Süper Emici Polimerin Üretim Süreci Nedir?

2024-06-24

    Bu makale süper emici polimerin üretim süreciyle ilgilidir .

    Not: Bu makalede yer alan ilgili profesyonel teknolojiler, bu siteyle işbirliği yapan süper emici polimer üreticilerinden gelmektedir.



    Süper emici polimer nedir?

    Süper emici polimerler artık yaygın olarak, bir başlatıcının varlığında sodyum hidroksit ile karıştırılmış akrilik asidin polimerizasyonundan, bir poli-akrilik asit sodyum tuzu (bazen sodyum poliakrilat olarak adlandırılır ) oluşturmak için yapılır. Bu polimer, bugün dünyada üretilen en yaygın SAP türüdür.

    Sodyum poliakrilat, normal koşullar altında hafif beyaz kristal bir parçacıktır. Kokusuzdur, toksik değildir ve dokusu hafiftir. Genel amaçlı reçine malzemeleri arasında birim kütle başına en hafif malzemedir ve mükemmel su emme ve su tutma özelliklerine sahiptir.

    Poliakrilamid kopolimeri, etilen maleik anhidrit kopolimeri, çapraz bağlı karboksimetilselüloz, polivinil alkol kopolimerleri, çapraz bağlı polietilen oksit ve poliakrilonitrilin nişasta aşılanmış kopolimeri gibi diğer malzemeler de süper emici bir polimer yapmak için kullanılır. İkincisi, yaratılan en eski SAP formlarından biridir.

    Prensip

    Poliakrilik reçinenin su emme prensibi diğer kurutuculardan oldukça farklıdır. Kendisinden yüzlerce kat daha ağır suyu emerek jel oluşturur. Jel yapısı poliakrilik reçinenin çapraz bağlama özellikleriyle belirlenir. Bunu başarmak için su sıkıştırılamaz ve belirli bir basınç sınırı aralığında dışarı akamaz.

    Bu nedenle, poliakrilik asit polimerleri süper emici polimerlerin sentezlenmesinde malzeme olarak kullanılabilir. Su emme özellikleri yalnızca malzemelerle ilgili değildir, aynı zamanda süper emici polimerlerin sentezlenmesi süreciyle de çok ilgilidir.


    Üretimin temel süreci

    1. Malzemeleri hazırlayın

    Süper emici reçinenin endüstriyel hazırlanması kimyasal polimerizasyon yöntemini benimser. Hammaddeler endüstriyel sınıf akrilik asit, endüstriyel sınıf sodyum hidroksittir, başlatıcı sodyum persülfattır ve çapraz bağlayıcı madde divinilbenzendir.


    2. Polipropilen düşük basınç altında damıtıldı

    Endüstriyel sınıf polipropilen, polimerizasyon nedeniyle depolama ve nakliyenin bozulmasını önlemek için üretilir ve polimerizasyon etkisini etkilemek için bir polimerizasyon inhibitörü eklenir. Bu nedenle, poliakrilik asit reçinesi hazırlanmadan önce polipropilenin damıtılması ve ayrılması gerekir.

    Ancak polipropilenin yapısı ve kimyasal özellikleri yüksek sıcaklık dayanımına sahip olmadığından, polipropilenin kaynama noktasına ulaşmadan damıtma saflaştırma adımının gerçekleştirilebilmesi için damıtma cihazındaki havanın boşaltılması gerekmektedir.


    3. Alkali çözeltiyi hazırlayın

    Bu adım, polipropilenin polimerizasyon etkisini etkilememek için endüstriyel sodyum hidroksit içerisinde bulunan safsızlıkları gidermek içindir.

    Sodyum hidroksitin damıtılmış suda çözülmesinden sonra, safsızlıkların filtrelenmesinden sonra kalan çözelti, toplu polimerizasyon için gerekli olan kostiktir.


    4. Nötralize edin

    Damıtılmış polipropileni yavaşça sodyum hidroksit çözeltisine ekleyin, karıştırın ve kullanım için nötralize edin.

    Nötralizasyon sıcaklığı çok yüksek olmamalıdır ve test verileri, nötralizasyon sıcaklığı 10-50 ℃ aralığında olduğunda elde edilen poliakrilik asit polimer reçinesinin en iyi su emme ve su tutma performansına sahip olduğunu göstermektedir. Bu sırada polipropilen, polipropilen tuzu ve suyu üretmek için kostik sodadaki sodyum hidroksit ile iyon alışverişinde bulunur.

    Nötralizasyon reaksiyonu sırasında, polipropilen ve kostik sodanın tamamen reaksiyona girmesini ve tükenmesini sağlayacak şekilde reaktifler dozlanmalıdır.


    5. Polimerizasyon

    Nötralizasyon reaksiyonundan sonra, başlatıcı ve çapraz bağlayıcının ortak etkisi altında polipropilen tuzunun polimerizasyon reaksiyonunu tamamlamak için uygun miktarda sodyum persülfat ve divinilbenzen eklenir.

    Polimerizasyon reaksiyonunun 60 °C’nin altındaki bir sıcaklıkta ortam koşullarında gerçekleştirilmesi gerektiği ve polimerizasyon süresinin yaklaşık 2 saat olduğu belirtilmelidir. Daha sonra sıcaklığı 70 °C’ye çıkarın ve polipropilen tuzunun polimerize jel maddesini elde etmek için 3 saatten fazla sabit bir sıcaklıkta tutun.

    Jeli toplayıp fırına koyun, 70~80°C’de suyu kurutun ve katı poliakrilik asit reçinesi elde edin, ardından poliakrilik asit katısını ezin ve toz parçacıklarına öğütün, bu da endüstride yaygın olarak kullanılan poliakrilik asit reçine malzemesidir.


    Aşağıdaki resim sodyum poliakrilatın genel üretim sürecini kısaca açıklamaktadır.


    Günümüzde süper emici polimerler 4 temel yöntemden biri kullanılarak yapılır:  doğrudan polimerizasyon , jel polimerizasyonu ,  süspansiyon polimerizasyonu ve  çözelti polimerizasyonu . Her bir prosesin kendine özgü avantajları vardır ve ürünün farklı kalitelerini verir.

    Doğrudan polimerizasyon

    Doğrudan polimerizasyon, sadece polipropilen monomeri ve kostik sodanın iyon değişimine dayanır, başlatıcı ve çapraz bağlayıcının ortak etkisi altında, polimerizasyon reaksiyonu ışık ve ısı ortamında gerçekleşir.

    Temel akışa en yakın hazırlık sürecidir.

    Avantaj

    • Doğrudan polimerizasyon yöntemi ile elde edilen poliakrilik asit polimer malzemesi yüksek saflığa sahip olup, daha sonra filtreleme ve kirlilik giderme adımlarına gerek duyulmamakta ve jel maddesi doğrudan öğütülerek depolama için işlenebilmektedir.
    • Polimerizasyon reaksiyonu ürünü yüksek saflıkta olduğundan laboratuvarlarda hammadde ve proses araştırma ve geliştirme amaçlı kullanıma uygundur.
    • İşlem basittir, birkaç adım içerir ve üretim ve hazırlama sırasında kontrol edilmesi kolaydır. Ayrıca, reaksiyona yardımcı olmak için başka reaktifler kullanılmadığından, doğrudan polimerizasyon yöntemi, işlenmesi zor ve çevre kirliliği az olan endüstriyel atık üretmeyecektir.
    • Doğrudan polimerizasyon yönteminin gerektirdiği üretim ekipmanlarının geri kazanım oranı nispeten yüksektir. Temel hammaddeler dışında, diğer malzeme ve reaktiflerin maliyeti yoktur, bu da üretim maliyetlerinin kontrol edilmesine yardımcı olur, bu nedenle tıkama malzemelerinin büyük ölçekli üretimi olarak kullanılabilir.

    Çözelti polimerizasyonu

    Çözüm polimerleri, çözüm formunda sağlanan granüler bir polimerin emiciliğini sunar. Çözümler, uygulama öncesinde suyla seyreltilebilir ve çoğu alt tabakayı kaplayabilir veya doyurmak için kullanılabilir. Belirli bir sıcaklıkta belirli bir süre kurutulduktan sonra, sonuç süper emiciliğe sahip kaplanmış bir alt tabakadır. Örneğin, bu kimya doğrudan tellere ve kablolara uygulanabilir, ancak özellikle rulo halindeki ürünler veya levha halindeki alt tabakalar gibi bileşenlerde kullanım için optimize edilmiştir.

    Çözelti bazlı polimerizasyon, günümüzde özellikle toksik akrilamid monomer içeren kopolimerlerin SAP üretimi için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu işlem verimlidir ve genellikle daha düşük bir sermaye maliyeti tabanına sahiptir. Çözelti işlemi, bir miktar tepkime polimerize jel üretmek için su bazlı bir monomer çözeltisi kullanır. Polimerizasyonun kendi ekzotermik reaksiyon enerjisi, işlemin çoğunu yönlendirmek için kullanılır ve üretim maliyetlerini düşürmeye yardımcı olur. Daha sonra tepkime polimer jeli doğranır, kurutulur ve son granül boyutuna öğütülür. SAP’nin performans özelliklerini artırmaya yönelik tüm işlemler genellikle son granül boyutu oluşturulduktan sonra gerçekleştirilir.

    Avantaj

    • Poliakrilik asit reçinesi hazırlamak için çözelti polimerizasyon yöntemi kullanıldığında, çökelme polimerizasyon yöntemi benimsenir. Bu yöntemin amacı, polimerizasyon reaksiyonunda polipropilen ve sodyum hidroksitin reaksiyonunu daha iyi hızlandırmaktır.
      akış hızı.
    • Çözücünün varlığı nedeniyle, polipropilen ve sodyum hidroksit belirli bir ölçüde nispeten ayrılır, bu da nötrleştirme reaksiyonunda iyon değişimi için iki ham maddenin yapışmasını azaltır. Çözücü ayrıca termal olarak iletkendir, bu da kolay sıcaklık kontrolüne izin verir, böylece polimerizasyon reaksiyonunun kalitesini etkileyecek olan reaksiyon bölgesinden fazla ısıyı uzaklaştırır.
    • Doğrudan polimerizasyona kıyasla, çözelti polimerizasyonunun avantajı, reaksiyon bölgesinde ısı iletimi için daha elverişli olması ve bitmiş ürünün kalite standardının sıcaklık kontrolü açısından etkili bir şekilde garanti edilebilmesi ve aşırı yerel sıcaklığın neden olduğu içe çökme olayının önlenebilmesidir.

    Jel polimerizasyonu

    Ters emülsiyon polimerizasyon yöntemi, ham madde olan polipropileni çözücü formuna hazırlamak, polipropilen için çözücü madde olarak polar olmayan bir çözücü kullanmak ve başlatıcı ve çapraz bağlayıcı madde eklendiğinde yağlı bir çözücü elde etmek için yağlı bir aktif madde içinde eritmektir.

    Hammaddelerin hazırlanmasında “polipropilen monomer + başlatıcı ve çapraz bağlayıcı maddenin yağlı çözücüsü + kostik” yöntemi kullanılmakta olup, ortam olarak çözünmeyen poliakrilat çözeltisi kullanılmaktadır.

    Yöntem Açıklaması

    Dondurulmuş akrilik asit, su, çapraz bağlayıcı maddeler ve UV başlatıcı kimyasalların bir karışımı harmanlanır ve hareketli bir bant üzerine veya büyük küvetlere yerleştirilir. Sıvı karışım daha sonra bir dizi güçlü UV ışığına sahip uzun bir bölme olan bir “reaktöre” gider. UV radyasyonu polimerizasyonu ve çapraz bağlama reaksiyonlarını yönlendirir. Ortaya çıkan “kütükler” %60-70 su içeren yapışkan jellerdir.

    Kütükler parçalanır veya öğütülür ve çeşitli kurutuculara yerleştirilir. Ek çapraz bağlama maddesi parçacıkların yüzeyine püskürtülebilir; bu “yüzey çapraz bağlama” ürünün basınç altında şişme yeteneğini artırır; bu özellik Yük Altında Emicilik (AUL) veya Basınca Karşı Emicilik (AAP) olarak ölçülür. Kurutulmuş polimer parçacıkları daha sonra uygun parçacık boyutu dağılımı ve paketleme için elenir.

    Jel polimerizasyon (GP) yöntemi, günümüzde bebek bezlerinde ve diğer tek kullanımlık hijyenik ürünlerde kullanılan sodyum poliakrilat süper emici polimerlerin üretiminde en popüler yöntemdir.

    Avantaj

    Polimerizasyon adımında, polipropilenin içinde çözüldüğü polar olmayan çözücü, başlatıcı ve çapraz bağlayıcı maddenin içinde çözüldüğü yağlı çözücü ile karıştırılarak bir emülsiyon oluşturulur, böylece poliakrilat, emülsiyonun polipropilen çözücüsünün dış tabakasında polimerizasyon için gerekli koşullara sahip olur. “Su içinde yağ” yapısı, poliakrilatın polimerizasyon sürecini tamamlar.

    Çünkü “yağ-su” yapısı poliakrilatın serbest performansını kapatıp izole ettiğinden, sadece tek bir polimerizasyon fonksiyonu gerçekleştirdiğinden poliakrilatın reaksiyon hızı hızlanır ve ters emülsiyon polimerizasyonunun hazırlanma hızı çözelti polimerizasyonuna göre 5 kat daha hızlıdır.

    Dispersiyon ortamının görünümü nedeniyle, sadece ısı transferi ve sıcaklık kontrolü işlevi gerçekleştirilmekle kalmaz, aynı zamanda süper emici reçine malzemesinin polimerizasyonu düşük sıcaklık koşulları altında gerçekleştirilebilir. Ters emülsiyon polimerizasyon yöntemi, poliakrilik reçine malzemelerinin sıcaklık koşulları nedeniyle sınırlamasını ortadan kaldırır.

    Ek olarak, ters emülsiyon polimerizasyon yönteminin yağ fazı birçok kez yeniden kullanılabilir. Toplu polimerizasyon yönteminin tasarruf etkisi elde edilemese de, aşırı başlatıcı ve aşırı çapraz bağlayıcı ajanın maliyet israfı sorununu hala çözer.


    Süspansiyon polimerizasyonu

    Süspansiyon polimerizasyonu prensip olarak yukarıda bahsedilen Jel polimerizasyonuna benzer.

    Bu iki yöntemin ortak özelliği, dispersantın ısı transferini gerçekleştirmek, değişken sıcaklık kontrolü sağlamak ve polimerizasyon reaksiyon hızını hızlandırmaktır.

    Ancak, Jel polimerizasyonundan farkı, Süspansiyon polimerizasyonunun ayrılmış faz olarak su fazını ve sürekli faz olarak yağ fazını kullanmasıdır. Polipropilende çözünen dağıtıcıyı damlacıklar halinde yağ fazının yüzeyinde askıya alır ve polimerizasyon reaksiyonu askıya alınmış damlacıklarda gerçekleşir.

    Süspansiyon polimerizasyonu, Jel polimerizasyonu gibi, dağıtıcının termal iletkenliği nedeniyle reaksiyon bölgesinin ısısını kolayca aktarır, böylece polimerizasyon reaksiyonu sıcaklık koşullarıyla sınırlı değildir. Polimerizasyon gerçekleştiğinde, alkali maddelerin ve polipropilenin viskozitesi düşüktür ve tepkimeye girmemiş safsızlıkları tutmak kolay değildir.

    Avantaj

    Jel polimerizasyonuna göre Süspansiyon polimerizasyonunun avantajı, damıtma sonrasında çözücüsünün kolayca geri kazanılabilmesi ve yağ fazının çevreye çok az zarar vererek defalarca geri dönüştürülebilmesidir.

    Bu işlem, su bazlı reaktantı hidrokarbon bazlı bir çözücüde askıya alır. Net sonuç, süspansiyon polimerizasyonunun reaksiyon sonrası aşamalarda mekanik olarak değil, reaktörde birincil polimer parçacığını oluşturmasıdır. Performans iyileştirmeleri, reaksiyon aşaması sırasında veya hemen sonrasında da yapılabilir.

    Not: Süspansiyon prosesi, polimerizasyon aşamasında daha yüksek düzeyde üretim kontrolü ve ürün mühendisliği gerektirdiğinden sadece birkaç firma tarafından uygulanmaktadır.


    Son düşünceler

    Özetle süper emici polimer, su emme ve su tutma fonksiyonuna sahip güvenilir bir polimer malzemedir.

    Hazırlanma prosesi prensibi, polipropilenin alkali ile reaksiyona girmesiyle polipropilen tuzu elde edilmesi, daha sonra başlatıcı ve çapraz bağlayıcının ortak katalizinde polimerizasyon reaksiyonunun tamamlanması ve polimer maddeler halinde birleştirilmesidir.

    Endüstriyel hazırlamada, proses farkına göre dört türe ayrılır. Dört tip hazırlama prosesinin, hazırlama maliyeti, hazırlama kalitesi, proses ve atık işleme açısından kendi avantajları ve dezavantajları vardır. En uygun hazırlama prosesini kapsamlı bir şekilde değerlendirmek, poliakrilik asit su emici reçinenin belirli uygulamasına bağlıdır.

    Copyright © 2024 Super Absorbent Polymer (Sodium polyacrylate, Potassium polyacrylate) | Privacy Policy