3 Полистирол: способы получения. Технологическая схема получения блочного полистирола, условия.

Полистирол получают полимеризацией стирола:

которая протекает по радикальному или ионному механизму. В промышленности полимеризацию стирола осуществляют блочным, суспензионным и эмульсионным методами. Наиболее высокие технико-экономические показатели имеет полистирол, полученный блочной полимеризацией по методу неполной конверсии стирола. Этот метод позволяет создать непрерывные и высокомеханизированные процессы. Все большее значение приобретает и суспензионная полимеризация стирола (периодический метод) в основном для получения различных малотоннажных марок полистирола. Эмульсионный метод полимеризации стирола используется в промышленности ограниченно.

Полимеризация стирола в блоке (в массе) протекает по радикальному механизму. Инициирование процесса может быть химическим или термическим.

При химически инициированной полимеризации стирола применяют инициаторы, растворимые в мономере (пероксид бензоила, динитрил азоизомасляной кислоты и др.). Инициирование полимеризации пероксидом бензоила протекает по схеме

При термическом инициировании полимеризация стирола протекает с образованием бирадикалов:

Скорость полимеризации зависит от температуры.

Технологический процесс непрерывного производства блочного полистирола с неполной конверсией стирола состоит из следующих основных стадий (рис. 1): предварительной полимеризации стирола, окончательной полимеризации, вакуум- экструзии, гранулирования, расфасовки и складирования.

Стирол из емкости 1 насосом 2 подают в напорный бак 4, откуда через фильтр 3 он непрерывно поступает в аппараты 6 и 8, где происходит предварительная полимеризация (форполимеризация). Форполимеризаторы представляют собой аппараты емостного типа с рубашкой, змеевиком и мешалкой. В форполимеризаторе 6 полимеризацию проводят при 120°С и остаточном давлении 40 кПа до степени конверсии стирола 40%. В форполимеризаторе 8 полимеризацию ведут при 125°С и том же остаточном давлении до степени конверсии стирола 65—75%. Для предотвращения окислительных процессов процесс проводят в токе азота.

Форполимер направляют в полимеризационную колонну 9, в которой полимеризация проходит до степени конверсии стирола 95%. Полимеризационная колонна состоит из 6—8 царг и заканчивается коническим днищем. Каждая царга и днище имеют рубашки и змеевики. Для обогрева царг и днищ используют высококипящий органический теплоноситель, например смесь дифенила и дифенилоксида (дивинил). Полимеризационная колонна работает при атмосферном давлении и температуре 90°С в верхней части колонны и 230—250°С в нижней части колонны.

Форполимеризаторы и полимеризационная колонна снабжены обратными холодильниками для конденсации паров стирола в регулирования теплового режима. Расплав полистирола с содержанием остаточного мономера до 5% выгружают в вакуум-экструзер 11. Там стирол удаляют из расплава (до содержания 0,5%). Полистирол выдавливается в виде жгутов диаметром 3мм, которые охлаждаются в ванне 12. Жгуты поступают в гранулятор 13, где их режут на гранулы.

Рисунок 1. Технологическая схема процесса получения блочного полистирола:

1 — емкость; 2—насос; 3—фильтр; 4— напорный бак; 5, 7— холодильники; 6, 8— форполимеризаторы; 9 — полимеризационная колонна; 10— шнек-пресс; 11- вакуум-экструзер; 12 — охлаждающая ванна; 13 — гранулятор