고흡수성 폴리머의 제조 공정

이 문서에서는 고흡수성 폴리머(SAP)의 제조 공정에 대해 자세히 설명합니다.

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고흡수성 폴리머란 무엇인가요?

고흡수성 폴리머(SAP)는 일반적으로 아크릴산과 수산화나트륨 및 개시제를 결합하는 중합 공정을 통해 제조됩니다. 이 과정을 통해 폴리 아크릴산 나트륨 염(일반적으로 폴리 아크릴산 나트륨)이 형성되며, 이는 전 세계적으로 가장 널리 생산되는 SAP 유형입니다.

폴리 아크릴 레이트 나트륨은 정상적인 조건에서 밝은 흰색 결정 입자로 나타납니다. 무취, 무독성, 가벼운 질감 등 몇 가지 주요 특징을 가지고 있습니다. 다른 범용 수지 소재에 비해 단위 질량당 무게가 가장 가볍고 탁월한 수분 흡수 및 유지 특성을 나타냅니다.

폴리 아크릴 레이트 나트륨 외에도 다양한 다른 재료가 고흡수성 폴리머 생산에 활용됩니다. 여기에는 폴리 아크릴 아미드 공중 합체, 에틸렌 말레 산 무수물 공중 합체, 가교 카르복시 메틸 셀룰로오스, 폴리 비닐 알코올 공중 합체, 가교 폴리에틸렌 옥사이드 및 폴리 아크릴로 니트릴의 전분 접목 공중 합체 등이 포함됩니다. 후자인 폴리아크릴로니트릴의 전분 접목 공중합체는 가장 초기에 개발된 SAP 중 하나로 주목받고 있습니다.

원칙

폴리아크릴 수지의 수분 흡수 원리는 다른 건조제와 크게 다릅니다. 자기 무게의 수백 배에 달하는 물을 흡수하여 젤을 형성하는 능력이 있습니다. 이 젤의 구조는 폴리아크릴 수지의 가교 특성에 의해 결정되며, 특정 압력 임계값 이상으로 물이 압착되거나 흐르지 않도록 합니다.

결과적으로 폴리 아크릴산 폴리머는 고흡수성 폴리머를 합성하는 데 적합한 소재입니다. 이러한 폴리머의 수분 흡수 능력은 사용되는 재료에만 의존하는 것이 아니라 고흡수성 폴리머의 합성 공정에도 영향을 받습니다.

고흡수성 수지의 생산 공정은 몇 가지 주요 단계를 따릅니다.

재료 준비:

화학적 중합을 위해 산업용 아크릴산, 수산화나트륨, 개시제로서 과황산나트륨, 가교제로서 디비닐벤젠을 준비합니다.

폴리프로필렌 증류:

산업용 등급의 폴리프로필렌은 보관 및 운송 중 열화를 방지하기 위해 감압 증류 과정을 거칩니다. 중합 특성을 유지하기 위해 중합 억제제가 첨가됩니다. 증류 시에는 폴리프로필렌의 낮은 온도 저항성으로 인해 끓는점에 도달하지 않도록 시스템에서 공기를 제거해야 합니다.

알칼리성 용액 준비:

산업용 수산화나트륨을 증류수에 녹여 폴리프로필렌의 중합 공정에 영향을 줄 수 있는 불순물을 제거합니다. 이렇게 여과된 용액은 벌크 중합을 위한 알칼리 용액으로 사용됩니다.

중립화:

증류된 폴리프로필렌을 수산화나트륨 용액에 천천히 첨가하여 중화시킵니다. 최적의 중화는 10~50°C의 온도에서 일어나며, 이온을 교환하여 폴리프로필렌 염과 물을 생성합니다. 시약은 완전한 반응과 소비를 보장하기 위해 신중하게 투여됩니다.

중합:

중화 후 과황산나트륨과 디비닐벤젠을 첨가하여 폴리프로필렌 염의 중합을 시작합니다. 중합은 60°C 이하의 주변 온도에서 약 2시간 동안 이루어지며, 이후 70°C로 온도를 높여 3시간 이상 가열하면 폴리프로필렌 염 젤이 형성됩니다. 이 젤을 70~80°C에서 건조하여 고체 폴리아크릴산 수지를 얻은 다음 분쇄하고 분쇄하여 분말 입자로 만들어 산업용으로 사용합니다.

이 프로세스 개요는 다음과 같은 일반적인 제작 프로세스에 대한 간결한 개요를 제공합니다. 폴리 아크릴산 나트륨는 일반적으로 사용되는 고흡수성 수지입니다.

현재 고흡수성 폴리머는 직접 중합, 겔 중합, 현탁 중합, 용액 중합의 네 가지 주요 방법 중 하나를 사용하여 생산됩니다. 각 방법은 뚜렷한 장점을 제공하며 다양한 제품 품질을 제공합니다.

젤 중합

역유화법을 이용한 겔 중합에는 원료 폴리프로필렌을 용매 형태로 전환하는 과정이 포함됩니다. 이는 유성 활성제와 함께 용해제 역할을 하는 비극성 용매에 폴리프로필렌을 용해시켜 유성 용매를 생성함으로써 이루어집니다. 그런 다음 공정 중에 개시제와 가교제를 이 용액에 첨가합니다.

원료의 준비는 "폴리프로필렌 단량체 + 개시제 및 가교제를 포함하는 유성 용매 + 잿물"을 결합하는 방식을 따릅니다. 불용성 폴리 아크릴 레이트로 구성된 결과 용액은 겔 중합 공정의 매체 역할을합니다.

메서드 설명: 방법
이 방법은 냉동 아크릴산, 물, 가교제, UV 개시제 화학물질을 혼합한 다음 움직이는 벨트나 대형 통에 넣는 방식으로 이루어집니다. 이 액체 혼합물은 중합 및 가교 반응을 일으키는 강력한 자외선이 장착된 긴 챔버인 '반응기'로 옮겨집니다. 결과물인 끈적끈적한 젤 '로그'에는 60-70%의 물이 들어 있습니다.

이후 이 통나무는 파쇄되거나 분쇄되어 다양한 유형의 건조기로 옮겨집니다. "표면 가교"를 통해 입자 표면에 추가 가교제를 적용하여 제품의 압력 하에서 팽창하는 능력을 향상시킬 수 있으며, 이러한 특성은 AUL(Absorbency Under Load) 또는 AAP(Absorbency Against Pressure)로 측정됩니다. 건조 후 폴리머 입자는 포장 전에 적절한 입자 크기 분포를 보장하기 위해 스크리닝됩니다.

겔 중합(GP) 방식은 현재 아기 기저귀 및 기타 일회용 위생용품에 사용되는 폴리 아크릴산 나트륨 고흡수성 폴리머를 생산하는 데 가장 널리 사용되는 기술입니다.

이점

역 에멀젼 중합 방법의 한 가지 장점은 용해된 폴리프로필렌을 포함하는 무극성 용매와 개시제 및 가교제를 포함하는 유성 용매를 혼합하여 에멀젼을 생성한다는 것입니다. 이 에멀젼은 폴리 아크릴 레이트가 폴리 프로필렌 용매의 외부 층에서 중합되도록하여 폴리 아크릴 레이트의 중합 과정을 용이하게하는 "오일-인-워터"구조를 형성합니다.

"오일 인 워터" 구조는 폴리 아크릴 레이트의 자유 성능을 효과적으로 분리하여 단일 중합 기능을 수행 할 수 있도록합니다. 이는 폴리 아크릴 레이트의 반응 속도를 가속화하여 역 에멀젼 중합의 준비 속도를 용액 중합보다 5배 빠르게 만듭니다.

또한 분산 매체의 존재는 열 전달 및 온도 제어에 도움이 될 뿐만 아니라 저온 조건에서 고흡수성 수지 재료의 중합이 이루어질 수 있도록 합니다. 이 방법은 일반적으로 폴리 아크릴 수지 재료와 관련된 온도 제한을 극복합니다.

또한 역유화 중합에 사용되는 유상은 여러 번 재사용할 수 있습니다. 벌크 중합과 같은 비용 절감 효과를 얻을 수는 없지만 개시제와 가교제의 과도한 낭비 문제를 해결하여 비용 비효율을 줄일 수 있습니다.

서스펜션 중합

현탁 중합은 특히 분산제를 사용하여 열 전달, 온도 제어 변화를 촉진하고 중합 반응 속도를 가속화한다는 점에서 겔 중합과 유사한 원리를 공유합니다.

그러나 핵심적인 차이점은 상 사용에 있습니다: 현탁 중합은 수상을 분리 상으로, 유상을 연속 상으로 사용합니다. 현탁 중합은 폴리프로필렌에 용해된 분산제를 유상 표면에 방울 형태로 현탁시키고, 이 현탁된 방울 내에서 중합 반응이 일어납니다.

겔 중합과 마찬가지로 현탁액 중합은 분산제의 열 전도성으로 인해 반응 부위에서 열을 효율적으로 전달합니다. 따라서 중합 반응이 온도 조건에 의해 제약을 받지 않습니다. 중합 과정에서 알칼리성 물질과 폴리프로필렌의 점도가 낮기 때문에 반응하지 않은 불순물의 잔류가 최소화됩니다.

이점

겔 중합에 비해 현탁액 중합의 장점 중 하나는 증류를 통해 용매를 쉽게 회수할 수 있고, 환경에 미치는 영향을 최소화하면서 오일상을 여러 번 재활용할 수 있다는 점입니다.

현탁 중합에서는 수성 반응물을 탄화수소 기반 용매에 현탁시킵니다. 이 방법은 반응 후 단계의 기계적 공정을 거치지 않고 반응기에서 직접 1차 폴리머 입자를 형성합니다. 또한 반응 단계 중 또는 직후에 성능 향상을 통합할 수 있습니다.

서스펜션 중합은 중합 과정에서 고급 생산 제어 및 제품 엔지니어링이 필요하기 때문에 일부 회사에서만 시행하고 있다는 점에 주목할 필요가 있습니다.

최종 생각

본질적으로 고흡수성 폴리머는 수분 흡수 및 보유 능력으로 잘 알려진 신뢰할 수 있는 소재입니다.

제조의 기본 원리는 알칼리 반응을 통해 폴리프로필렌을 염 형태로 전환한 다음 개시제와 가교제에 의해 촉매되는 중합 과정을 거쳐 고분자 물질을 형성하는 것입니다.

산업 환경에서 준비 프로세스는 프로세스 변형에 따라 네 가지 유형으로 분류됩니다. 이러한 각 방법에는 준비 비용, 품질, 공정 및 폐기물 관리와 관련하여 고유한 장단점이 있습니다. 준비 공정의 선택은 폴리 아크릴산의 특정 적용 요구 사항에 따라 결정되어야 합니다. 수분 흡수성 레시n으로 설정하여 효과성 및 적합성 등의 요소를 고려합니다.

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