Questo articolo riguarda il processo di produzione del polimero super assorbente.
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I polimeri superassorbenti sono ora comunemente fatti dalla polimerizzazione dell'acido acrilico miscelato con idrossido di sodio in presenza di un initiatore per formare un sale di sodio acido poli-acrilico (talvolta indicato come poliacrita di sodio). Questo polimero è il tipo più comune di SAP prodotto nel mondo di oggi.
Il poliacrilato di sodio è una particella cristallina bianca chiara in condizioni normali. È inodore, non tossico e di consistenza leggera. È il materiale più leggero per unità di massa tra i materiali in resina per uso generale e ha eccellenti proprietà di assorbimento dell'acqua e ritenzione idrica.
Altri materiali sono utilizzati anche per realizzare un polimero superassorbente, come il polimero polipolicentro poliacrilemina, il copolimero dell'anidride maletrico etilene, il carboxythylcellulos, i copolimeri alcool polivinili, l'ossido di polietilene incrociato e l'amido innestato polimero di poliacriloniale per citarne alcuni. Quest'ultimo è uno dei moduli SAP più vecchi creati.
Il principio di assorbimento dell'acqua della resina poliacrilica è molto diverso da quello di altri essiccanti. Assorbe acqua centinaia di volte più pesante di se stesso per formare un gel. La struttura del gel è determinata dalle proprietà reticolanti della resina poliacrilica. Per ottenere, l'acqua non può essere spremuta e defluire entro un certo intervallo di limite di pressione.
Pertanto, i polimeri di acido poliacrilico possono essere utilizzati come materiali per sintetizzare polimeri superassorbenti. Le loro proprietà di assorbimento dell'acqua non sono solo legate ai materiali, ma hanno anche molto a che fare con il processo di sintesi dei polimeri superassorbenti.
La preparazione industriale della resina superassorbente adotta il metodo della polimerizzazione chimica. Le materie prime sono acido acrilico di grado industriale, idrossido di sodio di grado industriale, l'iniziatore è il persolfato di sodio e l'agente reticolante è il divinilbenzene.
Il polipropilene di livello industriale viene prodotto per evitare che lo stoccaggio e il trasporto si deteriorino a causa della polimerizzazione e viene aggiunto un inibitore della polimerizzazione per influenzarne l'effetto di polimerizzazione. Pertanto, prima di preparare la resina di acido poliacrilico, il polipropilene deve essere distillato e separato.
Tuttavia, la struttura e le proprietà chimiche del polipropilene non hanno resistenza alle alte temperature, quindi l'aria nel dispositivo di distillazione deve essere evacuata in modo che la fase di purificazione della distillazione possa essere eseguita senza raggiungere il punto di ebollizione del polipropilene.
Questo passaggio consiste nel rimuovere le impurità contenute nell'idrossido di sodio di grado industriale, in modo da non influire sull'effetto di polimerizzazione del polipropilene.
Dopo aver sciolto l'idrossido di sodio in acqua distillata, la soluzione rimanente dopo aver filtrato le impurità è la liscivia necessaria per la polimerizzazione di massa.
Aggiungere lentamente il polipropilene distillato nella liscivia di idrossido di sodio, mescolare e neutralizzare per l'uso.
La temperatura di neutralizzazione non deve essere troppo elevata e i dati dei test mostrano che la resina polimerica dell'acido poliacrilico ottenuta quando la temperatura di neutralizzazione è nell'intervallo di 10-50 °C ha le migliori prestazioni di assorbimento d'acqua e ritenzione idrica. In questo momento, il polipropilene scambia ioni con idrossido di sodio nella liscivia per generare sale e acqua di polipropilene.
Durante la reazione di neutralizzazione, i reagenti devono essere dosati per garantire che il polipropilene e la liscivia siano completamente reagiti e consumati.
Dopo la reazione di neutralizzazione, viene aggiunta una quantità appropriata di persolfato di sodio e divinilbenzene per completare la reazione di polimerizzazione del sale di polipropilene sotto l'azione congiunta dell'iniziatore e dell'agente reticolante.
Va notato che la reazione di polimerizzazione deve essere eseguita in condizioni ambientali con una temperatura inferiore a 60 ° C e il tempo di polimerizzazione è di circa 2 ore. Quindi aumentare la temperatura a 70 °C e mantenerla a temperatura costante per più di 3 ore per ottenere la sostanza gel polimerizzata di sale di polipropilene.
Raccogliere il gel e metterlo in un forno, asciugare l'acqua a 70 ~ 80 ° C per ottenere la resina solida dell'acido poliacrilico, quindi schiacciare il solido acido poliacrilico e macinarlo in particelle di polvere, che è il materiale di resina dell'acido poliacrilico comunemente usato nell'industria.
L'immagine seguente spiega brevemente il processo generale di produzione del poliacrilato di sodio.
Oggi i polimeri superassorbenti sono realizzati utilizzando uno dei 4 metodi principali: polimerizzazione diretta, polimerizzazione su gel, polimerizzazione in sospensione e polimerizzazione in soluzione. Ciascuno dei processi ha i suoi rispettivi vantaggi e produce diverse qualità del prodotto.
La polimerizzazione diretta si basa solo sullo scambio ionico di polipropilene monomero e liscivia, sotto l'azione congiunta di iniziatore e agente reticolante, la reazione di polimerizzazione viene effettuata nell'ambiente di luce e calore.
È il processo di preparazione più vicino al flusso di base.
I polimeri di soluzione offrono l'assorbimento di un polimero granulare fornito in forma di soluzione. Le soluzioni possono essere diluite con acqua prima dell'applicazione e possono rivestire la maggior parte dei substrati o essere utilizzate per saturarli. Dopo l'essiccazione a una temperatura specifica per un tempo specifico, il risultato è un substrato rivestito con super assorbenza. Ad esempio, questa chimica può essere applicata direttamente su fili e cavi, sebbene sia appositamente ottimizzata per l'uso su componenti come prodotti laminati o substrati lamierati.
La polimerizzazione basata su soluzione è comunemente utilizzata oggi per la produzione SAP di copolimeri, in particolare quelli con il monomero acrilammide tossico. Questo processo è efficiente e generalmente ha una base di costi di capitale inferiore. Il processo di soluzione utilizza una soluzione monomero a base d'acqua per produrre una massa di gel polimerizzato reattore. L'energia di reazione esotermica della polimerizzazione viene utilizzata per guidare gran parte del processo, contribuendo a ridurre i costi di produzione. Il gel polimerico reagente viene quindi tritato, asciugato e macinato alle sue dimensioni finali del granulo. Qualsiasi trattamento per migliorare le caratteristiche prestazionali del SAP viene solitamente eseguito dopo la creazione della dimensione finale del granulo.
Il metodo di polimerizzazione in emulsione inversa consiste nel preparare la materia prima polipropilene in una forma solvente, utilizzare un solvente non polare come agente di dissoluzione per il polipropilene e scioglierlo in un agente attivo oleoso per produrre un solvente oleoso quando si aggiunge un iniziatore e un agente reticolante .
Nella preparazione delle materie prime, viene utilizzato il metodo di "monomero di polipropilene + solvente oleoso di iniziatore e agente reticolante + liscivia" e la soluzione di poliacrilato insolubile viene utilizzata come mezzo.
Una miscela di acido acrilico congelato, acqua, agenti di collegamento incrociato e sostanze chimiche dell'iniziatore UV viene miscelata e posizionata su una cintura mobile o in grandi vasche. La miscela liquida va quindi in un "reattore" che è una lunga camera con una serie di forti luci UV. La radiazione UV guida le reazioni di polimerizzazione e reticolazione. I "registri" risultanti sono gel appiccicosi contenenti il 60-70% di acqua.
I tronchi sono triturati o a terra e collocati in vari tipi di anelatori. L'agente reticolante aggiuntivo può essere spruzzato sulla superficie delle particelle; questa "reticolazione superficiale" aumenta la capacità del prodotto di gonfiarsi sotto pressione, una proprietà misurata come Absorbency Under Load (AUL) o Absorbency Against Pressure (AAP). Le particelle di polimeri essiccate vengono quindi sottoposte a screening per una corretta distribuzione e confezionamento delle dimensioni delle particelle.
Il metodo di polimerizzazione gel (GP) è attualmente il metodo più popolare per rendere i polimeri superassti di poliacricolo di sodio ora utilizzati nei pannolini per bambini e in altri articoli igienici usa e getta.
Nella fase di polimerizzazione, il solvente non polare in cui viene disciolto il polipropilene viene miscelato con il solvente oleoso in cui l'iniziatore e l'agente reticolante vengono sciolti per formare un'emulsione, in modo che il poliacrilato abbia le condizioni per la polimerizzazione da formare sullo strato esterno del solvente di polipropilene dell'emulsione. La struttura "olio-in-acqua" completa il processo di polimerizzazione del poliacrilato.
Perché la struttura "olio-in-acqua" chiude e isola le prestazioni libere del poliacrilato, in modo che svolga solo una singola funzione di polimerizzazione, che accelera la velocità di reazione del poliacrilato e la velocità di preparazione della polimerizzazione in emulsione inversa è 5 volte più veloce di quella della polimerizzazione in soluzione.
A causa dell'aspetto del mezzo di dispersione, non solo viene realizzata la funzione di trasferimento di calore e controllo della temperatura, ma anche la polimerizzazione del materiale in resina superassorbente può essere eseguita in condizioni di bassa temperatura. Il metodo di polimerizzazione in emulsione inversa rompe la limitazione dei materiali in resina poliacrilica a causa delle condizioni di temperatura.
Inoltre, la fase oleosa del metodo di polimerizzazione in emulsione inversa può essere riutilizzata molte volte. Sebbene l'effetto di risparmio del metodo di polimerizzazione di massa non sia raggiunto, risolve comunque il problema dello spreco di costi di iniziatore eccessivo e agente reticolante eccessivo.
La polimerizzazione in sospensione è simile in linea di principio alla polimerizzazione su gel sopra menzionata.
Ciò che questi due metodi hanno in comune è che il disperdente viene utilizzato per realizzare il trasferimento di calore, il controllo della temperatura variabile e l'accelerazione della velocità di reazione di polimerizzazione.
Tuttavia, la differenza dalla polimerizzazione su gel è che la polimerizzazione in sospensione utilizza la fase acquosa come fase separata e la fase oleosa come fase continua. Sospende il disperdente disciolto in polipropilene sulla superficie della fase oleosa sotto forma di goccioline e la reazione di polimerizzazione avviene nelle goccioline sospese.
La polimerizzazione in sospensione, come la polimerizzazione su gel, è facile da trasferire il calore del sito di reazione a causa della conduttività termica del disperdente, in modo che la reazione di polimerizzazione non sia limitata dalle condizioni di temperatura. Quando si verifica la polimerizzazione, la viscosità delle sostanze alcaline e del polipropilene è bassa e non è facile trattenere le impurità non reagite.
Rispetto alla polimerizzazione su gel, il vantaggio della polimerizzazione in sospensione è che il suo solvente può essere facilmente recuperato dopo la distillazione e la fase oleosa può essere riciclata più volte con pochi danni all'ambiente.
Questo processo sospende il reattore a base d'acqua in un solvente a base di idrocarburi. Il risultato netto è che la polimerizzazione in sospensione crea la particella polimerica primaria nel reattore piuttosto che meccanicamente nelle fasi post-reazione. Miglioramenti delle prestazioni possono anche essere fatti durante, o subito dopo, la fase di reazione.
Nota: Il processo di sospensione è praticato solo da poche aziende perché richiede un grado più elevato di controllo della produzione e ingegneria del prodotto durante la fase di polimerizzazione.
In sintesi, il polimero superassorbente è un materiale polimerico affidabile con la funzione di assorbimento e ritenzione idrica.
Il suo principio del processo di preparazione è quello di generare sale di polipropilene facendo reagire il polipropilene con alcali, quindi completare la reazione di polimerizzazione sotto la catalisi congiunta dell'iniziatore e dell'agente reticolante e combinarsi in sostanze polimeriche.
Nella preparazione industriale, è diviso in quattro tipi in base alla differenza di processo. I quattro tipi di processi di preparazione hanno i loro vantaggi e svantaggi in termini di costi di preparazione, qualità della preparazione, processo e trattamento dei rifiuti. Dipende dall'applicazione specifica della resina idroassorbente dell'acido poliacrilico per considerare in modo completo il processo di preparazione più appropriato.
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