2.2　氯乙烯懸浮聚合分散、成粒機理

2.2.1　機械攪拌下單體液滴的形成過程

在單體與水的體系中，單體在強烈機械攪拌的剪切作用下發生形變，大的不穩定的液團破裂成較小的形狀不規則的液滴。單體自身表面張力使之形成較小微珠。這些單體的微珠又趨向聚集成較大的液滴。分散與聚集之間存在著一個動態的平衡，見圖2-1。

但是，聚合反應開始之后，隨著聚合度的增加，液滴黏度逐漸增大。一般當聚合轉化率達到30%以后，這些軟而呈膠狀的液滴則變得具有很大的黏性。這時如果發生液滴相撞，則很容易黏結，這樣的半黏顆粒是不容易打破的，結果會很快黏結成粗粒子或大塊狀。所以在聚合反應的前期，這個發黏階段是一個危險期。當真正變成固體顆粒之后，就沒有這樣的危險了。顯而易見，僅僅依靠攪拌的單純的剪切作用，是無法使聚合反應度過危險期而獲得符合要求的顆粒狀高聚物的，必須使用懸浮劑。

2.2.2　懸浮劑的分散與穩定作用

為了使懸浮分散體系穩定，需加入懸浮劑。這些懸浮劑溶于水后，一部分被吸附在單體液滴的表面形成液膜保護層，這種膜保護層的強度越大越能防止粒珠的黏結或合并，圖2-2所示為聚乙烯醇在單體表面形成保護膜的情況。

另一部分水溶性懸浮劑則分散在水相中，降低了液珠彼此之間的碰撞力，同時提高了水相黏度，阻止了保護膜的破壞，提高了相互碰撞時的阻力。

2.2.3　氯乙烯在懸浮聚合中形成顆粒

氯乙烯在懸浮聚合中形成顆粒大致分以下幾步：

（1）氯乙烯單體（VCM）在分散劑溶液中的分散　VCM被攪拌分散開，為獲得恒定的平均液滴直徑，需要足夠的時間。分散速率與分散劑的多少和種類有關，更重要的是取決于攪拌器的循環能力。分散過程一般要持續一小時以上。

（2）懸浮劑在VCM與水界面上的吸附　此吸附是和開動攪拌進行機械分散同時進行的，從而降低了VCM液滴的凝聚率。吸附量是隨著反應物溫度的升高而增加的。用聚乙烯醇（PVA）為分散劑時，溫度升高，液滴的穩定性稍有下降，而用纖維素醚類作為分散劑時，則液滴穩定性急劇提高；使用PVA分散劑比纖維素醚類分散劑時的平均液滴直徑小。

（3）游離基反應開始與最小微珠的形成　在游離基反應開始以后，在液滴內隨著PVC鏈增長而沉積形成微粒。一些增長著的游離基與吸附在液滴上的分散劑分子反應，生成不溶的接枝共聚物的共聚程度比甲基纖維素（MC）高，這也是用PVA分散劑液滴穩定性較MC類分散劑差一些的原因。

（4）小微珠的液滴界面上的沉積　由于液滴在懸浮分散體系中的旋轉、翻滾，已經析出的微粒在離心力的作用下移向界面，并在那里繼續增長，并與接枝共聚物作用形成穩定的顆粒外皮。

（5）聚合著的液滴的體積收縮　由于PVC密度比VCM大，隨著聚合的進行，粒子體積逐漸收縮。如果液滴接枝共聚物的皮非常穩定，則在體積收縮時形成多孔結構，如PVA。反之則容易形成不規則顆粒，如MC。

（6）粒子的附聚作用　附聚作用發生在轉化率15%～50%時，各聚合著的粒子附聚會生成兩個形態的混合粒子。在轉化率達到50%時，粒子由于附聚作用迅速增大。超過這個轉化率，粒子增大的速度將要放慢。附聚的最初階段，則由簡單粒子互相黏結成不規則形狀，之后慢慢成為非圓顆粒。

當然，以上過程與分散劑的品種、數量關系也很大?？傊?，要生產出粒度均勻的、高孔隙率的樹脂顆粒，要采取以下措施：適當延長加料后的冷攪拌時間；適中的攪拌強度；不同分散劑及條件等。