Процесс производства суперабсорбирующего полимера

В этой статье рассматривается процесс производства суперабсорбирующего полимера (SAP).

Примечание: Передовая техническая информация, представленная в этой статье, предоставлена нашими уважаемыми партнерами, производителями суперабсорбирующих полимеров, с которыми мы тесно сотрудничаем. Для получения дальнейших запросов, подробного обсуждения или вопросов по этой теме, пожалуйста, заполните форму, чтобы связаться с нашей специальной технической командой.

Что такое суперабсорбирующий полимер?

Суперабсорбирующий полимер (SAP) обычно производится в процессе полимеризации акриловой кислоты в сочетании с гидроксидом натрия и инициатором. В результате этого процесса образуется натриевая соль полиакриловой кислоты, широко известная как полиакрилат натрия, который является самым распространенным типом SAP во всем мире.

При нормальных условиях полиакрилат натрия выглядит как светло-белые кристаллические частицы. Он обладает рядом ключевых характеристик, таких как отсутствие запаха, нетоксичность и легкая текстура. По сравнению с другими смолами общего назначения, он самый легкий на единицу массы и демонстрирует исключительные свойства поглощения и удержания воды.

Помимо полиакрилата натрия, в производстве суперабсорбирующих полимеров используются различные другие материалы. К ним относятся сополимер полиакриламида, сополимер этилен-малеинового ангидрида, сшитая карбоксиметилцеллюлоза, сополимеры поливинилового спирта, сшитый полиэтиленоксид, сополимер полиакрилонитрила, привитый крахмалом, и другие. Последний, привитый крахмалом сополимер полиакрилонитрила, выделяется как одна из самых ранних форм SAP.

Принцип

Принцип поглощения воды полиакриловой смолой значительно отличается от других влагопоглотителей. Она обладает способностью поглощать воду в сотни раз больше собственного веса, в результате чего образуется гель. Структура этого геля определяется сшивающими свойствами полиакриловой смолы, благодаря чему вода не может быть выдавлена или вытечь за пределы определенного порога давления.

Таким образом, полимеры полиакриловой кислоты являются подходящими материалами для синтеза суперабсорбирующих полимеров. Способность этих полимеров поглощать воду зависит не только от используемых материалов, но и от процесса синтеза суперабсорбирующих полимеров.

Процесс производства суперабсорбирующей смолы состоит из нескольких основных этапов

Приготовление ингредиентов:

Акриловая кислота промышленного качества, гидроксид натрия, персульфат натрия в качестве инициатора и дивинилбензол в качестве сшивающего агента подготовлены для химической полимеризации.

Дистилляция полипропилена:

Полипропилен промышленного класса подвергается дистилляции под пониженным давлением, чтобы предотвратить разложение при хранении и транспортировке. Для сохранения полимеризационных свойств добавляется ингибитор полимеризации. Дистилляция требует удаления воздуха из системы, чтобы избежать достижения точки кипения полипропилена из-за его низкой термостойкости.

Приготовьте щелочной раствор:

Гидроксид натрия промышленного качества растворяют в дистиллированной воде, чтобы удалить примеси, которые могут повлиять на процесс полимеризации полипропилена. Полученный отфильтрованный раствор служит раствором щелочи для объемной полимеризации.

Нейтрализация:

Дистиллированный полипропилен медленно добавляется к раствору гидроксида натрия, нейтрализуя его. Оптимальная нейтрализация происходит при температуре 10-50°C, при этом происходит обмен ионами с образованием соли полипропилена и воды. Реагенты тщательно дозируются для обеспечения полной реакции и расходования.

Полимеризация:

После нейтрализации добавляют персульфат натрия и дивинилбензол, чтобы инициировать полимеризацию соли полипропилена. Полимеризация происходит при температуре окружающей среды ниже 60°C в течение примерно 2 часов, затем температура повышается до 70°C в течение более 3 часов, чтобы сформировать гель соли полипропилена. Гель высушивается при 70-80°C для получения твердой смолы полиакриловой кислоты, которая затем измельчается в порошок для промышленного использования.

Это описание процесса дает краткий обзор общего производственного процесса для полиакрилат натрияшироко используемая суперабсорбирующая смола.

В настоящее время суперабсорбирующие полимеры производятся одним из четырех основных методов: прямая полимеризация, гелевая полимеризация, суспензионная полимеризация и полимеризация в растворе. Каждый метод обладает определенными преимуществами и приводит к получению продуктов разного качества.

Полимеризация геля

Гелевая полимеризация методом обратной эмульсии включает в себя преобразование сырого полипропилена в форму растворителя. Это достигается путем растворения полипропилена в неполярном растворителе, который действует как растворяющий агент, вместе с маслянистым активным агентом для создания маслянистого растворителя. В ходе процесса в этот раствор добавляются инициатор и сшивающий агент.

Подготовка сырья происходит по схеме "полипропиленовый мономер + маслянистый растворитель, содержащий инициатор и сшивающий агент + щелочь". Полученный раствор, состоящий из нерастворимого полиакрилата, служит средой для процесса полимеризации геля.

Описание метода：
Метод предполагает смешивание застывшей акриловой кислоты, воды, сшивающих агентов и УФ-инициаторов, которые затем помещаются на движущуюся ленту или в большие ванны. Эта жидкая смесь переносится в "реактор" - длинную камеру, оснащенную мощными УФ-лампами, которые запускают реакции полимеризации и сшивания. Получающиеся в результате липкие гелевые "бревна" содержат 60-70% воды.

Впоследствии эти бревна измельчаются или перемалываются и поступают в различные типы сушилок. Дополнительные сшивающие агенты могут быть нанесены на поверхность частиц посредством "поверхностного сшивания", что повышает способность продукта набухать под давлением - характеристика, измеряемая как впитываемость под нагрузкой (AUL) или впитываемость против давления (AAP). После сушки полимерные частицы просеиваются, чтобы обеспечить правильное распределение частиц по размерам перед упаковкой.

Метод гелевой полимеризации (GP) в настоящее время является наиболее широко используемой технологией производства суперабсорбирующих полимеров на основе полиакрилата натрия, которые используются в детских подгузниках и других одноразовых гигиенических изделиях.

Преимущество

Одно из преимуществ метода обратной эмульсионной полимеризации заключается в том, что он создает эмульсию путем смешивания неполярного растворителя, содержащего растворенный полипропилен, с маслянистым растворителем, содержащим инициатор и сшивающий агент. Такая эмульсия позволяет полиакрилату полимеризоваться на внешнем слое полипропиленового растворителя, образуя структуру "масло в воде", которая облегчает процесс полимеризации полиакрилата.

Структура "масло в воде" эффективно изолирует свободные характеристики полиакрилата, позволяя ему проходить единственную функцию полимеризации. Это ускоряет скорость реакции полиакрилата, делая скорость приготовления обратной эмульсионной полимеризации в пять раз выше, чем при полимеризации в растворе.

Кроме того, присутствие дисперсионной среды не только способствует теплопередаче и контролю температуры, но и позволяет проводить полимеризацию суперабсорбирующего смоляного материала при низких температурах. Этот метод позволяет преодолеть температурные ограничения, обычно связанные с полиакриловыми смолами.

Кроме того, масляная фаза, используемая при обратной эмульсионной полимеризации, может быть использована многократно. Хотя этот способ не может обеспечить такую же экономию, как объемная полимеризация, он решает проблему чрезмерного расходования инициатора и сшивающего агента, тем самым снижая неэффективные затраты.

Суспензионная полимеризация

Суспензионная полимеризация имеет схожий принцип с гелевой полимеризацией, в частности, в использовании диспергатора для облегчения теплопередачи, изменения температуры и ускорения скорости реакции полимеризации.

Однако ключевое различие заключается в использовании фаз: При суспензионной полимеризации водная фаза используется в качестве отдельной фазы, а масляная - в качестве непрерывной. Диспергатор, растворенный в полипропилене, суспендируется в виде капель на поверхности масляной фазы, а реакция полимеризации происходит внутри этих суспендированных капель.

Как и гелевая полимеризация, суспензионная полимеризация эффективно отводит тепло от места реакции благодаря теплопроводности диспергатора. Благодаря этому реакция полимеризации не ограничивается температурными условиями. Во время полимеризации низкая вязкость щелочных веществ и полипропилена сводит к минимуму задержку непрореагировавших примесей.

Преимущество

Одним из преимуществ суспензионной полимеризации по сравнению с гелевой полимеризацией является простота восстановления растворителя путем дистилляции, что позволяет многократно перерабатывать масляную фазу с минимальным воздействием на окружающую среду.

При суспензионной полимеризации реактив на водной основе суспендируется в растворителе на углеводородной основе. Этот метод приводит к образованию первичных полимерных частиц непосредственно в реакторе, а не в результате механических процессов на стадиях после реакции. Кроме того, во время или сразу после стадии реакции могут быть добавлены улучшающие характеристики.

Стоит отметить, что суспензионная полимеризация практикуется лишь немногими компаниями из-за того, что она требует передового контроля производства и проектирования продукции в процессе полимеризации.

Заключительные мысли

По сути, суперабсорбирующие полимеры представляют собой надежный материал, известный своей способностью поглощать и удерживать воду.

Принцип их получения заключается в преобразовании полипропилена в солевую форму посредством щелочной реакции, затем следует процесс полимеризации, катализируемый инициатором и сшивающим агентом, в результате чего образуются полимерные вещества.

В промышленных условиях процесс приготовления подразделяется на четыре типа в зависимости от вариаций процесса. Каждый из этих методов имеет свой набор преимуществ и недостатков, касающихся стоимости приготовления, качества, процессов и утилизации отходов. Выбор процесса приготовления должен определяться исходя из конкретных требований к применению полиакриловой кислоты Влагопоглощающая резиn, учитывая такие факторы, как эффективность и пригодность.

Для получения дополнительной информации или запросов по этой теме, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам, используя форму, представленную ниже.