Polymeer bereiding

POLYMEER BEREIDING
Randy Bohm
Doel

Het doel is jullie te informeren over de bereiding
van polymeren.
Inhoud







Inleiding polymerisatietechnieken
Bulkpolymerisatie
Oplossingspolymerisatie
Suspensiepolymerisatie
Emulsiepolymerisatie
Vergelijking van polymerisatiesystemen
Mindervoorkomende technieken





Precipitatiepolymerisatie
Polymerisatie van gasvormige monomeren
grensvlakpolymerisatie
Samenvatting
Vragen?
Inleiding polymerisatietechnieken


Polymerisatiesysteem en de te gebruiken
polymerisatiereactoren
Specifieke eigenschapen van polymeren:
 Chemische
samenstelling
 Opvolgende productcharges dezelfde
molecuulgewichtsverdeling
 Zuivering van polymere producten
 Viscositeit van het medium
Bulkpolymerisatie






Polymeriseert onverdunde monomeren
Polymeer smelt wordt uit de reactor geloosd en tot
korrels gehakt.
Meest toegepaste methode.
Kettingreactie
Slecht product
Thermoharder is de bulkpolymerisatie de enige
mogelijkheid
Oplossingspolymerisatie



Verlaagde concentratie
door de verdunning
Verlaagde viscositeit
2 nadelen:



Er kan ketenoverdracht
naar het oplosmiddel
plaatsvinden
De moeilijke verwijdering
van het oplosmiddel uit het
polymeer
Wordt toegepast bij:

Verf, impregneermiddel,
lijmen
Suspensiepolymerisatie


Monomeer als fijne
druppeltjes aanwezig in
een continue fase (meestal
water)
2 factoren:




Polymeerchemie – H6 Polymerisatietechnieken – p4
@ A.J. Oos
De initiator is opgelost in
monomeerdruppeltjes
De kinetiek is bij elk
monomeerdruppeltje het
zelfde als bij
bulkpolymerisatie
Watergekoelde
“microbulk’-polymerisatie
Kritiek stadium
Figuur 7.2
Druppelvorming in een geroerde suspensie.
Een kritiek stadium breekt aan wanneer de polymerisatie zover is dat het mengs
monomeer en polymeer in de druppeltjes kleverig wordt. Als de druppels visce
kleverig worden tijdens de polymerisatie, vertonen zij veel meer neiging tot coales
(samenklontering) dan in het begin van de polymerisatie, als het nog laagvi
druppeltjes zijn, of aan het eind van da polymerisatie wanneer het harde deeltj
geworden. Het is duidelijk dat het volstrekt noodzakelijk is tijdens te polyme
voortdurend met constante snelheid te roeren om te voorkomen dat er een grote
polymeer ontstaat.
Emulsiepolymerisatie

Een emulsiepolymerisatiesysteem bestaat uit:
 Een
dispergerend medium (meestal water)
 Een emulgator
 Monomeer
 Een initiator die oplosbaar is in het dipergerend
medium.
copolymeren. Bij deze techniek wordt gebruik gem
door micel vorming.



Micellen is de
buitenzijde hydrofiel
de kern is hydrofobe
Onoplosbaar in water
Het monomeer gaat in
de kern van de
aanwezige micellen
zitten
Een emulsiepolymerisatiesysteem bestaat uit:
een dispergerend medium (meestal water)
een emulgator
monomeer
een initiator die oplosbaar is in het disperg
( -eventueel ketenoverdragers)
De emulgator is een oppervlakte actieve stof die
staart bevat. In waterige oplossingen vormen de a
een bepaalde concentratie de zogenaamde mice
moleculen zijn hierin georiënteerd samengebald to
Figuur 7.4
Schematische weergave van een micel.
Bij de micellen is de buitenzijde dan hydrofiel en i
van de micel uit de hydrofobe staarten: een ap
bieden aan apolaire moleculen die zich in het po
dus monomeer gaan zitten tijdens een polymer
emulgator moleculen in het water bestaat een eve
beneden de zogenaamde kritische micel conc
bijvoorbeeld verdund wordt, dan zijn alle emulga
2


1.
De polymeer
bevattende micellen
heten latexdeeltjes
3 stadia:
Begintoestand:
3
gehaald uit de vrije emulgator monomeren die in evenwicht verkeren
micellen. Dit gaat door totdat de lege micellen op zijn. Dit is het eind
Het systeem is nu: gezwollen micellen met polymeer+ monome
monomeerdruppels
Merk op dat bij verdergaande polymerisatie de monomeerdruppels s
gestabiliseerd worden door emulgatormoleculen. Die zijn steeds me
de aan het oppervlak groeiende loci. Indien het roeren nu gestopt
onmiddellijk coalescentie van de monomeerdruppels optreden!
Het aantal loci blijft nu constant: er treedt nu alleen nog maar gro
deeltjes. Dit gaat door totdat alle monomeerdruppeltjes op zijn en
monomeer over is in de gezwollen micellen. Tot dit punt vindt in s
groei met een constante snelheid plaats.
De polymerisatie gaat nu door, wel met een afnemende snelhe
monomeer concentratie in de loci nu beperkt is. Eventueel kunnen co
praktisch 100% worden gehaald.
monomeer gezwollen micellen +
lege micellen+ monomeer
duppeltjes
2.
Fase 2: gezwollen micellen met
polymeren + monomeer +
monomeerdruppels
3.
Eindfase: alleen nog groei
Figuur 7.5
Schematische weergave van een emulsiepolymerisatie-systeem.
Vergelijking van polymerisatiesystemen
Polymeerchemie – H6 Polymerisatietechnieken – p10
6.6
@ A.J. Oostenbrink
Vergelijking van polymerisatiesystemen
Type
Homogeen
Bulk (batch)
Bulk (continu)
Oplossing
Heterogeen
Suspensie
Emulsie
Voordelen
Minimale
verontreiniging
Simpele uitvoering voor
maken van
thermohardende gietproducten
Lagere conversie per
doorgang leidt tot
betere warmte
beheersing en minder
brede verdeling
Makkelijke
warmtebeheersing
Oplossing kan direct
bruikbaar zijn
Makkelijke
warmtebeheersing
Lage viscositeit
Suspensie of het
resulterende
fijnkorrelige polymeer
kan direct bruikbaar zijn
Snelle polymerisatie tot
hoge molgewichten
Geeft nauwe verdeling
in ketenlengte
Makkelijke
warmtebeheersing
Emulsie kan direct
bruikbaar zijn
Nadelen
Zeer exotherm
Verbreding van ketenlengte
verdeling bij hoge conversies
Complex als kleine deeltjes
nodig zijn
Insluiting van nietgereageerd monomeer
Vereist roeren
Vereist materiaal transport
Vereist scheiding en
recyclen
Niet erg bruikbaar voor
productie van puur polymeer
omdat oplosmiddel moeilijk
te verwijderen is
Continu roeren is vereist
Verontreiniging door
stabilisator
Wassen en drogen nodig als
polymeer als poeder wordt
gebruikt
Verontreiniging door
emulgator
Wassen en drogen nodig
Compacteren
(samendrukken) vanwege
hoog volume meestal nodig
Minder voorkomende technieken
Precipitatiepolymerisatie



Onoplosbaar is in monomeer of oplosmiddel
Polymeer moleculen die neerslaan
Verhoging van polymerisatiesnelheid
Polymerisatie van gasvormige
monomeren


Gasvormige vinylmonomeren
Polymerisatie in de gasfase wordt commercieel niet
toegepast
met een in de gasfase verdeelde
vaste polyetheen fasegevormd, w
in het produkt kan achterblijven.
Grensvlakpolymerisatie




Condensatiepolymeris
atie
Twee reactanten
mogen niet in
hetzelfde oplosmiddel
kunnen oplossen.
Twee niet mengbare
vloeistoffen
Grensvlak vindt
polymerisatie plaats
7.6.3 Grensvlak polymerisatie
Grensvlakpolymerisatie kan worde
twee reactanten mogen dan niet i
bestaat dan uit twee niet mengbar
èèn type reactant is opgelost. O
polymerisatie plaats.
Figuur 7.6 Principe grensvlakpolymerisatie.
Een bekend voorbeeld hiervan is
Een diamine wordt opgelost in de
Op het grensvlak wordt een nylon
Samenvatting

Ik heb jullie iets verteld over de verschillende vormen
van polymerisatie:
Bulkpolymerisatie
 Oplossingspolymerisatie
 Suspensiepolymerisatie
 Emulsiepolymerisatie
 Vergelijking van polymerisatiesystemen
 Mindervoorkomende technieken

Precipitatiepolymerisatie
 Polymerisatie van gasvormige monomeren
 grensvlakpolymerisatie

Vragen?