Polistirolsir plaši izmantots polimērs ar daudzām pielietojuma jomām, piemēram, iepakojuma materiāliem, elektroniskajiem materiāliem, celtniecības materiāliem utt. Pēdējā pusgadsimta laikā ir izstrādātas dažādas metodes polistirola sintezēšanai, un šajā rakstā galvenā uzmanība tiks pievērsta vairāku šo metožu ieviešanai. Polistirola sintēze parasti izmanto tādas metodes kā brīvo radikāļu polimerizācija, katjonu polimerizācija, jonu apmaiņa utt. Tālāk ir norādīta polistirola sintēzes metode:
1. Brīvo radikāļu polimerizācijas metode:
Polistirola brīvo radikāļu polimerizācijas metode ir viena no visplašāk izmantotajām sintēzes metodēm. Šīs metodes princips ir izmantot brīvo radikāļu iniciatoru, piemēram, ūdeņraža peroksīda, pievienošanu šķīdumam, lai radītu stirola monomēra brīvo radikāļu reakciju, un pēc tam brīvie radikāļi nepārtraukti polimerizējas, galu galā veidojot polimēru, ko sauc par polistirolu. Šī procesa laikā ir nepieciešams izšķīdināt stirola monomēru piemērotā šķīdinātājā un kontrolēt reakcijas temperatūru un laiku, lai sasniegtu vēlamo polimerizācijas efektu. Tā ir viena no galvenajām ražošanas metodēm. Šī metode ietver šādas darbības.
1.1. Izejvielu sagatavošana:
Pirmkārt, ir nepieciešams sagatavot polistirola ražošanai nepieciešamās izejvielas. Brīvo radikāļu polimerizācijai stirolu parasti izmanto kā monomēru, un benzoilperoksīdu (BPO) izmanto kā brīvo radikāļu iniciatoru. BPO kvalitāte svārstās no 2 procentiem līdz 3 procentiem.
1.2. Reakcijas tvertnes sagatavošana:
Polimerizācijas reakcijai ir nepieciešams izmantot reakcijas tvertni, un, gatavojot reakcijas tvertni, ir jāņem vērā reaģentu daudzums un reakcijas tvertnes ietilpība. Reakcijas tvertnes parasti ir izgatavotas no tādiem materiāliem kā nerūsējošais tērauds, stikla šķiedras pastiprināta plastmasa (GRP) vai polietilēns, lai izturētu ķīmiskās reakcijas un augsta spiediena apstākļus.
1.3. Reakcijas tvertnes pirmapstrāde:
Reakcijas tvertnei ir jāveic priekšapstrāde, lai nodrošinātu, ka tvertnē nav putekļu vai piemaisījumu, un tā var izturēt procesa parametru augsto spiedienu. Sildīšanas sloksne atrodas aptuveni 15 procentus no tvertnes apakšas, ko var elektriski apsildīt. Maisītāja apakšai jābūt paralēlai reakcijas tvertnes apakšai, lai uzturētu vienmērīgu temperatūru un maisīšanas apstākļus.
1.4. reaģenta barība:
Stirols un BPO tiek ievadīti reakcijas tvertnē atbilstoši budžetam, un tie ir kvantitatīvi jāpievieno. Tajā pašā laikā reakcijas tvertnei ir jāpievieno reakcijas šķīdinātājs - lai uzlabotu reakcijas plūstamību, samazinātu viskozitāti un novērstu šļakatas. Parasti izmantotie reakcijas šķīdinātāji ir etāns, toluols vai dihlormetāns.
1.5. Reakcijas process:
Noslēdziet reakcijas tvertni un uzkarsējiet to līdz noteiktai temperatūrai, parasti no 120 līdz 150 grādiem pēc Celsija, lai sāktu reakciju. Reakcijas procesā BPO izraisa brīvo radikāļu polimerizāciju, kas var izaugt ķēdē un veidot polimēru molekulas. Reakcija virzās no cietas uz subkritisku šķidrumu un pēc tam uz viskoziem polimēriem.
1.6. Reakcijas beigas:
Kad reakcija sasniedz noteiktu līmeni, tā ir jāpārtrauc. Vispārīgi runājot, reakcijas beigās ir nepieciešams atdzesēt reakcijas tvertni, lai polimēru pārvērstu no pastas par cietu bloku, un pēc tam noņemt balto polistirola bloku no reakcijas tvertnes.
1.7. Produktu apstrāde:
Iegūtos polistirola blokus nepieciešams apstrādāt un ražot, parasti sasmalcinot polimēru blokus daļiņās, izvēloties atbilstošu daļiņu morfoloģiju, ekstrahējot piemaisījumus, piemēram, neizreaģējušos monomērus un smēreļļu, un paplašinot korpusu, lai iegūtu komerciāli pieejamu polistirola plastmasu.
Rezumējot, polistirola brīvo radikāļu polimerizāciju plaši izmanto rūpniecībā, un, lai nodrošinātu augstas kvalitātes polimēru izstrādājumu ražošanu, ir jāpievērš uzmanība tādiem darbības apstākļiem kā reakcijas temperatūra un precīza padeve.
2. Katjonu polimerizācijas metode:
Katjonu polimerizācija ir vēl viena plaši izmantota metode polistirola sintezēšanai. Iemesls, kāpēc šo metodi sauc par katjonu polimerizāciju, ir tas, ka stirola polimerizēšanai kā katalizators izmanto pozitīvi lādētu jonu savienojumu. Šīs metodes priekšrocība ir tāda, ka sintezētajam polimēram ir vienmērīga molekulmasa un šaurs molekulmasas sadalījums, tāpēc to bieži izmanto, lai sagatavotu nogulsnētus polimērus ar augstu molekulmasu un šauru molekulmasas sadalījumu. Vispirms to sagatavoja, izmantojot brīvo radikāļu polimerizāciju. Pieaugot pieprasījumam pēc polimēru veiktspējas, katjonu polimerizācija pakāpeniski ir kļuvusi par plaši izmantotu polistirola sagatavošanas metodi. Katjonu polimerizācija ir kontrolējama un efektīva metode augstas kvalitātes polistirola polimēru sagatavošanai. Sagatavošanas procesā ir nepieciešams kontrolēt tādus parametrus kā reakcijas apstākļi un monomēra pievienošanas ātrums, lai nodrošinātu produkta kvalitāti.
Tālāk ir sniegti detalizēti soļi polistirola sagatavošanai ar katjonu polimerizācijas metodi.
(1) Reakcijas sistēmas sastāva sagatavošana:
Polistirola sagatavošanas reakcijas sistēma parasti sastāv no trim sastāvdaļām: monomēra, iniciatora un šķīduma aģenta. Monomērs parasti ir stirols, iniciators var būt amonija sulfāts (NH4HSO4) vai amonija persulfāts ((NH4) 2S2O8), un šķīdinātājs var būt ūdens vai organiskie šķīdinātāji (piemēram, toluols vai ksilols). Lai nodrošinātu vienmērīgu reakcijas sistēmas sajaukšanos, parasti ir nepieciešams vienmērīgi sajaukt šos komponentus pirms reakcijas.
(2) Reakcijas sistēmas pirmapstrāde:
Pirms tālākas reakcijas ir nepieciešams iepriekš apstrādāt reakcijas sistēmu. Pirmkārt, reaktors un rotācijas iztvaicētājs ir rūpīgi jāiztīra, lai izvairītos no jebkādu piemaisījumu klātbūtnes. Otrkārt, reakcijas sistēma ir jāizskalo ar slāpekli, lai noņemtu skābekli, lai skābeklis netraucētu iniciatora darbībai.
(3) Ierosinātāja pievienošana:
Kad reakcijas sistēma ir gatava, var pievienot iniciatoru. Amonija sulfātu parasti ir nepieciešams iepriekš izšķīdināt ūdenī un pēc tam pievienot reakcijas sistēmai. Amonija persulfātu parasti sadala persulfāta jonos un amonija jonos un pēc tam pievieno reakcijas sistēmai.
(4) Monomēru pievienošana:
Kad iniciators jau atrodas reakcijas sistēmā, var sākties monomēru pievienošana. Monomēru pievienošanas ātrumam jābūt ļoti lēnam, parasti ar 2-3 stundu intervālu. Ja monomērs tiek pievienots pārāk ātri, tas novedīs pie nekontrolētas polimerizācijas reakcijas un galu galā novedīs pie pārmērīgas produkta polimerizācijas, kas var ietekmēt produkta īpašības.
(5) Reakcijas norise un kontrole:
Polimerizācijas reakcijas laikā parasti ir jākontrolē tādi parametri kā reakcijas temperatūra, ilgums un monomēra pievienošanas ātrums, lai nodrošinātu produkta kvalitāti. Ja kā iniciatoru izmanto amonija sulfātu, reakcijas temperatūra parasti svārstās no 80 līdz 100 °C, un laiks var ilgt vairākas stundas. Ja kā iniciatoru izmanto amonija persulfātu, temperatūra parasti paaugstinās līdz 110-130 grādiem C.
(6) Produktu atdalīšana, attīrīšana un testēšana:
Kad reakcija ir pabeigta, šķīdinātāju šķīdumā var noņemt, izmantojot rotācijas iztvaicētāju, lai iegūtu cietējamu polistirolu. Visbeidzot, produktu var attīrīt, izmantojot tādas darbības kā apstrāde ar skābi un aktīvās ogles filtrēšana. Atdalītajiem un attīrītajiem produktiem var veikt fizikālu un ķīmisku testēšanu, lai noteiktu to kvalitāti un strukturālās īpašības.
3. Jonu apmaiņas metode:
Jonu apmaiņas metode ir vēl viena plaši izmantota metode polistirola sintezēšanai. Jonu apmaiņas metodē polimēru ar anjonu funkcionālajām grupām izmanto katjonu apmaiņai, veidojot polistirolu. Jonu apmaiņas metode ir ātra, efektīva un rentabla metode polistirola sintezēšanai, kas ir saņēmusi plašu uzmanību un izmantošanu.
Polistirola jonu apmaiņas metode ir plaši izmantota jonu apmaiņas metode, ko izmanto, lai noņemtu vai bagātinātu noteiktu jonu no šķīduma. Ar šo metodi tiek panākta atdalīšana un attīrīšana, adsorbējot jonus no filtrāta caur jonu apmaiņas vietām polimērā. Šajā rakstā mēs sniegsim detalizētu ievadu polistirola jonu apmaiņas metodes principam, ieviešanas soļiem un dažām pielietošanas metodēm.
Princips:
Polistirola jonu apmaiņas metode balstās uz diviem principiem: elektroķīmisko teoriju un adsorbciju.
Elektroķīmiskā teorija: polistirola jonu apmaiņas komponentu apmaiņas vietas pastāv jonu veidā, kas nes jonu lādiņus un var izraisīt jonu elektrostatisko pievilcību vai atgrūšanu elektrolītā. Šī elektrostatiskā mijiedarbība var adsorbēt viena veida jonus kopā vai apmainīties ar atbilstošiem joniem savā starpā.
Adsorbcija: Adsorbcija ir polistirola jonu apmaiņas metodes pamats. Polistirola jonu apmaiņas komponentos ir liels skaits apmaiņas vietu, kas var nodrošināt atbilstošus fizikālās un ķīmiskās adsorbcijas efektus. Saskaņā ar atbilstošo adsorbcijas efektu polistirola jonu apmaiņas komponenti var selektīvi adsorbēt saskaņotos jonus, tādējādi panākot atdalīšanas un bagātināšanas efektus.
Ieviešanas soļi:
Polistirola jonu apmaiņas metodes ieviešanas posmus var iedalīt šādos svarīgos posmos:
(1) Iepriekšēja apstrāde: Jaunā polistirola jonu apmaiņas kolonna pirms lietošanas jāapstrādā, lai noņemtu visas suspendētās cietās vielas un piemaisījumus un panāktu optimālu veiktspēju. Priekšapstrādes metodes ietver mazgāšanu ar ūdeni, mazgāšanu ar skābi un mazgāšanu ar sārmu
(2) Parauga pirmapstrāde: filtrējiet vai notīriet parauga šķīdumu, lai noņemtu cietās suspendētās daļiņas un piemaisījumus. Ja nepieciešams, var veikt arī pH kalibrēšanu un bufera pievienošanu.
(3) Parauga apstrāde: parauga šķīdumu var apstrādāt caur polistirola jonu apmaiņas kolonnu, izmantojot gravitācijas plūsmu vai augstu spiedienu. Polistirola jonu apmaiņas kolonnā esošie joni apmainīsies ar šķīdumā esošajiem joniem, un šķīdumā esošie joni tiks noņemti, savukārt joni cietajā fāzē tiks bagātināti.
(4) Mazgāšana: apstrādātā cietā fāze ir jāmazgā, lai atsvaidzinātu apmaiņas vietas un noņemtu liekos jonus. Mazgāšanas šķīduma pH vērtība parasti ir tāda pati kā pH vērtība, kas paredzēta polimēru jonu apmaiņas kolonnām.
(5) Desorbcija: joni, kas jau ir adsorbēti polimēru jonu apmaiņas kolonnās, ir jādesorbē, parasti izmantojot spēcīgāku elektrolītu koncentrāciju un/vai polārākus šķīdinātājus. Piemēram, desorbcijas operācijām var izmantot spēcīgus elektrolītu šķīdumus, piemēram, nātrija hlorīda šķīdumu un amonija hlorīda šķīdumu.
(6) Reģenerācija: polistirola jonu apmaiņas kolonnu reģenerācija ir atkarīga no izmantotā apmaiņas materiāla veida, un to parasti var panākt ar vairāku veidu apstrādes metodēm. Piemēram, apstrādei var izmantot augstas koncentrācijas skābju vai sārmu šķīdumus, lai atjaunotu šādu jonu apmaiņas kolonnu adsorbcijas spēju. Protams, nevajadzētu izmantot spēcīgas stimulējošas ķimikālijas, lai izvairītos no cieto materiālu bojājumiem.
Uzklāšanas metode:
Polistirola jonu apmaiņas metodi plaši izmanto vides, bioloģijas un farmācijas jomās. Piemēram, to var izmantot tīru vai jauktu jonu atdalīšanai un attīrīšanai, smalkai Bioseparācijai un attīrīšanai, kā arī preparātu attīrīšanai farmācijas rūpniecībā. Īpašā pielietojuma joma ietver:
(1) Jonu atdalīšana un bagātināšana
(2) Gēnu vai proteīnu noņemšana vai bagātināšana
(3) Atdalošie jonu polimēri
(4) Šķīduma modificēšana un preparātu stabilitātes uzlabošana
(5) Izmanto rūpnieciskā procesa ūdens attīrīšanai
Rezumējot, polistirola jonu apmaiņas metode ir svarīga tehnoloģija, ko plaši izmanto laboratorijās un rūpniecības objektos. Mēs jau esam detalizēti iepazīstinājuši ar šīs metodes ieviešanas soļiem. Mēs ceram, ka šis raksts var sniegt lasītājiem dziļāku izpratni un norādījumus, kā arī turpmāk veicināt polistirola jonu apmaiņas tehnoloģijas attīstību un pielietojumu.
Iepriekš minētā ir galvenā polistirola sintēzes metode. Šīm metodēm ir atbilstošas priekšrocības un trūkumi, un konkrētā izmantojamā metode ir jāizvēlas, pamatojoties uz faktiskajām pielietojuma vajadzībām.