Введение к работе
Актуальность проблемы. Акриловые латексы и полимеры, получаемые на их основе, применяются в промышленности в очень широком ассортименте. Эмульсионная полимеризация (ЭП) акрилатов имеет по сравнению с другими методами проведения процесса полимеризации ряд кинетических и технологических преимуществ. К достоинствам ЭП можно, например, отнести возможность проведения полимеризации с высокими скоростями; несложность регулировки скоростей реакции инициирования, обрыва и передачи цепи, что определяет возможность проведения реакции с большими скоростями при относительно низких температурах (60 - 85); пониженную пожароопасность процесса в связи с использованием воды в качестве дисперсной среды; относительную простоту технологического оформления процесса; возможность получения высококонцентрированных латексов со сравнительно малой вязкостью, что значительно облегчает перемещение и транспортировку продукта. Практическая реализация ЭП в промышленности обычно производится периодическим или полунепрерывным способами. При проведении процесса с так называемой «придачей», когда углеводородная фаза (УГФ) подается в реакционную систему двумя разнесенными во времени порциями, достигаются очень высокие технологические показатели получаемого латекса: средний размер частиц порядка 250 - 300 нм, и, как следствие, высокая устойчивость. Наиболее эффективный процесс ЭП -непрерывный (при котором имеется возможность более полного контроля параметров проводимого процесса), распространения в промышленности не получил в связи с большими техническими трудностями его реализации. В литературе описаны опытные реакторы непрерывного действия (РНД), обычно представляющие собой емкость-реактор с мешалкой пропеллерного или лопастного типа с патрубками для ввода реагентов и вывода готового продукта. Но реального применения в промьішлеішости ни один их этих аппаратов не получил в связи с очень неустойчивой работой. В работах В. И. Елисеевой, Н. В. Павлова, Н. П. Жукова, обоснована возможность практической реализации непрерывного метода получения акриловых латексов в производстве на основе РНД, представляющего собой ротор-но-пленочный аппарат. Работа выполнена в соответствии с единым заказ-нарядом Министерства образования РФ, региональной научно-технической программой Министерства науки и технологии Российской Федерации «Черноземье» на 1997 - 2000 г.
Цель работы. Настоящая диссертационная работа посвящена исследованию возможности объединения достоинств непрерывного и пе-
риодического процессов в одном аппарате и влияния способа и режима дозирования компонентов в реакционную систему на размер частиц получаемого латекса и устойчивость системы. В соответствии с этим в данной работе были поставлены следующие задачи:
осуществить аналитический выбор конструктивной схемы аппарата для непрерывного производства акриловых латексов и системы подачи компонентов;
разработать и изготовить лабораторную установку для исследования влияния способа и режима ввода компонентов в реакционную систему на размер частиц получаемого латекса и устойчивость системы;
разработать методику и провести экспериментальные исследования влияния различных способов введения компонентов в реакционную систему на параметры получаемого продукта;
разработать математическую модель непрерывного процесса в ро-торно-пленочном аппарате с многоточечным дозированием;
выработать практические рекомендации по внедрению в производство непрерывной эмульсионной полимеризации акриловых латексов.
Научная новизна. Разработана технологическая схема, реализующая применяемый в периодическом процессе способ "придачи" по непрерывной технологии производства акриловых латексов, основанная на разделении процесса на две стадии.
Предложен и обоснован способ дозированной подачи углеводородной фазы в реакционную систему при непрерывном проведении процесса на стадиях образования и роста полимер-мономерных частиц с учетом активности компонентов.
Экспериментально получены зависимости, связывающие температуру в роторном реакторе-полимеризаторе, время пребывания и количество ступеней дозирования углеводородной фазы с устойчивостью к расслоению полимеризующейся системы, степенью конверсии и размером получаемых частиц
Разработана математическая модель формирования частиц в зазоре роторного реактора-полимеризатора при ступенчатом дозировании углеводородной фазы.
Практическая ценность. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать вариант аппаратурной схемы с использованием модифицированной конструкции роторного аппарата, выбрать тепловой и кинетический режимы для непрерывного процесса получения акриловых латексов. Это позволяет получать латекс с размером частиц 100 - 150 нм и сократить общее время процесса не ме-
нее чем на 50 %. Разработанный вариант рекомендован к практическому внедрению на ОАО "Пигмент".
Апробация работы. Результаты работы доложены на II, III и V научно-технических конференциях ТГТУ в 1995 — 1999 гг.; 2-й, 5-й, 6-й и 8-й региональных научно-технических конференциях «Проблемы химии и химической технологии» (Тамбов, 1994 г.; Липецк, 1997 г.; Воронеж, 1998 г., Воронеж, 2000 г.); 8-й Международной конференции молодых ученых «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений» (Казань, 1996 г.); 5-й Международной научной конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов» (Казань, 1999 г.)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Она содержит 105 страниц основного текста, 47 рисунков, 2 таблицы, список использованных источников из 97 наименований и 4 приложений.