PVC sospeso e considerazioni sul processo

Il PVC viene prodotto prevalentemente attraverso il processo di polimerizzazione in sospensione, dove è noto come PVC in sospensione. In questo processo, i monomeri di cloruro di vinile (VCM) vengono dispersi in acqua e reagiscono con iziatori di radicali liberi per formare piccole goccioline che contengono le reazioni di polimerizzazione. Queste goccioline si aggregano quindi continuamente per formare agglomerati fusi che producono un grano di resina PVC. Di seguito è riportato uno schema del meccanismo che si pensa avvenga per la polimerizzazione del PVC in sospensione.

Il controllo delle dimensioni delle gocce di VCM è fondamentale per i produttori di PVC, poiché sia ​​la porosità che la densità apparente della grana di resina PVC risultante sono direttamente correlate. La porosità delle grane di resina PVC influenza la facilità di rimozione del VCM non reagito e l'assorbenza di additivi come plastificanti, stabilizzanti, pigmenti e modificatori di impatto. Queste proprietà sono importanti, ad esempio, per produrre PVC di purezza più elevata o determinare se verrà prodotto PVC flessibile o rigido. D'altro canto, la densità apparente è un problema quando si considerano lo stoccaggio del materiale, il flusso e la movimentazione della resina.

I produttori di PVC devono spesso bilanciare porosità e densità apparente per creare una resina con le proprietà necessarie adatte ad applicazioni finali specifiche. Gli agenti di sospensione hanno la maggiore influenza sulla dimensione delle gocce di PVC in sospensione, influenzando in ultima analisi la morfologia delle particelle di PVC e, di conseguenza, la porosità e la densità apparente. Pertanto, è fondamentale utilizzare un agente di sospensione appropriato e comprendere in che modo la selezione di un agente di sospensione influenza il processo di produzione del PVC.

Agenti di sospensione METHOCEL^™

Gli agenti di sospensione METHOCEL^™ sono polimeri di etere di cellulosa di origine naturale che sono non ionici e solubili in acqua. Ci sono due proprietà funzionali di METHOCEL^™ che lo rendono un agente di sospensione efficace. Innanzitutto, riduce la tensione interfacciale (IFT) delle goccioline di PVC in sospensione per facilitare una migliore dispersione e creare goccioline di dimensioni più piccole. Queste goccioline di dimensioni più piccole porteranno a resine con maggiore porosità e minore densità apparente. In secondo luogo, METHOCEL^™ funge da colloide protettivo attorno alle goccioline di VCM mantenendole a contatto con la crescente catena polimerica di PVC. Il colloide protettivo che forma METHOCEL^™ aiuta a prevenire la coalescenza delle goccioline mantenendone le dimensioni più uniformi durante le fasi di aggregazione "appiccicosa" del processo di polimerizzazione.

METHOCEL^™ è disponibile in una varietà di gradi con diversi livelli di sostituzione per i gruppi metile e idrossipropile attaccati alla struttura principale della cellulosa. In ogni prodotto viene utilizzata una lettera per indicare il grado specifico di sostituzione dei gruppi metossilico e idrossipropilico, come mostrato nel diagramma seguente:

Come selezionare il giusto agente di sospensione METHOCEL^™ 

Ecco alcune domande che possono aiutare a orientare la scelta del grado METHOCEL^™:

• È preferibile una grana di resina PVC più porosa o meno porosa?
• È preferibile una densità apparente della resina più alta o più bassa?
• Sono necessari residui di VCM più bassi?

Tenendo presente quanto detto in precedenza, un IFT inferiore contribuirà a una migliore dispersione e a una dimensione delle gocce di VCM più piccola, che formerà resine PVC più porose e a grana più piccola. Pertanto, i gradi METHOCEL^™ che forniscono un IFT inferiore avranno anche una densità apparente inferiore, residui di VCM inferiori e una distribuzione più uniforme delle dimensioni dei grani di PVC. In generale, l'IFT aumenta all'aumentare del grado di sostituzione di METHOCEL^™. Pertanto, l'IFT può essere classificato nel seguente ordine in base alla lettera che indica il grado di sostituzione: J < E < F < A < K.

Altri fattori, come la forza del gel e l'organosolubilità dei singoli gradi METHOCEL^™, possono anche svolgere un ruolo nel controllo delle dimensioni delle gocce, ma non hanno un impatto significativo come l'IFT. Considerando tutto quanto sopra, è possibile selezionare gradi METHOCEL^™ specifici, a seconda della porosità desiderata e della densità apparente necessaria per ciascuna applicazione finale.
 

Grado	IFT (dyne/cm), in 1,2-dicloroetano	Viscosità (mPa*s)	Applicazione/Risultato
METHOCEL™ K100 LV	8.66	100	PVC rigido, bassa porosità, elevata densità apparente
METHOCEL™ A15 LV	7.36	15	PVC rigido, bassa porosità, elevata densità apparente
METHOCEL™ F50	5.17	50	Agente di sospensione per uso generale
METHOCEL™ E15 LV	4.34	15	PVC flessibile, elevata porosità, bassi residui di VCM
METHOCEL™ E50 LV	4.03	50	PVC flessibile, elevata porosità, bassi residui di VCM

Sebbene nel portafoglio METHOCEL^™ siano presenti decine di prodotti, i gradi a bassa viscosità sono i più adatti per la polimerizzazione del PVC in sospensione. I gradi sopra indicati offrono ai produttori di PVC le opzioni più performanti.

Come utilizzare METHOCEL^™ per la polimerizzazione del PVC in sospensione

In genere, per operazioni su larga scala di produzione di PVC in sospensione, METHOCEL^™ viene aggiunto in una quantità compresa tra lo 0,05 e lo 0,30% del peso del VCM. La maggior parte della variabilità all'interno di questa gamma dipende dalle dimensioni del reattore utilizzato, dove i reattori più piccoli richiedono una concentrazione maggiore di METHOCEL^™ per una migliore efficacia. Di seguito è riportato un grafico che può essere utilizzato come linea guida iniziale per la percentuale di METHOCEL^™ richiesta, in base alle dimensioni del reattore.
 

Dimensioni del reattore	Velocità dell'agitatore	% METHOCEL™ (in base al peso del monomero)
0.5-reattore da gallone	150–170 rpm	0.2–0.3
1-2-reattore da gallone	150–170 rpm	0.2–0.3
20-reattore da gallone	150–170 rpm	0.15–0.18
50-reattore da gallone	150 rpm	0.08
500-reattore da gallone	120 rpm	0.06
3,000-reattore da gallone	120 rpm	0.05

Vale la pena notare che con ogni dimensione del reattore, è stato dimostrato che l'aumento della concentrazione di METHOCEL^™ riduce ulteriormente la dimensione dei grani di PVC. Questo perché concentrazioni più elevate di METHOCEL^™ si tradurranno in una migliore formazione di pellicola e copertura superficiale delle goccioline di monomero, riducendo la tendenza all'aggregazione delle goccioline.

Dal punto di vista procedurale, si consiglia di caricare il reattore con acqua e una soluzione di METHOCEL^™ prima di aggiungere i VCM per evitare la formazione di particelle di resina grossolane e l'accumulo di resina sulle pareti del reattore. METHOCEL^™ può anche essere utilizzato con altri agenti di sospensione come idrossipropilcellulosa e alcol polivinilico per regolare ulteriormente il controllo della granulometria su una gamma più ampia di profili di taglio.

Riepilogo

I produttori di PVC in sospensione richiedono un controllo rigoroso sulle proprietà della resina, come granulometria, porosità e densità apparente, per creare i tipi specifici di resina PVC necessari per ogni applicazione finale. METHOCEL^™ è un agente di sospensione di origine naturale disponibile in diversi gradi per consentire la personalizzazione di queste proprietà della resina. Contattaci di seguito per richiedere un campione di METHOCEL^™ da utilizzare nel tuo processo di produzione di PVC in sospensione.