聚合

聚合是一个化学过程，其中较小的分子，称为单体，结合成较大的分子，即聚合物。这个过程是制造许多塑料和其他材料的基础。聚合的一个关键方面是聚合度，它指示在一个聚合物分子中有多少个单体单元相互连接。聚合度显著影响所得聚合物的物理性质，如强度、柔韧性和耐温性。

液体声波^® 是一种在线分析系统，可以直接在过程中不延迟地测量聚合中的浓度。该设备基于对绝对声速和过程温度的高精度测量，从而允许跟踪过程和复杂反应。

传感器的设计 液体声波^® 测量设备 使设备易于清洁，从而无需通过繁琐的清洁工作中断过程，并可尽可能高效地运行。

在聚合领域提供 液体声波^® 用户众多优势：

1. 实时监控： 该技术允许实时连续监测聚合过程。这使得可以立即识别和响应变化，从而确保产品质量的一致性。
2. 无需取样： 由于系统直接在过程中测量，因此无需手动取样。这将污染和过程中断的风险降至最低。
3. 坚固且低维护的技术： 液体声波^®测量设备 设计用于工业环境中的长期使用。它们能够抵抗腐蚀性介质和高温，这导致更长的使用寿命和更低的维护成本。
4. 过程优化： 通过精确监控聚合反应，用户可以更精细地控制过程，从而提高产量并降低生产成本。

该 液体声波^® 系统 因此可以用于高精度浓度测定、相检测和过程监控（结晶）。内部限值监控会发出超出和低于限值的信号，并将实时信息发送到过程控制系统。

因此，可以快速准确地监控聚合、聚合度和单体及大分子的浓度。这种监控确保在己内酰胺到PA6的整个聚合过程中达到最佳产品质量。

准确了解聚合过程和单体与大分子之间的比例对于最大限度地减少产品损失和提高过程效率尤为重要。通过在整个过程中精确测定单体和大分子的浓度，用户可以确保最终产品符合所需规格。

液体声波^® 确保己内酰胺浓度的高精度分析，并进行永久数据记录。该测量系统还成功应用于己内酰胺和硫酸铵之间的快速相分离。

LiquiSonic的传感器结构^®

坚固的传感器结构和特殊材料的选择，如HC2000或PFA，确保系统的长时间运行。此外，SensoTech提供具有相应ATEX、IECEx和FM认证的传感器。

通过 液体声波^® 将回收己内酰胺（剩余单体）的浓度降至最低，从而优化装置生产率。

该 液体声波^® 浸入式传感器 可以很容易地安装在进料和输送管道中。在安装 液体声波^® 传感器 时，不需要旁路，并且避免了死区。

该 液体声波^® 控制器30 可以连接多达4个传感器，因此可以同时监控多个测量点。

典型测量范围

己内酰胺浓度范围：70到100 m%
温度范围：80到130°C

己内酰胺浓度范围：0到10 m%
温度范围：20到70°C

在货物接收中：发烟硫酸浓度范围：0到30 m%
温度范围：10到60°C

聚合的基础

聚合的定义

聚合是一种化学过程，其中单体（单分子）结合成大分子（聚合物）。

在化学反应中，特别是在聚合反应中，转化率的确定对于过程跟踪、过程控制和过程管理具有高度必要性。

正如浓度测量一样，聚合监测在当前时代的所有经济领域中的重要性正显著提高。高经济效益，例如材料和能源节约以及质量改进，是可能的。

对于浓度和转化率测量，存在一系列测量方法，如密度测量、折射率测量、电导率测量、颜色、浊度和粘度测量，这些方法都有其物理和技术应用的限制。

通过测量声速来确定浓度的可能性早已为人所知，并已成为标准测量方法。

聚合的物理基础

液体中超声波的传播速度 v 取决于其密度和绝热压缩性，关系如下：

v = 声速
ρ = 密度
βad = 绝热压缩性

声速的决定性因素是压缩性。这导致当声速增加时，密度和压缩性可能相反。这意味着在密度差异很小或很小时，可能会出现大的声速差异。反之则很少发生。

声速由物质的结构决定，即由原子和分子团、异构体或链长决定。这种关系提供了利用超声波表征物质的可能性。

一些选定的单体和聚合物在 20°C 下的声速 v 如下表所示。

通过单体聚合生成的高分子结构影响声速，因为它由原子和分子团的排列、异构体和链长决定。

对于单体-聚合物系统，单体和聚合物之间的声速差异主要由链长和分支及交联程度决定。表格已经清楚地表明，单体和聚合物之间的差异，以及因此在聚合反应开始和结束之间的差异，有时是非常大的。

聚合中的测量方法

为确定聚合度，使用各种测量方法来监控过程的进展和质量。常用的方法包括粘度测量、浓度测量、重量分析以及量热法。

粘度测量的问题

虽然粘度测量很常见，但可能会出现问题。尤其是，它们受温度波动、剪切速率和杂质存在的影响，这会改变聚合物混合物的粘度，从而导致测量结果不准确。此外，在非常高或非常低的分子量下，粘度难以测量。

杂质的出现可能导致不可靠的测量结果，并需要进行强烈的清洁过程，这会对过程的有效性产生负面影响。

浓度测量的优点

与粘度测量相比，浓度测量不易受干扰因素的影响。它们提供了单体浓度的直接测量，并且不依赖于聚合物的物理特性。这导致了关于聚合进展的更准确和可靠的数据。

过程

聚合可以通过各种反应机制进行，其中单体反应形成较长的链或分支结构，即大分子。根据反应机制，聚合可分为：

• 溶液聚合
• 乳液聚合
• 悬浮聚合
• 缩聚

根据共聚物的数量和产品改性添加剂，声速变化显示出特征曲线。通常，所有参与组分的声速根据温度确定，以便以后进行补偿。通过声速的时间变化，可以推导出反应过程并计算物质转换。

在以下描述中，这对于苯乙烯-丁二烯乳胶的乳液聚合是一个示例。参数的确定，如浓度、聚合度等，在其他聚合类型中类似。

苯乙烯-丁二烯乳胶的乳液聚合用于反应系统

丁二烯-苯乙烯乳液聚合研究了单个组分和乳胶。

在下图中可以看出，单体的声速与聚合物的声速明显不同。

声速与浓度直接相关。此外，聚合度（表示单体中聚合物的比例）与浓度相关。因此，可以通过超声波测量技术确定浓度和聚合度。下图说明了丁二烯-苯乙烯聚合中的这种关系。

在丁二烯和苯乙烯的乳液聚合情况下，可以以0.1%的精度确定聚合度。

应用

基于我们20多年的经验，在聚合领域积累了大量知识，这些知识通过客户应用和公司内部技术中心获得。这些知识被用于新项目，客户数据始终保密处理。

在聚合过程中，不仅大分子而且单体也成为监测的重点，以确保反应的精确过程和产品质量。

对于不同的生产过程，以下二级文献可在SensoTech获得：

• 聚酰胺生产的优化
• 聚氨酯生产的优化
• 苯乙烯-丁二烯乳胶（SBR）生产安全高效

迄今为止研究的应用包括：

• 己内酰胺聚合
• 苯乙烯-丁二烯乳胶
• 酚醛树脂
• 聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA
• 聚乙酸乙烯酯 PVA
• 聚氯乙烯 PVC
• 聚酰胺 PA
• 聚偏二氯乙烯 PVdC
• 环氧树脂
• 聚苯乙烯 PS
• 聚碳酸酯 PC
• 聚酯 PE
• 聚乙烯
• 甲醛-尿素树脂
• 氨纶
• 醛醇在乙醛中
• 聚氨酯 PU
• 聚硅氧烷
• 异戊二烯橡胶 IR
• 甲基硅树脂
• 硅丙烯酸酯
• 甲基硅酸钾盐
• 硅树脂
• 聚硫化物聚合物
• 对苯二甲酰胺 PPTA
• 受阻胺光稳定剂 HALS
• 甲基丙烯酰胺 MAA
• 定制组合

测量仪器 液体声波^® 允许监测和控制不同的反应，特别是在批处理过程中。根据工艺和工艺液体，可以优化催化和酶反应以及聚合、结晶和混合过程，并确保成品质量。

对于单体-聚合物系统，通常认为单体和聚合物之间的声速差异主要由链长和分支及交联程度决定。

该表显示，单体和聚合物之间的声速差异以及聚合反应开始和结束之间的差异非常大。

声速和浓度直接相关。此外，聚合度，即单体中聚合物的比例，与浓度相关。因此，可以通过 液体声波^® 测量技术确定。

己内酰胺生产应用实例

世界上最重要的聚酰胺之一是被称为Perlon的PA6，它通过单体己内酰胺（CPL）的聚合制成。由于生产过程的复杂性，该过程被分为四个部分：

• 粗己内酰胺的合成
• 硫酸铵的分离和结晶
• 粗己内酰胺的净化和处理
• 聚合成PA6

在己内酰胺生产中，首先由环己酮、羟胺和H₂销售订单₄ 基础材料环己酮肟的生产。通过添加发烟硫酸和氨生成粗己内酰胺，并从硫酸铵相中分离出来。随后，通过萃取和结晶对己内酰胺单体进行净化和浓缩。聚合后，最终将聚合物与剩余单体分离并净化。