Polimeryzacja emulsyjna - od monomeru do polimeru, czyli jak powstają tworzywa sztuczne

Polimeryzacja emulsyjna -…

O tej grupie produktów na pewno słyszałeś nie raz. Co więcej, wykorzystujesz je codziennie w wielu dziedzinach życia. Tworzywa sztuczne, potocznie zwane plastikiem, stały się jedną z najbardziej różnorodnych grup produktowych. Znalazły wszechstronne zastosowanie zarówno w produkcji opakowań, transporcie, medycynie, gospodarstwach domowych, jak i wielu innych gałęziach przemysłu. Zastanawiałeś się kiedyś, co kryje się pod ich nazwą? Jakie związki chemiczne można zaliczyć do tej grupy? Jednym z pierwszych reprezentantów tworzyw sztucznych był polichlorek winylu, znany również jako PVC. Aktualnie klasyfikowany jest na drugim miejscu pod kątem powszechności zastosowań z omawianej grupy materiałów.  

Polichlorek winylu – substancja o wszechstronnym zastosowaniu  

Popularność polichlorku winylu wynika z jego właściwości, które zależą od tego, pod jaką postacią występuje. Wyróżnia się PVC nieplastyfikowany (twardy) oraz plastyfikowany (miękki). Pierwszy z nich charakteryzuje się dobrymi właściwościami izolacyjnymi, odpornością na korozję, chemikalia, ogień oraz czynniki atmosferyczne. Ponadto jest wytrzymały na czynniki mechaniczne, takie jak rozciąganie bądź zgniatanie. Wykorzystywany jest w przemyśle budowniczym, medycznym, produkcji rur kanalizacyjnych, czy też pojemników.

Z kolei polichlorek winylu w postaci miękkiej jest bardzo elastycznym tworzywem. Mimo to wykazuje dużą odporność na uszkodzenia mechaniczne oraz warunki atmosferyczne, a nadawanie mu określonego kształtu przebiega w niższych temperaturach niż w przypadku PVC twardego. Stosowany jest jako izolator kabli w przemyśle elektrycznym. Można go również znaleźć w przemyśle odzieżowym, motoryzacyjnym, przy produkcji wykładzin, folii budowlanych i opakowań. A to tylko niektóre z nowoczesnych zastosowań obu rodzajów polichlorku winylu.

Od czego zależą więc końcowe właściwości fizyczne PVC? Decydującym etapem jest rodzaj polimeryzacji chlorku winylu. Możemy go otrzymać na drodze polimeryzacji emulsyjnej, suspensyjnej bądź polimeryzacji w masie. Tym razem przybliżymy Wam temat polimeryzacji emulsyjnej.

Kilka słów o polimeryzacji emulsyjnej

Polimeryzacja emulsyjna to metoda prowadzenia polimeryzacji monomeru w ośrodku dyspergującym, którym najczęściej jest woda. Polega na emulgowaniu hydrofobowych monomerów za pomocą emulgatora typu olej w wodzie. Następnie zachodzi inicjacja reakcji za pomocą inicjatora rozpuszczalnego w wodzie lub inicjatora rozpuszczalnego w oleju w obecności stabilizatora. Środki emulgujące są związkami powierzchniowo czynnymi, które zapewniają stabilność początkowej emulsji monomerów i utworzonej dyspersji polimerowej.

Tworzenie dyspersji często jest wspomagane różnymi dodatkami, zwanymi dyspergatorami.

Podczas polimeryzacji emulsyjnej najczęściej stosowane są anionowe związki powierzchniowo czynne. Jest to dość złożony proces, ponieważ wzrost i stabilizacja cząstek polimeru kontrolowane są przez mechanizmy polimeryzacji wolnorodnikowej w połączeniu z różnymi zjawiskami koloidalnymi.

Otrzymywanie polichlorku winylu na drodze polimeryzacji emulsyjnej

W momencie, gdy stężenie surfaktantu przekracza krytyczne stężenie micelarne (CMC), cząsteczki związku powierzchniowo czynnego agregują się w postaci sferycznych miceli. Konsekwencją tego zjawiska jest wnikanie hydrofobowych monomerów do wnętrza micel. Do środka sferycznych struktur przedostają się również rozpuszczalne w wodzie inicjatory. Zachodzi tam propagacja wolnych rodników. Micele pełnią funkcję miejsca spotkania rozpuszczalnych w wodzie inicjatorów i hydrofobowych monomerów winylowych. Reakcja tworzenia łańcucha polimerowego trwa do momentu wykorzystania wszystkich kropel monomeru zawieszonych w wodzie lub rozpuszczonych w niej, co prowadzi do otrzymania polichlorku winylu (PVC-E). Otrzymany w ten sposób związek zbudowany jest z ziaren małego rozmiaru. Dzięki temu znajduje zastosowanie w produkcji między innymi past, ponieważ nie ulegają one szybkiemu spęcznieniu w zmiękczaczach.

Znaczenie polimeryzacji emulsyjnej dla przemysłu

Polimeryzacja emulsyjna to proces o różnych zastosowaniach w skali przemysłowej i akademickiej, a jej znaczenie stale wzrasta. Polimery wytwarzane metodą polimeryzacji emulsyjnej można podzielić na elastomery (kauczuk nitrylowy, kauczuk akrylowy, polibutadien), polimery inżynierskie (PVC, polistyren, PMMA) oraz emulsje (poli(octan winylu), lateks poliakrylowy, lateks styrenowo- butadienowy). Produkty te wykorzystywane są w niemal wszystkich gałęziach przemysłu. Przykładowo monomery winylowe o strukturze (CH2=CH-) znajdują szerokie zastosowanie jako kauczuki syntetyczne, tworzywa termoplastyczne, powłoki, kleje, spoiwa, modyfikatory reologiczne, czy też pigmenty plastyczne. Jej zaletami jest duża szybkość reakcji, bezpieczeństwo procesu, wysoka masa cząsteczkowa wytworzonego polimeru oraz ciągłość procesu. Natomiast wadą są trudności w usunięciu wszystkich resztek emulgatora bądź innych dodatków.

Propozycje produktów wspomagających polimeryzacje emulsyjną

W pierwszym półroczu 2020 roku Grupa PCC wprowadziła kolejne produkty dedykowane dla branży polimeryzacji emulsyjnej. Powiększono ofertę o dodatkowe surfaktanty anionowe, takie jak Sulforokanol L430/1, SULFOROKAnol L725/1, SULFOROKAnol L1230/1 o doskonałych właściwościach emulgujących i stabilizujących. Przeznaczone są one do produkcji dyspersji styrenowo-akrylowych, akrylowych oraz winylowych. Ponadto Grupa PCC posiada w swojej ofercie dyspergatory (R, RP, SBRP), które przeznaczone są do produkcji kauczuków styrenowo - butadienowych jako środki pomocnicze. Są one kompatybilne z innymi związkami chemicznymi wykorzystywanymi w polimeryzacji emulsyjnej, takimi jak emulgatory, czy też stabilizatory. Dzięki niskiej zawartości wilgoci oraz niskiej gęstości nasypowej umożliwiają zmniejszenie kosztów związanych z transportem i magazynowaniem.



Ponad 1100 produktów i formulacji chemicznych
 

Ponad 1100 produktów i formulacji chemicznych dla przemysłu. Plastyfikatory uniepalniające, antyutleniacze/stabilizatory, uniepalniacze, dyspergatory i wiele innych dodatków do tworzyw sztucznych oraz butelki plastikowe

Polska, 56-120 Brzeg Dolny, Sienkiewicza 4

Reportaże

Forum