Der Herstellungsprozess von super absorbierendem Polymer

June 12, 2023

    In diesem Artikel geht es um den Herstellungsprozess von superabsorbierendem Polymer.

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    Der Herstellungsprozess von superabsorbierendem Polymer - Produktionsanlagen

    Themen, die wir in diesem Artikel behandeln:

    Was ist das superabsorbierende Polymer?
    Der grundlegende Prozess der Produktion
    Direkte Polymerisation
    Lösungspolymerisation
    Gelpolymerisation
    Suspensionpolymerisation
    Letzte Gedanken

    Was ist das superabsorbierende Polymer?

    Superabsorbierende Polymere werden heute üblicherweise aus der Polymerisation von Acrylsäure hergestellt, die in Gegenwart eines Initiators mit Natriumhydroxid vermischt wird, um ein Natriumsalz aus Polyacrylsäure (manchmal auch Natriumpolyacrylat genannt) zu bilden. Dieses Polymer ist die weltweit häufigste SAP-Art.

    Natriumpolyacrylat ist unter normalen Bedingungen ein hellweißes kristallines Partikel. Es ist geruchlos, ungiftig und leicht in der Textur. Es ist das leichteste Material pro Masseneinheit unter den Allzweckharzmaterialien und hat ausgezeichnete Wasseraufnahme- und Wasserrückhalteeigenschaften.

    Andere Materialien werden auch verwendet, um ein superabsorbierendes Polymer herzustellen, wie Polyacrylamid-Copolymer, Ethylen-Maleic-Anhydrid-Copolymer, vernetzte Carboxymethylcellulose, Polyvinylalkohol-Copolymere, vernetztes Polyethylenoxid und Stärke transplantiert Copolymer aus Polyacrylonitril, um nur einige zu nennen. Letzteres ist eines der ältesten erstellten SAP-Formulare.

    Prinzip

    Das Prinzip der Wasseraufnahme von Polyacrylharz unterscheidet sich deutlich von dem anderer Trockenmittel. Es absorbiert Wasser, das hunderte Male schwerer ist als es selbst, um ein Gel zu bilden. Die Gelstruktur wird durch die Vernetzungseigenschaften von Polyacrylharz bestimmt. Um dies zu erreichen, kann das Wasser nicht gequetscht werden und innerhalb eines bestimmten Druckgrenzbereichs abfließen.

    Daher können Polyacrylsäurepolymere als Materialien zur Synthese superabsorbierender Polymere verwendet werden. Ihre Wasserabsorptionseigenschaften hängen nicht nur mit Materialien zusammen, sondern haben auch viel mit dem Prozess der Synthese superabsorbierender Polymere zu tun.


    Der grundlegende Prozess der Produktion

    1. Zutaten zubereiten

    Die industrielle Herstellung von superabsorbierendem Harz nimmt die Methode der chemischen Polymerisation an. Die Rohstoffe sind Acrylsäure in Industriequalität, Natriumhydroxid in Industriequalität, der Initiator ist Natriumpersulfat und das Vernetzer ist Divinylbenzol.


    2. Polypropylen wurde unter reduziertem Druck destilliert

    Polypropylen in Industriequalität wird hergestellt, um zu verhindern, dass sich Lagerung und Transport aufgrund der Polymerisation verschlechtern, und ein Polymerisationsinhibitor wird hinzugefügt, um seine Polymerisationswirkung zu beeinflussen. Daher muss Polypropylen vor der Herstellung von Polyacrylsäureharz destilliert und getrennt werden.

    Die Struktur und die chemischen Eigenschaften von Polypropylen haben jedoch keine hohe Temperaturbeständigkeit, so dass die Luft in der Destillationsvorrichtung evakuiert werden muss, damit der Reinigungsschritt der Destillation durchgeführt werden kann, ohne den Siedepunkt von Polypropylen zu erreichen.


    3. Alkalische Lösung vorbereiten

    Dieser Schritt besteht darin, Verunreinigungen zu entfernen, die in Natriumhydroxid in Industriequalität enthalten sind, um den Polymerisationseffekt von Polypropylen nicht zu beeinträchtigen.

    Nach dem Auflösen von Natriumhydroxid in destilliertem Wasser ist die verbleibende Lösung nach dem Herausfiltern von Verunreinigungen die Lauge, die für die Massenpolymerisation benötigt wird.


    4. Neutralisieren

    Das destillierte Polypropylen langsam in die Natronlauge geben, umrühren und neutralisieren.

    Die Neutralisationstemperatur sollte nicht zu hoch sein, und die Testdaten zeigen, dass das Polyacrylsäure-Polymerharz, das bei einer Neutralisationstemperatur im Bereich von 10-50 °C erhalten wird, die beste Wasseraufnahme- und Wasserrückhalteleistung aufweist. Zu diesem Zeitpunkt tauscht Polypropylen Ionen mit Natriumhydroxid in Lauge aus, um Polypropylensalz und Wasser zu erzeugen.

    Während der Neutralisationsreaktion sollten die Reagenzien dosiert werden, um sicherzustellen, dass das Polypropylen und die Lauge vollständig umgesetzt und verbraucht werden.


    5. Polymerisation

    Nach der Neutralisationsreaktion wird eine angemessene Menge Natriumpersulfat und Divinylbenzol zugegeben, um die Polymerisationsreaktion des Polypropylensalzes unter der gemeinsamen Wirkung des Initiators und des Vernetzers zu vervollständigen.

    Es ist zu beachten, dass die Polymerisationsreaktion unter Umgebungsbedingungen mit einer Temperatur unter 60 ° C durchgeführt werden muss und die Polymerisationszeit etwa 2 h beträgt. Dann erhöhen Sie die Temperatur auf 70 °C und halten Sie sie länger als 3 h auf einer konstanten Temperatur, um die polymerisierte Gelsubstanz aus Polypropylensalz zu erhalten.

    Sammeln Sie das Gel und legen Sie es in einen Ofen, trocknen Sie das Wasser bei 70 ~ 80 ° C, um das feste Polyacrylsäureharz zu erhalten, zerkleinern Sie dann den Polyacrylsäurefeststoff und mahlen Sie ihn zu Pulverpartikeln, dem Polyacrylsäureharzmaterial, das üblicherweise in der Industrie verwendet wird.


    Das Bild unten erklärt kurz den allgemeinen Herstellungsprozess von Natriumpolyacrylat.


    Heute werden superabsorbierende Polymere mit einer von 4 Hauptmethoden hergestellt: direkte Polymerisation, Gelpolymerisation, Suspensionspolymerisation und Lösungspolymerisation. Jedes der Verfahren hat seine jeweiligen Vorteile und führt zu unterschiedlichen Produktqualitäten.

    Direkte Polymerisation

    Die direkte Polymerisation beruht nur auf dem Ionenaustausch von Polypropylenmonomer und Lauge, unter der gemeinsamen Wirkung von Initiator und Vernetzer wird die Polymerisationsreaktion in der Umgebung von Licht und Wärme durchgeführt.

    Es ist der Vorbereitungsprozess, der dem Grundfluss am nächsten kommt.

    Vorteil

    • Das durch das direkte Polymerisationsverfahren erhaltene Polyacrylsäurepolymermaterial hat eine hohe Reinheit, und es sind keine nachfolgenden Schritte zum Filtern und Entfernen von Verunreinigungen erforderlich, und die Gelsubstanz kann direkt gemahlen und zur Lagerung verarbeitet werden.
    • Aufgrund der hohen Reinheit des Produkts der Polymerisationsreaktion eignet es sich für den Einsatz im Labor als Rohstoff und Prozessforschung und -entwicklung.
    • Der Prozess ist einfach, mit wenigen Schritten, und es ist leicht zu kontrollieren während der Produktion und Vorbereitung. Da keine anderen Reagenzien zur Unterstützung der Reaktion verwendet werden, produziert das direkte Polymerisationsverfahren keine Industrieabfälle, die schwer zu handhaben sind und wenig Umweltverschmutzung verursachen.
    • Die Rückgewinnungsrate der Produktionsanlagen, die für das Direktpolymerisationsverfahren erforderlich ist, ist relativ hoch. Mit Ausnahme der Grundrohstoffe gibt es keine Kosten für andere Materialien und Reagenzien, was der Kontrolle der Produktionskosten förderlich ist, so dass es als Großproduktion von Steckmaterialien verwendet werden kann.

    Lösungspolymerisation

    Lösungspolymere bieten die Saugfähigkeit eines in Lösungsform gelieferten Granulatpolymers. Lösungen können vor der Anwendung mit Wasser verdünnt werden und können die meisten Substrate beschichten oder zur Sättigung verwendet werden. Nach dem Trocknen bei einer bestimmten Temperatur für eine bestimmte Zeit ist das Ergebnis ein beschichtetes Substrat mit Superabsorption. Diese Chemie kann beispielsweise direkt auf Drähte und Kabel aufgebracht werden, ist aber speziell für den Einsatz auf Bauteilen wie Walzgut oder Blechsubstraten optimiert.

    Die lösungsbasierte Polymerisation wird heute häufig für die SAP-Herstellung von Copolymeren verwendet, insbesondere solche mit dem toxischen Acrylamidmonomer. Dieser Prozess ist effizient und hat in der Regel eine niedrigere Kapitalkostenbasis. Der Lösungsprozess verwendet eine wasserbasierte Monomerlösung, um eine Masse an reaktierpolymerisiertem Gel zu erzeugen. Die eigene exotherme Reaktionsenergie der Polymerisation wird verwendet, um einen Großteil des Prozesses anzutreiben und so die Herstellungskosten zu senken. Das reaktische Polymergel wird dann gehackt, getrocknet und auf seine endgültige Granulatgröße gemahlen. Alle Behandlungen zur Verbesserung der Leistungsmerkmale des SAP werden in der Regel nach der Erstellung der endgültigen Granulatgröße durchgeführt.

    Vorteil

    • Wenn das Lösungspolymerisationsverfahren zur Herstellung des Polyacrylsäureharzes verwendet wird, wird das Verfahren der Fällungspolymerisation angewendet. Der Zweck dieses Verfahrens ist es, die Reaktion von Polypropylen und Natriumhydroxid in der Polymerisationsreaktion besser zu beschleunigen.
      Fließgeschwindigkeit.
    • Aufgrund der Existenz des Lösungsmittels sind Polypropylen und Natriumhydroxid bis zu einem gewissen Grad relativ getrennt, was die Haftung der beiden Rohstoffe für den Ionenaustausch in der Neutralisationsreaktion verringert. Das Lösungsmittel ist auch wärmeleitend, was eine einfache Temperaturkontrolle ermöglicht und dadurch überschüssige Wärme aus der Reaktionszone entfernt, die die Qualität der Polymerisationsreaktion beeinträchtigen würde.
    • Im Vergleich zur direkten Polymerisation besteht der Vorteil der Lösungspolymerisation darin, dass sie der Wärmeleitung in der Reaktionszone förderlicher ist und der Qualitätsstandard des Endprodukts unter dem Aspekt der Temperaturkontrolle wirksam gewährleistet werden kann und das durch übermäßige lokale Temperatur verursachte Implosionsphänomen vermieden werden kann.

    Gelpolymerisation

    Das inverse Emulsionspolymerisationsverfahren besteht darin, den Rohstoff Polypropylen in eine Lösungsmittelform herzustellen, ein unpolares Lösungsmittel als Lösungsmittel für Polypropylen zu verwenden und es in einem öligen Wirkstoff aufzulösen, um ein öliges Lösungsmittel herzustellen, wenn ein Initiator und ein Vernetzer hinzugefügt werden.

    Bei der Herstellung von Rohstoffen wird das Verfahren "Polypropylenmonomer + öliges Lösungsmittel des Initiators und Vernetzers + Lauge" verwendet, und die Lösung von unlöslichem Polyacrylat wird als Medium verwendet.

    Beschreibung der Methode

    Eine Mischung aus gefrorener Acrylsäure, Wasser, Vernetzungsmitteln und UV-Initiatorchemikalien wird entweder auf einem beweglichen Gürtel oder in großen Wannen vermischt und platziert. Das flüssige Gemisch gelangt dann in einen "Reaktor", der eine lange Kammer mit einer Reihe starker UV-Lichter ist. UV-Strahlung treibt die Polymerisations- und Vernetzungsreaktionen an. Die resultierenden "Holzscheite" sind klebrige Gele, die 60-70% Wasser enthalten.

    Die Stämme werden geschreddert oder geschliffen und in verschiedene Arten von Trocknern gelegt. Das zusätzliche Vernetzer kann auf die Partikeloberfläche gesprüht werden; Diese "Oberflächenvernetzung" erhöht die Fähigkeit des Produkts, unter Druck aufzuquellen – eine Eigenschaft, die als Absorbency Under Load (AUL) oder Absorbency Against Pressure (AAP) gemessen wird. Die getrockneten Polymerpartikel werden dann auf die richtige Partikelgrößenverteilung und -verpackung abgeschirmt.

    Die Gelpolymerisationsmethode (GP) ist derzeit die beliebteste Methode zur Herstellung der Natriumpolyacrylat-Superabsorberpolymere, die jetzt in Babywindeln und anderen Einweg-Hygieneartikeln verwendet werden.

    Vorteil

    Im Polymerisationsschritt wird das unpolare Lösungsmittel, in dem Polypropylen gelöst ist, mit dem öligen Lösungsmittel gemischt, in dem Initiator und Vernetzer gelöst sind, um eine Emulsion zu bilden, so dass das Polyacrylat die Bedingungen für die Polymerisation aufweist, um sich auf der äußeren Schicht des Polypropylenlösungsmittels der Emulsion zu bilden. Die "Öl-in-Wasser"-Struktur vervollständigt den Polymerisationsprozess von Polyacrylat.

    Weil die "Öl-in-Wasser" -Struktur die freie Leistung von Polyacrylat schließt und isoliert, so dass es nur eine einzige Polymerisationsfunktion ausführt, was die Reaktionsgeschwindigkeit von Polyacrylat beschleunigt, und die Herstellungsrate der inversen Emulsionspolymerisation ist 5-mal schneller als die der Lösungspolymerisation.

    Durch das Auftreten des Dispergiermediums wird nicht nur die Funktion der Wärmeübertragung und Temperaturregelung realisiert, sondern auch die Polymerisation des superabsorbierenden Harzmaterials kann unter Niedertemperaturbedingungen durchgeführt werden. Die inverse Emulsionspolymerisationsmethode durchbricht die Begrenzung von Polyacrylharzmaterialien aufgrund von Temperaturbedingungen.

    Darüber hinaus kann die Ölphase des inversen Emulsionspolymerisationsverfahrens viele Male wiederverwendet werden. Obwohl der Einspareffekt des Bulkpolymerisationsverfahrens nicht erreicht wird, löst es immer noch das Problem der Kostenverschwendung von übermäßigem Initiator und übermäßigem Vernetzer.


    Suspensionpolymerisation

    Die Suspensionspolymerisation ähnelt prinzipiell der oben genannten Gelpolymerisation.

    Gemeinsam ist diesen beiden Verfahren, dass das Dispergiermittel verwendet wird, um die Wärmeübertragung, die variable Temperaturregelung und die Beschleunigung der Polymerisationsreaktionsgeschwindigkeit zu realisieren.

    Der Unterschied zur Gelpolymerisation besteht jedoch darin, dass bei der Suspensionspolymerisation die Wasserphase als getrennte Phase und die Ölphase als kontinuierliche Phase verwendet wird. Es suspendiert das in Polypropylen gelöste Dispergiermittel auf der Oberfläche der Ölphase in Form von Tröpfchen, und die Polymerisationsreaktion findet in den suspendierten Tröpfchen statt.

    Die Suspensionspolymerisation ist wie die Gelpolymerisation aufgrund der Wärmeleitfähigkeit des Dispergiermittels leicht zu übertragen, so dass die Polymerisationsreaktion nicht durch Temperaturbedingungen begrenzt ist. Wenn eine Polymerisation auftritt, ist die Viskosität von alkalischen Substanzen und Polypropylen niedrig, und es ist nicht einfach, nicht umgesetzte Verunreinigungen zurückzuhalten.

    Vorteil

    Im Vergleich zur Gelpolymerisation besteht der Vorteil der Suspensionspolymerisation darin, dass das Lösungsmittel nach der Destillation leicht zurückgewonnen werden kann und die Ölphase mehrmals recycelt werden kann, ohne die Umwelt zu schädigen.

    Bei diesem Verfahren wird das auf Wasser basierende Reaktant in einem Lösungsmittel auf Kohlenwasserstoffbasis ausgesetzt. Das Nettoergebnis ist, dass die Suspensionspolymerisation das primäre Polymerpartikel im Reaktor und nicht mechanisch in den Nachreaktionsstufen erzeugt. Leistungsverbesserungen können auch während oder kurz danach in der Reaktionsphase vorgenommen werden.

    Hinweis: Der Suspensionsprozess wird nur von wenigen Unternehmen praktiziert, da er während des Polymerisationsschritts ein höheres Maß an Produktionskontrolle und Produktentwicklung erfordert.


    Letzte Gedanken

    Zusammenfassend ist superabsorbierendes Polymer ein zuverlässiges Polymermaterial mit der Funktion der Wasseraufnahme und Wasserretention.

    Sein Herstellungsprozessprinzip besteht darin, Polypropylensalz durch Reaktion von Polypropylen mit Alkali zu erzeugen, dann die Polymerisationsreaktion unter der gemeinsamen Katalyse von Initiator und Vernetzer abzuschließen und sich zu Polymersubstanzen zu verbinden.

    In der industriellen Aufbereitung wird es entsprechend der Prozessdifferenz in vier Typen unterteilt. Die vier Arten von Aufbereitungsverfahren haben ihre eigenen Vor- und Nachteile in Bezug auf Vorbereitungskosten, Präparationsqualität, Prozess und Abfallbehandlung. Es hängt von der spezifischen Anwendung von Polyacrylsäure-wasserabsorbierendem Harz ab, um den am besten geeigneten Aufbereitungsprozess umfassend zu berücksichtigen.

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