Процесс протекает в водной среде. В состав водной фазы вводят водорастворимые инициаторы (H2O2, К2S2O8, Na2S2O8, редокс-система H2O2 + Fe2+), эмульгаторы (мыла, соли жирных сульфокислот, поливиниловый спирт), регуляторы pH среды - буферные соединения (NaHCO3, HCOOH и др.). Органическая фаза представлена винилацетатом, диспергированном в центробежном поле, созданном работающей мешалкой, до капельного состояния.
Товарный продукт процесса, получивший в литературе условное название эмульсии, промышленность выпускает двух видов:
а) мелкодисперсный (латекс) с размером частиц 0,05-0,5 мкм (получают в присутствии истинных эмульгаторов, обеспечивающих формирование мицелл малых размеров - мыл солей жирных сульфокислот),
б) крупнодисперсный (дисперсии) с размером частиц 0,5-10 мкм, получившие более широкое применение в технике, так как более стойки к охлаждению и действию коагулянтов (получают в присутствии поливинилового спирта). Производство организовано как в периодическом, так и в непрерывном режиме.
Непрерывное производство поливинилацетатной дисперсии (рис.18) включает следующие основные стадии: 1-приготовление водной фазы, 2-полимеризация винилацетата, 3-нейтрализация, пластификация и стабилизация дисперсии, 4-слив и складирование продукта.
Водную фазу готовят в сборнике-смесителе 1, снабженном рамной мешалкой и рубашкой. Сначала загружают водный раствор поливинилового спирта (грубый эмульгатор), обессоленную воду и муравьиную кислоту до pH = 2,8-3,2, а затем при перемешивании - водный раствор сульфата железа по рецептуре (в м.ч.): вода-100, поливиниловый спирт-8,8-9,4, муравьиная кислота (90%-ная)-0,2-0,4, сульфат железа (95%-ный)-0,0006-0,002.
Приготовленную водную фазу сливают в промежуточную емкость 2, где подогревают ее до 45-50 °C, и насосом подают на стадию полимеризации.
Полимеризацию проводят в трехкорпусном комбинированном реакторе батарейного типа 5-7. Каждый корпус реактора снабжен мешалкой, рубашкой и обратным холодильником 8. В первый по ходу реакционной массы корпус 5 непрерывно подают по норме загрузки (м.ч.) водную фазу с температурой 45-50 °C - 88, из хранилища 3 винилацетат с температурой 20-30 °C - 100, из мерника 4 пероксид водорода (30%-ный) 1-3.
При общем модуле ванны 1:0.9 реакционная масса самотеком последовательно проходит три корпуса реактора при соблюдении температурного режима: Т5 = 80-85 °C, Т6 = 70-75 °C, Т7 = 65 °C. Для повышения степени конверсии мономера в корпус 6 подают свежую порцию инициатора H2O2. Общая степень конверсии винилацетата на выходе из корпуса 7 достигает 99%. Механизм протекающей в реакторе радикальной полимеризации винилацетата в присутствии редокс-системы пероксид водорода - соль двухвалентного железа описывается следующими элементарными реакциями:
III - обрыв цепи в радикальной полимеризации бимолекулярный и происходит по причине рекомбинации
а) при мицеллярной нуклеации свободных радикалов только при попадании в мицеллу или в полимерно-мономерную частицу второго свободного радикала:
б) при гомогенной нуклеации гидрофильных свободных радикалов в водном растворе
Поливинилацетатная дисперсия из третьего корпуса реактора 7 поступает в промежуточный сборник 9, откуда под давлением азота передавливается в стандартизатор 10. Сюда же через мерники 11 и 12 подают аммиачную воду и пластификатор. При перемешивании и температуре 20-30 °C протекают следующие процессы: усреднение дисперсии, нейтрализация муравьиной кислоты до рН = 4,5-5,5 и пластификация полимера дибутилфталатом. Иногда с целью удаления остаточного винилацетата в стандартизаторе проводят демономеризацию отгонкой мономера под вакуумом.
Готовую дисперсию через фильтр 13 и приемник 14 подают на затаривание и складирование. Товарная поливинилацетатная дисперсия должна отвечать техническим требованиям: а) содержание твердой фазы 48-52%, содержание винилацетата не более 0,5%, в) кислотное число не более 2, г) плотность дисперсии 1020-1030 кг/м3, вязкость при 20 °C 0,05-0,5 Па*с, е) содержание пластификатора 5-35%.
Поливинилацетатная дисперсия широко применяется в качестве клеевых композиций и покрытий, для изготовления водоэмульсионных красок, пропитки бумаги и тканей, для изготовления искусственной кожи и других материалов.
Далее (ПВА в суспензии)