本體聚合

本體聚合（bulk polymerization；mass polymerization ）是單體(或原料低分子物)在不加溶劑以及其它分散劑的條件下，由引發劑或光、熱、輻射作用下其自身進行聚合引發的聚合反應。有時也可加少量著色劑、增塑劑、分子量調節劑等。液態、氣態、固態單體都可以進行本體聚合。

基本信息

• 中文名：本體聚合
• 英文名：bulk polymerization or mass polymerization

• 本體聚合條件：液態、氣態、固態單體都可以
• 缺點：反應熱不易排除。
• 優點：生產能力大，易於連續化
• 特點：產品純淨，後處理簡單
• 工業化品種：甲基丙烯酸甲酯、高壓聚乙烯等

定義

單體和聚合物處於熔融狀態的熔融聚合也屬於本體聚合範疇。按照聚合物是否溶於單體，分為均相和非均相本體聚合。是製造聚合物的主要方法之一。

聚合方法

本體聚合

本體聚合分為均相聚合與非均相聚合兩類。生成的聚合物能溶於各自的單體中，為均相聚合，如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等；生成的聚合物不溶於它們的單體，在聚合過程中不斷析出，為非均相聚合，又叫沉澱聚合，如乙烯、氯乙烯等。本體聚合的引發劑多為油溶性引發劑，油溶性引發劑主要有偶氮引發劑和過氧類引發劑，偶氮類引發劑有偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、偶氮二異戊腈、偶氮二環己基甲腈、偶氮二異丁酸二甲酯引發劑等。相對於過氧類引發劑，偶氮引發劑反應更加穩定。

特點

特點：產品純淨，電性能好，可直接進行澆鑄成型；生產設備利用率高，操作簡單，不需要複雜的分離、提純操作。

優點：生產工藝簡單，流程短，使用生產設備少，投資較少；反應器有效反應容積大，生產能力大，易於連續化，生產成本低．
缺點：熱效應相對較大，自動加速效應造成產品有氣泡，變色，嚴重時則溫度失控，引起爆聚，使產品達標難度加大．由於體系粘度隨聚合不斷增加，混合和傳熱困難；在自由基聚合情況下，有時還會出現聚合速率自動加速現象，如果控制不當，將引起爆聚；產物分子量分布寬，未反應的單體難以除盡，製品機械性能變差等。
解決缺點的方法 ：
１．為了改進產品性能或成型加工的需要而加入有特定功能的添加劑，像增塑劑，抗氧劑，內潤滑劑，紫外線吸收劑及顏料等；
２．為了調節反應速率，適當降低反映溫度而加入一定量的專用引發劑；為了降低體系黏度改善流動性，加入少量內潤滑劑或溶劑；
３．採用較低的反應溫度，較低的引發劑濃度進行聚合，使放熱緩和；
４．在反應進行到一定轉化率而此時反應黏度還不算太高時，就分離出聚合物；
５．分段聚合，將聚合過程分為幾個階段，控制轉化率，自動加速效應，使反應熱分成幾個階段放出；
６．改進反應器內的流體輸送方法，完善攪拌器和傳熱系統，以利於聚合設備的傳熱，研究開發專用特型設備等；
７．採用氣相本體聚合方法，研製出專用高效催化劑，大大減低了操作壓力，並且解決了相關的工程設備問題，使得這一技術得到廣泛使用；
８．採用＂冷凝法＂進料及＂超冷凝法＂進料，利用液化了的原料在較低溫度下進入反應器，直接同反應器內的熱物料換熱．

改進方法

本體聚合

①為了改進產品性能或成型加工的需要而加入有特定功能的添加劑，像增塑劑，抗氧劑，內潤滑劑，紫外線吸收劑及顏料等；
②為了調節反應速率，適當降低反映溫度而加入一定量的專用引發劑；為了降低體系黏度改善流動性，加入少量內潤滑劑或溶劑；
③採用較低的反應溫度，較低的引發劑濃度進行聚合，使放熱緩和；
④在反應進行到一定轉化率而此時反應黏度還不算太高時，就分離出聚合物；
⑤分段聚合，將聚合過程分為幾個階段，控制轉化率，自動加速效應，使反應熱分成幾個階段放出；
⑥改進反應器內的流體輸送方法，完善攪拌器和傳熱系統，以利於聚合設備的傳熱，研究開發專用特型設備等；
⑦採用氣相本體聚合方法，研製出專用高效催化劑，大大減低了操作壓力，並且解決了相關的工程設備問題，使得這一技術得到廣泛使用；
⑧採用"冷凝法"進料及"超冷凝法"進料，利用液化了的原料在較低溫度下進入反應器，直接同反應器內的熱物料換熱。

套用

用BPO或AIBN引發甲基丙烯酸甲酯本體聚合反應，第一段預聚轉化率10%左右的粘稠漿液，澆模升溫聚合，高溫後處理，脫模成材，製備的聚甲基丙烯酸甲酯光學性能優於無機玻璃，可用作航空玻璃、光導纖維、標盤等。採用Ziegler-Natta催化劑催化丙烯本體聚合，轉化率40%出料，投資成本比淤漿法降低40%~50%。用BPO或熱引發引發苯乙烯本體聚合，製備的聚苯乙烯電絕緣性好、透明、易染色、易加工。用過氧化乙醯基磺酸引發氯乙烯本體聚合，製備的聚氯乙烯具有懸浮樹脂的疏鬆特性，且無皮膜、較純淨。在微量氧存在下，高壓、高溫條件下引發乙烯氣相本體聚合，製備的聚乙烯具有支鏈多、密度低和結晶度低的特點。

工藝

⑴ 本體聚合工藝

本體聚合流程針對本體聚合法聚合熱難以散發的問題，工業生產上多採用兩段聚合工藝。第一階段為預聚合，可在較低溫度下進行，轉化率控制在10%～30%,一般在自加速以前，這時體系粘度較低，散熱容易，聚合可以在較大的釜內進行。第二階段繼續進行聚合，在薄層或板狀反應器中進行，或者採用分段聚合，逐步升溫，提高轉化率。由於本體聚合過程反應溫度難以控制恆定，所以產品的分子量分布比較寬。
本體聚合的後處理主要是排除殘存在聚合物中的單體。常採用的方法是將熔融的聚合物在真空中脫除單體和易揮發物, 所用設備為螺桿或真空脫氣機。現在也有用泡沫脫氣法，將聚合物在壓力下加熱使之熔融，然後突然減壓使聚合物呈泡沫狀，有利於單體的逸出。
本體聚合流程方塊圖見圖
⑵ 本體聚合反應器
工業上為解決聚合反應熱的難題，在設計反應器的形狀、大小時要考慮傳熱面積等。
在自由基聚合本體聚合所用的反應器有以 下幾種。
① 模型式反應器 主要適宜於本體澆鑄聚合以製備板材、管、棒材等。模型的形狀與尺寸大小根據製品的要求而定，同時要考慮到聚合時的傳熱問題。
② 釜式反應器 帶有攪拌裝置的聚合釜，由於後期物料是高粘度流體多採用螺帶式（如單螺帶或雙螺帶）攪拌釜，操作方式可以是間歇也可是連續操作。也有根據聚合過程中粘度的變化採用數個聚合釜串聯，分段聚合的連續操作方式。
③ 本體連續聚合釜 連續聚合反應器有管式和塔式反應器兩種。一般的管式反應器為空管，物料在管式反應器中呈層流狀態流動。有的管式反應器在管內裝有固定式混合器。
塔式反應器相當於放大的管式反應器, 無攪拌裝置，物料在塔中呈柱塞狀流動

工業化品種

LDPE 氣相本體 50%PE產量 薄膜,製品,電纜,被覆料
PVC 沉澱本體 10%PVC產量 管材,板材
GPS 熔融本體(熱引發) 家用電器里外裝飾,電器,支架,儀表
PMMA 本體澆鑄 航空透明材料,錶盤,標牌