ИТС 32-2017 Производство полимеров, в том числе биоразлагаемых

     1.2 Производство полимеров

Основными производителями полимеров в России являются: ПАО "СИБУР Холдинг", ПАО "Нижнекамскнефтехим", ПАО "Казаньоргсинтез" ПАО "ЛУКОЙЛ", ПАО "НК "Роснефть"", ОАО "Синтез-Каучук" (г.Стерлитамак), АО "Галополимер" и др. При этом многие основные технологические процессы или стадии процессов синтеза эластомеров и пластиков совпадают или очень близки.

В крупномасштабных производствах преимущественно используется непрерывная технология получения полимеров. Лишь для отдельных типов и марок эластомеров, где требуется иметь узкое молекулярно-массовое распределение (ММР), применяют периодический или полупериодический способ. Технология процесса полимеризации в установках периодического действия проще, чем непрерывного. Однако зачастую производительность таких установок ниже, чем непрерывно работающих производств.

Практически для любой технологии и независимо от характера процесса можно условно выделить несколько основных стадий:

1) прием и хранение мономеров, растворителя и другого сырья;

2) подготовка (осушка, очистка и т.п.) мономеров и растворителя;

3) получение и подготовка компонентов каталитической системы;

4) полимеризация, стопперирование и усреднение;

5) выделение: дегазация, сушка, упаковка и отгрузка продукта в соответствующих выпускных формах.

Для всех технологий основные различия характерны для стадий 3-5. При этом стадия 2 часто совмещает очистку свежих и переработку возвратных растворителя и мономера.

Свойства полимера определяются в основном выбором технологии полимеризации и характеристиками используемого оборудования.

Способы проведения полимеризации

Выбор способа полимеризации определяется конкретными требованиями, предъявляемыми к продукту полимеризации или сополимеризации, природой используемых мономеров, инициатора и целью производства.

В зависимости от фазового состояния среды, в которой протекает реакция полимеризации, различают несколько видов процесса: в среде мономера (в массе или блоке и газофазная), эмульсионная, растворная и суспензионная полимеризация. Полимеры, полученные разными способами полимеризации, отличаются структурой и свойствами.

Полимеризация в массе (блочная полимеризация) - мономер - жидкость, инициатор и агент передачи цепи растворяются в мономере. Если реакцию ведут до практически полного превращения мономера, то получают монолит (блок), имеющий форму сосуда, в которой был залит исходный мономер. При блочной полимеризации можно использовать как инициаторы радикальной, так и катализаторы ионной полимеризации, растворимые в мономере.

Полимеризация в массе наиболее проста по участию наименьшего числа добавок, которые в дальнейшем могут приводить к образованию примесей или дополнительным затратам (в случае, например, растворного процесса). Полимеризация осуществляется при высокой температуре, вследствие чего затруднен теплообмен, возрастает возможность протекания побочных неуправляемых реакций, в том числе термодеструкция полученного эластомера. Если полимер растворим в собственном мономере, то реакционная масса становится очень высоковязкой и могут возникать сопутствующие эффекты типа автоускорения (гель-эффект, управляемый разогрев и др.).

Достоинства:

- простота реализации процесса;

- чистота получаемого продукта, не требующего дальнейшей переработки, отделения и очистки (хотя может возникнуть проблема удаления готового полимера из аппарата синтеза).

Недостатки:

- вязкость реакционной системы увеличивается, что постепенно затрудняет ее перемешивание и в конечном итоге приводит к получению продукта с очень широким молекулярно-массовым распределением;

- автоускорение или гель-эффект.

Применение: используют при получении каучука СКБ, радикальной полимеризации стирола (получение ПС), также полимеризуют винилхлорид для получения поливинилхлоридных смол (которые можно смешивать на стадии коагуляции с латексами каучуков СКН), АБС-пластиков.

Полимеризация в растворе - мономер, инициатор и агент передачи цепи растворяют в инертном растворителе.

Полимеризация в растворе проводится в жидкой фазе, в которой должны растворяться мономер, катализатор и полимер (гомогенный процесс). Если катализатор нерастворим, имеет место гетерогенный процесс. Механизм полимеризации может быть в отдельных случаях идентичен механизму полимеризации в массе, если растворитель полностью инертен. В противном случае он может участвовать в процессе передачи цепи, изменять полярность и др. В качестве растворителя применяют углеводородные соединения ароматического ряда - толуол, бензол и др., алифатического - гексан, изопентан, циклогексан, циклопентан и др. и (или) их смеси разного состава (например, с нефтяным растворителем-нефрасом). Возможно также использование углеводородных растворителей в сочетании с полярными углеводородами (например, хлоралкилами).

Достоинства процесса:

- позволяет гибко управлять (менять и по ходу непрерывного процесса) свойствами получаемых каучуков в широких пределах; облегчает контроль роста вязкости;

- обеспечивает возможность организации лучшего съема, выделяемого при полимеризации тепла.

Недостатки:

- существует определенная вероятность передачи цепи на растворитель, что затрудняет получение очень высокомолекулярных продуктов;