Эмульсионная Полимеризация

способ проведения полимеризации мономера в дисперсионной среде (обычно в воде), приводящий к образованию полимерной суспензии со средними размерами частиц 50-150 нм. Обычно Э. П. Протекает по радикальному механизму. Полимеризацию инициируют водо- или маслорастворимые инициаторы (напр., K2S2O8, Н 2 О 2, орг. Пероксиды), а также окислит.-восстановит. Системы. Для стабилизации эмульсий мономеров и полимерных суспензий используют эмульгаторы. Анионактивные (алкилсульфонат Na, соли жирных к-т и. Др.) и неионогенные ПАВ (оксиэтилир. К-ты, полипропиленгликоли и др.), а также ПАВ смешанного типа (сульфир. Оксиэтилир. Нонилфенолы). Эмульсии мономеров получают путем мех. Перемешивания мономера и водной фазы. Эмульгатор раств. В воде или мономере либо его получают на границе раздела фаз.

Дисперсный состав эмульсии мономера зависит от способа ее получения, природы эмульгатора и мономера. Эмульсии мономера могут состоять из капель с диаметрами от 50 до 5000 нм и мицелл эмульгатора. Микрокапли мономера с диаметрами 50-300 нм образуются при квазиспонтанном микроэмульгировании мономера на границе раздела фаз. Соотношение между числом микрокапель мономера и мицелл эмульгатора зависит от способа приготовления эмульсии. Э. П. Состоит из двух основных стадий - образование полимерно-мономерных частиц (ПМЧ) и полимеризация мономеров в ПМЧ. Образование ПМЧ может происходить из мицелл эмульгатора, микрокапель мономера, а также по механизму гомогенной нуклеации (из агрегатов макромолекул или макрорадикалов, достигших определенной степени полимеризации).

Возможность одновременного формирования ПМЧ по разным механизмам приводит к получению полимерных суспензий с широким распределением частиц по размерам. Осн. Факторами, определяющими скорость Э. П. И мол.-массовые характеристики образовавшегося полимера, является число ПМЧ и их распределение по размерам. Меняя условия получения эмульсионной системы, а следовательно и ее состав, можно регулировать механизм образования ПМЧ и получать полимерные суспензии с заданным диаметром частиц и распределением их по размерам. В тех случаях, когда удается обеспечить формирование ПМЧ преимущественно из микрокапель мономера, распределение частиц по размерам в полимерной суспензии становится узким. Э. П. Протекает в большом кол-ве ПМЧ (1014-1015 в 1 мл) и каждая частица содержит не более одного своб.

Радикала. Для описания кинетич. Закономерностей Э. П. Широкое распространение получила теория Смита-Эварта, в основу к-рой положены представления о том, что ПМЧ образуются только из мицелл эмульгатора, а полимеризация протекает в их объеме. Вследствие сложного характера гетерогенного процесса эта количеств. Теория Э. П. Постоянно уточняется и совершенствуется. В пром-сти Э. П. Проводят по периодич. Или непрерывной' схеме. Продукт Э. П.- латекс или выделенный из него полимер. Достоинства Э. П. Легкость отвода теплоты, простота технол. Оформления, возможность получения высокомол. Полимеров (при больших скоростях процесса) и высококонцентрир. Латексов. Использование воды как дисперсионной среды уменьшает пожароопасность процесса. Недостатки.

Необходимость отмывания полимера от эмульгатора, наличие дополнит. Стадии выделения полимера из латекса. Подобно Э. П. Осуществляется суспензионная полимеризация (СП) - способ проведения радикальной полимеризации мономеров в дисперсионной среде, приводящий к образованию полимерной суспензии со средними размерами частиц 150 нм - сотни мкм. ПМЧ в этом случае образуются непосредственно из капель мономера, диспергированного обычно в воде и стабилизированного водорастворимыми орг. Полимерами (желатином, поливиниловым спиртом, крахмалом, метоксипропилцеллюлозой, сополимерами стирола с малеиновым ангидридом) или неорг. Соед. (соли и оксиды металлов и др.), к-рые, как правило, характеризуются меньшей поверхностной активностью, чем эмульгаторы, применяемые при Э.

П., и их концентрация примерно на порядок ниже. Размеры частиц образующейся полимерной суспензии (гранулы) определяются размерами капель мономера в исходной эмульсии, к-рые, в свою очередь, зависят от условий перемешивания, значения межфазного натяжения, определяемого природой стабилизатора и мономера, и эффективностью инициирования. СП состоит из двух основных стадий - образование ПМЧ и полимеризация мономера в их объеме. Инициируют СП орг. Пероксиды, растворенные в мономере, или K2S2O8, растворенный в воде. Низкая концентрация стабилизатора и его невысокая поверхностная активность - причина невысокой устойчивости ПМЧ, их коалесценции на начальной стадии полимеризации, образования полимерной суспензии с широким распределением частиц по размерам и иногда с частицами несферич.

Формы. Коалесценция ПМЧ на начальной стадии процесса обусловливает отличие в распределении по размерам частиц конечной суспензии и капель мономера в исходной эмульсии. Повышение концентрации стабилизатора увеличивает устойчивость ПМЧ, но приводит к протеканию СП в ПМЧ, образованных в водной фазе из клубков молекул стабилизатора, что расширяет распределение частиц суспензии по размерам и ухудшает св-ва полимера. Полимерные суспензии с узким распределением частиц по размерам и разл. Их диаметром получают путем проведения СП в присут. Полимерных ПАВ или ПАВ, нерастворимых в водной фазе. В качестве ПАВ применяют карбокситриметилсилоксиполидиметилсилоксаны, олигогликольмалеинатбензоаты, поливинилпирролидон, поли-N-виниламиды и др.

Эти стабилизаторы образуют на пов-сти ПМЧ прочный адсорбционный слой благодаря формированию структурно-мех. Барьера, препятствующего их коалесценции. Полимерные суспензии спец. Назначения (монодисперсные, пористые, окрашенные и др.) с размерами частиц более 10 мкм получают двухстадийной СП в присут. Добавок (олигомеров разл. Природы, нерастворимых в воде орг. Соединений). Недостаток СП - необходимость отмывания полимера от стабилизатора. Методами Э. П. И СП получают нестереорегулярные полидиеновые и диен-стирольные каучуки и др. Полимеры, напр. Полиметилметакрилат, полистирол, поливинилхлорид, поливинилацетат. Лит. Эмульсионная полимеризация и ее применение в промышленности, М., 1976. Нansen F. К., Ugelstad J., в кн. Emulsion polymerisation, N.

Y.-[a. О.], 1982, p. 51-92. И. А. Грицкова.