Vinil Klorür Monomerin (VCM) basınç, sıcaklık ve katalizörler etkisinde polimerizasyonu ile PVC ürünü toz halinde elde edilmektedir. PVC’nin emülsiyon ve süspansiyon türlerinin yanı sıra emülsiyon türlerinin öğütülmesi ile hazırlanan pastalık türleri de bulunmaktadır.
Polivinil Klorür üretiminde ticari olarak dört polimerizasyon proses tekniği kullanılmaktadır. Bu proses teknikleri:
Kütle polimerizasyonu
Emülsiyon polimerizasyonu
Mikro süspansiyon polimerizasyonu
Süspansiyon polimerizasyonu
1.Kütle Polimerizasyonu
VCM taşıyıcı ortam olarak kendisi kullanılarak polimerize edilir. Bu proses, süspansiyon polimerizasyon prosesinde kullanılan serbest radikal başlatıcılar kullanılarak genellikle iki kademede gerçekleştirilir. Birinci kademede yüksek hızda karıştırılan bir otoklavda tane büyüklüğü, ikinci kademede düşük hızda karıştırılan bir otoklavda molekül büyüklüğü arttırılır.
Polimerizasyon düşük bir dönüşüm oranında durdurulur ve polimer monomerden ayrılır. Monomer geri döndürülür. Ürün granül halindedir.
K ütle polimerizasyonu prosesinin avantajı düşük utilite giderine sahip olması ve kurutma bölümüne ihtiyaç göstermemesidir. Prosesin dezavantajı ise esnek olmamasıdır.
2. Emülsiyon PolimerizasyonuPolimerizasyon genellikle aşağıdaki maddeleri içeren ceketli karıştırıcılı otoklavlarda kesikli (batchwise) veya sürekli (continuous) olarak gerçekleştirilir.
VCM
Demineralize su
Suda çözünen bir başlatıcı (persülfat, hidrojen peroksit gibi)
Emülsiyon yapıcı (sabun gibi)
Polimerizasyon sonunda otoklav, ince PVC taneciklerinin sudaki dispersiyonundan oluşan bir emülsiyon içerir. Lateks şeklinde adlandırılan bu emülsiyondaki PVC taneciklerinin çapı genel olarak 0.1-2 mikrometre arasındadır. PVC atomizer tipi kurutucuda sıcak hava ile kurutularak sudan ayrılır.
Polimerizasyon aşamasında kullanılan emülsiyon yapıcıların çoğu üründe kalır. Bunlar belli koşullarda ürüne daha iyi termal stabilite ve daha kolay işlenebilirlik gibi özellikler kazandırır.
Emülsiyon polimerizasyon prosesinde bir metreküp reaktör hacminde yılda 250 ton ürün düzeyinde bir verimliliğe ulaşabildiği belirtilmektedir.
Emülsiyon polimerizasyonu ile üretilen ürünler genellikle değirmenlerden geçirilerek öğütülür ve pasta olarak satılır. Emülsiyon PVC türleri daha çok duvar kağıtları, yer karoları, suni deri imalatı gibi alanlarda ve otomobillerde gövde altı örtüsü olarak kullanılmaktadır.
3. Mikrosüspansiyon Polimerizasyonu
Polimerizasyon aşağıdaki maddeleri içeren bir otoklavda gerçekleşir.
VCM
Demineralize su
Monomerde çözünen bir başlatıcı
Emülsiyon yapıcı
Karışım bir homojenizerden geçirildikten sonra reaktöre beslenir.Polimerizasyon sonunda otoklav, suda ince PVC taneciklerinin oluşturduğu süspansiyon içerir. Lateks olarak adlandırılan bu sıvıdaki PVC taneciklerinin büyüklüğü genellikle üç mikrometredir. Son ürünü elde etmek üzere daha sonra yapılan işlemler, emülsiyon polimerizasyon prosesinde yapılanın aynısıdır.
4. Süspansiyon Polimerizasyonu
Süspansiyon polimerizasyonu soğutma sistemleriyle donatılmış, karıştırıcılı reaktörlerde kesikli olarak (batchwise) gerçekleştrilir. Başlıca hammadde ve yardımcı maddeler şunlardır:
VCM
Demineralize su
Monomerde çözünen bir başlatıcı (organik peroksit gibi)
Süspansiyonun stabilitesini arttırmak ve PVC’nin kalitesini kontrol etmek için yüzey aktif maddeler ve kolloidler (polivinil alkol, selüloz derivativleri gibi)
Ürünün kalitesini artırmak için diğer katkılar
Kolloidlerin türüne, dozajına ve reaktörün karıştırma koşullarına bağlı olarak monomer damlacıkları aglomere olurlar. İstenilen dönüşüm oranına ulaşıldığında (%85-95) reaksiyon durdulur. Slurry olarak adlandırılırken PVC taneciklerinin sudaki süspansiyonundan kalan VCM ayrılır. VCM’in ayrılması ya reaktörün kendisinde ya da reaktör ile sıyırıcı arasında yer alan bir blowdown tankında yapılır. Arta kalan VCM, sıyırıcıda buharla alınır. Slurry, santrifüj ve kurutma işlemlerinden geçirildikten sonra elenir ve paketlenir. PVC’nin ortalama tanecik büyüklüğü yaklaşık 125 mikrondur.
Süspansiyon prosesinde kullanılan reaktör hacimleri 20-200 m3 arasında olabilmektedir. Optimum reaktör büyüklüğü kapasiteye ve istenilen tür sayısına bağlıdır.
Süspansiyon prosesinin avantajı ölçek ekonomisi ve esnekliktir. Reaktörde açık veya kapalı reaktör teknolojileri kullanılmaktadır. Açık reaktör tipinde, reaktörler her batch’ten sonra açılmakta ve gerekliyse temizlenmektedir. Kapalı reaktör teknolojisinde, reaktörde polimer depozitlerinin oluşumu engellenmekte ve böylece her batch’ten sonra reaktörün açılma ihtiyacı ortadan kalkmaktadır. Reaktörlerin açılmadan 400 batch’in üzerinde çalıştırılabildikleri belirtilmektedir. Süspansiyon prosesinde bir metreküp reaktör hacminde yılda 600 ton ürün düzeyinde bir verimliliğe ulaşabildiği belirtilmektedir. Süspansiyon polimerizasyonu ile üretilen ürünler daha çok boru, kablo, kapı-pencere imali ile enjeksiyon ve şişirme kalıplama uygulamalarında kullanım alanı bulmaktadır.
Süspansiyon polimerizasyonu ile elde edilen PVC, diğer polimerik maddelerin aksine, kendine özgü morfolojik bir yapı göstermektedir. Polimerizasyon koşullarına bağlı olarak, elde edilen polimerin tanecik büyüklüğü ve dağılımı değişebildiği gibi, morfolojik yapısı da değişebilmektedir.
Morfolojik yapıları açısından PVC tanecikleri üç ana grupta toplanmaktadır. Bunlar; gözenekli, yarı gözenekli ve gözeneksiz taneciklerdir.
PVC’nin morfolojik yapısı genellikle PVC, di-oktiftalat (DOP) ile karıştırılarak, DOP içinde polarize ışık kullanan bir mikroskop altında incelenmektedir. Bu durumda, PVC ile DOP’un refraktif indeksleri birbirine çok yakın olduklarından, taneciklerin PVC kısımları DOP gibi şeffaf, içi hava dolu olan gözenekleri ise siyah olarak gözlenmektedir. Bu nedenle gözenekli tanecikler “siyah”, yarı gözenekli tanecikler “opak”, gözeneksiz tanecikler ise “şeffaf” tanecikler olarak da adlandırılabilmektedirler. Uygulamada işleme üstünlükleri nedeniyle, genellikle, gözenekli yapıda PVC’ler tercih edilmektedir.
Kaynak: http://taner.balikesir.edu.tr/arastirmaseminerleri/YaseminErenf10755/pvc.html
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder