Este artículo trata sobre el proceso de fabricación del polímero súper absorbente.
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Temas que cubrimos en este artículo:
Los polímeros superabsorbentes ahora se hacen comúnmente a partir de la polimerización del ácido acrílico mezclado con hidróxido de sodio en presencia de un iniciador para formar una sal sódica de ácido poliacrílico (a veces conocida como poliacrilato sódico). Este polímero es el tipo más común de SAP hecho en el mundo hoy en día.
El poliacrilato de sodio es una partícula cristalina blanca clara en condiciones normales. Es inodoro, no tóxico y de textura ligera. Es el material más ligero por unidad de masa entre los materiales de resina de uso general, y tiene excelentes propiedades de absorción y retención de agua.
Otros materiales también se utilizan para fabricar un polímero superabsorbente, como el copolímero de poliacrilamida, el copolímero de anhídrido etileno maleico, la carboximetilcelulosa reticulada, los copolímeros de alcohol polivinílico, el óxido de polietileno reticulado y el almidón injertado copolímero de poliacrilonitrilo por nombrar algunos. Este último es uno de los formularios SAP más antiguos creados.
El principio de absorción de agua de la resina poliacrílica es bastante diferente del de otros desecantes. Absorbe agua cientos de veces más pesada que ella misma para formar un gel. La estructura del gel está determinada por las propiedades de reticulación de la resina poliacrílica. Para lograrlo, el agua no se puede exprimir y fluir dentro de un cierto rango límite de presión.
Por lo tanto, los polímeros de ácido poliacrílico se pueden utilizar como materiales para sintetizar polímeros superabsorbentes. Sus propiedades de absorción de agua no solo están relacionadas con los materiales, sino que también tienen mucho que ver con el proceso de síntesis de polímeros superabsorbentes.
La preparación industrial de resina superabsorbente adopta el método de polimerización química. Las materias primas son ácido acrílico de grado industrial, hidróxido de sodio de grado industrial, el iniciador es persulfato de sodio y el agente de reticulación es divinilbenceno.
El polipropileno de grado industrial se fabrica para evitar que el almacenamiento y el transporte se deterioren debido a la polimerización, y se agrega un inhibidor de polimerización para afectar su efecto de polimerización. Por lo tanto, antes de preparar resina de ácido poliacrílico, el polipropileno debe destilarse y separarse.
Sin embargo, la estructura y las propiedades químicas del polipropileno no tienen resistencia a altas temperaturas, por lo que el aire en el dispositivo de destilación debe evacuarse para que el paso de purificación de destilación se pueda llevar a cabo sin alcanzar el punto de ebullición del polipropileno.
Este paso es eliminar las impurezas contenidas en el hidróxido de sodio de grado industrial, para no afectar el efecto de polimerización del polipropileno.
Después de disolver el hidróxido de sodio en agua destilada, la solución restante después de filtrar las impurezas es la lejía requerida para la polimerización a granel.
Agregue lentamente el polipropileno destilado en la lejía de hidróxido de sodio, revuelva y neutralice para su uso.
La temperatura de neutralización no debe ser demasiado alta, y los datos de prueba muestran que la resina polimérica de ácido poliacrílico obtenida cuando la temperatura de neutralización está en el rango de 10-50 ° C tiene el mejor rendimiento de absorción y retención de agua. En este momento, el polipropileno intercambia iones con hidróxido de sodio en lejía para generar sal de polipropileno y agua.
Durante la reacción de neutralización, los reactivos deben dosificarse para garantizar que el polipropileno y la lejía reaccionen y consuman por completo.
Después de la reacción de neutralización, se agrega una cantidad adecuada de persulfato de sodio y divinilbenceno para completar la reacción de polimerización de la sal de polipropileno bajo la acción conjunta del iniciador y el agente de reticulación.
Cabe señalar que la reacción de polimerización debe llevarse a cabo en condiciones ambientales con una temperatura inferior a 60 ° C, y el tiempo de polimerización es de aproximadamente 2 h. Luego eleve la temperatura a 70 ° C y manténgala a una temperatura constante durante más de 3 h para obtener la sustancia de gel polimerizado de la sal de polipropileno.
Recoja el gel y póngalo en un horno, seque el agua a 70 ~ 80 ° C para obtener la resina sólida de ácido poliacrílico, luego triture el sólido de ácido poliacrílico y muélalo en partículas de polvo, que es el material de resina de ácido poliacrílico comúnmente utilizado en la industria.
La siguiente imagen explica brevemente el proceso general de producción de poliacrilato de sodio.
Hoy en día, los polímeros superabsorbentes se fabrican utilizando uno de los 4 métodos principales: polimerización directa, polimerización en gel, polimerización en suspensión y polimerización en solución. Cada uno de los procesos tiene sus respectivas ventajas y produce diferentes calidades del producto.
La polimerización directa se basa solo en el intercambio iónico de monómero de polipropileno y lejía, bajo la acción conjunta del iniciador y el agente de reticulación, la reacción de polimerización se lleva a cabo en el entorno de luz y calor.
Es el proceso de preparación más cercano al flujo básico.
Los polímeros de solución ofrecen la absorbencia de un polímero granular suministrado en forma de solución. Las soluciones se pueden diluir con agua antes de la aplicación y pueden recubrir la mayoría de los sustratos o usarse para saturarlos. Después de secar a una temperatura específica durante un tiempo específico, el resultado es un sustrato recubierto con super absorbencia. Por ejemplo, esta química se puede aplicar directamente a cables y cables, aunque está especialmente optimizada para su uso en componentes como productos enrollados o sustratos chapados.
La polimerización basada en soluciones se usa comúnmente hoy en día para la fabricación SAP de copolímeros, particularmente aquellos con el monómero tóxico de acrilamida. Este proceso es eficiente y generalmente tiene una base de costos de capital más baja. El proceso de solución utiliza una solución monómero a base de agua para producir una masa de gel polimerizado reactivo. La propia energía de reacción exotérmica de la polimerización se utiliza para impulsar gran parte del proceso, lo que ayuda a reducir los costos de fabricación. A continuación, el gel de polímero reactivo se pica, seca y mole a su tamaño final de gránulo. Cualquier tratamiento para mejorar las características de rendimiento del SAP generalmente se logra después de que se crea el tamaño final del gránulo.
El método de polimerización en emulsión inversa es preparar la materia prima polipropileno en forma de solvente, usar un solvente no polar como agente de disolución para polipropileno y disolverlo en un agente activo aceitoso para hacer un solvente aceitoso al agregar un iniciador y un agente de reticulación.
En la preparación de materias primas, se utiliza el método de "monómero de polipropileno + solvente aceitoso del iniciador y agente de reticulación + lejía", y la solución de poliacrilato insoluble se utiliza como medio.
Una mezcla de ácido acrílico congelado, agua, agentes de enlace cruzado y productos químicos iniciadores UV se mezclan y colocan en una correa móvil o en tinas grandes. La mezcla líquida luego entra en un "reactor" que es una cámara larga con una serie de fuertes luces UV. La radiación UV impulsa la polimerización y las reacciones de reticulación. Los "troncos" resultantes son geles pegajosos que contienen 60-70% de agua.
Los troncos se trituran o se muelen y se colocan en varios tipos de secadores. El agente de reticulación adicional puede pulverizarse sobre la superficie de las partículas; esta "reticulación superficial" aumenta la capacidad del producto para hincharse bajo presión, una propiedad medida como absorbencia bajo carga (AUL) o absorbencia contra presión (AAP). Las partículas de polímero seco se examinan para una distribución y envasado adecuados del tamaño de partícula.
El método de polimerización en gel (GP) es actualmente el método más popular para fabricar polímeros superabsorbentes de poliacrilato de sodio que ahora se utilizan en pañales para bebés y otros artículos higiénicos desechables.
En la etapa de polimerización, el solvente no polar en el que se disuelve el polipropileno se mezcla con el solvente aceitoso en el que el iniciador y el agente de reticulación se disuelven para formar una emulsión, de modo que el poliacrilato tiene las condiciones para que se forme la polimerización en la capa externa del solvente de polipropileno de la emulsión. La estructura "aceite en agua" completa el proceso de polimerización del poliacrilato.
Debido a que la estructura de "aceite en agua" cierra y aísla el rendimiento libre del poliacrilato, de modo que solo realiza una función de polimerización única, lo que acelera la velocidad de reacción del poliacrilato, y la velocidad de preparación de la polimerización en emulsión inversa es 5 veces más rápida que la de la polimerización en solución.
Debido a la apariencia del medio de dispersión, no solo se realiza la función de transferencia de calor y control de temperatura, sino que también la polimerización del material de resina superabsorbente se puede llevar a cabo en condiciones de baja temperatura. El método de polimerización en emulsión inversa rompe la limitación de los materiales de resina poliacrílica debido a las condiciones de temperatura.
Además, la fase oleosa del método de polimerización en emulsión inversa se puede reutilizar muchas veces. Aunque no se logra el efecto de ahorro del método de polimerización a granel, aún resuelve el problema del desperdicio de costos del iniciador excesivo y el agente de reticulación excesivo.
La polimerización en suspensión es similar en principio a la polimerización en gel mencionada anteriormente.
Lo que estos dos métodos tienen en común es que el dispersante se utiliza para realizar la transferencia de calor, el control de temperatura variable y la aceleración de la velocidad de reacción de polimerización.
Sin embargo, la diferencia con la polimerización en gel es que la polimerización en suspensión utiliza la fase acuosa como fase separada y la fase oleosa como fase continua. Suspende el dispersante disuelto en polipropileno en la superficie de la fase oleosa en forma de gotas, y la reacción de polimerización ocurre en las gotas suspendidas.
La polimerización en suspensión, como la polimerización en gel, es fácil de transferir el calor del sitio de reacción debido a la conductividad térmica del dispersante, de modo que la reacción de polimerización no está limitada por las condiciones de temperatura. Cuando se produce la polimerización, la viscosidad de las sustancias alcalinas y el polipropileno es baja, y no es fácil retener las impurezas no reaccionadas.
En comparación con la polimerización en gel, la ventaja de la polimerización en suspensión es que su disolvente se puede recuperar fácilmente después de la destilación, y la fase de aceite se puede reciclar varias veces con poco daño al medio ambiente.
Este proceso suspende el reactivo a base de agua en un disolvente a base de hidrocarburos. El resultado neto es que la polimerización en suspensión crea la partícula de polímero primaria en el reactor en lugar de mecánicamente en las etapas posteriores a la reacción. También se pueden realizar mejoras de rendimiento durante la fase de reacción o justo después.
Nota: El proceso de suspensión es practicado por solo unas pocas empresas porque requiere un mayor grado de control de producción e ingeniería de productos durante el paso de polimerización.
En resumen, el polímero superabsorbente es un material polimérico confiable con la función de absorción y retención de agua.
Su principio de proceso de preparación es generar sal de polipropileno haciendo reaccionar polipropileno con álcali, luego completar la reacción de polimerización bajo la catálisis conjunta del iniciador y el agente de reticulación, y combinarse en sustancias poliméricas.
En la preparación industrial, se divide en cuatro tipos según la diferencia de proceso. Los cuatro tipos de procesos de preparación tienen sus propias ventajas y desventajas en términos de costo de preparación, calidad de preparación, proceso y tratamiento de residuos. Depende de la aplicación específica de la resina absorbente de agua de ácido poliacrílico para considerar exhaustivamente el proceso de preparación más apropiado.
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