초흡수성 폴리머의 제조 공정

June 12, 2023

    이 기사는 고흡수성 폴리머의 제조 공정에 관한 것입니다.

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    고흡수성 폴리머의 제조 공정 - 생산 설비

    이 기사에서 다루는 주제:

    고흡수성 폴리머란?
    생산의 기본 과정
    직접 중합
    용액 중합
    겔 중합
    서스펜션 중합
    최종 생각

    고흡수성 폴리머란?

    초흡수성 폴리머는 이제 일반적으로 폴리 아크릴 산 나트륨 염 (때로는 나트륨 폴리 아크릴레이트라는)을 형성하는 이니시에이터의 존재와 수산화 나트륨과 혼합 아크릴 산의 중합에서 이루어집니다. 이 폴리머는 오늘날 세계에서 가장 일반적인 유형의 SAP입니다.

    폴 리 아크릴레이트 나트륨은 정상적인 조건에서 밝은 백색의 결정 성 입자입니다. 무취, 무독성, 질감이 가볍습니다. 범용 수지 재료 중 단위 질량당 가장 가벼운 재료이며 흡수성 및 보수성이 우수합니다.

    다른 재료는 또한 폴리 아크릴아미드 공중합체, 에틸렌 남성 무수화물 공중합체, 가교 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리 비닐 알코올 공중합체, 가교 폴리에틸렌 옥사이드 및 전분 접목과 같은 초흡수성 폴리머를 만드는 데 사용됩니다. 폴리 아크릴로이트릴의 공중합체는 몇 가지 이름을 지정합니다. 후자는 생성된 가장 오래된 SAP 양식 중 하나입니다.

    원리

    폴리 아크릴 수지의 흡수 원리는 다른 건조제의 흡수 원리와 상당히 다릅니다. 그것은 젤을 형성하기 위해 자신보다 수백 배 더 무거운 물을 흡수합니다. 겔 구조는 폴리 아크릴 수지의 가교 특성에 의해 결정됩니다. 달성하기 위해, 물은 압착 될 수 없으며 특정 압력 한계 범위 내에서 흘러 나올 수 없습니다.

    따라서, 폴리아크릴산 중합체는 고흡수성 중합체를 합성하기 위한 재료로서 사용될 수 있다. 이들의 흡수 특성은 재료와 관련이있을뿐만 아니라 초 흡수성 폴리머를 합성하는 과정과도 관련이 있습니다.


    생산의 기본 과정

    1. 재료 준비

    초 흡수성 수지의 산업적 준비는 화학 중합 방법을 채택합니다. 원료는 산업 등급 아크릴산, 산업 등급 수산화 나트륨, 개시제는 과황산나트륨, 가교제는 디비닐벤젠입니다.


    2. 폴리프로필렌을 감압 증류

    산업용 등급의 폴리 프로필렌은 중합으로 인한 보관 및 운송이 열화되는 것을 방지하기 위해 제조되며 중합 효과에 영향을 미치기 위해 중합 억제제가 첨가됩니다. 따라서 폴리 아크릴산 수지를 제조하기 전에 폴리 프로필렌을 증류하고 분리해야합니다.

    그러나 폴리 프로필렌의 구조 및 화학적 특성은 고온 저항이 없으므로 폴리 프로필렌의 끓는점에 도달하지 않고 증류 정제 단계를 수행 할 수 있도록 증류 장치의 공기를 배출해야합니다.


    3. 알칼리성 용액 준비

    이 단계는 폴리 프로필렌의 중합 효과에 영향을 미치지 않도록 산업용 등급의 수산화 나트륨에 포함 된 불순물을 제거하는 것입니다.

    수산화 나트륨을 증류수에 용해시킨 후 불순물을 걸러 낸 후 남은 용액은 벌크 중합에 필요한 잿물입니다.


    4. 중화

    증류 된 폴리 프로필렌을 수산화 나트륨 잿물에 천천히 넣고 저어주고 중화하여 사용하십시오.

    중화 온도가 너무 높아서는 안되며, 시험 데이터는 중화 온도가 10-50 °C 범위 일 때 얻어지는 폴리 아크릴산 고분자 수지가 최고의 흡수 및 수분 보유 성능을 가짐을 보여줍니다. 이때 폴리프로필렌은 잿물에서 수산화나트륨과 이온을 교환하여 폴리프로필렌염과 물을 생성합니다.

    중화 반응 동안, 폴리 프로필렌과 잿물이 완전히 반응하고 소비되도록 시약을 투여해야합니다.


    5. 중합

    중화 반응 후, 과황산나트륨 및 디비닐벤젠을 적당량 첨가하여 개시제와 가교제의 공동 작용 하에 폴리프로필렌염의 중합 반응을 완결시킨다.

    중합 반응은 60°C 미만의 온도를 갖는 주변 조건 하에서 수행될 필요가 있고, 중합 시간은 약 2시간이라는 것을 주목해야 한다. 그런 다음 온도를 70 °C로 올리고 3 시간 이상 일정한 온도를 유지하여 중합 된 겔 물질 인 폴리 프로필렌 염을 얻습니다.

    젤을 모아 오븐에 넣고 70 ~ 80 °C에서 물을 건조시켜 고체 폴리 아크릴산 수지를 얻은 다음 폴리 아크릴산 고체를 분쇄하여 산업에서 일반적으로 사용되는 폴리 아크릴산 수지 재료 인 분말 입자로 분쇄합니다.


    아래 그림은 폴리 아크릴산 나트륨의 일반적인 생산 공정을 간략하게 설명합니다.


    오늘날 초 흡수성 폴리머는 직접 중합, 중합, 현탁 중합 및 용액 중합의 4 가지 주요 방법 중 하나를 사용하여 만들어집니다. 각 프로세스에는 각각의 장점이 있으며 제품의 품질이 다릅니다.

    직접 중합

    직접 중합은 폴리 프로필렌 단량체와 잿물의 이온 교환에만 의존하며, 개시제와 가교제의 공동 작용하에 중합 반응은 빛과 열의 환경에서 수행됩니다.

    기본 흐름에 가장 가까운 준비 과정입니다.

    이점

    • 직접 중합법에 의해 얻어진 폴리 아크릴산 중합체 물질은 고순도를 가지며, 불순물을 여과하고 제거하는 후속 단계가 필요하지 않으며, 겔 물질은 직접 분쇄되어 저장을 위해 처리 될 수있다.
    • 중합 반응 생성물의 순도가 높기 때문에 실험실에서 원료 및 공정 연구 개발로 사용하기에 적합합니다.
    • 프로세스는 간단하고 몇 가지 단계로 이루어지며 생산 및 준비 중에 제어하기 쉽습니다. 또한 반응을 보조하기 위해 다른 시약을 사용하지 않기 때문에 직접 중합 방법은 취급하기 어렵고 환경 오염이 거의없는 산업 폐기물을 생성하지 않습니다.
    • 직접 중합 방법에 필요한 생산 장비의 회수율은 상대적으로 높습니다. 기본 원료를 제외하고 다른 재료 및 시약의 비용이 없어 생산 비용 관리에 도움이되므로 플러깅 재료의 대규모 생산으로 사용할 수 있습니다.

    용액 중합

    용액 폴리머는 용액 형태로 공급되는 과립 폴리머의 흡수성을 제공합니다. 용액은 도포 전에 물로 희석 할 수 있으며 대부분의 기질을 코팅하거나 포화시키는 데 사용할 수 있습니다. 특정 시간 동안 특정 온도에서 건조 한 후, 그 결과 슈퍼 흡수성을 가진 코팅 된 기판이 됩니다. 예를 들어, 이 화학은 압연 제품 이나 시트 기판과 같은 구성 요소에 사용하기 위해 특별히 최적화되어 있지만, 와이어 및 케이블에 직접 적용 할 수 있습니다.

    용액 기반 중합은 오늘날 공동 중합체, 특히 독성 아크릴 아미드 단량체를 사용하는 SAP 제조에 일반적으로 사용됩니다. 이 프로세스는 효율적이며 일반적으로 자본 비용 기반이 낮습니다. 용액 공정은 수성 단량체 용액을 사용하여 질량의 반응물 중합 겔을 생성합니다. 중합 자체의 발열 반응 에너지는 공정의 많은 부분을 구동하는 데 사용되어 제조 비용을 절감하는 데 도움이 됩니다. 반응성 폴리머 젤은 최종 과립 크기로 다진 건조 및 접지됩니다. SAP의 성능 특성을 향상시키기위한 모든 처리는 일반적으로 최종 과립 크기가 생성 된 후에 수행됩니다.

    이점

    • 용액 중합 방법을 사용하여 폴리 아크릴산 수지를 제조하는 경우, 침전 중합 방법을 채택한다. 이 방법의 목적은 중합 반응에서 폴리 프로필렌과 수산화 나트륨의 반응을보다 가속화시키는 것입니다.
      흐름 속도.
    • 용매의 존재로 인해, 폴리 프로필렌과 수산화 나트륨은 어느 정도 상대적으로 분리되어 중화 반응에서 이온 교환을위한 두 원료의 접착력을 감소시킨다. 용매는 또한 열 전도성이어서 온도 제어가 용이하여 중합 반응의 품질에 영향을 미치는 반응 영역에서 과도한 열을 제거합니다.
    • 직접 중합과 비교하여 용액 중합의 장점은 반응 영역에서의 열전도에 더 도움이되고 완제품의 품질 표준을 온도 제어 측면에서 효과적으로 보장 할 수 있으며 과도한 국소 온도로 인한 내파 현상을 피할 수 있다는 것입니다.

    겔 중합

    역 에멀젼 중합법은 원료 폴리 프로필렌을 용매 형태로 제조하고, 비극성 용매를 폴리 프로필렌의 용해제로 사용하고, 개시제 및 가교제를 첨가 할 때 유성 활성제에 용해시켜 유성 용매를 만드는 것이다.

    원료의 제조에는 "폴리 프로필렌 단량체 + 개시제 및 가교제의 유성 용매 + 잿물"의 방법이 사용되며 불용성 폴리 아크릴 레이트 용액이 매체로 사용됩니다.

    방법 설명

    냉동 아크릴산, 물, 교차 연결 제 및 UV 이니에이터 화학 물질의 혼합물을 혼합 하 고 움직이는 벨트 또는 큰 욕조에 배치 됩니다. 그런 다음 액체 혼합물은 일련의 강한 UV 광선이 있는 긴 챔버인 "반응기"로 들어갑니다. UV 방사선은 중합 및 가교 반응을 유도합니다. 생성 된 "로그"는 60-70 %의 물을 함유 한 끈적 끈적한 젤입니다.

    통나무는 파쇄 또는 접지 건조기의 다양한 종류에 배치됩니다. 추가의 가교결합제가 입자의 표면 상에 분무될 수 있고; 이 "표면 가교"는 압력 하에서 팽창하는 제품의 능력을 증가 시키며, 이는 하중 하에서의 흡수성 (AUL) 또는 압력 대비 흡수성 (AAP)으로 측정됩니다. 건조 된 폴리머 입자는 적절한 입자 크기 분포 및 포장을 위해 스크리클됩니다.

    젤 중합 (GP) 방법은 현재 아기 기저귀 및 기타 일회용 위생 용품에 사용되는 나트륨 폴리아크릴레이트 초흡수성 폴리머를 만드는 가장 인기있는 방법입니다.

    이점

    중합 단계에서, 폴리프로필렌이 용해된 비극성 용매는 개시제 및 가교제가 용해된 유성 용매와 혼합되어 에멀젼을 형성함으로써, 폴리아크릴레이트는 에멀젼의 폴리프로필렌 용매의 외층에 형성되는 중합 조건을 갖는다. "수중유" 구조는 폴리아크릴레이트의 중합 공정을 완료합니다.

    "수중유"구조는 폴리 아크릴 레이트의 자유 성능을 닫고 격리하여 단일 중합 기능 만 수행하여 폴리 아크릴 레이트의 반응 속도를 높이고 역 에멀젼 중합의 준비 속도는 용액 중합보다 5 배 빠릅니다.

    분산매의 외관으로 인해, 열 전달 및 온도 제어의 기능이 실현 될뿐만 아니라, 저온 조건 하에서 초 흡수성 수지 재료의 중합이 수행 될 수있다. 역 에멀젼 중합 방법은 온도 조건으로 인한 폴리 아크릴 수지 재료의 한계를 깨뜨립니다.

    또한, 상기 역 에멀젼 중합법의 유상은 여러 번 재사용할 수 있다. 벌크 중합 방법의 절약 효과는 달성되지 않지만 과도한 개시제 및 과도한 가교제의 비용 낭비 문제를 여전히 해결합니다.


    서스펜션 중합

    현탁 중합은 원칙적으로 상기 언급된 겔 중합과 유사하다.

    이 두 가지 방법의 공통점은 분산제가 열 전달, 가변 온도 제어 및 중합 반응 속도의 가속화를 실현하는 데 사용된다는 것입니다.

    그러나 겔 중합과의 차이점은 현탁 중합은 수상을 분리 된 상으로, 유상을 연속상으로 사용한다는 것입니다. 폴리 프로필렌에 용해 된 분산제를 오일 상 표면에 액적 형태로 현탁시키고, 중합 반응은 현탁 된 액적에서 일어난다.

    Gel 중합과 같은 현탁 중합은 분산제의 열전도율로 인해 반응 부위의 열을 전달하기 쉽기 때문에 중합 반응이 온도 조건에 의해 제한되지 않습니다. 중합이 일어나면 알칼리성 물질과 폴리 프로필렌의 점도가 낮아 미반응 불순물을 보유하기가 쉽지 않습니다.

    이점

    겔 중합과 비교하여 현탁 중합의 장점은 증류 후 용매를 쉽게 회수 할 수 있고 유상을 환경에 거의 해를 끼치 지 않고 여러 번 재활용 할 수 있다는 것입니다.

    이 공정은 탄화수소 계 용매에서 수성 반응물을 중단시한다. 최종 결과는 현탁 중합이 반응 후 단계에서 기계적으로가 아니라 반응기에서 1차 폴리머 입자를 생성한다는 것입니다. 성능 향상은 반응 단계 중 또는 직후에 이루어질 수도 있습니다.

    참고: 서스펜션 공정은 중합 단계에서 더 높은 수준의 생산 관리 및 제품 엔지니어링이 필요하기 때문에 소수의 회사에서만 실행됩니다.


    최종 생각

    요약하면, 초흡수성 폴리머는 수분 흡수 및 수분 보유 기능을 갖는 신뢰할 수 있는 폴리머 재료입니다.

    그것의 준비 과정 원리는 폴리 프로필렌과 알칼리를 반응시켜 폴리 프로필렌 염을 생성 한 다음 개시제와 가교제의 공동 촉매 작용하에 중합 반응을 완료하고 고분자 물질로 결합하는 것입니다.

    산업 준비에서는 공정 차이에 따라 4 가지 유형으로 나뉩니다. 네 가지 유형의 준비 공정에는 준비 비용, 준비 품질, 공정 및 폐기물 처리 측면에서 고유 한 장점과 단점이 있습니다. 가장 적절한 준비 공정을 종합적으로 고려하기 위해 폴리 아크릴산 흡수 수지의 특정 용도에 따라 다릅니다.

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