polistirenambalaj malzemeleri, elektronik malzemeler, yapı malzemeleri vb. gibi çok sayıda uygulama alanına sahip, yaygın olarak kullanılan bir polimerdir. Geçen yarım yüzyılda Polistiren sentezlemek için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir ve bu makale bu yöntemlerin birkaçını tanıtmaya odaklanacaktır. Polistirenin sentezi genellikle serbest radikal polimerizasyon, katyonik polimerizasyon, iyon değişimi vb.
1. Serbest radikal polimerizasyon yöntemi:
Polistirenin serbest radikal polimerizasyon yöntemi, en yaygın kullanılan sentez yöntemlerinden biridir. Bu yöntemin prensibi, stiren monomerinin serbest radikal reaksiyonunu oluşturmak için çözeltiye hidrojen peroksit gibi serbest radikal başlatıcıların eklenmesini kullanmak ve ardından serbest radikaller sürekli olarak polimerleşerek en sonunda Polistiren adı verilen bir polimer oluşturmaktır. Bu işlem sırasında, istenen polimerizasyon etkisinin elde edilmesi için stiren monomerin uygun bir çözücü içinde çözülmesi ve reaksiyon sıcaklığının ve süresinin kontrol edilmesi gerekmektedir. Ana üretim yöntemlerinden biridir. Bu yöntem aşağıdaki adımları içerir.
1.1. Hammaddelerin hazırlanması:
Öncelikle polistiren üretimi için gerekli olan hammaddelerin hazırlanması gerekmektedir. Serbest radikal polimerizasyonu için, monomer olarak genellikle stiren kullanılır ve serbest radikal başlatıcı olarak benzoil peroksit (BPO) kullanılır. BPO'nun kalitesi yüzde 2 ile yüzde 3 arasında değişmektedir.
1.2. Reaksiyon tankının hazırlanması:
Polimerizasyon reaksiyonu, bir reaksiyon tankının kullanılmasını gerektirir ve reaksiyon tankını hazırlarken, reaktanların miktarını ve reaksiyon tankının kapasitesini dikkate almak gerekir. Reaksiyon tankları, kimyasal reaksiyonlara ve yüksek basınç koşullarına dayanacak şekilde genellikle paslanmaz çelik, cam elyaf takviyeli plastik (GRP) veya polietilen gibi malzemelerden yapılır.
1.3. Reaksiyon tankının ön işlemi:
Reaksiyon tankının, tankın içinde toz veya yabancı madde olmadığından emin olmak için ön işlemden geçmesi gerekir ve proses parametrelerinin yüksek basıncına dayanabilir. Isıtma şeridi, elektrikle ısıtılabilen tankın tabanından yaklaşık yüzde 15 oranında bulunur. Karıştırıcının tabanı, üniform sıcaklık ve karıştırma koşullarını korumak için reaksiyon tankının tabanına paralel olmalıdır.
1.4. reaktan besleme:
Stiren ve BPO reaksiyon tankına bütçeye göre girilir ve kantitatif olarak eklenmesi gerekir. Aynı zamanda, reaksiyonun akışkanlığını iyileştirmek, viskoziteyi azaltmak ve sıçramaları önlemek için reaksiyon tankına bir reaksiyon solventinin eklenmesi gerekir. Yaygın olarak kullanılan reaksiyon solventleri arasında etan, toluen veya diklorometan bulunur.
1.5. Reaksiyon süreci:
Reaksiyon tankını kapatın ve reaksiyonu başlatmak için belirli bir sıcaklığa, genellikle 120 ila 150 santigrat derece arasında ısıtın. Reaksiyon işlemi sırasında BPO, zincir büyümesine uğrayabilen ve polimer molekülleri oluşturabilen serbest radikal polimerizasyonunu tetikler. Reaksiyon, katıdan kritik altı sıvıya ve ardından viskoz polimerlere ilerler.
1.6. Reaksiyonun sonu:
Reaksiyon belli bir seviyeye geldiğinde sonlandırılması gerekir. Genel olarak, reaksiyonun sonunda, polimeri bir macundan katı bir bloğa dönüştürmek için reaksiyon tankını soğutmak ve ardından beyaz polistiren bloğu reaksiyon tankından çıkarmak gerekir.
1.7. Taşıma ürünleri:
Elde edilen polistiren blokların, genellikle polimer blokların parçacıklar halinde öğütülmesi, uygun parçacık morfolojisinin seçilmesi, reaksiyona girmemiş monomerler ve yağlama yağı gibi safsızlıkların çıkarılması ve ticari olarak temin edilebilen polistiren plastikler elde etmek için gövdenin genişletilmesi yoluyla işlenmesi ve üretilmesi gerekir.
Özetle, polistirenin serbest radikal polimerizasyonu endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır ve yüksek kaliteli polimer ürünlerin üretimini sağlamak için reaksiyon sıcaklığı ve hassas besleme gibi çalışma koşullarına dikkat etmek gerekmektedir.
2. Katyonik polimerizasyon yöntemi:
Katyonik polimerizasyon, Polistireni sentezlemek için yaygın olarak kullanılan başka bir yöntemdir. Bu yöntemin katyonik polimerizasyon olarak adlandırılmasının nedeni, stireni polimerize etmek için katalizör olarak pozitif yüklü iyonik bileşik kullanmasıdır. Bu yöntemin avantajı, sentezlenen polimerin tekdüze bir moleküler ağırlığa ve dar bir moleküler ağırlık dağılımına sahip olmasıdır, bu nedenle genellikle yüksek moleküler ağırlığa ve dar moleküler ağırlık dağılımına sahip çökeltilmiş polimerler hazırlamak için kullanılır. İlk olarak serbest radikal polimerizasyonu yoluyla hazırlandı. Polimer performansına yönelik artan taleple birlikte katyonik polimerizasyon, Polistiren hazırlamak için giderek yaygın olarak kullanılan bir yöntem haline geldi. Katyonik polimerizasyon, yüksek kaliteli Polistiren polimerleri hazırlamak için kontrol edilebilir ve verimli bir yöntemdir. Hazırlama sürecinde, ürün kalitesinin sağlanması için reaksiyon koşulları ve monomer ilave oranı gibi parametrelerin kontrol edilmesi gerekmektedir.
Polistireni katyonik polimerizasyon yöntemiyle hazırlamak için ayrıntılı adımlar aşağıdadır.
(1) Reaksiyon sistemi bileşiminin hazırlanması:
Polistiren hazırlamak için reaksiyon sistemi genellikle üç bileşenden oluşur: monomer, başlatıcı ve çözelti maddesi. Monomer genellikle stirendir, başlatıcı amonyum sülfat (NH4HSO4) veya amonyum persülfat ((NH4) 2S2O8) olabilir ve çözücü su veya organik çözücüler (toluen veya ksilen gibi) olabilir. Reaksiyon sisteminin homojen bir şekilde karışmasını sağlamak için, genellikle bu bileşenlerin reaksiyondan önce eşit şekilde karıştırılması gerekir.
(2) Reaksiyon sisteminin ön işlemi:
Daha fazla reaksiyondan önce, reaksiyon sisteminin ön-işleme tabi tutulması gereklidir. İlk olarak, reaktör ve döner buharlaştırıcı, herhangi bir safsızlık olmaması için iyice temizlenmelidir. İkinci olarak, oksijenin başlatıcının aktivitesine müdahale etmesini önlemek için reaksiyon sisteminin oksijeni uzaklaştırmak için nitrojenle yıkanması gerekir.
(3) Başlatıcının eklenmesi:
Reaksiyon sistemi hazır olduğunda, bir başlatıcı eklenebilir. Amonyum sülfat için, genellikle önceden suda eritilmesi ve ardından reaksiyon sistemine eklenmesi gerekir. Amonyum persülfat için, genellikle persülfat iyonlarına ve amonyum iyonlarına ayrıştırılır ve daha sonra reaksiyon sistemine eklenir.
(4) Monomerlerin eklenmesi:
Başlatıcı, reaksiyon sisteminde zaten mevcut olduğunda, monomerlerin eklenmesi başlayabilir. Monomerlerin ekleme hızı, genellikle 2-3 saatlik aralıklarla çok yavaş olmalıdır. Monomer çok hızlı eklenirse, kontrolsüz polimerizasyon reaksiyonuna yol açacak ve sonuçta ürünün özelliklerini etkileyebilecek aşırı polimerizasyona yol açacaktır.
(5) Reaksiyonun ilerlemesi ve kontrolü:
Polimerizasyon reaksiyonu sırasında, ürünün kalitesini sağlamak için genellikle reaksiyon sıcaklığı, süresi ve monomer ekleme oranı gibi parametrelerin kontrol edilmesi gerekir. Başlatıcı olarak amonyum sülfat kullanıldığında, reaksiyon sıcaklığı genellikle 80 ila 100 °C arasında değişir ve süre birkaç saat sürebilir. Başlatıcı olarak amonyum persülfat kullanıldığında, sıcaklık genellikle 110-130 derece C'ye yükselir.
(6) Ürünlerin ayrılması, saflaştırılması ve test edilmesi:
Reaksiyon tamamlandıktan sonra, kürlenebilir bir Polistiren elde etmek için çözeltideki çözücü bir döner buharlaştırıcı kullanılarak giderilebilir. Son olarak ürün, asit işlemi ve aktif karbon filtrasyonu gibi adımlarla saflaştırılabilir. Ayrılan ve saflaştırılan ürünler, kalite ve yapısal özelliklerini belirlemek için fiziksel ve kimyasal testlere tabi tutulur.
3. İyon değiştirme yöntemi:
İyon değiştirme yöntemi, Polistireni sentezlemek için yaygın olarak kullanılan başka bir yöntemdir. İyon değiştirme yönteminde, Polistiren oluşturmak üzere katyonları değiştirmek için anyonik fonksiyonel gruplara sahip polimer kullanılır. İyon değiştirme yöntemi, yaygın ilgi ve kullanım alan Polistireni sentezlemek için hızlı, verimli ve uygun maliyetli bir yöntemdir.
Polistiren iyon değiştirme yöntemi, bir çözeltiden belirli bir iyonu uzaklaştırmak veya zenginleştirmek için kullanılan yaygın olarak kullanılan bir iyon değiştirme tekniğidir. Bu yöntem, polimerdeki iyon değişim bölgeleri yoluyla süzüntüden iyonları adsorbe ederek ayırma ve saflaştırma sağlar. Bu yazıda, polistiren iyon değiştirme yönteminin prensibi, uygulama adımları ve bazı uygulama yöntemlerine ayrıntılı bir giriş yapacağız.
Prensip:
Polistiren iyon değiştirme yöntemi iki prensibe dayanmaktadır: elektrokimyasal teori ve adsorpsiyon.
Elektrokimyasal teori: Polistiren iyon değişim bileşenlerindeki değişim bölgeleri, iyonik yükler taşıyan ve elektrolitte iyonların elektrostatik çekimine veya itmesine neden olabilen iyonlar şeklinde bulunur. Bu elektrostatik etkileşim, aynı tip iyonları birlikte adsorbe edebilir veya karşılık gelen iyonları birbirleriyle değiştirebilir.
Adsorpsiyon: Adsorpsiyon, polistiren iyon değiştirme yönteminin temelidir. Polistirenin iyon değişim bileşenlerinde, karşılık gelen fiziksel ve kimyasal adsorpsiyon etkilerini sağlayabilen çok sayıda değişim bölgesi vardır. Karşılık gelen adsorpsiyon etkisine göre, polistiren iyon değişim bileşenleri, eşleşen iyonları seçici olarak adsorbe edebilir, böylece ayırma ve zenginleştirme etkileri elde edebilir.
Uygulama adımları:
Polistiren iyon değiştirme yönteminin uygulama adımları aşağıdaki önemli adımlara ayrılabilir:
(1) Ön arıtma: Yeni polistiren iyon değiştirme kolonu, kullanımdan önce herhangi bir askıda katı madde ve safsızlığı gidermek ve optimum performans elde etmek için ön işleme tabi tutulmalıdır. Ön arıtma yöntemleri arasında su ile yıkama, asitle yıkama ve alkali ile yıkama yer alır.
(2) Numune ön işlemi: Katı askıda katı maddeleri ve safsızlıkları gidermek için numune solüsyonunu filtreleyin veya temizleyin. Gerekirse pH kalibrasyonu ve tampon ilavesi de yapılabilir.
(3) Numune işleme: Numune solüsyonu, yerçekimi akışı veya yüksek basınç kullanılarak bir polistiren iyon değiştirme kolonu aracılığıyla işlenebilir. Polistiren iyon değiştirme kolonundaki iyonlar çözeltideki iyonlarla yer değiştirecek ve çözeltideki iyonlar uzaklaştırılırken katı fazdaki iyonlar zenginleşecektir.
(4) Yıkama: İşlenmiş katı faz, değişim alanlarını yenilemek ve fazla iyonları uzaklaştırmak için yıkanmalıdır. Yıkama solüsyonunun pH değeri genellikle polimer iyon değiştirme kolonları için tasarlanan pH değeri ile aynıdır.
(5) Desorpsiyon: Polimer iyon değişim kolonlarında halihazırda adsorbe edilmiş olan iyonların, genellikle daha güçlü elektrolit konsantrasyonları ve/veya daha fazla polar çözücüler kullanılarak desorbe edilmesi gerekir. Örneğin, desorpsiyon işlemleri için sodyum klorür çözeltisi ve amonyum klorür çözeltisi gibi güçlü elektrolit çözeltileri kullanılabilir.
(6) Rejenerasyon: Polistiren iyon değiştirme kolonlarının rejenerasyonu, kullanılan değişim malzemesinin tipine bağlıdır ve genellikle birkaç farklı türde arıtma yöntemiyle gerçekleştirilebilir. Örneğin, bu tür iyon değiştirme kolonlarının adsorpsiyon kapasitesini eski haline getirmek için işlem için yüksek konsantrasyonlu asit veya alkali çözeltiler kullanılabilir. Elbette katı maddelere zarar vermemek için güçlü uyarıcı kimyasallar kullanılmamalıdır.
Uygulama yöntemi:
Polistiren iyon değiştirme yöntemi, çevre, biyoloji ve ilaç alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin, farmasötik endüstrisinde saf veya karışık iyonların ayrılması ve saflaştırılması, ince Biyoayırma ve saflaştırma ve müstahzar saflaştırma için kullanılabilir. Özel uygulama kapsamı şunları içerir:
(1) İyonların ayrılması ve zenginleştirilmesi
(2) Genleri veya proteinleri uzaklaştırmak veya zenginleştirmek
(3) İyonik Polimerleri Ayırmak
(4) Çözelti modifikasyonu ve formülasyonların kararlılığının iyileştirilmesi
(5) Endüstriyel proses suyunun arıtılması için kullanılır
Özetle, polistiren iyon değiştirme yöntemi laboratuvarlarda ve endüstriyel sitelerde yaygın olarak kullanılan önemli bir teknolojidir. Bu yöntemin uygulama adımlarını daha önce detaylı bir şekilde tanıtmıştık. Bu makalenin okuyuculara daha derin bir anlayış ve rehberlik sağlayabileceğini ve ayrıca polistiren iyon değiştirme teknolojisinin geliştirilmesini ve uygulanmasını teşvik edebileceğini umuyoruz.
Yukarıdaki, Polistiren için ana sentez yöntemidir. Bu yöntemlerin karşılık gelen avantajları ve dezavantajları vardır ve kullanılacak özel yöntem, gerçek uygulama ihtiyaçlarına göre seçilmelidir.