочности.
HI845S	Средневязкие	Высокопрочная, стандартная	Для литья прозрачных изделий	Модифицированная ударопрочная марка с повышенными показателями по термостойкости, средней прочности и текучести
HI845HS	Средневязкие	Термостойкая, стандартная, высокопрочная	Для литья прозрачных изделий	Модифицированная ударопрочная марка с повышенными показателями по термостойкости, средней прочности и текучести
HI855M	Высокотекучие	Термостойкая, среднепрочная, высокотекучая	Для литья прозрачных изделий	Модифицированная ударопрочная марка с повышенными показателями по термостойкости, средней прочности и текучести. Для тонкостенных крупногабаритных изделий.
HI855S	Высокотекучие	Стандартная, высокопрочная, высокотекучая	Для литья прозрачных изделий	Модифицированная ударопрочная марка с повышенными показателями по термостойкости, средней прочности и большей текучести. Для тонкостенных крупногабаритных изделий.
HI855H	Высокотекучие	Очень высокопрочная, высокотекучая	Для литья прозрачных изделий	Модифицированная ударопрочная марка с повышенными показателями по термостойкости, средней прочности и большей текучести. Для тонкостенных крупногабаритных изделий.
HI855HS	Высокотекучие	Высокопрочная, стандартная, высокотекучая	Для литья прозрачных изделий	Модифицированная ударопрочная марка с повышенными показателями по термостойкости, высокой прочности и большей текучести. Для тонкостенных крупногабаритных изделий.
HI855HH	Высокотекучие	Очень высокопрочная, высокотекучая	Для литья прозрачных изделий	Модифицированная ударопрочная марка с повышенными показателями по термостойкости высокой прочности и большей текучести. Для тонкостенных крупногабаритных изделий.
HI875HM	Очень высокотекучие	Высокопрочная, средняя	Для литья прозрачных изделий	Модифицированная ударопрочная марка с повышенными показателями по термостойкости, высокой прочности и очень большой текучести. Для тонкостенных крупногабаритных изделий.
HI925H	Средневязкие	Термостойкая, высокопрочная	Для литья прозрачных изделий	Модифицированная ударопрочная марка с повышенными показателями по термостойкости, высокой прочности.