O processo de fabricação de polímero super absorvente

June 12, 2023

    Este artigo é sobre o processo de fabricação de polímero super absorvente.

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    O Processo De Fabricação de Polímero Super Absorvente - Equipamentos de produção

    Tópicos que abordamos neste artigo:

    O que é o polímero Super absorvente?
    O processo básico de produção
    Polimerização direta
    Polimerização da solução
    Polimerização em gel
    Polimerização da suspensão
    Pensamentos finais

    O que é o polímero Super absorvente?

    Os polímeros superabsorventes são agora comumente feitos a partir da polimerização do ácido acrílico misturado com hidróxido de sódio na presença de um iniciador para formar um sal de sódio ácido poli-acrílico (por vezes referido como poliacrilato de sódio). Este polímero é o tipo mais comum de SAP feito no mundo de hoje.

    O poliacrilato de sódio é uma partícula cristalina branca clara em condições normais. É inodoro, não tóxico e de textura leve. É o material mais leve por unidade de massa entre os materiais de resina de uso geral e tem excelentes propriedades de absorção e retenção de água.

    Outros materiais também são usados para fazer um polímero superabsorvente, como o copolímero de poliacrilamida, copolímero de anidrido maleico de etileno, carboximetilcelulose reticulada, copolímeros de álcool polivinil, óxido de polietileno reticulado e amido enxertado copolímero do poliacrilonitrila para nomear alguns. Este último é um dos formulários SAP mais antigos criados.

    Princípio

    O princípio da absorção de água da resina poliacrílica é bastante diferente do de outros dessecantes. Ele absorve água centenas de vezes mais pesada do que ele mesmo para formar um gel. A estrutura do gel é determinada pelas propriedades de reticulação da resina poliacrílica. Para conseguir, a água não pode ser espremida e fluir para fora dentro de uma determinada faixa de limite de pressão.

    Portanto, polímeros de ácido poliacrílico podem ser usados como materiais para sintetizar polímeros superabsorventes. Suas propriedades de absorção de água não estão apenas relacionadas aos materiais, mas também têm muito a ver com o processo de síntese de polímeros superabsorventes.


    O processo básico de produção

    1. Prepare os ingredientes

    A preparação industrial de resina superabsorvente adota o método de polimerização química. As matérias-primas são ácido acrílico de grau industrial, hidróxido de sódio de grau industrial, o iniciador é o persulfato de sódio e o agente de reticulação é o divinilbenzeno.


    2. O polipropileno foi destilado sob pressão reduzida

    O polipropileno de grau industrial é fabricado para evitar que o armazenamento e o transporte se deteriorem devido à polimerização, e um inibidor de polimerização é adicionado para afetar seu efeito de polimerização. Portanto, antes de preparar a resina de ácido poliacrílico, o polipropileno precisa ser destilado e separado.

    No entanto, a estrutura e as propriedades químicas do polipropileno não têm resistência a altas temperaturas, de modo que o ar no dispositivo de destilação precisa ser evacuado para que a etapa de purificação da destilação possa ser realizada sem atingir o ponto de ebulição do polipropileno.


    3. Preparar solução alcalina

    Este passo é remover as impurezas contidas no hidróxido de sódio de grau industrial, de modo a não afetar o efeito de polimerização do polipropileno.

    Depois de dissolver o hidróxido de sódio em água destilada, a solução restante após filtrar as impurezas é a soda cáustica necessária para a polimerização a granel.


    4. Neutralizar

    Adicione lentamente o polipropileno destilado na lixívia de hidróxido de sódio, mexa e neutralize para uso.

    A temperatura de neutralização não deve ser muito alta, e os dados de teste mostram que a resina polimérica de ácido poliacrílico obtida quando a temperatura de neutralização está na faixa de 10-50 °C tem o melhor desempenho de absorção e retenção de água. Neste momento, o polipropileno troca íons com hidróxido de sódio em soda cáustica para gerar sal e água de polipropileno.

    Durante a reação de neutralização, os reagentes devem ser dosados para garantir que o polipropileno e a soda cáustica sejam completamente reagidos e consumidos.


    5. Polimerização

    Após a reação de neutralização, uma quantidade apropriada de persulfato de sódio e divinilbenzeno é adicionada para completar a reação de polimerização do sal de polipropileno sob a ação conjunta do iniciador e do agente de reticulação.

    Deve-se notar que a reação de polimerização precisa ser realizada em condições ambientais com uma temperatura abaixo de 60 °C, e o tempo de polimerização é de cerca de 2 h. Em seguida, aumente a temperatura para 70 °C e mantenha-a a uma temperatura constante por mais de 3 h para obter a substância em gel polimerizada de sal de polipropileno.

    Colete o gel e coloque-o em um forno, seque a água a 70 ~ 80 ° C para obter a resina sólida de ácido poliacrílico, em seguida, esmague o sólido de ácido poliacrílico e moa-o em partículas de pó, que é o material de resina de ácido poliacrílico comumente usado na indústria.


    A figura abaixo explica brevemente o processo geral de produção de poliacrilato de sódio.


    Hoje, os polímeros superabsorventes são feitos usando um dos 4 métodos primários: polimerização direta, polimerização em gel, polimerização em suspensão e polimerização de solução. Cada um dos processos tem suas respectivas vantagens e produz diferentes qualidades do produto.

    Polimerização direta

    A polimerização direta depende apenas da troca iônica de monômero de polipropileno e soda cáustica, sob a ação conjunta de iniciador e agente de reticulação, a reação de polimerização é realizada no ambiente de luz e calor.

    É o processo de preparação mais próximo do fluxo básico.

    Vantagem

    • O material polimérico de ácido poliacrílico obtido pelo método de polimerização direta tem alta pureza, e não há necessidade de etapas subsequentes de filtragem e remoção de impurezas, e a substância em gel pode ser diretamente moída e processada para armazenamento.
    • Devido à alta pureza do produto da reação de polimerização, é adequado para uso em laboratório como matéria-prima e processo de pesquisa e desenvolvimento.
    • O processo é simples, com poucas etapas, e é fácil de controlar durante a produção e preparação. Além disso, uma vez que nenhum outro reagente é usado para auxiliar a reação, o método de polimerização direta não produzirá resíduos industriais difíceis de manusear e com pouca poluição ambiental.
    • A taxa de recuperação do equipamento de produção exigido pelo método de polimerização direta é relativamente alta. Com exceção das matérias-primas básicas, não há custo de outros materiais e reagentes, o que é propício ao controle dos custos de produção, por isso pode ser usado como uma produção em larga escala de materiais de entupimento.

    Polimerização da solução

    Os polímeros da solução oferecem a absorvência de um polímero granulado fornecido no formulário da solução. As soluções podem ser diluídas com água antes da aplicação e podem revestir a maioria dos substratos ou ser usadas para saturá-los. Depois de secar a uma temperatura específica por um tempo específico, o resultado é um substrato revestido com super absorção. Por exemplo, essa química pode ser aplicada diretamente em fios e cabos, embora seja especialmente otimizada para uso em componentes como produtos laminados ou substratos chapados.

    A polimerização baseada em soluções é comumente usada hoje para a fabricação SAP de copolímeros, particularmente aqueles com o monômero tóxico de acrilamida. Este processo é eficiente e geralmente tem uma base de menor custo de capital. O processo de solução utiliza uma solução de monômero à base de água para produzir uma massa de gel polimerizado reactante. A própria energia de reação exotérmica da polimerização é usada para conduzir grande parte do processo, ajudando a reduzir os custos de fabricação. O gel de polímero reagente é então picado, seco e moído até o tamanho final do grânulo. Quaisquer tratamentos para melhorar as características de desempenho do SAP geralmente são realizados após a criação do tamanho final do grânulo.

    Vantagem

    • Quando o método de polimerização da solução é utilizado para preparar a resina de ácido poliacrílico, adota-se o método de polimerização por precipitação. O objetivo deste método é acelerar melhor a reação de polipropileno e hidróxido de sódio na reação de polimerização.
      velocidade de fluxo.
    • Devido à existência do solvente, o polipropileno e o hidróxido de sódio são relativamente separados até certo ponto, o que reduz a adesão das duas matérias-primas para troca iônica na reação de neutralização. O solvente também é termicamente condutor, permitindo fácil controle de temperatura, removendo assim o excesso de calor da zona de reação que afetaria a qualidade da reação de polimerização.
    • Em comparação com a polimerização direta, a vantagem da polimerização da solução é que ela é mais propícia à condução de calor na zona de reação, e o padrão de qualidade do produto acabado pode ser efetivamente garantido do ponto de vista do controle de temperatura, e o fenômeno de implosão causado pela temperatura local excessiva pode ser evitado.

    Polimerização em gel

    O método de polimerização em emulsão inversa é preparar a matéria-prima polipropileno em uma forma de solvente, usar um solvente não polar como agente de dissolução para o polipropileno e dissolvê-lo em um agente ativo oleoso para fazer um solvente oleoso ao adicionar um iniciador e um agente de reticulação.

    Na preparação de matérias-primas, o método de "monômero de polipropileno + solvente oleoso de iniciador e agente de reticulação + soda cáustica" é usado, e a solução de poliacrilato insolúvel é usada como meio.

    Descrição do método

    Uma mistura de ácido acrílico congelado, água, agentes transversais e produtos químicos iniciadores UV são misturados e colocados em um cinto móvel ou em banheiras grandes. A mistura líquida então entra em um "reator", que é uma câmara longa com uma série de fortes luzes UV. A radiação UV impulsiona as reações de polimerização e reticulação. Os "troncos" resultantes são géis pegajosos contendo 60-70% de água.

    Os logs são desfiado ou terra e coloc em vários tipos dos secadores. O agente de reticulação adicional pode ser pulverizado na superfície das partículas; essa "reticulação de superfície" aumenta a capacidade do produto de inchar sob pressão – uma propriedade medida como Absorbency Under Load (AUL) ou Absorbency Against Pressure (AAP). As partículas de polímero secas são então rastreadas para distribuição de tamanho de partícula adequada e embalagem.

    O método da polimerização do gel (GP) é atualmente o método o mais popular para fazer os polímeros superabsorventes do poliacrilato do sódio usados agora em fraldas do bebê e em outros artigos higiênicos descartáveis.

    Vantagem

    Na etapa de polimerização, o solvente apolar no qual o polipropileno é dissolvido é misturado com o solvente oleoso no qual o iniciador e o agente de reticulação são dissolvidos para formar uma emulsão, de modo que o poliacrilato tenha as condições para a polimerização se formar na camada externa do solvente de polipropileno da emulsão. A estrutura "óleo em água" completa o processo de polimerização do poliacrilato.

    Porque a estrutura "óleo-em-água" fecha e isola o desempenho livre do poliacrilato, de modo que ele executa apenas uma única função de polimerização, o que acelera a taxa de reação do poliacrilato, e a taxa de preparação da polimerização em emulsão inversa é 5 vezes mais rápida que a da polimerização da solução.

    Devido à aparência do meio de dispersão, não só a função de transferência de calor e controle de temperatura é realizada, mas também a polimerização do material de resina superabsorvente pode ser realizada sob condições de baixa temperatura. O método de polimerização em emulsão inversa quebra a limitação de materiais de resina poliacrílica devido a condições de temperatura.

    Além disso, a fase oleosa do método de polimerização em emulsão inversa pode ser reutilizada muitas vezes. Embora o efeito de economia do método de polimerização a granel não seja alcançado, ele ainda resolve o problema do desperdício de custos do iniciador excessivo e do agente de reticulação excessivo.


    Polimerização da suspensão

    A polimerização em suspensão é semelhante em princípio à polimerização em gel acima mencionada.

    O que esses dois métodos têm em comum é que o dispersante é usado para realizar a transferência de calor, controle de temperatura variável e aceleração da taxa de reação de polimerização.

    No entanto, a diferença da polimerização em gel é que a polimerização em suspensão usa a fase de água como a fase separada e a fase de óleo como a fase contínua. Ele suspende o dispersante dissolvido em polipropileno na superfície da fase oleosa na forma de gotículas, e a reação de polimerização ocorre nas gotículas suspensas.

    A polimerização em suspensão, como a polimerização em gel, é fácil de transferir o calor do local de reação devido à condutividade térmica do dispersante, de modo que a reação de polimerização não é limitada pelas condições de temperatura. Quando a polimerização ocorre, a viscosidade de substâncias alcalinas e polipropileno é baixa, e não é fácil reter impurezas não reagidas.

    Vantagem

    Em comparação com a polimerização em gel, a vantagem da polimerização em suspensão é que seu solvente pode ser facilmente recuperado após a destilação, e a fase oleosa pode ser reciclada por várias vezes com pouco dano ao meio ambiente.

    Este processo suspende o reagente à base de água em um solvente à base de hidrocarboneto. O resultado líquido é que a polimerização em suspensão cria a partícula de polímero primário no reator, em vez de mecanicamente nos estágios pós-reação. Melhorias de desempenho também podem ser feitas durante, ou logo após, a fase de reação.

    Nota: O processo de suspensão é praticado por apenas algumas empresas, pois requer um maior grau de controle de produção e engenharia de produto durante a etapa de polimerização.


    Pensamentos finais

    Em resumo, o polímero superabsorvente é um material polimérico confiável com a função de absorção e retenção de água.

    Seu princípio de processo de preparação é gerar sal de polipropileno reagindo polipropileno com álcali, em seguida, completar a reação de polimerização sob a catálise conjunta do iniciador e agente de reticulação, e combinar em substâncias poliméricas.

    Na preparação industrial, é dividido em quatro tipos de acordo com a diferença de processo. Os quatro tipos de processos de preparação têm suas próprias vantagens e desvantagens em termos de custo de preparação, qualidade de preparação, processo e tratamento de resíduos. Depende da aplicação específica de resina absorvente de água de ácido poliacrílico para considerar de forma abrangente o processo de preparação mais adequado.

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