Производство поливинилового спирта и его производных

 

Далее ПВБ  промывают 0,02%-ным водным раствором  едкого натра (стабилизация), поступающим  из емкости 8 при 55 °С. Модуль ванны 1:8, продолжительность  промывки 2 часа.

После стабилизации суспензия ПВБ поступает на центрифугу 10, где от ПВБ отжимается влага. ПВБ, содержащий 30-40% влаги, сушат в аэрофонтанной сушилке 11 при температуре не выше 50°С до остаточного содержания влаги 3%. Высушенный продукт просеивают на вибрационном сите 12 и мелкую фракцию упаковывают в мешки. Отсев (остаток на сите) измельчают на молотковой микромельнице и снова просеивают. Для получения гранул порошок направляют в гранулятор, куда вводят пигменты и другие добавки.

Поливинилбутираль можно получать путем ацеталирования масляным альдегидом поливинилового спирта, растворенного в 62%-ной уксусной кислоте. В этом случае к 10%-ному раствору, содержащему 100 масс. ч. поливинилового спирта, при 15°С добавляют 16,5 масс. ч. серной кислоты и 82 масс. ч. масляного альдегида в 425 масс. ч. ледяной уксусной кислоты. Реакцию проводят при 32°С и непрерывном перемешивании. Полимер выпадает из раствора в виде тонкого порошка. Для завершения осаждения реакционную массу разбавляют водой. Полимер отделяют от жидкой фазы фильтрованием и промывают водой. При последней промывке в воду добавляют 1% пиридина для нейтрализации следов кислоты. Промытый продукт отжимают на центрифуге и сушат в вакуум-сушилке при 60°С.

При получении  поливинилбутираля из поливинилацетата по одностадийному способу в реактор загружают поливинилацетатный лак, дистиллированную воду и спиртовой раствор кислоты.

Ниже приведены  нормы загрузки компонентов в  реактор (в масс, ч.):

       поливинилацетат  – 100

       масляный альдегид – (130 – 200% от теоретического)

       вода – 100

       соляная кислота – 150

Реакция протекает  при 65-76 °С и энергичном перемешивании. После окончания реакции омыления и растворения образовавшегося  поливинилового спирта прибавляют 45 масс. ч. масляного альдегида. При этом протекает бурная реакция ацеталирования с выделением полимера в виде комковатой массы.

При энергичном перемешивании масляный альдегид можно  вводить одновременно со всеми другими  компонентами. Смесь оставляют до полного выделения полимера примерно на 24 часа, в зависимости от температуры. Поливинилбутираль отделяют от жидкой фазы и обрабатывают описанными выше методами до получения сухого продукта. Маточный раствор и промывные воды направляют на рекуперацию.

Можно получать поливинилбутираль из поливинилацетата в присутствии серной кислоты в растворителе, не смешивающемся с водой, например в бутилацетате. В этом случае поливинилбутираль выделяют путем обработки реакционного раствора водой (несколько раз при перемешивании) для удаления серной кислоты и других водорастворимых примесей. Затем раствор нагревают и отгоняют растворитель ( в вакууме). Расплавленный полимер гранулируют и сушат.

При получении поливинилбутираля любым способом для стабилизации полимера суспензию поливинилбутираля в воде обычно нейтрализуют раствором щелочи, пиридина, триэтаноламина или другими аминами и обрабатывают при нагревании до 85 °С в течение одного или нескольких часов малолетучими аминами или производными карбамида.

 

3.1 Свойства и применение поливинилбутираля

 

Поливинилбутираль представляет собой аморфный порошок белого цвета, он содержит около 78% бутиральных и 2-3% ацетатных групп. Обладает хорошими адгезионными свойствами.

Показатели основных свойств  поливинилбутираля приведены ниже:

           Плотность, кг/м³ (г/см³) – 1120 (1,12)

           Разрушающее напряжение, МН/м² (кгс/см²)

                  - при растяжении – 44,2-49,0 (450-500)

                  - при статическом изгибе – 78,5-98,1 (800-100)

           Относительное удлинение при разрыве, % - 15-25

           Модуль упругости при изгибе, МН/м² (кгс/см²) – 1960-2100 (20000-       22000)

         Ударная вязкость, кДж/м² – 60-100

           Теплостойкость

                 - по Вика, °С – 72-76

                 - по Мартенсу – 50-55

           Температура стеклования, °С – 57

           Растворимость при 20°С за 24 часа, % –0,5-0,6.

 

Поливинилбутираль выпускают в непластифицированном и пластифицированном виде. Гибкий (пластифицированный) поливинилбутираль содержит 16–18% пластификатора. В качестве пластификаторов применяют дибутилфталат, диоктилфталат, трикрезилфосфат, дибутилсебацинат, хлорированный дифенил и др. Введение некоторых пластификаторов позволяет значительно понизить температуру стеклования поливинилбутираля (до 57°С), придать пленкам из него высокую гибкость и морозостойкость (до ─60°С).

Поливинилбутираль хорошо растворяется в метиловом, этиловом, пропиловом и бутиловом спиртах, в диоксане, метилацетате и бутилацетате, метилэтилкетоне и циклогексаноне, целлозольве и в хлорированных углеводородах. Содержание некоторого количества гидроксильных групп повышает растворимость поливинилбутираля в спиртах и увеличивает его сродство к воде.

В качестве разбавителей растворов поливинилбутираля применяют бензол, толуол и метилацетат.

Поливинилбутираль хорошо совмещается с феноло-, карбамидо- и меламиноформальдегидными олигомерами. Незначительные добавки поливинилбутираля к фенолоформальдегидному олигомеру улучшают его адгезионные свойства (такая композиция применяется для изготовления клеев БФ).

Поливинилбутираль обладает хорошей стойкостью к истиранию, высокой атмосферостойкостью, стойкостью к действию солнечного света, кислорода и озона. Он имеет довольно высокую термостойкость – разлагается при нагревании до 160°С и выше. Кислород воздуха способствует образованию гидроперекисей, выделению масляного альдегида и структурированию.

Пленки из поливинилбутираля обладают высокой прозрачностью и светостойкостью. Они применяются для склеивания силикатных и органических стекол в производстве многослойного безосколочного стекла «триплекс».

Поливинилбутираль применяется для покрытия ткани, предназначенной для изготовления плащей, одежды, мешков и других изделий, а также для грунтовочных покрытий по металлу, для изготовления лаков и различных клеящих материалов.

 

Раздел 4 Техника безопасности

 

4.1 Техника безопасности при  производстве полимеров сложных  и простых виниловых эфиров

При получении  винилацетата и при его полимеризации  необходимо строго соблюдать правила  техники безопасности. Исходные продукты: ацетилен, этилен, винилацетат и  растворители — являются легкогорючими  веществами. Их смеси с воздухом взрывоопасны. Температура вспышки  на воздухе от ─5 до ─8°С, температура  самовоспламенения 380 °С. Область воспламенения  для винилацетата 1,1% (объемн.) и выше. Винилацетат обладает наркотическим и общетоксическим действием, раздражает глаза и верхние дыхательные пути; предельно допустимые концентрации в воздухе 10·10^-6 кг/м³, (10 мг/м3).

Из других продуктов представляют опасность: перекись бензоила, способная в сухом виде взрываться от ударов, при нагревани и соприкосновении с серной кислотой; винилметиловый и винилэтиловый эфиры, которые легко воспламеняются и пары которых в смеси с воздухом взрывоопасны в широком интервале концентраций. Эти продукты в жидком виде следует транспортировать в герметичной таре. Электрооборудование должно  иметь взрывобезопасное исполнение. Коммуникации и аппаратура, на которых может образовываться статическое электричество, подлежат заземлению.

Выбросы вентиляции и сточные  воды должны подвергаться очистке.

 

4.2 Техника безопасности при производстве полимерных спиртов и их производных

 

Метанол, формалин и ацетальдегид, применяемые в  производстве поливинилового спирта и  поливинилацеталей, являются легковоспламеняющимися жидкостями, пары которых в смеси с воздухом образуют взрывчатые смеси. Пределы взрываемости метанола от 6,0 до 34,7% (об.), ацетальдегида — от 4 до 55% (об.). Пары метанола легко воспламеняются от источника огня при 13°С, а при 464°С самовоспламеняются. Метанол представляет собой ядовитую жидкость; отравление ею может происходить при вдыхании паров, всасывании через кожу, и в особенности при приеме внутрь. Небольшие количества метанола [0,010—0,015 кг) (10—15 г)], принятые внутрь, вызывают тяжелые отравления, приводящие к слепоте или смерти. Предельно допустимые концентрации в воздухе 50·10^-6 кг/м³ (50 мг/м³).

Альдегиды вызывают сильное раздражение слизистых  оболочек глаз и дыхательных путей. Дымящая соляная кислота вызывает отравление. Предельно допустимая концентрация соляной кислоты в воздухе 10^-6 кг/м³ (10 мг/м³).

Ацетилен, окись  пропилена, спирты, катализаторы и мономеры, применяемые при получении полимеров  аллилового спирта и его эфиров, легко воспламеняются, образуя с воздухом взрывчатые смеси. Поэтому аппаратура, в которой возможно выделение газов вредных веществ, должна быть герметична. Вредные и опасные продукты в жидком виде следует транспортировать в герметичной таре.

Вентиляционные выбросы  и сточные воды подлежат очистке  на специальных установках.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Энциклопедия полимеров, т, 1-2, М., 1972-74.
2. Технология пластических масс, под ред. В. В. Коршака, М., 1976.
3. Никифоров В.А., Маркова В.А., Лагусева Е.И. Альбом технологических схем: По курсу «Технология пластических масс».-1-е изд. - Тверь: ТГТУ, 2001. -  с. 37
4. Розенберг М.Э. Полимеры на основе винилацетата, Л., 1983. - 856 с.
5. C.Н.Ушаков – Поливиниловый спирт и его производные(т.1), 1960.
6. 3. А.М. Шур Высокомолекулярные соединения. Изд. «Высшая Школа» М-1966 г.