بلمرة PVC

بلمرة PVC

بلمرة PVC


في هذه المقالة، نريد وصف خطوات بلمرة PVC. مونومر كلوريد الفينيل (VCM) هو سائل عديم اللون وشفاف يغلي عند -13 درجة مئوية. يمتلك VCM قابلية ذوبان محدودة في الماء ويذوب الماء في VC إلى كمية صغيرة جدًا. يتم تحويل VCM إلى PVC من خلال بلمرة الجذور الحرة في الطور السائل. بالطبع، في بعض المراجع، تم ذكر البلمرة أيضًا في الطور الغازي، لكن في الواقع، لا يحدث التفاعل في الطور الغازي.

في بلمرة PVC، عادةً ما يتم توصيل الوحدات المونومرية من الرأس إلى الذيل ووفقًا لاتجاهات وضع ذرات الكلور في سلسلة PVC، قد يتم تشكيل أيزومرات مختلفة متناظرة ومتساوية التوتر. تعتمد نسبة الأيزومرات المترافقة مع الأيزومرات على عوامل مختلفة، وخاصة درجة حرارة البلمرة. بحيث كلما انخفضت درجة حرارة البلمرة، زادت كمية الأيزومر المتزامن. في وحدات PVC الصناعية التي تبلغ درجة حرارة البلمرة فيها 70 و50 درجة مئوية، لوحظ أن كمية الأيزومر المتزامن هي 52 و56% على التوالي.

عادة تكون نسبة تبلور الـ PVC أقل من 10%، لكن هذه الكمية الصغيرة من التبلور لها تأثيرات كثيرة على خواص الـ PVC الصلب والمرن، وكما قيل فإنها تصل بنطاق انصهار الـ PVC إلى 260 درجة مئوية . بالطبع، بسبب تدمير PVC في درجات حرارة عالية، لا يتم استخدام درجة حرارة معالجة عالية تقترب من 260 درجة مئوية أبدًا. ونتيجة لذلك، لا يذوب سائل PVC تمامًا أبدًا وتلعب الهياكل البلورية في الخليط دور الفيزيائية يتم استخدام الاتصالات العرضية بين سلاسل PVC. تجدر الإشارة إلى أنه إذا كان من الممكن إنتاج PVC مع أيزومر سنديد تكتيكي 100%، فسيتم الحصول على بوليمر لا يمكن معالجته بأي شكل من الأشكال ولا يذوب في أي مذيب حتى في درجات الحرارة المرتفعة، والأنواع المختلفة تحتوي على كمية معينة من الأيزومرات. بحيث بالإضافة إلى قابلية المعالجة والذوبان المناسبين، فإن خصائص اللدائن الحرارية المرنة موجودة أيضًا بكمية كافية.

تعتمد الكتلة الجزيئية للـ PVC أيضًا على درجة حرارة البلمرة وكمية تفاعلات نقل السلسلة إلى المونومر. عادة، يخضع جذر PVC لعشرة تفاعلات نقل متسلسلة تحت ظروف البلمرة العادية قبل أن يتم تدميره بالكامل.

تجدر الإشارة إلى أن البلمرة فوق 70 درجة مئوية تؤدي أيضًا إلى رفع ضغط المفاعل كثيرًا وتسبب مشاكل.

بلمرة تعليق PVC
يتم استخدام طريقة بلمرة التعليق أكثر من الطرق الأخرى لإنتاج PVC إلى درجة أنه يتم الآن الحصول على حوالي 90٪ من راتينج PVC المنتج من هذه الطريقة. في هذه الطريقة، مع وجود كمية كبيرة نسبيًا من عوامل التثبيت، تظل قطرات VCM وPVC معلقة في الماء وبعد مرور بعض الوقت تشكل نظام ملاط ​​من جزيئات PVC بمتوسط ​​حجم 120-150 ميكرون في الماء.

 

تشتمل عملية إنتاج راتينج PVC المعلق على أربع مراحل رئيسية هي البلمرة، واستخلاص المونومرات غير المتفاعلة من راتينج PVC، والطرد المركزي للراتنج، وتجفيف الراتنج.

وفيما يلي شرح لكل خطوة من هذه الخطوات بشكل منفصل.

 

تتم بلمرة تعليق PVC عادة في مفاعل أسطواني بحجم 20-200 متر مكعب ومجهز بمحرك ميكانيكي.

 

يمكن أن تحتوي هذه المفاعلات على حاجز ومكثف رجعي من أجل تبريد أفضل. بالإضافة إلى ذلك، قد يكون إدخال المواد من الجزء العلوي أو السفلي من المفاعل. عادة ما يتم استخدام المفاعلات ذات السطح المطلي بالمينا أو الفولاذ المقاوم للصدأ، على الرغم من أن الفولاذ المقاوم للصدأ أغلى مقارنة بالحديد العادي وله معامل نقل حراري أقل، ويتم استخدام طبقة من الفولاذ المقاوم للصدأ.

بشكل عام، مع زيادة حجم المفاعلات، يجب أن يكون جدار المفاعل أكثر سمكًا.

يعد الغطاء الداخلي للمفاعل ذو الوظيفة المغلقة أيضًا مهمًا جدًا، لأن هذا النوع من المفاعلات قد يتم فتحه مرة واحدة فقط بعد عدة مئات من الدفعات. ولذلك، يجب أن يكون غلافها الداخلي مادة مناسبة.

عند استخدام مفاعلات مغلقة لبلمرة PVC، تستمر البلمرة إلى نسبة تحويل معينة. وهذا يجعل من الممكن إزالة بعض مونومرات VCM غير المتفاعلة بسهولة من النظام. لأنه بعد إيقاف البلمرة يتم إزالة محتويات المفاعل من المفاعل بمساعدة ضغط بخار كلوريد الفينيل أو مضخة في اتجاه معين.

 

وبعد تفريغ المادة من المفاعل، يتم غسل المفاعل بالكامل بماء عالي الضغط.

تعتبر جودة الغسيل في هذه الخطوة مهمة جدًا، لأنه إذا بقي جزء من PVC في المفاعل، بعد استمرار البلمرة في الخطوة الثانية، فإنه يشكل جسيمًا صلبًا وغير مسامي، مما يصعب كسره. الخطوة التالية أو حتى مستحيلة وتسبب عيب عين السمكة في المنتج النهائي. وفي الوقت نفسه، إذا كان هناك بعض VCM في هذه الجسيمات، فسيكون من الصعب جدًا إخراجها لأنه سيكون لها تأثير كبير على البنية الداخلية لراتنج PVC المنتج.

نقطة أخرى هي أنه من خلال إجراء بلمرة PVC، يتم إنشاء طبقة رقيقة على الجدار الداخلي للمفاعل، والتي تصبح أكثر سمكًا تدريجيًا مع استمرار البلمرة، مما يسبب مشاكل في نقل الحرارة للنظام.

ولمنع هذه المشكلة، يتم طلاء الجزء الداخلي من المفاعل بكمية صغيرة جدًا من المواد الكيميائية الخاصة ثم يتم غسله.

بعد إضافة مكونات النظام إلى المفاعل، تزيد درجة حرارة المفاعل إلى درجة حرارة البلمرة. تشتمل المكونات الرئيسية المضافة إلى المفاعل على الماء، وVCM، والمثبتات الأولية والثانوية، ومحفزات البلمرة الجذرية، والمخزن المؤقت.

يتراوح متوسط ​​حجم قطرات المونومر الأولية في بلمرة تعليق PVC بين 30-50 ميكرون، بينما تشكل هذه القطرات بعد مرور بعض الوقت مجموعات بأبعاد 120-150 ميكرون.

يعد التحكم في عملية التجميع أمرًا مهمًا لتحقيق الخصائص المطلوبة للراتنج، لذلك يجب تحديد الكمية المطلوبة من المثبت بعناية، وعلى الرغم من أن هذا أمر مرغوب فيه إلى حد ما، إلا أنه تجدر الإشارة إلى أن كمية كبيرة من المثبت تسبب أيضًا التلوث و شوائب نظام البلمرة والبوليمر النهائي.

 

كما ذكرنا سابقًا، فإن المثبتات الثانوية عبارة عن مواد سطحية نشطة تساعد على التحكم في تجمع جزيئات PVC الأولية المنتفخة من المونومر. هذه المكونات لها خاصيتين رئيسيتين. أولاً، إنها قابلة للذوبان بالكامل في الماء، لذلك عن طريق امتصاص الماء في التجاويف الداخلية للجزيئات، يتم إنشاء مسامية في الجزيئات. وفي الوقت نفسه، تساعد قابلية ذوبان المثبتات في الماء على نشر المثبتات الثانوية بالتساوي في VCM قطرات المونومر.

 

إن بادئات بلمرة المعلق PVC، على عكس بادئات بلمرة المستحلب القابلة للذوبان في الماء، هي مواد قابلة للذوبان في المونومر. عند اختيار المبدئ المناسب، يجب عليك الانتباه إلى نصف عمر وكفاءة المبدئ.

 

استخراج مونومر VCM
كما ذكرنا في الأقسام السابقة، يتم استخلاص مونومر VCM من راتينج PVC من خلال عمليات خاصة نظرًا لقدرته على التسبب في السرطان، بحيث تصل كمية المونومر في الراتينج إلى أقل من جزء واحد في المليون.

يتم استخراج المونومر بمساعدة معدات خاصة مثل عمود التجريد بالبخار. بالطبع، في أنظمة بلمرة PVC القديمة، تم استخدام خزان خاص أو مفاعل بلمرة لاستخراج PVM. ومن الواضح أنه إذا تم استخلاص VCM في مفاعل البلمرة، فإن معدل إنتاج المصنع سوف ينخفض، وهو أمر غير مرغوب فيه.

في هذا الجزء، تتم إزالة كمية كبيرة من VCM من PVC، وبالتالي تزداد صلابة الراتينج. يؤدي هذا إلى عدم التصاق حبيبات PVC بجسم المعدة في عمود الاستخراج.

ثم يتم نقل راتنج الملاط من خزان التغذية إلى أعلى عمود الاستخراج. يتلامس البخار مع راتينج الملاط ويأخذ بعض مونومرات كلوريد الفينيل من العمود مع بعض الماء. بهذه الطريقة، يخرج VCM والبخار من أعلى العمود، ويخرج الراتنج الملاط، الذي لديه الآن بقايا أقل بكثير من المونومر وأكثر صلابة، من أسفل العمود.

بعد استخراج VCM من راتينج PVC، يتم فصل مسارات الراتنج والمونومر المعاد تدويرها عن بعضها البعض. يتم أولاً طرد راتينج PVC وفقًا لما هو موضح في الأقسام التالية.

 

النقطة الرئيسية في استخلاص VCM من راتينج PVC هي الحصول على راتينج ذو شكل مناسب، وجزيئات أولية صغيرة، وتوزيع صغير الحجم وموحد. إذا تم استخراج جسيم يبلغ قطره ميكرون واحد في دقيقة واحدة، فإن نفس كمية الاستخلاص من الجسيمات التي يبلغ قطرها 20 و100 ميكرون، ستكون هناك حاجة إلى 400 و10000 دقيقة، على التوالي. ولذلك، فإن تجميع القطرات وتكوين الجزيئات التي يزيد قطرها عن 20 ميكرون يجعل من الصعب استخراج المونومر من الراتينج.

 

جهاز الطرد المركزي
بمساعدة عملية الطرد المركزي، يتحول راتينج الملاط PVC، الذي يحتوي على 50-60% ماء، إلى مسحوق كعكة جاف يحتوي على حوالي 20% ماء. إذا كانت درجة حرارة ملاط ​​الطرد المركزي أعلى من 82 درجة مئوية، وهي درجة حرارة التزجج لراتنج PVC، فسوف يخرج المزيد من الماء منه. في مرحلة الطرد المركزي، من الأفضل إزالة أكبر قدر ممكن من الماء من الراتنج، لأن ذلك يساعد على تقليل استهلاك الطاقة في المجفف.

التجفيف وتحبيب الراتنج
لتجفيف مسحوق PVC، عادة ما يتم استخدام مجففات السرير السائل أو المجففات الدوارة.

 

 

في مجفف الطبقة المميعة، يتلامس الهواء الساخن مع مسحوق الكيك PVC الجاف من خلال قنوات خاصة ويجففه. في هذا النوع من المجففات، في نفس الوقت الذي يجف فيه، يصبح الراتينج معلقًا ويخرج من عملية التجفيف. بينما في المجففات الدوارة، يتم سكب مسحوق الكيك PVC الجاف في حاوية دوارة حيث يتدفق الهواء الساخن وترتفع درجة الحرارة إلى حوالي 100 درجة مئوية. وفقًا لكمية الطاقة المستهلكة، تتمتع مجففات القاعدة السائلة بكفاءة أفضل وتطبق أيضًا تاريخًا حراريًا أقل. وبطبيعة الحال، من الصعب تنظيف بقايا الراتنج من هذه الأنواع من المجففات، ولهذا السبب، إذا كان تنوع درجات الإنتاج مرتفعا، عادة ما يتم استخدام المجففات الدوارة. بعد أن يجف الـ PVC، يجب تحبيبه بحيث تتم إزالة جزيئات الـ PVC ذات الأحجام غير المناسبة من الراتنج ويصبح توزيع الجزيئات أضيق. أخيرًا، بعد التحبيب، يتم نقل الراتينج إلى صوامع التخزين بمساعدة تدفق الهواء، وبعد سكبه في أكياس خاصة، يصبح جاهزًا للتحميل وتقديمه إلى السوق.

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *