Полимеризацию стирола в эмульсии проводят в водной среде в присутствии эмульгаторов и водорастворимых инициаторов. Полимеризация идет с большей скоростью при умеренных температурах, получается полимер высокой ММ.
Эмульгаторами являются поверхностно-активные вещества: натриевые или калиевые соли жирных кислот (стеариновой, олеиновой и др.) соли алифатических и ароматических сульфокислот (лаурилсульфат, дибутилнафталинсульфат, и др.). Природа и количество эмульгатора (0,1-3 %) оказывают существенное влияние на полимеризацию в эмульсии. В частности, с увеличением содержания эмульгатора возрастает скорость процесса (она в 2-3 раза выше, чем при полимеризации в массе и в суспензии), снижается молекулярная масса полимера (но выше молекулярной массы блочного и суспензионного ПС) и уменьшаются размеры частиц полимера (до 0,1-5 мкм).
Инициаторы процесса - водорастворимые пероксиды и гидропероксиды (пероксид водорода, персульфаты аммония, натрия и калия). Для снижения температуры реакции с 50-90°С до 15-20°С добавляют ускорители распада инициаторов: сульфат железа (II), бикарбонат, бисульфит и тиосульфат натрия, аскорбиновую кислоту и др. Инициирующие системы, содержащие пероксиды (окислители) и ускорители (восстановители), носят название окислительно-восстановительных.
Регуляторами молекулярной массы полимеров являются такие переносчики цепи, как одецилмеркаптан, диизопропилксантогенатдисульфид, а регуляторами рН-среды, при котором происходит распад инициатора на радикалы, - ацетаты и фосфаты натрия.
Технологический процесс производства ПС в эмульсии периодическим методом состоит из следующих основных стадий: подготовка водной фазы и получение эмульсии, полимеризация стирола, осаждение полимера, отделение и промывка полимера от водной фазы, сушка, просеивание и гранулирование ПС (рис. 6.1).
В аппарате 1 готовят водную фазу - раствор в деминерализованной воде эмульгатора (олеата натрия), инициатора (персульфата калия) и различных добавок — и сливают ее в реактор 2. Эмульсию готовят введением стирола при сильном перемешивании рамно-лопастной или турбинной мешалкой.
Содержимое реактора 2 нагревают до 70-95°С и процесс проводят в течение 1,5 ч. Холодильник 3, соединенный с реактором 2, работает как обратный и обеспечивает возврат сконденсированных паров водно-стирольной смеси. При остаточном содержании непрореагировавшего стирола не более 0,5 % процесс прекращают.В результате эмульсионной полимеризации стирола образуется устойчивая дисперсия полимера белого цвета — латекс, из которого острым паром отгоняют свободный стирол, собираемый в приемник 4. Латекс охлаждают до 50 °С и сливают в сборник 5.
Выделение полимера из латекса проводят в осадителе 6 добавлением электролита - водного раствора алюмокалиевых квасцов KAl(SO4)2. Электролит нарушает устойчивость латекса и вызывает выпадение частиц полимера (коагуляцию). Коагуляцию проводят при нагревании латекса острым паром через барботер до 85-90°С при перемешивании мешалкой в течение 1,5-2ч. Коагуляция приводит к разделению латекса па два слоя: верхний прозрачный водный слой и нижний слой, состоящий из мелких частиц полимера.
Из осадителя 6 дисперсия полимера поступает в промыватель 7 —аппарат с ложным коническим днищем, снабженный рамной мешалкой. После фильтрования водный раствор поступает на очистку, а полимер промывают при перемешивании свежей порцией горячей воды температурой 70-80 °С. После 3-5 промывок взмученную в воде дисперсию полимера подают на центрифугу 8 для более полного обезвоживания. Порошок ПС с влажностью до 60 % поступает в сушилку 9, а после сушки с влажностью около 0,5 % — в бункер 10. Затем высушенный ПС просеивают на сите и подвергают гранулированию.
Эмульсионный полистирол менее прозрачный и обладает худшими электроизоляционными характеристиками, чем блочный, но имеет выс. ММ, более высокую теплостойкость на 5-10°С выше чем ПС полученные другими методами, поэтому он применяется в основном для производства пенополистирола. Эмульсионный метод получения ПС мало распространен вследствие ухудшения прозрачности и диэлектрических свойств полимера, но достаточно широко применяется для производства АБС-пластиков.
