Der Herstellungsprozess von super absorbierendem Polymer

May 3, 2021

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

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Copolymerchemie

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.

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.

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


Gelpolymerisation

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.


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.


Suspensionpolymerisation

Das Suspensionsverfahren wird nur von wenigen Unternehmen praktiziert, da es während des Polymerisationsschritts ein höheres Maß an Produktionskontrolle und Produktentwicklung erfordert. 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.


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