Polistirenje široko rasprostranjen polimer s brojnim poljima primjene, kao što su materijali za pakovanje, elektronički materijali, građevinski materijali i tako dalje. U proteklih pola stoljeća razvijene su različite metode za sintezu polistirena, a ovaj članak će se fokusirati na uvođenje nekoliko od ovih metoda. Sinteza polistirena obično usvaja metode kao što su polimerizacija slobodnih radikala, kationska polimerizacija, jonska izmjena, itd. Sljedeća je metoda sinteze polistirena:
1. Metoda polimerizacije slobodnih radikala:
Metoda polimerizacije polistirena slobodnim radikalima jedna je od najčešće korištenih metoda sinteze. Princip ove metode je korištenje dodavanja inicijatora slobodnih radikala kao što je vodikov peroksid u otopinu za stvaranje reakcije slobodnih radikala stirenskog monomera, a zatim slobodni radikali kontinuirano polimeriziraju, na kraju formirajući polimer koji se zove polistiren. Tokom ovog procesa potrebno je rastvoriti stirenski monomer u odgovarajućem rastvaraču i kontrolisati temperaturu i vreme reakcije da bi se postigao željeni efekat polimerizacije. To je jedna od njegovih glavnih metoda proizvodnje. Ova metoda uključuje sljedeće korake.
1.1. Priprema sirovina:
Prije svega, potrebno je pripremiti sirovine potrebne za proizvodnju polistirena. Za polimerizaciju slobodnih radikala, stiren se obično koristi kao monomer, a benzoil peroksid (BPO) se koristi kao pokretač slobodnih radikala. Kvalitet BPO se kreće od 2 do 3 posto.
1.2. Priprema reakcionog rezervoara:
Reakcija polimerizacije zahteva upotrebu reakcionog rezervoara, a prilikom pripreme reakcionog rezervoara potrebno je uzeti u obzir količinu reaktanata i kapacitet reakcionog rezervoara. Reakcioni rezervoari su obično napravljeni od materijala kao što su nerđajući čelik, plastika ojačana staklenim vlaknima (GRP) ili polietilen da bi izdržali hemijske reakcije i uslove visokog pritiska.
1.3. Predtretman reakcionog rezervoara:
Reakcioni rezervoar mora proći prethodnu obradu kako bi se osiguralo da unutar rezervoara nema prašine ili nečistoća i da može izdržati visok pritisak parametara procesa. Grijaća traka se nalazi otprilike 15 posto od dna spremnika, koji se može grijati električnim putem. Dno mešalice treba da bude paralelno sa dnom reakcionog rezervoara kako bi se održala ujednačena temperatura i uslovi mešanja.
1.4. napajanje reaktanata:
Stiren i BPO se unose u reakcioni rezervoar prema budžetu i potrebno ih je kvantitativno dodati. Istovremeno, reakcioni rastvarač treba dodati u reakcioni rezervoar - da bi se poboljšala fluidnost reakcije, smanjio viskozitet i sprečilo prskanje. Obično korišteni reakcioni rastvarači uključuju etan, toluen ili dihlorometan.
1.5. Proces reakcije:
Zatvorite reakcioni rezervoar i zagrejte ga na određenu temperaturu, obično između 120 i 150 stepeni Celzijusa, da započnete reakciju. Tokom procesa reakcije, BPO pokreće polimerizaciju slobodnih radikala, koji mogu podvrgnuti rastu lanca i formirati polimerne molekule. Reakcija napreduje od čvrste do subkritične tečnosti, a zatim do viskoznih polimera.
1.6. Kraj reakcije:
Kada reakcija dostigne određeni nivo, treba je prekinuti. Uopšteno govoreći, na kraju reakcije potrebno je ohladiti reakcioni rezervoar da se polimer pretvori iz paste u čvrsti blok, a zatim ukloniti bijeli polistirenski blok iz reakcionog rezervoara.
1.7. Rukovanje proizvodima:
Dobivene polistirenske blokove potrebno je obraditi i proizvesti, obično mljevenjem polimernih blokova u čestice, odabirom odgovarajuće morfologije čestica, ekstrahiranjem nečistoća kao što su neizreagirani monomeri i ulje za podmazivanje, te proširenjem tijela kako bi se dobila komercijalno dostupna polistirenska plastika.
Ukratko, slobodno-radikalna polimerizacija polistirena ima široku primjenu u industriji, te je potrebno obratiti pažnju na radne uvjete kao što su temperatura reakcije i precizno hranjenje kako bi se osigurala proizvodnja visokokvalitetnih polimernih proizvoda.
2. Metoda katjonske polimerizacije:
Kationska polimerizacija je još jedna uobičajena metoda za sintezu polistirena. Razlog zašto se ova metoda naziva kationska polimerizacija je taj što koristi pozitivno nabijeno ionsko jedinjenje kao katalizator za polimerizaciju stirena. Prednost ove metode je u tome što sintetizirani polimer ima ujednačenu molekulsku masu i usku distribuciju molekulske mase, pa se često koristi za pripremu precipitiranih polimera visoke molekulske mase i uske molekularne masene distribucije. Prvo je pripremljen polimerizacijom slobodnih radikala. Sa sve većom potražnjom za performansama polimera, kationska polimerizacija je postepeno postala uobičajena metoda za pripremu polistirena. Kationska polimerizacija je kontrolirana i efikasna metoda za pripremu visokokvalitetnih polistirenskih polimera. Tokom procesa pripreme potrebno je kontrolisati parametre kao što su uslovi reakcije i brzina dodavanja monomera kako bi se osigurao kvalitet proizvoda.
Slijede detaljni koraci za pripremu polistirena metodom kationske polimerizacije.
(1) Priprema sastava reakcionog sistema:
Reakcioni sistem za pripremu polistirena obično se sastoji od tri komponente: monomera, inicijatora i rastvora. Monomer je obično stiren, inicijator može biti amonijum sulfat (NH4HSO4) ili amonijum persulfat ((NH4) 2S2O8), a rastvarač može biti voda ili organski rastvarači (kao što su toluen ili ksilen). Kako bi se osiguralo jednolično miješanje reakcionog sistema, obično je potrebno ove komponente ravnomjerno pomiješati prije reakcije.
(2) Predtretman reakcionog sistema:
Prije dalje reakcije potrebno je prethodno tretirati reakcioni sistem. Prvo, reaktor i rotacioni isparivač treba temeljito očistiti kako bi se izbjeglo prisustvo bilo kakvih nečistoća. Drugo, reakcioni sistem treba da bude ispran azotom da bi se uklonio kiseonik, kako bi se sprečilo da kiseonik ometa aktivnost inicijatora.
(3) Dodavanje inicijatora:
Kada je reakcioni sistem spreman, može se dodati inicijator. Za amonijum sulfat, obično ga je potrebno prethodno rastvoriti u vodi, a zatim dodati u reakcioni sistem. Za amonijum persulfat, obično se razlaže na persulfatne ione i amonijum ione, a zatim se dodaje u reakcioni sistem.
(4) Dodatak monomera:
Kada je inicijator već prisutan u reakcionom sistemu, može početi dodavanje monomera. Brzina dodavanja monomera bi trebala biti veoma spora, obično u intervalima od 2-3 sati. Ako se monomer doda prebrzo, to će dovesti do nekontrolirane reakcije polimerizacije i na kraju dovesti do prekomjerne polimerizacije proizvoda, što može utjecati na svojstva proizvoda.
(5) Napredak i kontrola reakcije:
Tokom reakcije polimerizacije, obično je potrebno kontrolisati parametre kao što su temperatura reakcije, trajanje i brzina dodavanja monomera kako bi se osigurao kvalitet proizvoda. Kada se kao inicijator koristi amonijum sulfat, temperatura reakcije se obično kreće od 80 do 100 stepeni C, a vreme može trajati nekoliko sati. Kada se amonijum persulfat koristi kao inicijator, temperatura se obično povećava na između 110-130 stepeni C.
(6) Odvajanje, prečišćavanje i ispitivanje proizvoda:
Nakon što je reakcija završena, rastvarač u otopini se može ukloniti pomoću rotacionog isparivača kako bi se dobio polistiren. Konačno, proizvod se može pročistiti kroz korake kao što su tretman kiselinom i filtracija aktivnim ugljem. Odvojeni i prečišćeni proizvodi mogu biti podvrgnuti fizičkom i hemijskom ispitivanju kako bi se utvrdio njihov kvalitet i strukturna svojstva.
3. Metoda jonske izmjene:
Metoda jonske izmjene je još jedna uobičajena metoda za sintezu polistirena. U metodi ionske izmjene, polimer sa anjonskim funkcionalnim grupama koristi se za izmjenu kationa da bi se formirao polistiren. Metoda jonske izmjene je brza, efikasna i isplativa metoda za sintezu polistirena, koja je dobila široku pažnju i upotrebu.
Metoda ionske izmjene polistirena je uobičajena tehnika izmjene jona koja se koristi za uklanjanje ili obogaćivanje određenog jona iz otopine. Ovom metodom se postiže odvajanje i prečišćavanje adsorbiranjem jona iz filtrata kroz mjesta za izmjenu jona u polimeru. U ovom članku ćemo pružiti detaljan uvod u princip, korake implementacije i neke metode primjene metode ionske izmjene polistirena.
princip:
Metoda ionske izmjene polistirena zasniva se na dva principa: elektrohemijskoj teoriji i adsorpciji.
Elektrohemijska teorija: Izmjenjivačka mjesta u komponentama za izmjenu jona polistirena postoje u obliku jona, koji nose jonske naboje i mogu uzrokovati elektrostatičko privlačenje ili odbijanje jona u elektrolitu. Ova elektrostatička interakcija može adsorbirati istu vrstu jona zajedno ili međusobno razmjenjivati odgovarajuće ione.
Adsorpcija: Adsorpcija je osnova metode ionske izmjene polistirena. Postoji veliki broj izmjenjivačkih mjesta u komponentama ionske izmjene polistirena, koja mogu pružiti odgovarajuće fizičke i kemijske efekte adsorpcije. U skladu sa odgovarajućim efektom adsorpcije, komponente ionske izmjene polistirena mogu selektivno adsorbirati odgovarajuće ione, čime se postižu efekti razdvajanja i obogaćivanja.
Koraci implementacije:
Koraci implementacije metode ionske izmjene polistirena mogu se podijeliti u sljedeće važne korake:
(1) Prethodni tretman: Nova polistirenska kolona za jonsku izmjenu treba prethodno tretirati prije upotrebe kako bi se uklonile sve suspendirane čvrste tvari i nečistoće i postigle optimalne performanse. Metode prethodnog tretmana uključuju pranje vodom, pranje kiselinom i alkalno pranje
(2) Predtretman uzorka: Filtrirajte ili očistite rastvor uzorka da biste uklonili čvrste suspendovane čvrste supstance i nečistoće. Ako je potrebno, može se izvršiti i pH kalibracija i dodavanje pufera.
(3) Obrada uzorka: Otopina uzorka se može obraditi kroz polistirensku kolonu za ionsku izmjenu koristeći gravitacijski tok ili visok pritisak. Joni u polistirenskoj ionizmjenjivačkoj koloni će se razmjenjivati s ionima u rastvoru, a joni u rastvoru će biti uklonjeni, dok će se joni u čvrstoj fazi obogatiti.
(4) Pranje: Tretiranu čvrstu fazu treba oprati kako bi se osvježila mjesta zamjene i uklonio višak jona. pH vrijednost otopine za pranje obično je ista kao pH vrijednost dizajnirana za kolone za izmjenu jona polimera.
(5) Desorpcija: Joni koji su već adsorbirani u kolonama za izmjenu jona polimera moraju se desorbirati, obično koristeći jače koncentracije elektrolita i/ili polarnije rastvarače. Na primjer, otopine jakih elektrolita kao što su otopina natrijum hlorida i rastvor amonijum hlorida mogu se koristiti za operacije desorpcije.
(6) Regeneracija: Regeneracija polistirenskih kolona za izmjenu jona ovisi o vrsti korištenog materijala za izmjenu i obično se može postići kroz nekoliko različitih vrsta metoda tretmana. Na primjer, kiseli ili alkalni rastvori visoke koncentracije mogu se koristiti za tretman da bi se obnovio kapacitet adsorpcije takvih kolona za izmjenu jona. Naravno, ne treba koristiti jake stimulativne hemikalije kako bi se izbjeglo oštećenje čvrstih materijala.
Način primjene:
Metoda ionske izmjene polistirena ima široku primjenu u područjima okoliša, biologije i farmaceutskih proizvoda. Na primjer, može se koristiti za odvajanje i pročišćavanje čistih ili miješanih jona, finu bioseparaciju i prečišćavanje i prečišćavanje preparata u farmaceutskoj industriji. Specifičan opseg primjene uključuje:
(1) Odvajanje i obogaćivanje jona
(2) Uklanjanje ili obogaćivanje gena ili proteina
(3) Odvajanje jonskih polimera
(4) Modifikacija rastvora i poboljšanje stabilnosti formulacija
(5) Koristi se za tretman industrijske procesne vode
Ukratko, metoda ionske izmjene polistirena je važna tehnologija koja se široko koristi u laboratorijama i industrijskim mjestima. Već smo detaljno predstavili korake implementacije ove metode. Nadamo se da će ovaj članak čitateljima pružiti dublje razumijevanje i smjernice, te dalje promovirati razvoj i primjenu tehnologije ionske izmjene polistirena.
Gore navedeno je glavna metoda sinteze polistirena. Ove metode imaju odgovarajuće prednosti i nedostatke, a konkretnu metodu koja će se koristiti treba odabrati na osnovu stvarnih potreba aplikacije.