Сопоставление процессов производства ударопрочного полимера

06.06.2015

Выбор способа производства ударопрочного полимера определяется многими техническими и экономическими факторами. Для производства ударопрочных термореактивных смол, по-видимому, наиболее приемлема блочная полимеризация. С другой стороны, АБС-пластики получают методами блочной и эмульсионной полимеризации, а также методом смешения. Поэтому можно провести сравнение свойств материалов, полученных разными способами.
Структуры полимеров, полученных этими тремя способами, представлены на рис. 4.15. Наиболее явные различия между материалами — в форме и структуре частиц эластомера. В процессах блочной и эмульсионной полимеризации обычно образуются сферические частицы, в то время как в процессе смешения образуются частицы неправильной формы. Однако существуют исключения из общего правила: как уже отмечалось ранее, сдвиговые напряжения при перемешивании на заключительной стадии блочной полимеризации приводят к образованию несферических частиц, в то время как при смешении ЭПК с полипропиленом образуются сферические частицы.
В типичных УПС или АБС-пластиках, полученных методом блочной полимеризации, частицы эластомера содержат 80—90 % твердых инклюзий. Такая структура характерна для материалов, прошедших через стадию инверсии фаз и не обнаруживается в той же степени в ударопрочных эпоксидных смолах. Наличие микровключений означает, что эффективное содержание эластомера намного выше, чем концентрация введенного каучука. Однако нельзя сказать, что влияние композиционной сферической частицы на стойкость полимера к разрушению эквивалентно влиянию гомогенной частицы каучука. Эта проблема рассматривается в последующих главах. В типичном АБС-пластике, полученном методом эмульсионной полимеризации, частицы каучука содержат, вероятно, около 50 % (об.) твердых инклюзий. В отличие от блочного АБС-пластика, диаметр инклюзий в эмульсионном полимере обычно меньше 100 нм, а состав частицы эластомера может меняться в широких пределах. Структура частицы определяется выбором инициатора, степенью сшивания и другими факторами, обсуждавшимися ранее.
Сопоставление процессов производства ударопрочного полимера

Содержание эластомера в блочном ударопрочном полистироле ограничивается примерно 14 %, т. е. требованием возможности прохождения инверсии фаз в форполимере; это ограничение в значительной степени компенсируется происходящим наполнением частиц эластомера полистирольными инклюзиями. Удаление мономера после инверсии фаз позволяет повысить содержание эластомера. В эмульсионном и компаундированном материалах содержание эластомера не ограничивается.
Основное преимущество блочного и эмульсионного процессов заключается в возможности контролировать реакции прививки и сшивания. В материалах, полученных смешением латексов или механическим смешением, прививка отсутствует, а процессы сшивания плохо управляемы. В результате такие полимеры, по сравнению с материалами, полученными другими способами, имеют более низкие механические свойства.
В процессе блочной полимеризации размер частиц эластомера можно варьировать в широких пределах. Регулируя условия перемешивания, прививки и другие факторы, можно получать частицы с диаметром от 0,3 до 30 мкм; с другой стороны, влияние на распределение частиц по размеру затруднено. В эмульсионной полимеризации вследствие низкой стабильности латекса, содержащего крупные частицы, максимальный размер частиц не превышает 1 мкм. В связи с этим эмульсионная полимеризация неудобна для производства УПС, поскольку для последнего максимальная ударная вязкость обеспечивается при размере частиц более 2 мкм. Критический размер частиц в эмульсионных АБС-пластиках и в ПВХ меньше 2 мкм. По сравнению с блочным процессом эмульсионная полимеризация предоставляет более широкие возможности для влияния на распределение частиц по размеру.
Как указывалось ранее, эмульсионный процесс дает возможность регулировать соотношение мономеров, так что производители АБС-пластиков не связаны атропным соотношением стирола и акрилонитрила. Другие процессы не обладают такими возможностями, хотя трубчатые реакторы позволяют получать неатропные композиции методом блочной полимеризации.
Одним из недостатков эмульсионного процесса является применение железа и других переходных металлов в качестве компонентов редокс-систем. Если примеси не удалить промывкой, то они вызывают деструкцию полимера в процессе сушки и переработки. Блочные полимеры содержат наименьшее количество примесей, а суспензионные полимеры занимают промежуточное положение.
Экономические факторы играют главную роль при выборе способа производства ударопрочных пластиков. Непрерывная блочная полимеризация является наиболее дешевым процессом, за ним по стоимости следует блочно-суспензионная полимеризация. Эмульсионный процесс сравнительно дорог, поскольку включает операции промывки и сушки.