Polistirenje široko korišten polimer s brojnim područjima primjene, kao što su materijali za pakiranje, elektronički materijali, građevinski materijali i tako dalje. Tijekom proteklih pola stoljeća razvijene su različite metode za sintetiziranje polistirena, a ovaj će se članak usredotočiti na predstavljanje nekoliko od tih metoda. Sinteza polistirena obično usvaja metode kao što su polimerizacija slobodnih radikala, kationska polimerizacija, ionska izmjena itd. Sljedeća je metoda sinteze za polistiren:
1. Metoda polimerizacije slobodnih radikala:
Metoda polimerizacije slobodnih radikala polistirena jedna je od najčešće korištenih metoda sinteze. Načelo ove metode je korištenje dodatka inicijatora slobodnih radikala kao što je vodikov peroksid u otopini za generiranje reakcije slobodnih radikala monomera stirena, a zatim slobodni radikali kontinuirano polimeriziraju, u konačnici tvoreći polimer nazvan polistiren. Tijekom ovog procesa potrebno je otopiti monomer stirena u prikladnom otapalu i kontrolirati reakcijsku temperaturu i vrijeme kako bi se postigao željeni učinak polimerizacije. To je jedna od njegovih glavnih metoda proizvodnje. Ova metoda uključuje sljedeće korake.
1.1. Priprema sirovina:
Prvo, potrebno je pripremiti sirovine potrebne za proizvodnju polistirena. Za polimerizaciju slobodnih radikala obično se koristi stiren kao monomer, a benzoil peroksid (BPO) kao inicijator slobodnih radikala. Kvaliteta BPO-a kreće se od 2 do 3 posto.
1.2. Priprema reakcijskog spremnika:
Reakcija polimerizacije zahtijeva upotrebu reakcijskog spremnika, a kod pripreme reakcijskog spremnika potrebno je voditi računa o količini reaktanata i kapacitetu reakcijskog spremnika. Reakcijski spremnici obično su izrađeni od materijala poput nehrđajućeg čelika, plastike ojačane staklenim vlaknima (GRP) ili polietilena kako bi izdržali kemijske reakcije i uvjete visokog tlaka.
1.3. Predobrada reakcijskog spremnika:
Reakcijski spremnik treba proći predtretman kako bi se osiguralo da unutar spremnika nema prašine ili nečistoća i da može izdržati visoki tlak parametara procesa. Grijaća traka nalazi se otprilike 15 posto od dna spremnika, koji se može grijati električno. Dno miješalice treba biti paralelno s dnom reakcijskog spremnika kako bi se održala ujednačena temperatura i uvjeti miješanja.
1.4. dovod reaktanta:
Stiren i BPO se unose u reakcijski spremnik prema proračunu i potrebno ih je kvantitativno dodati. U isto vrijeme, reakcijsko otapalo treba dodati u reakcijski spremnik - kako bi se poboljšala fluidnost reakcije, smanjila viskoznost i spriječilo prskanje. Uobičajeno korištena reakcijska otapala uključuju etan, toluen ili diklorometan.
1.5. Reakcijski proces:
Zatvorite reakcijski spremnik i zagrijte ga na određenu temperaturu, obično između 120 i 150 stupnjeva Celzijusa, kako bi započela reakcija. Tijekom procesa reakcije, BPO pokreće polimerizaciju slobodnih radikala, koji mogu podvrgnuti lančanom rastu i formirati polimerne molekule. Reakcija napreduje od krutine do subkritične tekućine, a zatim do viskoznih polimera.
1.6. Kraj reakcije:
Kada reakcija dosegne određenu razinu, potrebno ju je prekinuti. Općenito govoreći, na kraju reakcije potrebno je ohladiti reakcijski spremnik kako bi se polimer pretvorio iz paste u čvrsti blok, a zatim ukloniti bijeli polistirenski blok iz reakcijskog spremnika.
1.7. Rukovanje proizvodima:
Dobivene polistirenske blokove potrebno je obraditi i proizvesti, obično mljevenjem polimernih blokova u čestice, odabirom odgovarajuće morfologije čestica, ekstrakcijom nečistoća kao što su neizreagirani monomeri i maziva ulja, te ekspandiranjem tijela kako bi se dobila komercijalno dostupna polistirenska plastika.
Ukratko, polimerizacija polistirena slobodnim radikalima naširoko se koristi u industriji, a potrebno je obratiti pozornost na radne uvjete kao što su temperatura reakcije i precizno hranjenje kako bi se osigurala proizvodnja visokokvalitetnih polimernih proizvoda.
2. Metoda kationske polimerizacije:
Kationska polimerizacija je još jedna često korištena metoda za sintezu polistirena. Razlog zašto se ova metoda naziva kationska polimerizacija je taj što koristi pozitivno nabijeni ionski spoj kao katalizator za polimerizaciju stirena. Prednost ove metode je u tome što sintetizirani polimer ima ujednačenu molekularnu masu i usku distribuciju molekulske mase, pa se često koristi za pripremu istaloženih polimera visoke molekulske mase i uske distribucije molekularne mase. Prvo je pripremljen polimerizacijom slobodnih radikala. Uz sve veću potražnju za učinkom polimera, kationska polimerizacija postupno je postala često korištena metoda za pripremu polistirena. Kationska polimerizacija je kontrolirana i učinkovita metoda za pripremu polistirenskih polimera visoke kvalitete. Tijekom procesa pripreme potrebno je kontrolirati parametre kao što su uvjeti reakcije i brzina dodavanja monomera kako bi se osigurala kvaliteta proizvoda.
Slijede detaljni koraci za pripremu polistirena metodom kationske polimerizacije.
(1) Priprema sastava reakcijskog sustava:
Reakcijski sustav za pripremu polistirena obično se sastoji od tri komponente: monomera, inicijatora i sredstva za otopinu. Monomer je obično stiren, inicijator može biti amonijev sulfat (NH4HSO4) ili amonijev persulfat ((NH4) 2S2O8), a otapalo može biti voda ili organska otapala (kao što su toluen ili ksilen). Kako bi se osiguralo ravnomjerno miješanje reakcijskog sustava, obično je potrebno ravnomjerno pomiješati ove komponente prije reakcije.
(2) Predobrada reakcijskog sustava:
Prije daljnje reakcije potrebno je predtretirati reakcijski sustav. Prvo, reaktor i rotacijski isparivač treba temeljito očistiti kako bi se izbjegla prisutnost nečistoća. Drugo, reakcijski sustav treba isprati dušikom kako bi se uklonio kisik, kako bi se spriječilo da kisik ometa aktivnost inicijatora.
(3) Dodavanje inicijatora:
Nakon što je reakcijski sustav spreman, može se dodati inicijator. Za amonijev sulfat, obično ga je potrebno unaprijed otopiti u vodi i zatim dodati u reakcijski sustav. Za amonijev persulfat, obično se razgrađuje na persulfatne ione i amonijeve ione, a zatim dodaje u reakcijski sustav.
(4) Dodavanje monomera:
Kada je inicijator već prisutan u reakcijskom sustavu, može započeti dodavanje monomera. Brzina dodavanja monomera trebala bi biti vrlo spora, obično u intervalima od 2-3 sati. Ako se monomer doda prebrzo, to će dovesti do nekontrolirane reakcije polimerizacije i u konačnici dovesti do pretjerane polimerizacije proizvoda, što može utjecati na svojstva proizvoda.
(5) Napredak reakcije i kontrola:
Tijekom reakcije polimerizacije obično je potrebno kontrolirati parametre kao što su temperatura reakcije, trajanje i brzina dodavanja monomera kako bi se osigurala kvaliteta proizvoda. Kada se kao inicijator koristi amonijev sulfat, temperatura reakcije obično se kreće od 80 do 100 stupnjeva C, a vrijeme može trajati nekoliko sati. Kada se amonijev persulfat koristi kao inicijator, temperatura se obično povećava na između 110-130 stupnjeva C.
(6) Odvajanje, pročišćavanje i ispitivanje proizvoda:
Nakon što je reakcija završena, otapalo iz otopine može se ukloniti korištenjem rotacijskog isparivača kako bi se dobio otvrdnuti polistiren. Konačno, proizvod se može pročistiti kroz korake kao što je obrada kiselinom i filtracija aktivnim ugljenom. Odvojeni i pročišćeni proizvodi mogu se podvrgnuti fizikalnim i kemijskim ispitivanjima kako bi se utvrdila njihova kvaliteta i strukturna svojstva.
3. Metoda ionske izmjene:
Metoda ionske izmjene još je jedna često korištena metoda za sintezu polistirena. U metodi ionske izmjene, polimer s anionskim funkcionalnim skupinama koristi se za izmjenu kationa u polistiren. Metoda ionske izmjene je brza, učinkovita i isplativa metoda za sintetiziranje polistirena, koja je dobila široku pozornost i upotrebu.
Metoda ionske izmjene polistirena često je korištena tehnika ionske izmjene koja se koristi za uklanjanje ili obogaćivanje određenog iona iz otopine. Ova metoda postiže odvajanje i pročišćavanje adsorpcijom iona iz filtrata kroz mjesta ionske izmjene u polimeru. U ovom članku pružit ćemo detaljan uvod u načelo, korake implementacije i neke metode primjene metode ionske izmjene polistirena.
Načelo:
Metoda ionske izmjene polistirena temelji se na dva principa: elektrokemijskoj teoriji i adsorpciji.
Elektrokemijska teorija: Mjesta izmjene u komponentama ionske izmjene polistirena postoje u obliku iona koji nose ionske naboje i mogu uzrokovati elektrostatsko privlačenje ili odbijanje iona u elektrolitu. Ova elektrostatska interakcija može zajedno adsorbirati istu vrstu iona ili međusobno razmjenjivati odgovarajuće ione.
Adsorpcija: Adsorpcija je temelj metode ionske izmjene polistirena. Postoji veliki broj mjesta izmjene u komponentama ionske izmjene polistirena, koja mogu pružiti odgovarajuće fizičke i kemijske adsorpcijske učinke. U skladu s odgovarajućim adsorpcijskim učinkom, polistirenske komponente ionske izmjene mogu selektivno adsorbirati podudarne ione, čime se postižu učinci razdvajanja i obogaćivanja.
Koraci implementacije:
Koraci implementacije metode ionske izmjene polistirena mogu se podijeliti u sljedeće važne korake:
(1) Prethodna obrada: novu polistirensku kolonu za ionsku izmjenu treba prethodno obraditi prije upotrebe kako bi se uklonile sve suspendirane krutine i nečistoće i postigla optimalna učinkovitost. Metode predobrade uključuju pranje vodom, kiselo pranje i lužinsko pranje
(2) Predobrada uzorka: Filtrirajte ili očistite otopinu uzorka kako biste uklonili krute suspendirane krutine i nečistoće. Ako je potrebno, također se može izvršiti kalibracija pH i dodavanje pufera.
(3) Obrada uzorka: Otopina uzorka može se obraditi kroz polistirensku kolonu za ionsku izmjenu koristeći gravitacijski protok ili visoki tlak. Ioni u polistirenskoj koloni za ionsku izmjenu izmjenjivat će se s ionima u otopini, a ioni u otopini bit će uklonjeni, dok će ioni u čvrstoj fazi biti obogaćeni.
(4) Pranje: Obrađenu čvrstu fazu treba isprati kako bi se osvježila mjesta izmjene i uklonio višak iona. pH vrijednost otopine za pranje obično je ista kao pH vrijednost namijenjena polimernim kolonama za ionsku izmjenu.
(5) Desorpcija: Ione koji su već adsorbirani u polimernim kolonama za ionsku izmjenu potrebno je desorbirati, obično korištenjem jačih koncentracija elektrolita i/ili polarnijih otapala. Na primjer, jake otopine elektrolita kao što su otopina natrijevog klorida i otopina amonijevog klorida mogu se koristiti za postupke desorpcije.
(6) Regeneracija: Regeneracija polistirenskih kolona za ionsku izmjenu ovisi o vrsti korištenog materijala za izmjenu i obično se može postići kroz nekoliko različitih vrsta metoda obrade. Na primjer, kisele ili alkalne otopine visoke koncentracije mogu se koristiti za obradu kako bi se obnovio adsorpcijski kapacitet takvih kolona za ionsku izmjenu. Naravno, jake stimulirajuće kemikalije ne bi se trebale koristiti kako bi se izbjeglo oštećenje čvrstih materijala.
Način primjene:
Metoda ionske izmjene polistirena naširoko se koristi u područjima zaštite okoliša, biologije i farmacije. Na primjer, može se koristiti za odvajanje i pročišćavanje čistih ili miješanih iona, finu bioseparaciju i pročišćavanje te pročišćavanje pripravaka u farmaceutskoj industriji. Specifični opseg primjene uključuje:
(1) Odvajanje i obogaćivanje iona
(2) Uklanjanje ili obogaćivanje gena ili proteina
(3) Odvajanje ionskih polimera
(4) Modifikacija otopine i poboljšanje stabilnosti formulacija
(5) Koristi se za obradu industrijske procesne vode
Ukratko, metoda ionske izmjene polistirena važna je tehnologija koja se široko koristi u laboratorijima i industrijskim pogonima. Već smo detaljno predstavili korake implementacije ove metode. Nadamo se da ovaj članak čitateljima može pružiti dublje razumijevanje i smjernice te dodatno promovirati razvoj i primjenu tehnologije ionske izmjene polistirena.
Gore navedeno je glavna metoda sinteze za polistiren. Ove metode imaju odgovarajuće prednosti i nedostatke, a specifičnu metodu koja će se koristiti treba odabrati na temelju stvarnih potreba primjene.