Процесс производства супервпитывающего полимера

Эта статья посвящена процессу производства суперабсорбирующего полимера (SAP).

Примечание: Передовые технические знания, представленные в этой статье, предоставлены нашими уважаемыми партнерами, производителями суперабсорбирующего полимера, с которыми мы тесно сотрудничаем. Для получения дальнейших запросов, подробного обсуждения или вопросов по этой теме заполни форму, чтобы связаться с нашей специальной технической командой.

Что такое супервпитывающий полимер?

Суперабсорбирующий полимер (SAP) обычно производится в процессе полимеризации акриловой кислоты в сочетании с гидроксидом натрия и инициатором. В результате этого процесса образуется натриевая соль полиакриловой кислоты, широко известная как полиакрилат натрия, который является наиболее широко производимым типом САП во всем мире.

Полиакрилат натрия при нормальных условиях выглядит как светло-белые кристаллические частицы. Он обладает несколькими ключевыми характеристиками, такими как отсутствие запаха, нетоксичность и легкая текстура. По сравнению с другими смолами общего назначения он самый легкий на единицу массы и демонстрирует исключительные свойства по поглощению и удержанию воды.

Помимо полиакрилата натрия, в производстве суперабсорбирующих полимеров используются различные другие материалы. К ним относятся сополимер полиакриламида, сополимер этилен-малеинового ангидрида, сшитая карбоксиметилцеллюлоза, сополимеры поливинилового спирта, сшитый полиэтиленоксид, сополимер полиакрилонитрила, привитый крахмалом, и другие. Последний, привитый крахмалом сополимер полиакрилонитрила, выделяется как одна из самых ранних форм SAP.

Принцип

Принцип поглощения воды полиакриловой смолой значительно отличается от других влагопоглотителей. Она обладает способностью поглощать воду в сотни раз больше собственного веса, в результате чего образуется гель. Структура этого геля определяется сшивающими свойствами полиакриловой смолы, благодаря чему вода не может быть выдавлена или вытечь за пределы определенного порога давления.

Как следствие, полимеры полиакриловой кислоты являются подходящими материалами для синтеза суперабсорбирующих полимеров. Водопоглощающие способности этих полимеров зависят не только от используемых материалов, но и от процесса синтеза суперабсорбирующих полимеров.

Процесс производства суперабсорбирующей смолы состоит из нескольких основных этапов

Подготовка ингредиентов:

Для химической полимеризации готовят акриловую кислоту промышленного производства, гидроксид натрия, персульфат натрия в качестве инициатора и дивинилбензол в качестве сшивающего агента.

Перегонка полипропилена:

Полипропилен промышленного класса подвергается дистилляции под пониженным давлением, чтобы предотвратить разложение при хранении и транспортировке. Для сохранения полимеризационных свойств добавляется ингибитор полимеризации. Дистилляция требует удаления воздуха из системы, чтобы избежать достижения точки кипения полипропилена из-за его низкой термостойкости.

Приготовь щелочной раствор:

Гидроксид натрия промышленного класса растворяют в дистиллированной воде, чтобы удалить примеси, которые могут повлиять на процесс полимеризации полипропилена. Полученный отфильтрованный раствор служит щелочным раствором для объемной полимеризации.

Нейтрализация:

Дистиллированный полипропилен медленно добавляют в раствор гидроксида натрия, нейтрализуя его. Оптимальная нейтрализация происходит при температуре 10-50°C, обмениваясь ионами с образованием соли полипропилена и воды. Реагенты тщательно дозируются, чтобы обеспечить полную реакцию и расход.

Полимеризация:

После нейтрализации добавляют персульфат натрия и дивинилбензол, чтобы инициировать полимеризацию полипропиленовой соли. Полимеризация происходит при температуре окружающей среды ниже 60°C в течение примерно 2 часов, затем следует повышение температуры до 70°C в течение более 3 часов для образования геля соли полипропилена. Гель сушат при температуре 70-80°C, чтобы получить твердую смолу полиакриловой кислоты, которую затем дробят и измельчают в порошок для промышленного использования.

Это описание процесса представляет собой краткий обзор общего производственного процесса для полиакрилат натрияшироко используемая суперабсорбирующая смола.

В настоящее время суперабсорбирующие полимеры производятся одним из четырех основных методов: прямая полимеризация, гелевая полимеризация, суспензионная полимеризация и полимеризация в растворе. Каждый метод имеет свои преимущества и приводит к разным качествам продукта.

Полимеризация геля

Полимеризация геля методом обратной эмульсии подразумевает перевод сырого полипропилена в форму растворителя. Это достигается путем растворения полипропилена в неполярном растворителе, который действует как растворяющий агент, вместе с маслянистым активным агентом для создания маслянистого растворителя. Затем в этот раствор в ходе процесса добавляются инициатор и сшивающий агент.

Подготовка сырья идет по принципу соединения "полипропиленовый мономер + маслянистый растворитель, содержащий инициатор и сшивающий агент + щелочь". Полученный раствор, состоящий из нерастворимого полиакрилата, служит средой для процесса полимеризации геля.

Описание метода:.
Метод предполагает смешивание застывшей акриловой кислоты, воды, сшивающих агентов и химикатов с УФ-инициаторами, которые затем помещаются на движущуюся ленту или в большие ванны. Эта жидкая смесь переносится в "реактор" - длинную камеру, оснащенную мощными ультрафиолетовыми лампами, которые запускают реакции полимеризации и сшивания. Получающиеся липкие гелевые "бревна" содержат 60-70% воды.

Впоследствии эти бревна измельчаются или перемалываются и попадают в различные типы сушилок. Дополнительные сшивающие агенты могут быть нанесены на поверхность частиц посредством "поверхностного сшивания", что повышает способность продукта набухать под давлением - характеристика, измеряемая как абсорбция под нагрузкой (AUL) или абсорбция против давления (AAP). После сушки полимерные частицы просеиваются, чтобы убедиться в правильном распределении частиц по размерам перед упаковкой.

Метод гелевой полимеризации (ГП) в настоящее время является наиболее широко используемой технологией получения суперабсорбирующих полимеров на основе полиакрилата натрия, которые используются в детских подгузниках и других одноразовых средствах гигиены.

Преимущество

Одно из преимуществ метода обратной эмульсионной полимеризации заключается в том, что он создает эмульсию путем смешивания неполярного растворителя, содержащего растворенный полипропилен, с маслянистым растворителем, содержащим инициатор и сшивающий агент. Такая эмульсия позволяет полиакрилату полимеризоваться на внешнем слое растворителя полипропилена, образуя структуру "масло-в-воде", которая облегчает процесс полимеризации полиакрилата.

Структура "масло в воде" эффективно изолирует свободные характеристики полиакрилата, позволяя ему проходить единственную функцию полимеризации. Это ускоряет скорость реакции полиакрилата, благодаря чему скорость приготовления обратной эмульсионной полимеризации в пять раз превышает скорость полимеризации в растворе.

Кроме того, присутствие дисперсионной среды не только способствует теплообмену и контролю температуры, но и позволяет проводить полимеризацию суперабсорбирующего смоляного материала в низкотемпературных условиях. Этот метод позволяет преодолеть температурные ограничения, обычно связанные с полиакриловыми смолами.

Кроме того, масляная фаза, используемая в обратной эмульсионной полимеризации, может быть использована многократно. Хотя этот способ не позволяет добиться такой же экономии, как объемная полимеризация, он решает проблему чрезмерного расхода инициатора и сшивающего агента, тем самым снижая неэффективные затраты.

Суспензионная полимеризация

Суспензионная полимеризация имеет схожий принцип с гелевой полимеризацией, в частности, в использовании диспергатора для облегчения теплообмена, изменения температурного режима и ускорения скорости реакции полимеризации.

Однако ключевое различие заключается в использовании фаз: В суспензионной полимеризации в качестве отдельной фазы используется водная, а в качестве непрерывной - масляная. В ней диспергатор, растворенный в полипропилене, суспендируется в виде капель на поверхности масляной фазы, а реакция полимеризации происходит внутри этих суспендированных капель.

Как и гелевая полимеризация, суспензионная полимеризация эффективно отводит тепло от места реакции благодаря теплопроводности диспергатора. Благодаря этому реакция полимеризации не сдерживается температурными условиями. Во время полимеризации низкая вязкость щелочных веществ и полипропилена сводит к минимуму задержку непрореагировавших примесей.

Преимущество

Одним из преимуществ суспензионной полимеризации перед гелевой является простота восстановления ее растворителя путем дистилляции с возможностью многократной переработки масляной фазы с минимальным воздействием на окружающую среду.

При суспензионной полимеризации реактив на водной основе суспендируется в растворителе на углеводородной основе. В результате этого метода первичные частицы полимера образуются непосредственно в реакторе, а не в результате механических процессов на стадиях после реакции. Кроме того, во время или сразу после стадии реакции могут быть включены улучшающие характеристики.

Стоит отметить, что суспензионную полимеризацию практикуют немногие избранные компании из-за того, что она требует продвинутого контроля производства и проектирования продукта в процессе полимеризации.

Заключительные мысли

По сути, суперабсорбирующие полимеры представляют собой надежный материал, известный своими способностями поглощать и удерживать воду.

В основе принципа их получения лежит перевод полипропилена в солевую форму посредством щелочной реакции, затем следует процесс полимеризации, катализируемый инициатором и сшивающим агентом, в результате чего образуются полимерные вещества.

В промышленных условиях процесс подготовки подразделяется на четыре типа в зависимости от вариаций процесса. Каждый из этих методов имеет свой набор преимуществ и недостатков, касающихся стоимости подготовки, качества, процессов и утилизации отходов. Выбор процесса приготовления должен определяться исходя из конкретных требований к применению полиакриловой кислоты. Влагопоглощающая резиn, учитывая такие факторы, как эффективность и пригодность.

Для получения дополнительной информации или вопросов по этой теме, пожалуйста, не стесняйся связаться с нами, используя форму, представленную ниже.