Quy trình sản xuất siêu thấm polymer

June 12, 2023

    Bài này viết về quy trình sản xuất polymer siêu thấm.

    Lưu ý: Các công nghệ chuyên nghiệp có liên quan liên quan đến bài viết này đến từ các nhà sản xuất polymer siêu thấm nước hợp tác với trang web này. Nếu bạn muốn thảo luận sâu hơn về chủ đề này hoặc có thắc mắc, vui lòng điền vào biểu mẫu để liên hệ với nhóm kỹ thuật. >> Liên hệ với bây giờ

    Quy trình sản xuất polymer siêu thấm - Thiết bị sản xuất

    Các chủ đề chúng tôi đề cập trong bài viết này:

    Polyme siêu thấm là gì?
    Quy trình sản xuất cơ bản
    Trùng hợp trực tiếp
    Giải pháp trùng hợp
    Gel trùng hợp
    Trùng hợp treo
    Suy nghĩ cuối cùng

    Polyme siêu thấm là gì?

    Polyme thấm hút hiện nay thường được làm từ trùng hợp axit Acrylic pha trộn với natri hydroxit trong sự hiện diện của một người khởi xướng để tạo thành một muối natri Poly-acrylic (đôi khi được gọi là natri polyacrylate). Polymer này là loại phổ biến nhất của SAP được thực hiện trên thế giới ngày nay.

    Natri polyacrylate là một hạt tinh thể màu trắng nhẹ trong điều kiện bình thường. Nó không mùi, không độc hại và có kết cấu nhẹ. Nó là vật liệu nhẹ nhất trên một đơn vị khối lượng trong số các vật liệu nhựa đa năng, và có đặc tính hấp thụ nước và giữ nước tuyệt vời.

    Các vật liệu khác cũng được sử dụng để tạo ra một polymer siêu thấm, chẳng hạn như copolymer polyacrylamide, copolymer ethylene xuất anhydrit, liên kết chéo carboxymethylcellulose, copolyme rượu polyvinyl, oxit polyethylene liên kết chéo, và tinh bột ghép copolymer của polyacrylonitrile đến tên một vài. Sau này là một trong những hình thức SAP lâu đời nhất được tạo ra.

    Nguyên tắc

    Nguyên lý hấp thụ nước của nhựa polyacrylic khá khác so với các chất hút ẩm khác. Nó hấp thụ nước nặng hơn hàng trăm lần so với chính nó để tạo thành một loại gel. Cấu trúc gel được xác định bởi các đặc tính liên kết ngang của nhựa polyacrylic. Để đạt được, nước không thể được vắt và chảy ra trong một phạm vi giới hạn áp suất nhất định.

    Do đó, polyme axit polyacrylic có thể được sử dụng làm nguyên liệu để tổng hợp các polyme siêu hấp thụ. Đặc tính hấp thụ nước của chúng không chỉ liên quan đến vật liệu, mà còn liên quan nhiều đến quá trình tổng hợp các polyme siêu hấp thụ.


    Quy trình sản xuất cơ bản

    1. Chuẩn bị nguyên liệu

    Việc chuẩn bị công nghiệp nhựa siêu hấp thụ thông qua phương pháp trùng hợp hóa học. Nguyên liệu thô là axit acrylic cấp công nghiệp, natri hydroxit cấp công nghiệp, chất khởi xướng là natri persulfate và tác nhân liên kết ngang là divinylbenzene.


    2. Polypropylen được chưng cất dưới áp suất giảm

    Polypropylen cấp công nghiệp được sản xuất để ngăn chặn việc lưu trữ và vận chuyển xuống cấp do trùng hợp, và một chất ức chế trùng hợp được thêm vào để ảnh hưởng đến hiệu quả trùng hợp của nó. Do đó, trước khi chuẩn bị nhựa axit polyacrylic, polypropylen cần được chưng cất và tách ra.

    Tuy nhiên, cấu trúc và tính chất hóa học của polypropylen không có khả năng chịu nhiệt độ cao, vì vậy không khí trong thiết bị chưng cất cần được sơ tán để có thể thực hiện bước tinh chế chưng cất mà không cần đạt đến điểm sôi của polypropylen.


    3. Chuẩn bị dung dịch kiềm

    Bước này là loại bỏ các tạp chất có trong natri hydroxit cấp công nghiệp, để không ảnh hưởng đến hiệu ứng trùng hợp của polypropylen.

    Sau khi hòa tan natri hydroxit trong nước cất, dung dịch còn lại sau khi lọc tạp chất là dung dịch kiềm cần thiết cho trùng hợp số lượng lớn.


    4. Trung hòa

    Từ từ thêm polypropylen chưng cất vào dung dịch kiềm natri hydroxit, khuấy và trung hòa để sử dụng.

    Nhiệt độ trung hòa không được quá cao và dữ liệu thử nghiệm cho thấy nhựa polyacrylic acid polymer thu được khi nhiệt độ trung hòa nằm trong khoảng 10-50 °C có hiệu suất hấp thụ nước và giữ nước tốt nhất. Tại thời điểm này, polypropylen trao đổi các ion với natri hydroxit trong dung dịch kiềm để tạo ra muối polypropylen và nước.

    Trong phản ứng trung hòa, thuốc thử nên được định lượng để đảm bảo rằng polypropylen và dung dịch kiềm được phản ứng và tiêu thụ hoàn toàn.


    5. Trùng hợp

    Sau phản ứng trung hòa, một lượng natri persulfate và divinylbenzene thích hợp được thêm vào để hoàn thành phản ứng trùng hợp của muối polypropylen dưới tác động chung của chất khởi xướng và tác nhân liên kết ngang.

    Cần lưu ý rằng phản ứng trùng hợp cần được thực hiện trong điều kiện môi trường xung quanh với nhiệt độ dưới 60 °C, và thời gian trùng hợp là khoảng 2 giờ. Sau đó tăng nhiệt độ lên 70 °C và giữ ở nhiệt độ không đổi trong hơn 3 giờ để thu được chất gel trùng hợp của muối polypropylen.

    Thu thập gel và cho vào lò nướng, làm khô nước ở 70 ~ 80 °C để thu được nhựa axit polyacrylic rắn, sau đó nghiền nát chất rắn axit polyacrylic và nghiền thành các hạt bột, là vật liệu nhựa axit polyacrylic thường được sử dụng trong công nghiệp.


    Hình ảnh dưới đây giải thích ngắn gọn quá trình sản xuất chung của natri polyacrylate.


    Ngày nay, các polyme siêu hấp thụ được tạo ra bằng một trong 4 phương pháp chính: trùng hợp trực tiếp, trùng hợp gel, trùng hợp huyền phùtrùng hợp dung dịch. Mỗi quy trình đều có những ưu điểm tương ứng và mang lại những phẩm chất khác nhau của sản phẩm.

    Trùng hợp trực tiếp

    Trùng hợp trực tiếp chỉ dựa vào sự trao đổi ion của monome polypropylen và dung dịch kiềm, dưới tác động chung của chất khởi xướng và tác nhân liên kết ngang, phản ứng trùng hợp được thực hiện trong môi trường ánh sáng và nhiệt.

    Đó là quá trình chuẩn bị gần nhất với dòng chảy cơ bản.

    Lợi thế

    • Vật liệu polymer axit polyacrylic thu được bằng phương pháp trùng hợp trực tiếp có độ tinh khiết cao, và không cần các bước lọc và loại bỏ tạp chất tiếp theo, và chất gel có thể được nghiền trực tiếp và xử lý để lưu trữ.
    • Do độ tinh khiết cao của sản phẩm của phản ứng trùng hợp, nó phù hợp để sử dụng trong phòng thí nghiệm làm nguyên liệu thô và quá trình nghiên cứu và phát triển.
    • Quá trình này rất đơn giản, với vài bước, và rất dễ kiểm soát trong quá trình sản xuất và chuẩn bị. Ngoài ra, vì không có thuốc thử nào khác được sử dụng để hỗ trợ phản ứng, phương pháp trùng hợp trực tiếp sẽ không tạo ra chất thải công nghiệp khó xử lý và ít gây ô nhiễm môi trường.
    • Tốc độ thu hồi của thiết bị sản xuất theo yêu cầu của phương pháp trùng hợp trực tiếp là tương đối cao. Ngoại trừ các nguyên liệu thô cơ bản, không có chi phí của các nguyên liệu và thuốc thử khác, có lợi cho việc kiểm soát chi phí sản xuất, vì vậy nó có thể được sử dụng như một sản xuất quy mô lớn của vật liệu cắm.

    Giải pháp trùng hợp

    Polyme giải pháp cung cấp sự hấp thụ của một polymer dạng hạt cung cấp trong các hình thức giải pháp. Các dung dịch có thể được pha loãng với nước trước khi thi công và có thể phủ lên hầu hết các chất nền hoặc được sử dụng để bão hòa chúng. Sau khi sấy khô ở một nhiệt độ cụ thể trong một thời gian cụ thể, kết quả là một chất nền tráng với siêu thấm. Ví dụ, hóa học này có thể được áp dụng trực tiếp lên dây và cáp, mặc dù nó được tối ưu hóa đặc biệt để sử dụng trên các thành phần như hàng hóa cán hoặc chất nền tấm.

    Phản ứng trùng hợp dựa trên giải pháp ngày nay thường được sử dụng để sản xuất các đồng polyme của SAP, đặc biệt là các polyme có monome acrylamide độc hại. Quá trình này là hiệu quả và thường có một cơ sở chi phí vốn thấp hơn. Quá trình giải pháp sử dụng một giải pháp monomer dựa trên nước để sản xuất một khối lượng của gel trùng hợp phản ứng. Năng lượng phản ứng tỏa nhiệt của quá trình trùng hợp được sử dụng để thúc đẩy phần lớn quá trình, giúp giảm chi phí sản xuất. Gel polymer phản ứng sau đó được cắt nhỏ, sấy khô và nghiền đến kích thước hạt cuối cùng của nó. Bất kỳ phương pháp điều trị nào để tăng cường các đặc tính hiệu suất của SAP thường được thực hiện sau khi kích thước hạt cuối cùng được tạo ra.

    Lợi thế

    • Khi phương pháp trùng hợp dung dịch được sử dụng để điều chế nhựa axit polyacrylic, phương pháp trùng hợp kết tủa được áp dụng. Mục đích của phương pháp này là đẩy nhanh phản ứng của polypropylen và natri hydroxit tốt hơn trong phản ứng trùng hợp.
      tốc độ dòng chảy.
    • Do sự tồn tại của dung môi, polypropylen và natri hydroxit tương đối tách biệt ở một mức độ nhất định, làm giảm độ bám dính của hai nguyên liệu thô để trao đổi ion trong phản ứng trung hòa. Dung môi cũng dẫn nhiệt, cho phép kiểm soát nhiệt độ dễ dàng, do đó loại bỏ nhiệt dư thừa ra khỏi vùng phản ứng sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của phản ứng trùng hợp.
    • So với trùng hợp trực tiếp, ưu điểm của trùng hợp dung dịch là có lợi hơn cho việc dẫn nhiệt trong vùng phản ứng và tiêu chuẩn chất lượng của thành phẩm có thể được đảm bảo hiệu quả từ khía cạnh kiểm soát nhiệt độ và có thể tránh được hiện tượng nổ do nhiệt độ cục bộ quá cao.

    Gel trùng hợp

    Phương pháp trùng hợp nhũ tương nghịch đảo là chuẩn bị nguyên liệu thô polypropylen thành dạng dung môi, sử dụng dung môi không phân cực làm chất hòa tan cho polypropylen và hòa tan nó trong một hoạt chất nhờn để tạo ra dung môi nhờn khi thêm chất khởi xướng và tác nhân liên kết ngang .

    Trong việc chuẩn bị nguyên liệu thô, phương pháp "polypropylen monome + dung môi nhờn của chất khởi xướng và tác nhân liên kết ngang + dung dịch kiềm" được sử dụng, và dung dịch polyacrylate không hòa tan được sử dụng làm môi trường.

    Mô tả phương pháp

    Một hỗn hợp axit acrylic đông lạnh, nước, các tác nhân liên kết chéo và hóa chất khởi xướng UV được pha trộn và đặt trên vành đai di chuyển hoặc trong bồn lớn. Hỗn hợp chất lỏng sau đó đi vào một "lò phản ứng" là một buồng dài với một loạt các đèn UV mạnh. Bức xạ UV thúc đẩy quá trình trùng hợp và phản ứng liên kết ngang. Các "khúc gỗ" thu được là gel dính chứa 60-70% nước.

    Các bản ghi được shredded hoặc mặt đất và đặt trong các loại khác nhau của driers. Tác nhân liên kết ngang bổ sung có thể được phun lên bề mặt của các hạt; "Liên kết chéo bề mặt" này làm tăng khả năng phồng lên dưới áp suất của sản phẩm — một đặc tính được đo là Khả năng hấp thụ dưới tải (AUL) hoặc Hấp thụ chống áp suất (AAP). Các hạt polymer khô sau đó được sàng lọc để phân phối kích thước hạt thích hợp và bao bì.

    Phương pháp trùng hợp gel (GP) là phương pháp phổ biến nhất để làm cho các polyme siêu thấm polyacrylat natri bây giờ được sử dụng trong tã em bé và các bài viết vệ sinh dùng một lần khác.

    Lợi thế

    Trong bước trùng hợp, dung môi không phân cực trong đó polypropylen được hòa tan được trộn với dung môi nhờn trong đó chất khởi tạo và tác nhân liên kết ngang được hòa tan để tạo thành nhũ tương, do đó polyacrylate có các điều kiện trùng hợp hình thành ở lớp ngoài của dung môi polypropylen của nhũ tương. Cấu trúc "dầu trong nước" hoàn thành quá trình trùng hợp polyacrylate.

    Bởi vì cấu trúc "dầu trong nước" đóng và cô lập hiệu suất tự do của polyacrylate, do đó nó chỉ thực hiện một chức năng trùng hợp duy nhất, giúp tăng tốc độ phản ứng của polyacrylate và tốc độ chuẩn bị trùng hợp nhũ tương nghịch nhanh hơn 5 lần so với trùng hợp dung dịch.

    Do sự xuất hiện của môi trường phân tán, không chỉ chức năng truyền nhiệt và kiểm soát nhiệt độ được thực hiện, mà cả việc trùng hợp vật liệu nhựa siêu hấp thụ cũng có thể được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ thấp. Phương pháp trùng hợp nhũ tương nghịch phá vỡ giới hạn của vật liệu nhựa polyacrylic do điều kiện nhiệt độ.

    Ngoài ra, pha dầu của phương pháp trùng hợp nhũ tương nghịch đảo có thể được tái sử dụng nhiều lần. Mặc dù hiệu quả tiết kiệm của phương pháp trùng hợp số lượng lớn không đạt được, nhưng nó vẫn giải quyết được vấn đề lãng phí chi phí của người khởi xướng quá mức và tác nhân liên kết ngang quá mức.


    Trùng hợp treo

    Phản ứng trùng hợp huyền phù về nguyên tắc tương tự như trùng hợp Gel nói trên.

    Điểm chung của hai phương pháp này là chất phân tán được sử dụng để nhận ra sự truyền nhiệt, kiểm soát nhiệt độ thay đổi và gia tốc của tốc độ phản ứng trùng hợp.

    Tuy nhiên, sự khác biệt so với trùng hợp Gel là trùng hợp huyền phù sử dụng pha nước làm pha tách và pha dầu làm pha liên tục. Nó đình chỉ chất phân tán hòa tan trong polypropylen trên bề mặt pha dầu dưới dạng các giọt, và phản ứng trùng hợp xảy ra trong các giọt lơ lửng.

    Phản ứng trùng hợp huyền phù, giống như trùng hợp gel, dễ dàng truyền nhiệt của vị trí phản ứng do tính dẫn nhiệt của chất phân tán, do đó phản ứng trùng hợp không bị giới hạn bởi điều kiện nhiệt độ. Khi trùng hợp xảy ra, độ nhớt của các chất kiềm và polypropylen thấp, và không dễ để giữ lại các tạp chất chưa phản ứng.

    Lợi thế

    So với trùng hợp Gel, ưu điểm của trùng hợp huyền phù là dung môi của nó có thể dễ dàng thu hồi sau khi chưng cất, và pha dầu có thể được tái chế nhiều lần mà ít gây hại cho môi trường.

    Quá trình này đình chỉ nước dựa trên phản ứng trong một hydrocacbon dựa trên dung môi. Kết quả thực tế là quá trình trùng hợp huyền phù tạo ra hạt polymer chính trong lò phản ứng chứ không phải về mặt cơ học trong các giai đoạn sau phản ứng. Cải tiến hiệu suất cũng có thể được thực hiện trong, hoặc ngay sau khi, giai đoạn phản ứng.

    Lưu ý: Quá trình đình chỉ được thực hiện bởi một số công ty vì nó đòi hỏi mức độ kiểm soát sản xuất và kỹ thuật sản phẩm cao hơn trong bước trùng hợp.


    Suy nghĩ cuối cùng

    Tóm lại, polymer siêu hấp thụ là một vật liệu polymer đáng tin cậy với chức năng hấp thụ nước và giữ nước.

    Nguyên tắc quá trình chuẩn bị của nó là tạo ra muối polypropylen bằng cách phản ứng polypropylen với kiềm, sau đó hoàn thành phản ứng trùng hợp dưới sự xúc tác chung của chất khởi xướng và liên kết ngang, và kết hợp thành các chất polymer.

    Trong chuẩn bị công nghiệp, nó được chia thành bốn loại theo sự khác biệt quy trình. Bốn loại quy trình chuẩn bị có những ưu điểm và nhược điểm riêng về chi phí chuẩn bị, chất lượng chuẩn bị, quy trình và xử lý chất thải. Nó phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể của nhựa hấp thụ nước axit polyacrylic để xem xét toàn diện quy trình chuẩn bị thích hợp nhất.

    Nếu bạn muốn thảo luận sâu hơn về chủ đề này hoặc có thắc mắc, vui lòng liên hệ với chúng tôi qua biểu mẫu bên dưới.

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