Полимеризация

Полимеризация — это химический процесс, в котором более мелкие молекулы, называемые мономерами, объединяются с образованием более крупных молекул, называемых полимерами. Этот процесс имеет основополагающее значение для производства многих пластмасс и других материалов. Ключевым аспектом полимеризации является степень полимеризации, которая указывает, сколько мономерных звеньев связано вместе в молекуле полимера. Степень полимеризации критически влияет на физические свойства получаемого полимера, такие как прочность, гибкость и термостойкость.

ЛиквиСоник^® представляет собой поточную систему анализа, которая измеряет концентрацию в процессе полимеризации непосредственно в процессе без каких-либо задержек. Прибор основан на высокоточном измерении абсолютной скорости звука и температуры процесса и, таким образом, позволяет отслеживать процессы и сложные реакции.

Конструкция датчика ЛиквиСоник^® Измерительные приборы обеспечивает несложную очистку устройств, а это означает, что процесс не должен прерываться на сложные работы по очистке и может выполняться максимально эффективно.

В области полимеризации предлагает ЛиквиСоник^® многочисленные преимущества для пользователя:

1. Мониторинг в реальном времени: Технология позволяет осуществлять непрерывный мониторинг процесса полимеризации в режиме реального времени. Это позволяет распознавать изменения и немедленно реагировать на них, обеспечивая стабильное качество продукции.
2. Отбор проб не требуется: Поскольку система производит измерения непосредственно в процессе, отбор проб вручную не требуется. Это сводит к минимуму риск загрязнения и остановки процесса.
3. Надежная и не требующая особого обслуживания технология: ЛиквиСоник^®-измерительные приборы предназначены для постоянного использования в промышленных условиях. Они устойчивы к агрессивным средам и высоким температурам, что приводит к увеличению срока службы и снижению затрат на техническое обслуживание.
4. Оптимизация процессов: Тщательно контролируя реакцию полимеризации, пользователи могут более точно контролировать процесс, что приводит к более высокому выходу и снижению производственных затрат.

ЛиквиСоник^® система поэтому его можно использовать как для высокоточного определения концентрации, так и для определения фаз и мониторинга процесса (кристаллизации). Внутренний контроль предельного значения сигнализирует о превышении и падении предельного значения и отправляет информацию в режиме реального времени в систему управления процессом.

Таким образом, возможен быстрый и точный мониторинг полимеризации, степени полимеризации и концентрации мономеров и макромолекул. Такой контроль обеспечивает достижение оптимального качества продукта на протяжении всего процесса полимеризации капролактама до ПА6.

Точное знание процесса полимеризации и соотношения мономеров и макромолекул особенно важно для минимизации потерь продукта и максимизации эффективности процесса. Точно определяя концентрацию мономеров и макромолекул на протяжении всего процесса, пользователь может гарантировать, что конечный продукт будет соответствовать желаемым характеристикам.

ЛиквиСоник^® обеспечивает высокоточный анализ концентрации капролактама с постоянной записью данных. Измерительная система также успешно используется для разделения фаз капролактама и сульфата аммония за считанные секунды.

Конструкция датчика от LiquiSonic^®

Прочная конструкция датчика и выбор специальных материалов, таких как HC2000 или PFA, обеспечивают длительный срок службы системы. SensoTech также предлагает датчики с соответствующими сертификатами ATEX, IECEx и FM.

Через ЛиквиСоник^® Концентрация возвратного капролактама (остаточного мономера) снижается до минимума, что оптимизирует производительность системы.

ЛиквиСоник^® Датчики для дайвинга легко устанавливается на входных и транспортных линиях. При установке ЛиквиСоник^® Датчики обходной канал не требуется, и мертвые зоны исключены.

ЛиквиСоник^® Контроллеры 30 можно подключить до 4 датчиков. Это позволяет контролировать несколько точек измерения одновременно.

Типичные диапазоны измерения

Диапазон концентрации капролактама: от 70 до 100 м%
Диапазон температур: от 80 до 130°C.

Диапазон концентрации капролактама: от 0 до 10 м%
Диапазон температур: от 20 до 70°C.

При поступлении товара: Диапазон концентрации олеума: от 0 до 30 м%
Диапазон температур: от 10 до 60°C

Основы полимеризации

Определение полимеризации

Полимеризация – это химический процесс, при котором мономеры (отдельные молекулы) соединяются с образованием макромолекулы (полимера).

Определение конверсии в химических реакциях обычно и особенно в случае реакций полимеризации является крайне необходимым с точки зрения отслеживания процесса, контроля процесса и управления процессом.

Так же, как и измерение концентрации, важность мониторинга полимеризации чрезвычайно возрастает во всех областях экономики, особенно в настоящее время. Возможны высокие экономические эффекты, такие как экономия материалов и энергии, а также улучшение качества.

Существует ряд методов измерения концентрации и конверсии, таких как измерение плотности, измерение показателя преломления, измерение проводимости, измерение цвета, мутности и вязкости, каждый из которых имеет свои физические и технологические пределы применения.

Возможность определения концентрации путем измерения скорости звука известна давно и утвердилась в качестве стандартного метода измерений.

Физические принципы полимеризации

Скорость распространения ультразвука v в жидкостях зависит от их плотности и адиабатической сжимаемости следующим соотношением:

v = скорость звука
ρ = плотность
βad = адиабатическая сжимаемость

Определяющим фактором скорости звука является сжимаемость. Это означает, что по мере увеличения скорости звука плотность и сжимаемость могут двигаться в противоположных направлениях. Это приводит к тому, что при определенных обстоятельствах большие различия в скорости звука могут возникать при небольших или малых различиях в плотности. Обратный случай встречается очень редко.

Скорость звука определяется строением вещества, т. е. группами атомов и молекул, изомериями или длинами цепей. Это соединение дает возможность характеризовать вещества с помощью ультразвука.

Скорость звука v некоторых выбранных мономеров и полимеров при 20 ° C показана в таблице ниже.

Структура макромолекулы, созданная в результате полимеризации мономеров, влияет на скорость звука, поскольку она определяется расположением атомных и молекулярных групп, изомерией и длиной цепи.

Для систем мономер-полимер обычно верно, что различия в скорости звука между мономером и полимером в первую очередь определяются длиной цепи и степенью разветвления и сшивки. Уже из таблицы ясно видно, что различия, возникающие между мономером и полимером и, следовательно, между началом и окончанием реакции полимеризации, иногда очень велики.

Методы измерения при полимеризации

Для определения степени полимеризации применяют различные методы измерения, позволяющие контролировать ход и качество процесса. Общие методы включают измерения вязкости, измерения концентрации, гравиметрию и калориметрию.

Проблемы с измерением вязкости

Хотя измерения вязкости являются обычным явлением, они могут быть проблематичными. В частности, на них влияют колебания температуры, скорости сдвига и наличие примесей, которые могут изменить вязкость полимерной смеси и тем самым привести к неточным результатам измерений. Кроме того, вязкость трудно измерить при очень высоких или очень низких молекулярных массах.

Возникновение загрязнения может привести к ненадежным результатам измерений, а затем потребует интенсивного процесса очистки, что отрицательно влияет на эффективность процесса.

Преимущества измерения концентрации

В отличие от измерения вязкости, измерения концентрации менее подвержены разрушительным факторам. Они обеспечивают прямое измерение концентрации мономеров и не зависят от физических свойств полимеров. Это приводит к получению более точных и достоверных данных о ходе полимеризации.

Процессы

Полимеризация может происходить по различным механизмам реакции, при этом мономеры реагируют с образованием более длинных цепей или разветвленных структур — макромолекул. В зависимости от механизма реакции полимеризации делятся на:

• Полимеризация в растворе
• Эмульсионная полимеризация
• Суспензионная полимеризация
• Поликонденсация

В зависимости от количества сополимеров и добавок, изменяющих продукт, изменение скорости звука имеет характерный характер. Обычно скорость звука всех задействованных компонентов определяется в зависимости от температуры, чтобы потом компенсировать это. Затем ход реакции можно определить по динамике скорости звука и рассчитать круговорот материала.

В последующем описании это поясняется на примере эмульсионной полимеризации бутадиен-стирольного латекса. Определение таких параметров, как концентрация, степень полимеризации и т. д., проводится аналогично при других видах полимеризации.

Эмульсионная полимеризация бутадиен-стирольного латекса Для реакционной системы

Исследована эмульсионная полимеризация бутадиен-стирола, отдельные компоненты и латексы.

На следующем рисунке видно, что скорость звука мономеров существенно отличается от скорости звука полимеров.

Скорость звука и концентрация напрямую связаны. Кроме того, степень полимеризации, отражающая долю полимера в мономере, коррелирует с концентрацией. Поэтому можно определить концентрацию и степень полимеризации с помощью технологии ультразвукового измерения. Следующий рисунок иллюстрирует это соединение при полимеризации бутадиен-стирола.

В случае эмульсионной полимеризации бутадиена и стирола степень полимеризации можно определить с точностью до 0,1%.

Приложения

Основываясь на нашем более чем 20-летнем опыте, мы накопили много знаний в области полимеризации, которые были приобретены посредством применения на площадках клиентов и в собственном техническом центре компании. Эти знания перетекают в новые проекты, а данные клиентов всегда обрабатываются конфиденциально.

В ходе полимеризации в центре внимания становятся не только макромолекулы, но и мономеры, чтобы обеспечить точный ход реакции и качество продукта.

В SensoTech можно получить следующую дополнительную литературу по различным производственным процессам:

• Оптимизация производства полиамида
• Оптимизация производства полиуретана
• Производство бутадиен-стирольного латекса (SBR) безопасно и эффективно

На данный момент рассмотрены следующие приложения:

• Полимеризация капролактама
• Бутадиен-стирольный латекс
• Фенолформальдегидная смола
• Полиметилметакрилат ПММА
• Поливинилацетат ПВА
• Поливинилхлорид ПВХ
• Полиамид ПА
• Поливинилиденхлорид ПВДХ
• Эпоксидная смола
• Полистирол ПС
• Поликарбонат ПК
• Полиэстер ПЭ
• полиэтилен
• Формальдегидно-карбамидная смола
• Эластан
• Альдол в ацетальдегиде
• Полиуретановый ПУ
• Полисилоксан
• Изопреновый каучук IR
• Метилсиликоновая смола
• силикон-акрилат
• Калия метилсиликонат
• силиконовая смола
• Полисульфидный полимер
• Парафенилентерефталамиды ППТА
• Светостабилизаторы на основе затрудненных аминов ШЕЯ
• Метакриламид МАА
• индивидуальные композиции

Измерительное устройство ЛиквиСоник^® позволяет отслеживать и контролировать различные реакции, особенно в периодических процессах. В зависимости от процесса и технологической жидкости можно оптимизировать каталитические и ферментативные реакции, а также процессы полимеризации, кристаллизации, а также смешивания и гарантировать качество конечного продукта.

Для систем мономер-полимер обычно верно, что различия в скорости звука между мономером и полимером в первую очередь определяются длиной цепи и степенью разветвления и сшивки.

Из таблицы видно, что различия в скорости звука между мономером и полимером и, следовательно, между началом и окончанием реакции полимеризации очень велики.

Скорость звука и концентрация напрямую связаны. Кроме того, степень полимеризации, отражающая содержание полимера в мономере, коррелирует с концентрацией. По этой причине концентрацию и степень полимеризации можно регулировать с помощью ЛиквиСоник^® Технология измерения может быть определена.

Пример применения производства капролактама

Одним из наиболее важных полиамидов в мире является PA6, известный как перлон, который производится полимеризацией мономера капролактама (CPL). Из-за сложности производственного процесса его разделяют на 4 направления:

• Синтез сырого капролактама
• Выделение и кристаллизация сульфата аммония
• Очистка и подготовка сырого капролактама
• Полимеризация до PA6

При производстве капролактама, циклогексанона, гидроксиламина и H₂ТАК₄ получают базовый материал — оксим циклогексанон. Путем добавления олеума и аммиака получают сырой капролактам, который отделяют от фазы сульфата аммония. Мономер капролактам затем очищают и концентрируют путем экстракции и кристаллизации. После полимеризации полимер окончательно отделяют от остаточного мономера и очищают.