Polystyreenion laajalti käytetty polymeeri, jolla on lukuisia sovellusalueita, kuten pakkausmateriaalit, elektroniset materiaalit, rakennusmateriaalit ja niin edelleen. Viimeisen puolen vuosisadan aikana polystyreenin syntetisoimiseksi on kehitetty erilaisia menetelmiä, ja tässä artikkelissa keskitytään esittelemään useita näistä menetelmistä. Polystyreenin synteesissä käytetään yleensä menetelmiä, kuten vapaaradikaalipolymerointi, kationinen polymerointi, ioninvaihto jne. Seuraava on polystyreenin synteesimenetelmä:
1. Vapaaradikaalipolymerointimenetelmä:
Polystyreenin vapaaradikaalipolymerointimenetelmä on yksi yleisimmin käytetyistä synteesimenetelmistä. Tämän menetelmän periaate on käyttää vapaaradikaali-initiaattoreiden, kuten vetyperoksidin, lisäämistä liuokseen styreenimonomeerin vapaaradikaalireaktion aikaansaamiseksi, ja sitten vapaat radikaalit polymeroituvat jatkuvasti muodostaen lopulta polystyreeni-nimisen polymeerin. Tämän prosessin aikana on välttämätöntä liuottaa styreenimonomeeri sopivaan liuottimeen ja kontrolloida reaktiolämpötilaa ja -aikaa halutun polymerointivaikutuksen saavuttamiseksi. Se on yksi sen tärkeimmistä tuotantomenetelmistä. Tämä menetelmä sisältää seuraavat vaiheet.
1.1. Raaka-aineiden valmistus:
Ensinnäkin on tarpeen valmistaa polystyreenin valmistukseen tarvittavat raaka-aineet. Vapaiden radikaalien polymeroinnissa styreeniä käytetään yleensä monomeerinä ja bentsoyyliperoksidia (BPO) käytetään vapaan radikaalin initiaattorina. BPO:n laatu vaihtelee 2 prosentista 3 prosenttiin.
1.2. Reaktiosäiliön valmistelu:
Polymerointireaktio edellyttää reaktiosäiliön käyttöä ja reaktiosäiliötä valmistettaessa on otettava huomioon reaktanttien määrä ja reaktiosäiliön tilavuus. Reaktiosäiliöt on yleensä valmistettu materiaaleista, kuten ruostumattomasta teräksestä, lasikuituvahvisteisesta muovista (GRP) tai polyeteenistä kestämään kemiallisia reaktioita ja korkeapaineolosuhteita.
1.3. Reaktiosäiliön esikäsittely:
Reaktiosäiliö on esikäsiteltävä sen varmistamiseksi, ettei säiliön sisällä ole pölyä tai epäpuhtauksia ja että se kestää prosessiparametrien korkean paineen. Lämmitysliuska sijaitsee noin 15 prosenttia säiliön pohjasta, joka voidaan lämmittää sähköllä. Sekoittimen pohjan tulee olla samansuuntainen reaktiosäiliön pohjan kanssa tasaisen lämpötilan ja sekoitusolosuhteiden ylläpitämiseksi.
1.4. reagoiva syöttö:
Styreeni ja BPO syötetään reaktiosäiliöön budjetin mukaan ja ne on lisättävä määrällisesti. Samanaikaisesti reaktiosäiliöön on lisättävä reaktioliuotinta - reaktion juoksevuuden parantamiseksi, viskositeetin vähentämiseksi ja roiskeiden estämiseksi. Yleisesti käytettyjä reaktioliuottimia ovat etaani, tolueeni tai dikloorimetaani.
1.5. Reaktioprosessi:
Sulje reaktiosäiliö ja lämmitä se tiettyyn lämpötilaan, yleensä 120-150 celsiusasteeseen, aloittaaksesi reaktio. Reaktioprosessin aikana BPO laukaisee vapaiden radikaalien polymeroitumisen, joka voi läpikäydä ketjun kasvun ja muodostaa polymeerimolekyylejä. Reaktio etenee kiinteästä alikriittiseksi nesteeksi ja sitten viskoosipolymeereiksi.
1.6. Reaktion loppu:
Kun reaktio saavuttaa tietyn tason, se on lopetettava. Yleisesti ottaen reaktion lopussa on välttämätöntä jäähdyttää reaktiosäiliö polymeerin muuttamiseksi tahnasta kiinteäksi lohkoksi ja poistaa sitten valkoinen polystyreenilohko reaktiosäiliöstä.
1.7. Tuotteiden käsittely:
Saadut polystyreenilohkot on prosessoitava ja valmistettava tavallisesti jauhamalla polymeerilohkot hiukkasiksi, valitsemalla sopiva hiukkasmorfologia, uuttamalla epäpuhtaudet, kuten reagoimattomat monomeerit ja voiteluöljy, ja laajentamalla runkoa kaupallisesti saatavien polystyreenimuovien saamiseksi.
Yhteenvetona voidaan todeta, että polystyreenin vapaaradikaalipolymerointia käytetään laajasti teollisuudessa, ja korkealaatuisten polymeerituotteiden tuotannon varmistamiseksi on tarpeen kiinnittää huomiota toimintaolosuhteisiin, kuten reaktiolämpötilaan ja tarkkaan syöttöön.
2. Kationinen polymerointimenetelmä:
Kationinen polymerointi on toinen yleisesti käytetty menetelmä polystyreenin syntetisoimiseksi. Syy, miksi tätä menetelmää kutsutaan kationiseksi polymeroinniksi, on se, että se käyttää positiivisesti varautunutta ionista yhdistettä katalyyttinä styreenin polymeroinnissa. Tämän menetelmän etuna on, että syntetisoidulla polymeerillä on tasainen molekyylipaino ja kapea molekyylipainojakauma, joten sitä käytetään usein valmistettaessa saostettuja polymeerejä, joilla on korkea molekyylipaino ja kapea molekyylipainojakauma. Se valmistettiin ensin vapaaradikaalipolymeroinnilla. Polymeerin suorituskyvyn kasvavan kysynnän myötä kationisesta polymeroinnista on vähitellen tullut yleisesti käytetty menetelmä polystyreenin valmistamiseksi. Kationinen polymerointi on hallittava ja tehokas menetelmä korkealaatuisten polystyreenipolymeerien valmistamiseksi. Valmistusprosessin aikana on tarpeen valvoa parametreja, kuten reaktio-olosuhteita ja monomeerin lisäysnopeutta tuotteen laadun varmistamiseksi.
Seuraavat ovat yksityiskohtaiset vaiheet polystyreenin valmistamiseksi kationisella polymerointimenetelmällä.
(1) Reaktiojärjestelmän koostumuksen valmistaminen:
Reaktiojärjestelmä polystyreenin valmistamiseksi koostuu tavallisesti kolmesta komponentista: monomeerista, initiaattorista ja liuosaineesta. Monomeeri on yleensä styreeni, initiaattori voi olla ammoniumsulfaattia (NH4HSO4) tai ammoniumpersulfaattia ((NH4) 2S2O8) ja liuotin voi olla vettä tai orgaanisia liuottimia (kuten tolueenia tai ksyleeniä). Reaktiojärjestelmän tasaisen sekoittumisen varmistamiseksi on yleensä tarpeen sekoittaa nämä komponentit tasaisesti ennen reaktiota.
(2) Reaktiojärjestelmän esikäsittely:
Ennen jatkoreaktiota reaktiojärjestelmä on esikäsiteltävä. Ensinnäkin reaktori ja pyöröhaihdutin tulee puhdistaa perusteellisesti, jotta vältetään epäpuhtaudet. Toiseksi reaktiojärjestelmä on huuhdeltava typellä hapen poistamiseksi, jotta happi ei häiritse initiaattorin toimintaa.
(3) Aloittajan lisäys:
Kun reaktiosysteemi on valmis, initiaattori voidaan lisätä. Ammoniumsulfaattia varten on yleensä tarpeen liuottaa se veteen etukäteen ja lisätä sitten reaktiojärjestelmään. Ammoniumpersulfaatin tapauksessa se yleensä hajotetaan persulfaatti-ioneiksi ja ammoniumioneiksi ja lisätään sitten reaktiojärjestelmään.
(4) Monomeerien lisääminen:
Kun initiaattori on jo läsnä reaktiosysteemissä, monomeerien lisäys voidaan aloittaa. Monomeerien lisäysnopeuden tulee olla hyvin hidas, yleensä 2-3 tunnin välein. Jos monomeeri lisätään liian nopeasti, se johtaa hallitsemattomaan polymerointireaktioon ja johtaa lopulta tuotteen liialliseen polymeroitumiseen, mikä voi vaikuttaa tuotteen ominaisuuksiin.
(5) Reaktion edistyminen ja hallinta:
Polymerointireaktion aikana on yleensä tarpeen säätää parametreja, kuten reaktiolämpötilaa, kestoa ja monomeerin lisäysnopeutta tuotteen laadun varmistamiseksi. Kun ammoniumsulfaattia käytetään initiaattorina, reaktiolämpötila on tavallisesti 80 - 100 °C ja aika voi kestää useita tunteja. Kun ammoniumpersulfaattia käytetään initiaattorina, lämpötila nousee yleensä välillä 110-130 C astetta.
(6) Tuotteiden erottelu, puhdistus ja testaus:
Kun reaktio on mennyt loppuun, liuoksessa oleva liuotin voidaan poistaa käyttämällä pyöröhaihdutinta kovettuvan polystyreenin saamiseksi. Lopuksi tuote voidaan puhdistaa sellaisilla vaiheilla kuin happokäsittely ja aktiivihiilisuodatus. Erotetuille ja puhdistetuille tuotteille voidaan tehdä fysikaalinen ja kemiallinen testaus niiden laadun ja rakenteellisten ominaisuuksien määrittämiseksi.
3. Ioninvaihtomenetelmä:
Ioninvaihtomenetelmä on toinen yleisesti käytetty menetelmä polystyreenin syntetisoimiseksi. Ioninvaihtomenetelmässä polymeeriä, jossa on anionisia funktionaalisia ryhmiä, käytetään kationien vaihtamiseen polystyreeniksi. Ioninvaihtomenetelmä on nopea, tehokas ja kustannustehokas menetelmä polystyreenin syntetisoimiseksi, joka on saanut laajaa huomiota ja käyttöä.
Polystyreeni-ioninvaihtomenetelmä on yleisesti käytetty ioninvaihtotekniikka, jota käytetään tietyn ionin poistamiseen tai rikastamiseen liuoksesta. Tällä menetelmällä saadaan aikaan erotus ja puhdistus adsorboimalla ioneja suodoksesta polymeerin ioninvaihtokohtien kautta. Tässä artikkelissa annamme yksityiskohtaisen johdannon polystyreenin ioninvaihtomenetelmän periaatteeseen, toteutusvaiheisiin ja joihinkin sovellutusmenetelmiin.
Periaate:
Polystyreenin ioninvaihtomenetelmä perustuu kahteen periaatteeseen: sähkökemialliseen teoriaan ja adsorptioon.
Sähkökemiallinen teoria: Polystyreenin ioninvaihtokomponenttien vaihtokohdat ovat ionien muodossa, jotka kuljettavat ionivarauksia ja voivat aiheuttaa elektrolyytissä olevien ionien sähköstaattista vetoa tai hylkimistä. Tämä sähköstaattinen vuorovaikutus voi adsorboida samantyyppisiä ioneja yhteen tai vaihtaa vastaavia ioneja keskenään.
Adsorptio: Adsorptio on polystyreenin ioninvaihtomenetelmän perusta. Polystyreenin ioninvaihtokomponenteissa on suuri määrä vaihtokohtia, jotka voivat saada aikaan vastaavat fysikaaliset ja kemialliset adsorptiovaikutukset. Vastaavan adsorptiovaikutuksen mukaan polystyreenin ioninvaihtokomponentit voivat selektiivisesti adsorboida yhteensopivia ioneja, jolloin saavutetaan erotus- ja rikastusvaikutuksia.
Käyttöönoton vaiheet:
Polystyreenin ioninvaihtomenetelmän toteutusvaiheet voidaan jakaa seuraaviin tärkeisiin vaiheisiin:
(1) Esikäsittely: Uusi polystyreeni-ioninvaihtokolonni tulee esikäsitellä ennen käyttöä suspendoituneiden kiintoaineiden ja epäpuhtauksien poistamiseksi ja optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi. Esikäsittelymenetelmiä ovat vesipesu, happopesu ja alkalipesu
(2) Näytteen esikäsittely: Suodata tai puhdista näyteliuos kiinteiden suspendoituneiden kiintoaineiden ja epäpuhtauksien poistamiseksi. Tarvittaessa voidaan suorittaa myös pH-kalibrointi ja puskurin lisääminen.
(3) Näytteen käsittely: Näyteliuos voidaan käsitellä polystyreeni-ioninvaihtokolonnin läpi painovoimavirtauksella tai korkealla paineella. Polystyreenin ioninvaihtokolonnin ionit vaihtuvat liuoksessa olevien ionien kanssa ja liuoksessa olevat ionit poistetaan, kun taas kiinteässä faasissa olevat ionit rikastuvat.
(4) Pesu: Käsitelty kiinteä faasi tulee pestä vaihtokohtien virkistämiseksi ja ylimääräisten ionien poistamiseksi. Pesuliuoksen pH-arvo on yleensä sama kuin polymeeri-ioninvaihtokolonneille suunniteltu pH-arvo.
(5) Desorptio: Polymeeri-ioninvaihtokolonniin jo adsorboituneet ionit on desorboitava käyttäen yleensä vahvempia elektrolyyttipitoisuuksia ja/tai polaarisempia liuottimia. Desorptiooperaatioissa voidaan käyttää esimerkiksi vahvoja elektrolyyttiliuoksia, kuten natriumkloridiliuosta ja ammoniumkloridiliuosta.
(6) Regenerointi: Polystyreenin ioninvaihtokolonnien regenerointi riippuu käytetyn vaihtomateriaalin tyypistä, ja se voidaan yleensä saavuttaa useilla erilaisilla käsittelymenetelmillä. Esimerkiksi korkean pitoisuuden happo- tai emäksisiä liuoksia voidaan käyttää käsittelyyn tällaisten ioninvaihtokolonnien adsorptiokyvyn palauttamiseksi. Voimakkaita stimuloivia kemikaaleja ei tietenkään pidä käyttää kiinteiden materiaalien vahingoittumisen välttämiseksi.
Sovellusmenetelmä:
Polystyreenin ioninvaihtomenetelmää käytetään laajasti ympäristön, biologian ja lääkkeiden aloilla. Sitä voidaan käyttää esimerkiksi puhtaiden tai sekoitettujen ionien erottamiseen ja puhdistukseen, hienojakoiseen bioerotukseen ja puhdistukseen sekä valmisteen puhdistukseen lääketeollisuudessa. Erityinen sovellusalue sisältää:
(1) Ionien erottaminen ja rikastaminen
(2) Geenien tai proteiinien poistaminen tai rikastaminen
(3) Erottelevat ioniset polymeerit
(4) Liuoksen modifiointi ja formulaatioiden stabiilisuuden parantaminen
(5) Käytetään teollisuuden prosessiveden käsittelyyn
Yhteenvetona voidaan todeta, että polystyreenin ioninvaihtomenetelmä on tärkeä tekniikka, jota käytetään laajasti laboratorioissa ja teollisuuslaitoksissa. Olemme jo esitelleet tämän menetelmän toteutusvaiheet yksityiskohtaisesti. Toivomme, että tämä artikkeli voi tarjota lukijoille syvempää ymmärrystä ja ohjausta sekä edistää edelleen polystyreenin ioninvaihtoteknologian kehittämistä ja soveltamista.
Yllä oleva on polystyreenin tärkein synteesimenetelmä. Näillä menetelmillä on vastaavat edut ja haitat, ja käytettävä menetelmä tulee valita todellisten sovellustarpeiden perusteella.