Polimerização

A polimerização é um processo químico no qual moléculas menores chamadas monômeros se combinam para formar moléculas maiores chamadas polímeros. Este processo é fundamental para a produção de muitos plásticos e outros materiais. Um aspecto chave da polimerização é o grau de polimerização, que indica quantas unidades monoméricas estão ligadas entre si em uma molécula de polímero. O grau de polimerização influencia criticamente as propriedades físicas do polímero resultante, tais como resistência, flexibilidade e resistência à temperatura.

Liqui Sonic^® é um sistema de análise em linha que mede a concentração na polimerização diretamente no processo, sem qualquer demora. O dispositivo baseia-se na medição de alta precisão da velocidade absoluta do som e da temperatura do processo e, assim, permite o rastreamento de processos e reações complexas.

A construção do sensor do Liqui Sonic^® Dispositivos de medição permite uma limpeza descomplicada dos dispositivos, o que significa que o processo não precisa ser interrompido por trabalhos de limpeza complexos e pode ser executado da forma mais eficiente possível.

No campo das ofertas de polimerização Liqui Sonic^® inúmeras vantagens para o usuário:

1. Monitoramento em tempo real: A tecnologia permite o monitoramento contínuo do processo de polimerização em tempo real. Isso permite que as alterações sejam reconhecidas e respondidas imediatamente, garantindo uma qualidade consistente do produto.
2. Não é necessária amostragem: Como o sistema mede diretamente no processo, nenhuma amostragem manual é necessária. Isso minimiza o risco de contaminação e interrupções do processo.
3. Tecnologia robusta e de baixa manutenção: Liqui Sonic^®-dispositivos de medição são projetados para uso permanente em ambientes industriais. São resistentes a meios agressivos e altas temperaturas, resultando em maior vida útil e menores custos de manutenção.
4. Otimização de processos: Ao monitorar de perto a reação de polimerização, os usuários podem controlar o processo de forma mais precisa, resultando em maior rendimento e menores custos de produção.

O Liqui Sonic^® sistema pode, portanto, ser usado tanto na determinação de concentração de alta precisão quanto na detecção de fases e monitoramento de processos (cristalização). O monitoramento interno do valor limite sinaliza excessos e quedas abaixo do limite e envia informações em tempo real para o sistema de controle de processo.

Portanto, é possível um monitoramento rápido e preciso da polimerização, do grau de polimerização e da concentração de monômeros e macromoléculas. Esse monitoramento garante que a qualidade ideal do produto seja alcançada durante toda a polimerização da caprolactama em PA6.

O conhecimento preciso do processo de polimerização e da proporção de monômeros para macromoléculas é particularmente importante para minimizar perdas de produto e maximizar a eficiência do processo. Ao determinar com precisão a concentração de monômeros e macromoléculas ao longo do processo, o usuário pode garantir que o produto final atenda às especificações desejadas.

Liqui Sonic^® garante uma análise de alta precisão da concentração de caprolactama com registro permanente de dados. O sistema de medição também é usado com sucesso para separação de fases entre caprolactama e sulfato de amônio em segundos.

Construção de sensor da LiquiSonic^®

A construção robusta do sensor e a escolha de materiais especiais, como HC2000 ou PFA, garantem uma longa vida útil do processo do sistema. A SensoTech também oferece sensores com certificação ATEX, IECEx e FM apropriadas.

Através Liqui Sonic^® A concentração de caprolactama de retorno (monômero residual) é reduzida ao mínimo, otimizando assim a produtividade do sistema.

O Liqui Sonic^® Sensores de mergulho pode ser facilmente instalado nas linhas de entrada e transporte. Ao instalar o Liqui Sonic^® Sensores nenhum bypass é necessário e espaços mortos são evitados.

O Liqui Sonic^® Controladores 30 pode ser conectado a até 4 sensores. Isto torna possível monitorar vários pontos de medição ao mesmo tempo.

Faixas de medição típicas

Faixa de concentração de caprolactama: 70 a 100 m%
Faixa de temperatura: 80 a 130°C

Faixa de concentração de caprolactama: 0 a 10 m%
Faixa de temperatura: 20 a 70°C

Na entrada de mercadorias: Faixa de concentração de Oleum: 0 a 30 m%
Faixa de temperatura: 10 a 60°C

Noções básicas de polimerização

Definição de polimerização

A polimerização é um processo químico no qual monômeros (moléculas individuais) são combinados para formar uma macromolécula (polímero).

As determinações de conversão em reações químicas são geralmente e especialmente no caso de reações de polimerização uma grande necessidade em termos de rastreamento de processo, controle de processo e controle de processo.

Tal como a medição da concentração, a importância da monitorização da polimerização está a aumentar enormemente em todas as áreas da economia, especialmente nos dias de hoje. São possíveis efeitos económicos elevados, tais como poupanças de materiais e energia, bem como melhorias de qualidade.

Existem vários métodos de medição para medições de concentração e conversão, como medição de densidade, medição de índice de refração, medição de condutividade, medição de cor, turbidez e viscosidade, todos com seus limites de aplicação física e tecnológica.

A possibilidade de determinar concentrações medindo a velocidade do som é conhecida há muito tempo e tornou-se um método de medição padrão.

Princípios físicos de polimerização

A velocidade de propagação v do ultrassom em líquidos depende de sua densidade e compressibilidade adiabática através da seguinte relação:

v = velocidade do som
ρ = densidade
βad = compressibilidade adiabática

Um fator determinante para a velocidade do som é a compressibilidade. Isto significa que à medida que a velocidade do som aumenta, a densidade e a compressibilidade podem seguir direções opostas. Isto tem como consequência que, sob certas circunstâncias, podem ocorrer grandes diferenças na velocidade do som com pequenas ou pequenas diferenças na densidade. O caso oposto ocorre muito raramente.

A velocidade do som é determinada pela estrutura da substância, ou seja, por grupos de átomos e moléculas, isomerismos ou comprimentos de cadeia. Esta conexão oferece a possibilidade de caracterizar substâncias por meio de ultrassom.

A velocidade do som v de alguns monômeros e polímeros selecionados a 20 °C é mostrada na tabela abaixo.

A estrutura da macromolécula, criada pela polimerização de monômeros, afeta a velocidade do som, pois é determinada pelo arranjo de grupos atômicos e moleculares, isomerismos e comprimentos de cadeia.

Para sistemas monômero-polímero, é geralmente verdade que as diferenças na velocidade do som entre o monômero e o polímero são determinadas principalmente pelo comprimento da cadeia e pelo grau de ramificação e reticulação. A tabela já mostra claramente que as diferenças que ocorrem entre o monómero e o polímero e, portanto, entre o início e o fim da reacção de polimerização são por vezes muito grandes.

Métodos de medição em polimerização

Para determinar o grau de polimerização, vários métodos de medição são utilizados para monitorar o progresso e a qualidade do processo. Os métodos comuns incluem medições de viscosidade, medições de concentração, gravimetria e calorimetria.

Problemas com medição de viscosidade

Embora as medições de viscosidade sejam comuns, elas podem ser problemáticas. Em particular, eles são influenciados por flutuações de temperatura, taxas de cisalhamento e presença de impurezas, que podem alterar a viscosidade da mistura de polímeros e, assim, fornecer resultados de medição imprecisos. Além disso, a viscosidade é difícil de medir em pesos moleculares muito altos ou muito baixos.

A ocorrência de contaminação pode resultar em resultados de medição não confiáveis ​​e então requer um processo de limpeza intensivo, o que influencia negativamente a eficácia do processo.

Vantagens da medição de concentração

Em contraste com a medição de viscosidade, as medições de concentração são menos suscetíveis a fatores perturbadores. Eles oferecem uma medição direta da concentração de monômeros e não dependem das propriedades físicas dos polímeros. Isto leva a dados mais precisos e confiáveis ​​sobre o progresso da polimerização.

Processos

A polimerização pode ocorrer através de uma variedade de mecanismos de reação, com os monômeros reagindo para formar cadeias mais longas ou estruturas ramificadas, as macromoléculas. Dependendo do mecanismo de reação, as polimerizações são divididas em:

• Polimerização em solução
• Polimerização em emulsão
• Polimerização em suspensão
• Policondensação

Dependendo do número de copolímeros e dos aditivos que alteram o produto, a mudança na velocidade do som apresenta um curso característico. Normalmente, a velocidade do som de todos os componentes envolvidos é determinada dependendo da temperatura para compensar isso posteriormente. O curso da reação pode então ser derivado do curso da velocidade do som e a rotação do material pode ser calculada.

Na descrição a seguir, isso é explicado como um exemplo para a polimerização em emulsão de látex de estireno-butadieno. A determinação de parâmetros como concentração, grau de polimerização, etc. é realizada de forma análoga nos outros tipos de polimerização.

Polimerização em emulsão de látex de estireno-butadieno Para o sistema de reação

Polimerização em emulsão de butadieno-estireno, os componentes individuais e os látices foram examinados.

A figura a seguir mostra que a velocidade do som dos monômeros difere significativamente daquela dos polímeros.

A velocidade do som e a concentração estão diretamente relacionadas. Além disso, o grau de polimerização, que reflecte a proporção do polímero no monómero, correlaciona-se com a concentração. Portanto, é possível determinar a concentração e o grau de polimerização utilizando tecnologia de medição por ultrassom. A figura a seguir ilustra esta conexão durante a polimerização do butadieno-estireno.

No caso da polimerização em emulsão de butadieno e estireno, o grau de polimerização pode ser determinado com uma precisão de 0,1%.

Aplicativos

Com base na nossa experiência de mais de 20 anos, acumulamos muito conhecimento na área de polimerização, que foi adquirido através de aplicações nas instalações dos clientes e no centro técnico próprio da empresa. Esse conhecimento flui para novos projetos e os dados dos clientes são sempre tratados de forma confidencial.

Durante a polimerização, não apenas as macromoléculas, mas também os monômeros tornam-se o foco do monitoramento para garantir o curso exato da reação e a qualidade do produto.

A seguinte literatura secundária está disponível na SensoTech sobre diferentes processos de fabricação:

• Otimização da produção de poliamida
• Otimização da produção de poliuretano
• Produção de látex de estireno butadieno (SBR) com segurança e eficiência

As aplicações examinadas até agora incluem:

• Polimerização de caprolactama
• Látex de estireno butadieno
• Resina fenol-formaldeído
• Polimetilmetacrilato PMMA
• Acetato de polivinila PVA
• Cloreto de polivinila PVC
• Poliamida PA
• Cloreto de polivinilideno PVdC
• Resina epóxi
• Poliestireno PS
• PC em policarbonato
• Poliéster PE
• Polietileno
• Resina de formaldeído-ureia
• Elastano
• Aldol em acetaldeído
• Poliuretano PU
• Polissiloxano
• Borracha de isopreno IR
• Resina de metil silicone
• acrilato de silicone
• Metilsiliconicato de potássio
• resina de silicone
• Polímero polissulfeto
• Parafenileno tereftalamidas PPTA
• PESCOÇO dos estabilizadores claros da amina impedida
• Metacrilamida MAA
• composições personalizadas

O dispositivo de medição Liqui Sonic^® permite o monitoramento e controle de diferentes reações, principalmente em processos descontínuos. Dependendo do processo e do líquido do processo, as reações catalíticas e enzimáticas, bem como os processos de polimerização, cristalização e também de mistura podem ser otimizados e a qualidade do produto final pode ser garantida.

Para sistemas monômero-polímero, é geralmente verdade que as diferenças na velocidade do som entre o monômero e o polímero são determinadas principalmente pelo comprimento da cadeia e pelo grau de ramificação e reticulação.

A tabela mostra que as diferenças na velocidade do som entre o monômero e o polímero e, portanto, entre o início e o fim da reação de polimerização são muito grandes.

A velocidade do som e a concentração estão diretamente relacionadas. Além disso, o grau de polimerização, que reflecte o teor de polímero no monómero, correlaciona-se com a concentração. Por esta razão, a concentração e o grau de polimerização podem ser ajustados com o Liqui Sonic^® a tecnologia de medição pode ser determinada.

Exemplo de aplicação produção de caprolactama

Uma das poliamidas mais importantes do mundo é a PA6, conhecida como Perlon, que é produzida pela polimerização do monômero caprolactama (CPL). Devido à complexidade do processo de fabricação, está dividido em 4 áreas:

• Síntese de caprolactama bruta
• Separação e cristalização de sulfato de amônio
• Purificação e preparação da caprolactama crua
• Polimerização para PA6

Ao produzir caprolactama, ciclohexanona, hidroxilamina e H₂ENTÃO₄ o material base cilohexanona oxima é produzido. Ao adicionar óleo e amônia, é produzida caprolactama bruta, que é separada da fase de sulfato de amônio. O monômero caprolactama é então purificado e concentrado por extração e cristalização. Após a polimerização, o polímero é finalmente separado do monômero residual e purificado.