Polystyrénje široko používaný polymér s mnohými oblasťami použitia, ako sú obalové materiály, elektronické materiály, stavebné materiály atď. Za posledné polstoročie boli vyvinuté rôzne metódy na syntézu polystyrénu a tento článok sa zameria na predstavenie niekoľkých z týchto metód. Syntéza polystyrénu zvyčajne využíva metódy, ako je radikálová polymerizácia, katiónová polymerizácia, iónová výmena atď. Nasleduje metóda syntézy polystyrénu:
1. Metóda polymerizácie voľnými radikálmi:
Metóda polymerizácie polystyrénu voľnými radikálmi je jednou z najpoužívanejších metód syntézy. Princípom tejto metódy je použitie pridania iniciátorov voľných radikálov, ako je peroxid vodíka do roztoku, aby sa vytvorila reakcia voľných radikálov monoméru styrénu a potom voľné radikály kontinuálne polymerizovali, čím sa nakoniec vytvoril polymér nazývaný polystyrén. Počas tohto procesu je potrebné rozpustiť monomér styrénu vo vhodnom rozpúšťadle a kontrolovať reakčnú teplotu a čas, aby sa dosiahol požadovaný polymerizačný efekt. Je to jedna z jeho hlavných výrobných metód. Táto metóda zahŕňa nasledujúce kroky.
1.1. Príprava surovín:
Najprv je potrebné pripraviť suroviny potrebné na výrobu polystyrénu. Na polymerizáciu voľných radikálov sa ako monomér zvyčajne používa styrén a ako iniciátor voľných radikálov sa používa benzoylperoxid (BPO). Kvalita BPO sa pohybuje od 2 percent do 3 percent.
1.2. Príprava reakčnej nádoby:
Polymerizačná reakcia vyžaduje použitie reakčnej nádoby a pri príprave reakčnej nádoby je potrebné zvážiť množstvo reaktantov a kapacitu reakčnej nádoby. Reakčné nádrže sú zvyčajne vyrobené z materiálov, ako je nehrdzavejúca oceľ, plast vystužený sklenenými vláknami (GRP) alebo polyetylén, aby vydržali chemické reakcie a podmienky vysokého tlaku.
1.3. Predúprava reakčnej nádoby:
Reakčná nádrž musí prejsť predbežnou úpravou, aby sa zabezpečilo, že vo vnútri nádrže nie je žiadny prach alebo nečistoty a že vydrží vysoký tlak parametrov procesu. Vyhrievací pás je umiestnený približne 15 percent od spodnej časti nádrže, ktorá môže byť elektricky vyhrievaná. Dno miešadla by malo byť rovnobežné s dnom reakčnej nádoby, aby sa udržala jednotná teplota a podmienky miešania.
1.4. vstup reaktantu:
Styrén a BPO sa vkladajú do reakčnej nádoby podľa rozpočtu a je potrebné ich kvantitatívne pridávať. Súčasne je potrebné do reakčnej nádoby pridať reakčné rozpúšťadlo - na zlepšenie plynulosti reakcie, zníženie viskozity a zabránenie rozstreku. Bežne používané reakčné rozpúšťadlá zahŕňajú etán, toluén alebo dichlórmetán.
1.5. Postup reakcie:
Utesnite reakčnú nádobu a zahrejte ju na určitú teplotu, zvyčajne medzi 120 a 150 stupňami Celzia, aby sa začala reakcia. Počas reakčného procesu BPO spúšťa polymerizáciu voľných radikálov, ktorá môže podstúpiť rast reťazca a vytvárať molekuly polyméru. Reakcia postupuje z pevnej látky do podkritickej kvapaliny a potom do viskóznych polymérov.
1.6. Koniec reakcie:
Keď reakcia dosiahne určitú úroveň, je potrebné ju ukončiť. Všeobecne povedané, na konci reakcie je potrebné ochladiť reakčnú nádrž, aby sa polymér premenil z pasty na pevný blok, a potom odstrániť biely polystyrénový blok z reakčnej nádrže.
1.7. Manipulácia s výrobkami:
Získané polystyrénové bloky je potrebné spracovať a vyrobiť, zvyčajne mletím polymérnych blokov na častice, výberom vhodnej morfológie častíc, extrakciou nečistôt, ako sú nezreagované monoméry a mazací olej, a expandovaním telesa, aby sa získali komerčne dostupné polystyrénové plasty.
Stručne povedané, radikálová polymerizácia polystyrénu je široko používaná v priemysle a je potrebné venovať pozornosť prevádzkovým podmienkam, ako je reakčná teplota a presné dávkovanie, aby sa zabezpečila výroba vysoko kvalitných polymérnych produktov.
2. Metóda katiónovej polymerizácie:
Katiónová polymerizácia je ďalšou bežne používanou metódou na syntézu polystyrénu. Dôvodom, prečo sa táto metóda nazýva katiónová polymerizácia, je to, že používa kladne nabitú iónovú zlúčeninu ako katalyzátor na polymerizáciu styrénu. Výhodou tejto metódy je, že syntetizovaný polymér má jednotnú molekulovú hmotnosť a úzku distribúciu molekulových hmotností, preto sa často používa na prípravu precipitovaných polymérov s vysokou molekulovou hmotnosťou a úzkou distribúciou molekulovej hmotnosti. Najprv bol pripravený radikálovou polymerizáciou. S rastúcimi požiadavkami na vlastnosti polymérov sa katiónová polymerizácia postupne stala bežne používanou metódou na prípravu polystyrénu. Katiónová polymerizácia je kontrolovateľná a účinná metóda na prípravu vysoko kvalitných polystyrénových polymérov. Počas procesu prípravy je potrebné kontrolovať parametre, ako sú reakčné podmienky a rýchlosť pridávania monoméru, aby sa zabezpečila kvalita produktu.
Nasledujú podrobné kroky na prípravu polystyrénu metódou katiónovej polymerizácie.
(1) Príprava zloženia reakčného systému:
Reakčný systém na prípravu polystyrénu zvyčajne pozostáva z troch zložiek: monoméru, iniciátora a rozpúšťadla. Monomérom je zvyčajne styrén, iniciátorom môže byť síran amónny (NH4HS04) alebo persíran amónny ((NH4)2S208) a rozpúšťadlom môže byť voda alebo organické rozpúšťadlá (ako je toluén alebo xylén). Aby sa zabezpečilo rovnomerné premiešanie reakčného systému, je zvyčajne potrebné tieto zložky pred reakciou rovnomerne premiešať.
(2) Predúprava reakčného systému:
Pred ďalšou reakciou je potrebné reakčný systém predbežne upraviť. Po prvé, reaktor a rotačný odparovač by sa mali dôkladne vyčistiť, aby sa zabránilo prítomnosti akýchkoľvek nečistôt. Po druhé, reakčný systém je potrebné prepláchnuť dusíkom, aby sa odstránil kyslík, aby sa predišlo interferencii kyslíka s aktivitou iniciátora.
(3) Pridanie iniciátora:
Keď je reakčný systém pripravený, môže sa pridať iniciátor. Pre síran amónny je zvyčajne potrebné ho vopred rozpustiť vo vode a potom pridať do reakčného systému. V prípade persíranu amónneho sa zvyčajne rozkladá na ióny persíranu a amónne ióny a potom sa pridáva do reakčného systému.
(4) Prídavok monomérov:
Keď je iniciátor už prítomný v reakčnom systéme, môže začať pridávanie monomérov. Rýchlosť pridávania monomérov by mala byť veľmi pomalá, zvyčajne v intervaloch 2-3 hodín. Ak sa monomér pridá príliš rýchlo, povedie to k nekontrolovanej polymerizačnej reakcii a nakoniec k nadmernej polymerizácii produktu, čo môže ovplyvniť vlastnosti produktu.
(5) Priebeh a kontrola reakcie:
Počas polymerizačnej reakcie je zvyčajne potrebné kontrolovať parametre, ako je reakčná teplota, trvanie a rýchlosť pridávania monoméru, aby sa zabezpečila kvalita produktu. Keď sa ako iniciátor použije síran amónny, reakčná teplota sa zvyčajne pohybuje od 80 do 100 °C a čas môže trvať niekoľko hodín. Keď sa ako iniciátor použije persíran amónny, teplota sa zvyčajne zvýši na 110-130 °C.
(6) Separácia, čistenie a testovanie produktov:
Po dokončení reakcie je možné rozpúšťadlo v roztoku odstrániť pomocou rotačnej odparky, čím sa získa vytvrditeľný polystyrén. Nakoniec môže byť produkt prečistený pomocou krokov, ako je kyslé spracovanie a filtrácia pomocou aktívneho uhlia. Separované a čistené produkty môžu prejsť fyzikálnym a chemickým testovaním, aby sa určila ich kvalita a štrukturálne vlastnosti.
3. Metóda iónovej výmeny:
Metóda iónovej výmeny je ďalšou bežne používanou metódou na syntézu polystyrénu. Pri metóde iónovej výmeny sa polymér s aniónovými funkčnými skupinami používa na výmenu katiónov za vzniku polystyrénu. Metóda iónovej výmeny je rýchla, efektívna a nákladovo efektívna metóda na syntézu polystyrénu, ktorá si získala širokú pozornosť a využitie.
Polystyrénová metóda výmeny iónov je bežne používaná technika výmeny iónov používaná na odstránenie alebo obohatenie špecifického iónu z roztoku. Táto metóda dosahuje separáciu a čistenie adsorpciou iónov z filtrátu cez miesta výmeny iónov v polyméri. V tomto článku poskytneme podrobný úvod do princípu, implementačných krokov a niektorých aplikačných metód metódy polystyrénovej iónovej výmeny.
Princíp:
Metóda výmeny iónov polystyrénu je založená na dvoch princípoch: elektrochemickej teórii a adsorpcii.
Elektrochemická teória: Výmenné miesta v polystyrénových iónomeničových komponentoch existujú vo forme iónov, ktoré nesú iónový náboj a môžu spôsobiť elektrostatickú príťažlivosť alebo odpudzovanie iónov v elektrolyte. Táto elektrostatická interakcia môže adsorbovať rovnaký typ iónov spolu alebo si navzájom vymieňať zodpovedajúce ióny.
Adsorpcia: Adsorpcia je základom metódy polystyrénovej iónovej výmeny. V iónomeničových zložkách polystyrénu je veľký počet miest výmeny, ktoré môžu poskytnúť zodpovedajúce fyzikálne a chemické adsorpčné účinky. Podľa zodpovedajúceho adsorpčného účinku môžu polystyrénové iónomeničové zložky selektívne adsorbovať zhodné ióny, čím sa dosahujú separačné a obohacovacie účinky.
Kroky implementácie:
Implementačné kroky metódy polystyrénovej iónovej výmeny možno rozdeliť do nasledujúcich dôležitých krokov:
(1) Predúprava: Nová polystyrénová iónomeničová kolóna by mala byť pred použitím vopred upravená, aby sa odstránili všetky suspendované pevné látky a nečistoty a dosiahol sa optimálny výkon. Metódy predúpravy zahŕňajú umývanie vodou, kyslé umývanie a zásadité umývanie
(2) Predúprava vzorky: Prefiltrujte alebo vyčistite roztok vzorky, aby ste odstránili pevné suspendované pevné látky a nečistoty. V prípade potreby je možné vykonať aj kalibráciu pH a pridanie pufra.
(3) Spracovanie vzorky: Roztok vzorky možno spracovať cez polystyrénovú iónomeničovú kolónu pomocou gravitačného toku alebo vysokého tlaku. Ióny v polystyrénovej iónomeničovej kolóne sa budú vymieňať s iónmi v roztoku a ióny v roztoku budú odstránené, zatiaľ čo ióny v pevnej fáze budú obohatené.
(4) Premývanie: Spracovaná tuhá fáza by sa mala premyť, aby sa obnovili miesta výmeny a odstránili sa prebytočné ióny. Hodnota pH premývacieho roztoku je zvyčajne rovnaká ako hodnota pH určená pre polymérne iónomeničové kolóny.
(5) Desorpcia: Ióny, ktoré už boli adsorbované v polymérnych iónomeničových kolónach, je potrebné desorbovať, zvyčajne s použitím silnejších koncentrácií elektrolytu a/alebo polárnejších rozpúšťadiel. Na desorpčné operácie sa môžu použiť napríklad roztoky silných elektrolytov, ako je roztok chloridu sodného a roztok chloridu amónneho.
(6) Regenerácia: Regenerácia polystyrénových iónomeničových kolón závisí od typu použitého výmenného materiálu a zvyčajne sa dá dosiahnuť niekoľkými rôznymi typmi metód úpravy. Napríklad na úpravu s cieľom obnoviť adsorpčnú kapacitu takýchto iónomeničových kolón je možné použiť vysokokoncentrované kyslé alebo alkalické roztoky. Samozrejme, nemali by sa používať silné stimulačné chemikálie, aby nedošlo k poškodeniu pevných materiálov.
Spôsob aplikácie:
Polystyrénová iónová výmenná metóda je široko používaná v oblasti životného prostredia, biológie a farmácie. Napríklad sa môže použiť na separáciu a čistenie čistých alebo zmiešaných iónov, jemnú bioseparáciu a čistenie a čistenie prípravkov vo farmaceutickom priemysle. Špecifický rozsah aplikácie zahŕňa:
(1) Separácia a obohatenie iónov
(2) Odstránenie alebo obohatenie génov alebo proteínov
(3) Separácia iónových polymérov
(4) Modifikácia roztoku a zlepšenie stability formulácií
(5) Používa sa na úpravu vody z priemyselných procesov
Stručne povedané, metóda výmeny iónov polystyrénu je dôležitou technológiou široko používanou v laboratóriách a priemyselných areáloch. Implementačné kroky tejto metódy sme už podrobne predstavili. Dúfame, že tento článok môže čitateľom poskytnúť hlbšie pochopenie a usmernenie a ďalej podporiť vývoj a aplikáciu technológie výmeny iónov polystyrénu.
Vyššie uvedené je hlavnou metódou syntézy polystyrénu. Tieto metódy majú zodpovedajúce výhody a nevýhody a špecifická metóda, ktorá sa má použiť, by sa mala vybrať na základe skutočných potrieb aplikácie.