ЭМУЛЬСИОННАЯ ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ, способ
проведения полимеризациимономера 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, Н2О2,
орг. пероксиды), а также окислит.-восстановит. системы.
Для стабилизации эмульсий мономеров и
полимерных суспензий используют эмульгаторы: анионактивные (алкилсульфонат
Na, соли жирных кислот и. др.) и неионогенные ПАВ (оксиэтилир. кислоты, полипропиленгликоли
и др.), а также ПАВ смешанного типа (сульфир. оксиэтилир. нонилфенолы).
Эмульсии мономеров получают путем мех.
перемешиваниямономера и водной фазы. Эмульгатор раств. в воде или мономере
либо его получают на границе раздела фаз. Дисперсный состав эмульсиимономера
зависит от способа ее получения, природы эмульгатора и мономера. Эмульсиимономера 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 которой
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 промышленности 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.
Размеры частиц образующейся полимерной
суспензии (гранулы) определяются размерами капель мономера в исходной эмульсии,
которые, 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 полимеризациямономера в их объеме.
Инициируют СП орг. пероксиды, растворенные
в мономере, или K2S2O8, растворенный в
воде.
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 присутствии добавок (олигомеров разл. природы,
нерастворимых в воде орг. соединений). Недостаток СП - необходимость отмывания
полимера от стабилизатора.
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.