Реакционная смесь на стадии затравки содержит стабилизированные ПАВ капли мономера, инициатор, небольшое количество мономера в растворе и ПAB как в растворе, так и в виде мицелл. Радикалы образуются в растворе при распаде инициатора и инициируют полимеризацию небольшого количества мономера, растворенного в воде. Затем растущая полимерная цепь проникает в мицеллы и вызывает полимеризацию находящегося там мономера. Обрыв происходит тогда, когда следующий растущий полимерный радикал входит в мицеллу. На стадии затравки, когда больше -не добавляется никаких реагентов, исходные мономер и инициатор почти полностью превращаются в полимер, а число частиц примерно соответствует числу мицелл, образованных введенным ПАВ. Количество ПАВ, которое не связано с маленькими частичками полимера или с капельками мономера, невелико.

На стадии подачи материала в реакционную смесь добавляют оставшийся мономер и раствор инициатора. Источником мономера в реакционной среде являются капельки эмульгированного мономера. Полимеризация протекает по мере того, как мономер диффундирует из капелек мономера через водную фазу в уже сформировавшиеся растущие полимерные частички. В это же время в эти частички набухшего в мономере полимера проникают радикалы, вызывая как обрыв, так и повторное инициирование полимеризации. По мере увеличения размеров частичек остающийся ПАВ из водной фазы поглощается поверхностью этих частичек и стабилизирует дисперсию. На рис. 2.1. показаны частицы, принимающие участие в процессе полимеризации. Частицы стабилизируются от флокуляции и коалесценции вследствие взаимного отталкивания поверхностных зарядов, возникающих из анионного ПАВ.

На завершающей стадии полимеризации для более полной конверсии может быть введена еще одна порция инициатора (разлагающегося при повышенной температуре или окислительно-восстановительная система), после чего систему охлаждают и при необходимости вводят биоцид.

Рис. 2.1. Структурные образования, участвующие в процессе эмульсионной полимеризации

Эмульсионную полимеризацию труднее контролировать, чем полимеризацию акриловых мономеров в растворе. Важное значение для хорошего эмульгирования реагентов на первой стадии, отвода тепла через охлаждающие стенки реактора и распределения добавленного мономера на второй стадии имеет эффективное перемешивание. В то же время композиции могут быть чувствительными к сдвигу, поэтому следует избегать очень интенсивного перемешивания. Для поддержания необходимой температуры реакции после первоначального нагрева следует охлаждать смесь. Определенное затруднение вызывает также наличие комочков полимера и его налипание на стенки реактора. Кинетика эмульсионной полимеризации довольно сложна, и для изучения ее механизма были проведены многочисленные исследования [47]. В настоящее время разработаны методы, позволяющие регулировать структуру образующихся частичек, в частности, получать частички с взаимопроникающими трехмерными сетками, частицы с видимыми раздельно ядровой и оболочковой структурами, получать микрогелевые структуры с целью модификации механических свойств или регулирования реологии подобно тому, как в микрогелях из раствора [41, 48, 49].


⇐ вернуться назад| |читать дальше ⇒