本體聚合

本體聚合（bulk polymerization；mass polymerization ）是單體（或原料低分子物）在不加溶劑以及其它分散劑的條件下，由引發劑或光、熱、輻射作用下其自身進行聚合引發的聚合反應。有時也可加少量著色劑、增塑劑、分子量調節劑等。液態、氣態、固態單體都可以進行本體聚合。

基本介紹

• 中文名：本體聚合
• 外文名：bulk polymerization or mass polymerization
• 本體聚合條件：液態、氣態、固態單體都可以
• 缺點：反應熱不易排除。
• 優點：生產能力大，易於連續化
• 特點：產品純淨，後處理簡單
• 工業化品種：甲基丙烯酸甲酯、高壓聚乙烯等

定義

單體(或原料低分子物)在不加溶劑以及其它分散劑的條件下，由引發劑或催化劑、或光、熱作用下進行的聚合反應。

聚合方法

本體聚合分為均相聚合與非均相聚合兩類。生成的聚合物能溶於各自的單體中，為均相聚合，如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等；生成的聚合物不溶於它們的單體，在聚合過程中不斷析出，為非均相聚合，又叫沉澱聚合，如乙烯、氯乙烯等。本體聚合的引發劑多為油溶性引發劑，油溶性引發劑主要有偶氮引發劑和過氧類引發劑，偶氮類引發劑有偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、偶氮二異戊腈、偶氮二環己基甲腈、偶氮二異丁酸二甲酯引發劑等。相對於過氧類引發劑，偶氮引發劑反應更加穩定。

特點

優點：

產品純淨，可直接進行澆鑄成型；生產設備利用率高，操作簡單，不需要複雜的分離、提純操作。投資較少，反應器有效反應容積大，生產能力大，易於連續化，生產成本低．

缺點：

熱效應相對較大，自動加速效應造成產品有氣泡，變色，嚴重時則溫度失控，引起爆聚，使產品達標難度加大。由於體系粘度隨聚合不斷增加，混合和傳熱困難，有時還會出現聚合速率自動加速現象，如果控制不當，將引起爆聚；產物分子量分布寬，未反應的單體難以除盡，製品機械性能變差等。

改進方法

①為了改進產品性能或成型加工的需要而加入有特定功能的添加劑，像增塑劑，抗氧劑，內潤滑劑，紫外線吸收劑及顏料等；

②為了調節反應速率，適當降低反映溫度而加入一定量的專用引發劑；為了降低體系黏度改善流動性，加入少量內潤滑劑或溶劑；

③採用較低的反應溫度，較低的引發劑濃度進行聚合，使放熱緩和；

④在反應進行到一定轉化率而此時反應黏度還不算太高時，就分離出聚合物；

⑤分段聚合，將聚合過程分為幾個階段，控制轉化率，自動加速效應，使反應熱分成幾個階段放出；

⑥改進反應器內的流體輸送方法，完善攪拌器和傳熱系統，以利於聚合設備的傳熱，研究開發專用特型設備等；

⑦採用氣相本體聚合方法，研製出專用高效催化劑，大大減低了操作壓力，並且解決了相關的工程設備問題，使得這一技術得到廣泛使用；

⑧採用"冷凝法"進料及"超冷凝法"進料，利用液化了的原料在較低溫度下進入反應器，直接同反應器內的熱物料換熱。

工業化品種

LDPE氣相本體 用途：薄膜製品、電纜、被覆料。

PVC沉澱本體 用途：管材、板材。

GPS熔融本體(熱引發) 用途：家用電器里外裝飾、電器、支架、儀表。

PMMA本體澆鑄 用途：航空透明材料、錶盤、標牌。

套用

用BPO或AIBN引發甲基丙烯酸甲酯本體聚合反應，第一段預聚轉化率10%左右的粘稠漿液，澆模升溫聚合，高溫後處理，脫模成材，製備的聚甲基丙烯酸甲酯光學性能優於無機玻璃，可用作航空玻璃、光導纖維、標盤等。採用Ziegler-Natta催化劑催化丙烯本體聚合，轉化率40%出料，投資成本比淤漿法降低40%~50%。用BPO或熱引發引發苯乙烯本體聚合，製備的聚苯乙烯電絕緣性好、透明、易染色、易加工。用過氧化乙醯基磺酸引發氯乙烯本體聚合，製備的聚氯乙烯具有懸浮樹脂的疏鬆特性，且無皮膜、較純淨。在微量氧存在下，高壓、高溫條件下引發乙烯氣相本體聚合，製備的聚乙烯具有支鏈多、密度低和結晶度低的特點。

典型的本體聚合工藝

⑴ 非均相本體聚合——聚氯乙稀本體聚合生產

氯乙烯本體聚合一般分為二個階段：

第一階段 預聚合；

第二階段：後聚合。

操作方式：間歇操作。

氯乙烯本體聚合的主要設備

聚合釜配置：1台預聚合+5台後聚合。

預聚釜——立式不鏽鋼聚合釜，內裝渦輪式平槳攪拌器，攪拌轉速控制在50～250rpm之間。

攪拌器的形式和大小，攪拌轉速的大小將直接關係到預聚合種子顆粒的形態和大小。

後聚釜——臥式釜（50m³ ），內裝有慢速攪拌的三條螺帶組合的攪拌器。螺帶與釜壁間隙極小。臥式釜轉速為6～7rpm。

常採用的聚合流程方塊圖見圖

⑵ 本體澆鑄聚合——有機玻璃生產

第一步預聚：攪拌將各組份混合均勻，升溫至85℃，停止加熱。調節冷卻水，保持釜溫在93℃以下，反應到粘度達到2000厘泊左右，具體根據操作要求而定。過濾，預聚漿儲藏於中間槽。

第二步澆模：先用鹼液、酸液、蒸餾水洗清並烘乾矽玻璃平板二大塊，按所需成品厚度，在二塊玻璃中間墊上一圈包有玻璃紙的橡膠墊條，用夾具夾好，即成一個方形模框，把一邊向上斜放，留下澆鑄口，把預聚漿灌腔，排出氣泡，封口。

第三步聚合：把封合的模框吊入熱水箱（或烘房），根據板厚分別控制溫度在25～52℃，經過10～160小時，到取樣檢查料源硬化為止，用直接蒸汽加熱水箱內水至沸騰，保持二小時，通水慢慢冷卻40℃，吊出模具，取出中間有機玻璃板材，去邊，裁切後包裝。

⑶氣相本體聚合——高壓聚乙烯生產

所謂高壓聚乙烯是將乙烯壓縮到150～250Mpa的高壓條件下，用氧或過氧化物為引發劑，於200℃左右的溫度下經自由基聚合反應而製得。

高壓聚乙烯生產工藝的兩種方法：

釜式法：大都採用有機過氧化物為引發劑，反應壓力較管式法低，物料停留時間長。

管式法：引發劑是氧或過氧化物，反應器內的壓力分布和溫度分布，反應時間短，所得聚合物支鏈少，分子量分布寬，適宜製造薄膜製品及共聚物。