Суспензионная полимеризация

определение ИЮПАК

Полимеризация, при которой полимер образуется в виде мономера или капель мономера-растворителя
в непрерывной фазе , которая является нерастворителем как для мономера, так и для образовавшегося полимера.
Примечание 1. При суспензионной полимеризации инициатор находится преимущественно в мономерной фазе.
Примечание 2 : Капли мономера или мономера-растворителя при суспензионной полимеризации
обычно имеют диаметр, превышающий 10 мкм. ^[1]

В химии полимеров суспензионная полимеризация представляет собой гетерогенный процесс радикальной полимеризации , в котором используется механическое перемешивание для смешивания мономера или смеси мономеров в жидкой фазе , такой как вода, в то время как мономеры полимеризуются , образуя сферы полимера. ^[2] Капли мономера (размером порядка 10-1000 мкм) суспендированы в жидкой фазе . Отдельные капли мономера можно рассматривать как подвергающиеся объемной полимеризации . Жидкая фаза вне этих капель помогает лучше проводить тепло и, таким образом, смягчает повышение температуры.

При выборе жидкой фазы для суспензионной полимеризации обычно предпочтительны низкая вязкость , высокая теплопроводность и низкотемпературное изменение вязкости. Основное преимущество суспензионной полимеризации перед другими типами полимеризации состоит в том, что более высокая степень полимеризации может быть достигнута без выкипания мономера. Во время этого процесса часто существует вероятность того, что капли мономера прилипнут друг к другу и вызовут образование пенки в растворе. Чтобы этого не произошло, смесь тщательно перемешивают или часто добавляют защитный коллоид . Одним из наиболее распространенных суспендирующих средств является поливиниловый спирт (ПВА). ^[3] Обычно конверсия мономера завершается, в отличие от полимеризации в массе , и инициатор, используемый при этом, растворим в мономере.

Этот процесс используется в производстве многих коммерческих смол, в том числе поливинилхлорида (ПВХ), широко используемого пластика, стирольных смол, включая полистирол , пенополистирол и ударопрочный полистирол , а также поли(стирол-акрилонитрил) и полистирола. (метилметакрилат) . ^[4]

Свойства частиц

Суспензионную полимеризацию разделяют на два основных типа в зависимости от морфологии образующихся частиц. При шариковой полимеризации полимер растворим в своем мономере, в результате чего получаются гладкие полупрозрачные шарики. При порошковой полимеризации полимер не растворяется в своем мономере, и полученные шарики будут пористыми и неровными. ^[5] Морфологию полимера можно изменить, добавив мономерный разбавитель , инертную жидкость, нерастворимую в жидкой матрице. Разбавитель изменяет растворимость полимера в мономере и дает определенный контроль над пористостью полученного полимера. ^[6]

Получаемые в результате полимерные шарики могут иметь размер от 100 нм до 5 мм. Размер контролируется скоростью перемешивания, объемной долей мономера, концентрацией и идентичностью используемых стабилизаторов, а также вязкостью различных компонентов. Следующее уравнение, полученное эмпирическим путем, суммирует некоторые из этих взаимодействий:

{\bar {d}}=k{D_{v}\cdot R\cdot \nu _{m} \cdot \epsilon \over D_ {s} \cdot N\cdot \nu _{l}\ cdot C_{s}}

d — средний размер частиц, k включает параметры, связанные с конструкцией реакционного сосуда, D _v — диаметр реакционного сосуда, D _s — диаметр мешалки, R — объемное соотношение мономера к жидкой матрице, N — скорость перемешивания, ν _m и ν _l — вязкость мономерной фазы и жидкой матрицы соответственно, ε — межфазное натяжение двух фаз, а C _s — концентрация стабилизатора. Наиболее распространенным способом контроля размера частиц является изменение скорости перемешивания. ^[6]

Смотрите также

Рекомендации

^ Сломковский, Станислав; Алеман, Хосе В.; Гилберт, Роберт Г.; Хесс, Майкл; Хорие, Казуюки; Джонс, Ричард Г.; Кубиса, Пшемыслав; Мейзель, Ингрид; Морманн, Вернер; Пенчек, Станислав; Степто, Роберт FT (2011). «Терминология полимеров и процессов полимеризации в дисперсных системах (Рекомендации ИЮПАК 2011 г.)» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 83 (12): 2229–2259. doi : 10.1351/PAC-REC-10-06-03. S2CID 96812603.
^ Дженсен, AT; Нето, штат Вашингтон; Феррейра, Греция; Гленн, А.Ф.; Гамбетта, Р.; Гонсалвес, СБ; Валадарес, LF; Мачадо, Ф. (01.01.2017), Висах, премьер-министр; Маркович, Гордана; Пасквини, Дэниел (ред.), «8 - Синтез полимерных/неорганических гибридов посредством гетерофазной полимеризации», Последние разработки в области полимерных макро-, микро- и нано-смесей , Woodhead Publishing, стр. 207–235, doi : 10.1016/b978-0- 08-100408-1.00008-х, ISBN 978-0-08-100408-1, получено 9 октября 2022 г.
^ Родригес, Кристофер (2014). Принципы полимерных систем . ЦРК Пресс. ISBN 978-1-4822-2379-8.
^ Вивальдо-Лима Э., Вуд П. и Хамиелек А. (1997). «Обновленный обзор суспензионной полимеризации». Индийский англ. хим. Рез . 36 (4): 939–965. дои : 10.1021/ie960361g.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Костас Котулас и Костас Кипариссидес (2006). «Обобщенная модель баланса населения для прогнозирования распределения частиц по размерам в реакторах суспензионной полимеризации». Химико-техническая наука . 61 (2): 332–346. doi :10.1016/j.ces.2005.07.013.
^ аб Р. Аршади (1992). «Суспензионная, эмульсионная и дисперсионная полимеризация: методологический обзор». Коллоидный полим. Наука . 270 (8): 717–732. дои : 10.1007/BF00776142. S2CID 96934301.