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乳液法PVC生产过程中凝胶的产生及预防措施

发布时间:2012-11-01
 

 

  在乳液聚合反应过程中易产生凝胶(为大小不等、形态不一的块状聚合物,小的像砂粒,大的像核桃,甚至更大,有的发软、发黏,有的则发硬、发脆,多孔,并且釜壁挂胶呈片状,不仅影响聚合釜的传热效率,降低产品收率,更重要的是出料、清釜困难,降低聚合釜的生产强度,增加产品的生产成本。
  哈尔滨华尔化工有限公司在生产实践中,找出了凝胶产生的原因,并采取相应的预防措施,取得了可观效果。

  搅拌转数对凝胶产生的影响

  搅拌转数是产生凝胶的关键因素。如果搅拌转数太小,则单体分散不好,混合不均匀,会发生单体局部过浓,甚至发生单体分层的现象,局部发生本体聚合,导致凝胶的产生。这些单体局部过浓区域还会从乳液中捕集乳胶粒,这又加快了凝胶的产生。同时,如搅拌转数太小,则传热效果差,在聚合釜内的不同区域产生温差,温度较高区域的乳液容易丧失稳定性而产生凝胶;若搅拌转数太大,乳液体系内部剪切力作用太大;另外,搅拌转数过大会给乳胶粒很大的能量,当乳胶粒的能量超过乳胶粒之间的能量时,乳胶粒就会发生聚结,产生凝胶。所以,要在不同的反应阶段采用不同的搅拌转数,避免凝胶产生。在乳液聚合开始前,采取较大的搅拌转数使所加入的单体使很小珠滴的形式分散到水相中,形成稳定的乳状液。在乳液聚合反应开始阶段(即乳胶粒的生成阶段)应采取中等搅拌转数,这样既保证单体珠滴稳定分散而不发生聚并,又可提供良好的传热条件,使乳液体系保持恒温;当乳液聚合反应到中后期(即乳胶粒长大阶段)应采取较小的搅拌转数,仅为保持良好的传热与混合,防止凝胶的产生。搅拌时既有剪切作用,又会产生对流;既有轴向混合,又有径向混合。因乳液法是特殊的工艺过程,引发剂是间隔加入乳化体系中,而加入的引发剂又不能很快渗透到整个乳化体系,必然造成局部反应激烈,使乳胶聚结,所以搅拌叶必须向下翻,使引发剂尽快渗透到乳化体系中,以减少凝胶的产生。

  电解质对凝胶产生的影响

  乳化体系稳定性和电解质的含量有着密切相关。当电解质含量较少时,不但不会降低乳液的稳定性,反而会使其稳定性有所提高;当体系中带入一定量的电解质,使液相离子浓度增加,双离子间的距离缩短,即动电位降低;当电解质浓度达到足够大时,乳胶粒间的动电位等于零,相斥力消失,而微粒间的吸引力增加,稳定的双电层遭到破坏,乳化体系的稳定性降低,表现出乳胶粒大量聚结,形成大颗粒,所以必须严格控制电解质的含量,以减小凝胶产生的可能性。

  乳化剂的浓度对凝胶产生的影响

  在乳液聚合过程中,乳液稳定性会发生变化,在乳液聚合阶段(即乳胶粒生成阶段)终点处,胶束刚刚耗尽,此时乳化剂正好把乳胶表面覆盖;进入中后期反应阶段(即乳胶粒长大阶段)后,乳胶粒不断长大,乳化剂在乳胶表面的覆盖率逐渐下降,这使乳胶粒表面的电荷密度减小,电位降低,故使乳液的稳定性下降,在长大阶段终点处,乳胶粒表面积达最大值,乳化剂覆盖率达到最低点,乳液稳定性也最小,此阶段为乳液聚合过程中稳定性的危险期,这就要求按一定程序适当补加一定量的乳化剂,可控制乳液稳定性的下降,避免凝胶的产生。

  乳化体系的pH值对凝胶产生的影响

  阴离子乳化剂在碱性条件下较稳定,而乳液聚合一般采用的是过硫酸盐为引发剂,随着聚合反应的进行和引发剂的间隔加入,乳化体系的pH 值逐渐下降,这将导致乳化体系稳定性的降低,故易出现凝胶现象。为了减少凝胶产生可向乳化体系中加入pH缓冲剂或pH调节剂。但pH值在9 以上,不但会延长聚合时间,还会降低单体转化率,减小乳胶浓度,降低收率,使凝胶量增多;如果pH 值小于7,会产生破乳现象。所以乳化体系应控制在偏碱性为宜,一般控制pH 值在7~8 为宜。

  聚合釜内壁光滑度对凝胶产生的影响

  聚合釜内壁光滑度不好或长期清釜时留下疤痕是凝胶产生的原因之一。粘釜或挂胶严重时,清釜时要特别注意釜内光滑度,要定期对聚合釜进行抛光,来减少凝胶的产生。

  结语    
  乳液法PVC 的生产是一项系统、特殊的工艺操作过程,涉及到操作水平、管理、技术、设备状况等诸多因素,虽然可采取一定措施减少凝胶的产生,但要彻底消除凝胶需进一步探讨和研究。

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