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本体聚合

由引发剂或光、热、辐射作用下其自身进行聚合引发的聚合反应
本体聚合(bulk polymerization;mass polymerization )是单体(或原料低分子物)在不加溶剂以及其它分散剂的条件下,由引发剂或光、热、辐射作用下其自身进行聚合引发的聚合反应。有时也可加少量着色剂、增塑剂、分子量调节剂等。液态、气态、固态单体都可以进行本体聚合。
中文名
本体聚合
外文名
bulk polymerization or mass polymerization
本体聚合条件
液态、气态、固态单体都可以
缺    点
反应热不易排除。
优    点
生产能力大,易于连续化
特    点
产品纯净,后处理简单
工业化品种
甲基丙烯酸甲酯、高压聚乙烯等

定义

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单体(或原料低分子物)在不加溶剂以及其它分散剂的条件下,由引发剂或催化剂、或光、热作用下进行的聚合反应 [1]

聚合方法

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本体聚合分为均相聚合驼提催与非均相聚合两类。生成的聚合物能溶于各自的单体中,为均相归垫定耻聚合,如苯乙烯妹重、甲基丙烯酸甲酯等;生成的聚合物不溶于它们的单体,在聚合过程中不断析出,为非均相聚合,又叫沉淀聚合微探蒸欠兰,如乙烯氯乙烯等。迁仔蒸本体聚合的引发剂多为油溶性引发剂盛婶全,油溶性引发剂芝霉主要有偶氮引发剂和过氧类引发剂,偶氮类引发剂有偶氮二异丁腈偶氮二异庚腈偶氮二异戊腈偶氮二环己基甲腈偶氮二异丁酸二甲酯引发剂等。相对于过氧类引发剂,偶氮引发剂反应更加稳定。

特点

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优点:
产品纯净,可直接进行浇铸成型;生产设备利用率高,操作简单,不需要复杂的分离、提纯操作。投资较少,反应器有效反应容积大,生产能力大,易于连续化,生产成本低.
缺点:
热效应相对较大,自动加速效应造成产品有气泡,变色,严重时则温度失控,引起爆聚,使产品达标难度加大。由于体系粘度随聚合不断增加,混合和传热困难,有时还会出现聚合速率自动加速现象,如果控制不当,将引起爆聚;产物分子量分布宽,未反应的单体难以除尽,制品机械性能变差等。

改进方法

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①为了改进产品性能或成型加工的需要而加入有特定功能的添加剂,像增塑剂,抗氧剂,内润滑剂紫外线吸收剂及颜料等;
②为了调节反应速率,适当降低反映温度而加入一定量的专用引发剂;为了降低体系黏度改善流动性,加入少量内润滑剂或溶剂;
③采用较低的反应温度,较低的引发剂浓度进行聚合,使放热缓和;
④在反应进行到一定转化率而此时反应黏度还不算太高时,就分离出聚合物;
⑤分段聚合,将聚合过程分为几个阶段,控制转化率自动加速效应,使反应热分成几个阶段放出;
⑥改进反应器内的流体输送方法,完善搅拌器和传热系统,以利于聚合设备的传热,研究开发专用特型设备等;
⑦采用气相本体聚合方法,研制出专用高效催化剂,大大减低了操作压力,并且解决了相关的工程设备问题,使得这一技术得到广泛使用;
⑧采用"冷凝法"进料及"超冷凝法"进料,利用液化了的原料在较低温度下进入反应器,直接同反应器内的热物料换热。

工业化品种

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LDPE气相本体 用途:薄膜制品、电缆、被覆料。
PVC沉淀本体 用途:管材板材
GPS熔融本体(热引发) 用途:家用电器里外装饰、电器支架仪表
PMMA本体浇铸 用途:航空透明材料、表盘、标牌。

应用

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用BPO或AIBN引发甲基丙烯酸甲酯本体聚合反应,第一段预聚转化率10%左右的粘稠浆液,浇模升温聚合,高温后处理,脱模成材,制备的聚甲基丙烯酸甲酯光学性能优于无机玻璃,可用作航空玻璃、光导纤维、标盘等。采用Ziegler-Natta催化剂催化丙烯本体聚合,转化率40%出料,投资成本比淤浆法降低40%~50%。用BPO或热引发引发苯乙烯本体聚合,制备的聚苯乙烯电绝缘性好、透明、易染色、易加工。用过氧化乙酰基磺酸引发氯乙烯本体聚合,制备的聚氯乙烯具有悬浮树脂的疏松特性,且无皮膜、较纯净。在微量氧存在下,高压、高温条件下引发乙烯气相本体聚合,制备的聚乙烯具有支链多、密度低和结晶度低的特点。 [2]

本体聚合工艺

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⑴ 非均相本体聚合——聚氯乙稀本体聚合生产
氯乙烯本体聚合一般分为二个阶段:
第一阶段 预聚合;
本体聚合工艺
第二阶段:后聚合。
操作方式:间歇操作。
氯乙烯本体聚合的主要设备
聚合釜配置:1台预聚合+5台后聚合。
预聚釜——立式不锈钢聚合釜,内装涡轮式平桨搅拌器,搅拌转速控制在50~250rpm之间。
搅拌器的形式和大小,搅拌转速的大小将直接关系到预聚合种子颗粒的形态和大小。
后聚釜——卧式釜(50m3 ),内装有慢速搅拌的三条螺带组合的搅拌器。螺带与釜壁间隙极小。卧式釜转速为6~7rpm。
常采用的聚合流程方块图见图
⑵ 本体浇铸聚合——有机玻璃生产
第一步预聚:搅拌将各组份混合均匀,升温至85℃,停止加热。调节冷却水,保持釜温在93℃以下,反应到粘度达到2000厘泊左右,具体根据操作要求而定。过滤,预聚浆储藏于中间槽。
第二步浇模:先用碱液、酸液、蒸馏水洗清并烘干硅玻璃平板二大块,按所需成品厚度,在二块玻璃中间垫上一圈包有玻璃纸的橡胶垫条,用夹具夹好,即成一个方形模框,把一边向上斜放,留下浇铸口,把预聚浆灌腔,排出气泡,封口。
第三步聚合:把封合的模框吊入热水箱(或烘房),根据板厚分别控制温度在25~52℃,经过10~160小时,到取样检查料源硬化为止,用直接蒸汽加热水箱内水至沸腾,保持二小时,通水慢慢冷却40℃,吊出模具,取出中间有机玻璃板材,去边,裁切后包装。
⑶气相本体聚合——高压聚乙烯生产
所谓高压聚乙烯是将乙烯压缩到150~250Mpa的高压条件下,用氧或过氧化物为引发剂,于200℃左右的温度下经自由基聚合反应而制得。
高压聚乙烯生产工艺的两种方法:
釜式法:大都采用有机过氧化物为引发剂,反应压力较管式法低,物料停留时间长。
管式法:引发剂是氧或过氧化物,反应器内的压力分布和温度分布,反应时间短,所得聚合物支链少,分子量分布宽,适宜制造薄膜制品及共聚物。