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。这个过程是许多塑料和其他材料制造的基础。聚合的一个关键方面是聚合度，它指示一个聚合物分子中有多少单体单元相互连接。聚合度对所得聚合物的物理性质，如强度、柔韧性和耐温性。

LiquiSonic^® 是一种在线分析系统，可以直接在过程中实时测量聚合中的浓度。该设备基于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 LiquiSonic^® 测量设备 允许设备的简单清洁，从而避免因复杂的清洁工作中断过程，使其尽可能高效地运行。

在聚合领域提供 LiquiSonic^® 用户众多的优势：

1. 实时监控： 该技术可以实时连续监控聚合过程。这使得能够立即识别变化并作出反应，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。这最大限度地减少了污染和过程中断的风险。
3. 坚固且低维护的技术： LiquiSonic^®测量设备 为在工业环境中的长期使用而设计。它们能够抵抗腐蚀性介质和高温，从而延长使用寿命并降低维护成本。
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 LiquiSonic^® 系统 因此可用于高精度浓度测定、相检测和过程监控（结晶）。内部限值监测信号超过和低于限制，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、聚合度以及单体和大分子的浓度。该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。

详细了解聚合过程及单体与高分子之间的关系，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确定单体和高分子的浓度，用户可以确保最终产品符合所需规格。

LiquiSonic^® 确保高精度的己内酰胺浓度分析，并进行永久数据记录。该测量系统还成功用于己内酰胺和硫酸铵之间的秒级相分离。

LiquiSonic的传感器结构^®

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

通过 LiquiSonic^® 将残余己内酰胺（残留单体）的浓度降至最低，从而优化设备生产率。

这些 LiquiSonic^® 浸入式传感器 可以轻松安装在进料和输送管道中。在安装 LiquiSonic^® 传感器 时，不需要旁路，避免了死区。

该 LiquiSonic^® 控制器30 可以连接多达4个传感器。这样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至100 m%
温度范围：80至130 °C

己内酰胺浓度范围：0至10 m%
温度范围：20至70 °C

在收货时：发烟硫酸浓度范围：0至30 m%
温度范围：10至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（单个分子）结合成一个大分子（聚合物）。

化学反应中的转化规定通常具有高度的必要性，特别是在聚合反应中，以进行过程跟踪、过程控制和过程管理。

正如浓度测量一样，目前在经济的各个领域中，聚合监测的重要性正在显著增加。高经济效益，例如材料和能源节约以及质量改进是可能的。

对于浓度和转换率测量，存在一系列测量方法，例如密度测量、折射率测量、电导率测量、颜色、浊度和粘度的测量，这些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

声速的决定因素是压缩性。这意味着在声速增加时，密度和压缩性可能相反。这可能导致在密度差异很小的情况下出现大的声速差异。反过来的情况很少发生。

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。这个关系提供了通过超声波表征物质的可能性。

某些选定的单体和聚合物在 20 °C 下的声速 v 如下表所示。

由单体聚合产生的大分子结构会影响声速，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，一般来说，单体与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。表格已经清楚地显示了单体与聚合物之间以及聚合反应开始和结束之间的差异在某些情况下非常大。

聚合中的测量方法

为了确定聚合度，使用了各种测量方法来监控过程的进展和质量。常见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

尽管粘度测量很普遍，但可能会有问题。特别是，它们受到温度波动、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，对于非常高或非常低的分子量，粘度很难测量。

杂质的出现可能导致不可靠的测量结果，从而需要进行强烈的清洗过程，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，浓度测量不太容易受到干扰因素的影响。它们提供直接的单体浓度测量，不依赖于聚合物的物理特性。这导致了有关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，其中单体反应生成更长的链或分支结构，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变添加剂，声速的变化显示出特征性趋势。通常，所有参与成分的声速根据温度确定，以便随后进行补偿。然后，可以从声速的时间变化得出反应过程并计算物质转换。

在以下描述中，这对于苯乙烯-丁二烯乳液聚合进行了示例说明。参数的确定如浓度、聚合度等在其他聚合类型中也是类似的。

苯乙烯-丁二烯乳液聚合 适用于反应系统

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，即聚合物在单体中的比例，与浓度相关。因此，可以通过超声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。

在丁二烯和苯乙烯乳液聚合的情况下，聚合度可以以0.1%的精度确定。

应用

基于我们超过20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。这些知识被应用于新项目中，同时客户数据始终保密处理。

在聚合过程中，不仅大分子，而且单体也成为监控的焦点，以确保反应的精确过程和产品质量。

针对不同的生产过程，SensoTech 提供以下二手文献：

• 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

到目前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
• 异戊橡胶 IR
• 甲基硅树脂
• 硅丙烯酸酯
• 甲基硅酸钾
• 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 LiquiSonic^® 可监测和控制不同反应，特别是在批处理过程中。根据工艺和工艺液体，可以优化催化和酶促反应以及聚合、结晶和混合过程，并确保最终产品的质量。

对于单体-聚合物系统，声速差异主要由链长和分支与交联程度决定。

表格显示，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，表示单体中聚合物含量的聚合度与浓度相关。因此，可以通过 LiquiSonic^® 测量技术确定。

己内酰胺生产应用示例

全球最重要的聚酰胺之一是被称为尼龙的 PA6，它是通过己内酰胺 (CPL) 单体的聚合制成的。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，首先从环己酮、羟胺和 H₂所以₄ 制造基本化学品环己酮肟。通过添加发烟硫酸和氨水生成粗己内酰胺，并与硫酸铵相分离。随后，通过萃取和结晶对单体己内酰胺进行纯化和浓缩。聚合后，聚合物最终会与剩余单体分离并纯化。