Производство поливинилхлорида и его основные свойства (стр. 5 из 6)
Выделение порошка из латекса можно осуществлять не только проводя операцию сушки, но и методом коагуляции. В этом случае нестабилизированный латекс перекачивают в осадитель и с помощью электролита (водного раствора сульфата аммония) и активного перемешивания разрушают. При этом полимер выпадает в виде частиц. После фильтрования и промывки на центрифуге водой порошок сушат в сушилке. Затем его измельчают, просеивают и упаковывают.
Содержание влаги в порошке не должно превышать 0,4%. Эмульсионный ПВХ выпускается в виде порошка белого цвета. Константа Фикентчера изменяется в пределах 54-74.
Порошкообразный и гранулированный ПВХ является сырьем для производства основных промышленных марок, а именно - жесткого ПВХ - винипласта и эластичного пластиката. Винипласт выпускается в виде листов, прутков, труб.
3.2 Производство жесткого поливинилхлорида
Для производства листов и пленок используется метод экструзии, состоящий из следующих стадий: смешение компонентов, получение пленки экструзией, каландрование пленки, прессование листов показано на рис 4.
Порошкообразный ПВХ из хранилища 1 через бункер - циклон 2 и барабанный питатель 3 пневмотранспортом направляется в двухкорпусной вихревой смеситель, состоящий из смесителя с обогревом 4 и смесителя с охлаждением 5. ПВХ, унесенный воздухом из бункера - циклона 2, отделяется в рукавном фильтре 6 и поступает в общий трубопровод ПВХ. Стабилизатор (меламин) транспортером подается через бункер - циклон 7 в шаровую мельницу 8, где дробится и смешивается с небольшим количеством ПВХ. Полученная стабилизирующая смесь - концентрат из мельницы 8 подается в вакуум - приемник 9, а затем тарельчатым питателем 10 в смеситель 4, в который вводятся стеараты из плавителя и трансформаторное масло, служащие для пластификации композиции при переработке.
Рис.4.
Схема производства листового винипласта: 1 - хранилище ПВХ; 2,7 - бункеры-циклоны; 3, 10 - питатели; 4 - смеситель обогреваемый; 5 - смеситель охлаждаемый; 6 - рукавный фильтр; 8 - шаровая мельница; 9 - вакуум-приемник; 11 - экструдер; 12 - каландр; 13 - тянущие валки; 14 - резательный станок; 15 - укладчик; 16 - многоэтажный пресс
Ниже приведены нормы загрузки компонентов в смеситель (масс, ч):
ПВХ 100
Стабилизаторы 2 - 5
Смазывающие вещества 1,5 - 4
В отдельных случаях в рецептуру винипласта вводят до 5% пластификатора. После тщательного перемешивания композиция подается в смеситель 5, откуда непрерывно поступает в бункер вибропитателя двухшнекового экструдера 11 со щелевой головкой. В экструдере масса нагревается до 175 - 180ºС, перемешивается и пластифицируется. Из головки экструдера полимер выдавливается в виде бесконечной ленты - полотна, которая поступает на верхний валок калибрующего каландра 12, нагретый до 155 - 160ºС, огибает средний валок и выходит в зазор между средним и нижним (температура 165 - 170°С) валками. С каландра лента направляется тянущими валками 13 в станок 14, где производится обрезка кромок (дисковыми ножами) и нарезание ленты на листы (гильотинными ножницами). Далее лист поступает на транспортер укладчика 15. Таким образом, получают листы винипласта (пленочный винипласт) толщиной
0,5 -5мм. Для получения более толстых листов (листового винипласта) толщиной 5 - 20мм тонкие листы пленочного винипласта набирают в пакеты и прессуют на многоэтажных гидравлических прессах 16 при 170 - 175°С и давлении до 1,5 - 10 МПа в зависимости от вязкости ПВХ и толщины листов.
Трубы диаметром 6 - 400мм, стержни, прутки для сварки изделий из винипласта и другие профили получают по несколько упрощенной схеме с применением соответствующей формующей головки в экструдере (отсутствуют каландр, пресс, изменены тянущие и резательные устройства).
3.5 Производство эластичного поливинилхлорида
Эластичный ПВХ (пленки из него называют пластикатом) получают на основе порошкообразного ПВХ и пластификаторов. В зависимости от назначения композиции содержат различное количество пластификаторов, стабилизаторов, наполнителей, красителей. В промышленности пластикат выпускается в виде пленки (пленочный пластикат) и в виде ленты, трубок или шлангов (кабельный пластикат).
Пленочный пластикат получают экструзией, каландрованием и реже вальцеванием. Технологический процесс производства пленочного пластиката методом экструзии состоит из следующих стадий: смешение компонентов, экструзия массы, каландрование пленки, намотка и упаковка пленки как изображено на рис.5.
Рис.5
Схема производства пленочного пластиката: 1 - хранилище ПВХ; 2,5 - бункеры-циклоны; 3 - вибросито; 4 - экструдер; 6 − весовой мерник; 7 - каландр 8' - намоточный станок
ПВХ из хранилища 1 пневмотранспортом подают в бункер-циклон 2, а оттуда на вибросито 3 и в двухшнековый экструдер 4. Стеарат кальция из бункера пневмотранспортом направляется в бункер - циклон 5, расположенный над загрузочным бункером экструдера 4. Сюда же из весового мерника 6 самотеком поступает пластификатор.
Смешение компонентов, пластикация и гомогенизация массы происходят в экструдере 4 при 145 - 155ºС, откуда смесь через щелевую головку выдавливается в виде бесконечной пленки и транспортером непрерывно подается в зазор между валками четырехвалкового каландра 7. Температуру каждого валка каландра регулируют подачей пара в пределах 140 - 170°С. В процессе каландрования происходит ориентация макромолекул в направлении движения валков и окончательная калибровка пленки. После намотки на станке 8 рулоны пленки толщиной 0,12-2,0мм транспортером подают на упаковку.
На современных производствах между каландром и узлом намотки размещают узлы - нормализаторы свойств пленки. Обычно это термокамеры, обеспечивающие плавное охлаждение пленки и ее релаксацию в интервале температур 100 - 50°С.
3.3 Сведенья о технике безопасности при производстве ПВХ
ВХ транспортируют и хранят в баллонах в присутствии ингибитора (гидрохинон, трет - бутилпирокатехин и т.д.), но в некоторых случаях допускается его хранение без ингибитора при низких температурах (− 40ºС и ниже). В отсутствии кислорода мономер устойчив. С воздухом образует взрывоопасные смеси.
Баллоны, сборники, вентили и предохранительные устройства, соприкасающиеся с ВХ, должны быть изготовлены из стали или материалов, предотвращающих образование взрывчатых ацетиленидов меди. Сборники не следует заполнять мономером более чем на 85% их объема. ВХ токсичен, обладает наркотическим и канцерогенным действием.
Все производства ПВХ пожаро - и взрывоопасны, поэтому отделения полимеризации располагают в одном здании, а центрифуги, сушилку, узлы рассева и хранилища - в другом. Порошки ПВХ менее опасны при хранении.
Все сточные воды (6 - 8т на 1т ПВХ) подвергают биологической отчистке после отстаивания и отделения осадка унесенного ПВХ. ПВХ и сополимеры ВХ являются безвредными веществами, если из них полностью удален остаточный мономер. При их горении выделяются токсичные вещества.
4. Свойства ПВХ
4.1 Физико-механические свойства ПВХ
ПВХ полимер преимущественно линейного строения. Полимер - твердый продукт белого цвета, степень полимеризации 100-2500. Элементарные звенья в цепях полимера расположены в основном в положении 1,2. Степень упорядоченности макромолекул ПВХ зависит от температуры полимеризации, а также от молекулярной массы, которая составляет 40000 - 150000. Максимально возможная упорядоченность реализуется при температурах полимеризации выше 55°С или в случае отжига при температурах выше 70-80ºС. Степень кристалличности промышленного ПВХ может достигать 10%. Конформации цепи ПВХ - плоский зигзаг. Кристаллический ПВХ имеет синдиотактическую конфигурацию с орторомбической элементарной ячейкой, содержащей два мономерных звена.
Ниже приведены некоторые физико-механические свойства для прессованных образцов ПВХ:
Плотность при 20°С, г/см3...1,35 - 1,43
Показатель преломления...1,544
Температуpa текучести, °С...180 - 220
Температура стеклования, °С...78-105
Теплопроводность, вт/ (м К)...0,15-0,175
кал/ (г °С)...0, 13-0, 15
Уд теплоемкость, кдж/ (кг К)...1, 00 - 2,14
кал/ (г °С)...0,24-0,51
Водопоглощение
за 24 ч,% (г/м2)...0,4 - 0,6 (0,11 - 0,3)
за 1000 ч, г'м2...400
Прочность, Мн/м2 (кгс/см2)
при растяжении...40-60 (400-600)
при сжатии...78 - 160 (780-1600)
при изгибе...80-120 (800-1200)
Температуpa текучести ПВХ тем выше, чем ниже температуpa полимеризации. Она совпадает или даже выше температуры заметной деструкции ПВХ
Свойства ПВХ можно модифицировать смешением его с др. полимерами или сополимерами. Так, ударная прочность повышается при смешении ПВХ с хлорированным полиэтиленом, хлорированным или сульфохлорированным бутилкаучуком, метилвинилпиридиновым или бутадиен - нитрильным каучуком, а также с сополимерами стирол - акрилонитрил или бутадиен - стирол - акрилонитрил.
ПВХ, полученный полимеризацией в массе, суспензии или эмульсии, - капиллярно - пористый порошкообразный материал, свойства которого, такие, как молекулярная масса, молекулярно-массовое распределение, строение цепи и др., в значительной мере определяют поведение полимера при переработке и свойства изделий из него. По морфологическому признаку зерна суспензионного порошкообразного ПВХ подразделяют на:
1) однородные (монолитные с преобладанием прозрачных зерен или непрозрачных зерен) и 2) неоднородные, пористые (преобладания зерен какого - либо одного типа нет). Морфология зерен эмульсионного ПВХ существенно отличается от морфологии зерен суспензионного ПВХ. Зерна эмульсионного ПВХ делят на два типа: ценосферические (полые частицы) и пленосферические (компактные частицы). Целесообразность получения зерен ПВХ того или иного типа определяется конкретным назначением данного сорта ПВХ. Свойства ПВХ как порошкообразного материала приведены в таблице 2.