Polistirenaialah polimer yang digunakan secara meluas dengan pelbagai bidang aplikasi, seperti bahan pembungkusan, bahan elektronik, bahan binaan, dan sebagainya. Sepanjang setengah abad yang lalu, pelbagai kaedah telah dibangunkan untuk mensintesis Polistirena, dan artikel ini akan menumpukan pada memperkenalkan beberapa kaedah ini. Sintesis Polistirena biasanya menggunakan kaedah seperti pempolimeran radikal bebas, pempolimeran kationik, pertukaran ion, dll. Berikut ialah kaedah sintesis untuk Polistirena:
1. Kaedah pempolimeran radikal bebas:
Kaedah pempolimeran radikal bebas polistirena adalah salah satu kaedah sintesis yang paling banyak digunakan. Prinsip kaedah ini adalah menggunakan penambahan pemula radikal bebas seperti hidrogen peroksida dalam larutan untuk menghasilkan tindak balas radikal bebas monomer stirena, dan kemudian radikal bebas secara berterusan berpolimer, akhirnya membentuk polimer yang dipanggil Polistirena. Semasa proses ini, adalah perlu untuk melarutkan monomer stirena dalam pelarut yang sesuai dan mengawal suhu dan masa tindak balas untuk mencapai kesan pempolimeran yang diingini. Ia adalah salah satu kaedah pengeluaran utamanya. Kaedah ini termasuk langkah-langkah berikut.
1.1. Penyediaan bahan mentah:
Pertama, adalah perlu untuk menyediakan bahan mentah yang diperlukan untuk pengeluaran polistirena. Untuk pempolimeran radikal bebas, stirena biasanya digunakan sebagai monomer, dan benzoil peroksida (BPO) digunakan sebagai pemula radikal bebas. Kualiti BPO berkisar antara 2 peratus hingga 3 peratus .
1.2. Penyediaan tangki tindak balas:
Tindak balas pempolimeran memerlukan penggunaan tangki tindak balas, dan apabila menyediakan tangki tindak balas, adalah perlu untuk mempertimbangkan kuantiti bahan tindak balas dan kapasiti tangki tindak balas. Tangki tindak balas biasanya diperbuat daripada bahan seperti keluli tahan karat, plastik bertetulang gentian kaca (GRP), atau polietilena untuk menahan tindak balas kimia dan keadaan tekanan tinggi.
1.3. Prarawatan tangki tindak balas:
Tangki tindak balas perlu menjalani pra-rawatan untuk memastikan tiada habuk atau kekotoran di dalam tangki, dan ia boleh menahan tekanan tinggi parameter proses. Jalur pemanasan terletak kira-kira 15 peratus dari bahagian bawah tangki, yang boleh dipanaskan secara elektrik. Bahagian bawah pengacau hendaklah selari dengan bahagian bawah tangki tindak balas untuk mengekalkan suhu seragam dan keadaan kacau.
1.4. suapan bahan tindak balas:
Stirena dan BPO dimasukkan ke dalam tangki tindak balas mengikut bajet dan perlu ditambah secara kuantitatif. Pada masa yang sama, pelarut tindak balas perlu ditambah pada tangki tindak balas - untuk meningkatkan kecairan tindak balas, mengurangkan kelikatan, dan mengelakkan percikan. Pelarut tindak balas yang biasa digunakan termasuk etana, toluena, atau diklorometana.
1.5. Proses tindak balas:
Tutup tangki tindak balas dan panaskan pada suhu tertentu, biasanya antara 120 dan 150 darjah Celsius, untuk memulakan tindak balas. Semasa proses tindak balas, BPO mencetuskan pempolimeran radikal bebas, yang boleh mengalami pertumbuhan rantai dan membentuk molekul polimer. Tindak balas berlangsung daripada pepejal kepada cecair subkritikal dan kemudian kepada polimer likat.
1.6. Akhir tindak balas:
Apabila tindak balas mencapai tahap tertentu, ia perlu ditamatkan. Secara umumnya, pada penghujung tindak balas, tangki tindak balas perlu disejukkan untuk menukar polimer daripada pes kepada blok pepejal, dan kemudian keluarkan blok polistirena putih dari tangki tindak balas.
1.7. Mengendalikan produk:
Blok polistirena yang diperolehi perlu diproses dan dibuat, biasanya dengan mengisar blok polimer menjadi zarah, memilih morfologi zarah yang sesuai, mengekstrak kekotoran seperti monomer yang tidak bertindak balas dan minyak pelincir, dan mengembangkan badan untuk mendapatkan plastik polistirena yang tersedia secara komersial.
Ringkasnya, pempolimeran radikal bebas polistirena digunakan secara meluas dalam industri, dan adalah perlu untuk memberi perhatian kepada keadaan operasi seperti suhu tindak balas dan pemakanan yang tepat untuk memastikan pengeluaran produk polimer berkualiti tinggi.
2. Kaedah pempolimeran kationik:
Pempolimeran kationik adalah satu lagi kaedah yang biasa digunakan untuk mensintesis Polistirena. Sebab mengapa kaedah ini dipanggil pempolimeran kationik ialah ia menggunakan sebatian ionik bercas positif sebagai mangkin untuk mempolimerkan stirena. Kelebihan kaedah ini ialah polimer tersintesis mempunyai berat molekul seragam dan taburan berat molekul sempit, jadi ia sering digunakan untuk menyediakan polimer termendak dengan berat molekul tinggi dan taburan berat molekul sempit. Ia pertama kali disediakan melalui pempolimeran radikal bebas. Dengan peningkatan permintaan untuk prestasi polimer, pempolimeran kationik secara beransur-ansur menjadi kaedah yang biasa digunakan untuk menyediakan Polistirena. Pempolimeran kationik ialah kaedah yang boleh dikawal dan cekap untuk menyediakan polimer Polistirena berkualiti tinggi. Semasa proses penyediaan, adalah perlu untuk mengawal parameter seperti keadaan tindak balas dan kadar penambahan monomer untuk memastikan kualiti produk.
Berikut adalah langkah terperinci untuk menyediakan Polistirena melalui kaedah pempolimeran kationik.
(1) Penyediaan komposisi sistem tindak balas:
Sistem tindak balas untuk menyediakan Polistirena biasanya terdiri daripada tiga komponen: monomer, inisiator, dan agen larutan. Monomer biasanya stirena, pemula boleh ammonium sulfat (NH4HSO4) atau ammonium persulfate ((NH4) 2S2O8), dan pelarut boleh menjadi air atau pelarut organik (seperti toluena atau xilena). Untuk memastikan pencampuran seragam sistem tindak balas, biasanya perlu mencampurkan komponen ini secara sama rata sebelum tindak balas.
(2) Prarawatan sistem tindak balas:
Sebelum tindak balas lanjut, adalah perlu untuk pra-merawat sistem tindak balas. Pertama, reaktor dan penyejat berputar hendaklah dibersihkan dengan teliti untuk mengelakkan kehadiran sebarang kekotoran. Kedua, sistem tindak balas perlu disiram dengan nitrogen untuk mengeluarkan oksigen, untuk mengelakkan oksigen daripada mengganggu aktiviti pemula.
(3) Penambahan pemula:
Setelah sistem tindak balas sedia, pemula boleh ditambah. Untuk ammonium sulfat, biasanya perlu melarutkannya dalam air terlebih dahulu dan kemudian menambahnya ke sistem tindak balas. Untuk ammonium persulfate, ia biasanya diuraikan menjadi ion persulfat dan ion ammonium, dan kemudian ditambah kepada sistem tindak balas.
(4) Penambahan monomer:
Apabila pemula sudah ada dalam sistem tindak balas, penambahan monomer boleh bermula. Kelajuan penambahan monomer hendaklah sangat perlahan, biasanya pada selang 2-3 jam. Jika monomer ditambah terlalu cepat, ia akan membawa kepada tindak balas pempolimeran yang tidak terkawal dan akhirnya membawa kepada pempolimeran produk yang berlebihan, yang boleh menjejaskan sifat produk.
(5) Kemajuan dan kawalan tindak balas:
Semasa tindak balas pempolimeran, biasanya perlu mengawal parameter seperti suhu tindak balas, tempoh, dan kadar penambahan monomer untuk memastikan kualiti produk. Apabila ammonium sulfat digunakan sebagai pemula, suhu tindak balas biasanya berkisar antara 80 hingga 100 darjah C dan masa boleh bertahan selama beberapa jam. Apabila ammonium persulfate digunakan sebagai pemula, suhu biasanya meningkat kepada antara 110-130 darjah C.
(6) Pengasingan, penulenan, dan ujian produk:
Selepas tindak balas selesai, pelarut dalam larutan boleh dikeluarkan menggunakan penyejat berputar untuk mendapatkan Polistirena yang boleh dirawat. Akhir sekali, produk boleh ditulenkan melalui langkah-langkah seperti rawatan asid dan penapisan karbon teraktif. Produk yang diasingkan dan ditulenkan boleh menjalani ujian fizikal dan kimia untuk menentukan kualiti dan sifat strukturnya.
3. Kaedah pertukaran ion:
Kaedah pertukaran ion adalah satu lagi kaedah yang biasa digunakan untuk mensintesis Polistirena. Dalam kaedah pertukaran ion, polimer dengan kumpulan berfungsi anionik digunakan untuk menukar kation untuk membentuk Polistirena. Kaedah pertukaran ion ialah kaedah yang cepat, cekap dan kos efektif untuk mensintesis Polistirena, yang telah mendapat perhatian dan penggunaan yang meluas.
Kaedah pertukaran ion polistirena ialah teknik pertukaran ion yang biasa digunakan untuk mengeluarkan atau memperkaya ion tertentu daripada larutan. Kaedah ini mencapai pemisahan dan penulenan dengan menjerap ion daripada turasan melalui tapak pertukaran ion dalam polimer. Dalam artikel ini, kami akan memberikan pengenalan terperinci kepada prinsip, langkah pelaksanaan, dan beberapa kaedah aplikasi kaedah pertukaran ion polistirena.
Prinsip:
Kaedah pertukaran ion polistirena adalah berdasarkan dua prinsip: teori elektrokimia dan penjerapan.
Teori elektrokimia: Tapak pertukaran dalam komponen pertukaran ion polistirena wujud dalam bentuk ion, yang membawa cas ionik dan boleh menyebabkan tarikan elektrostatik atau tolakan ion dalam elektrolit. Interaksi elektrostatik ini boleh menyerap jenis ion yang sama bersama-sama atau menukar ion yang sepadan antara satu sama lain.
Penjerapan: Penjerapan adalah asas kaedah pertukaran ion polistirena. Terdapat sejumlah besar tapak pertukaran dalam komponen pertukaran ion polistirena, yang boleh memberikan kesan penjerapan fizikal dan kimia yang sepadan. Mengikut kesan penjerapan yang sepadan, komponen pertukaran ion polistirena boleh secara selektif menyerap ion yang dipadankan, dengan itu mencapai kesan pengasingan dan pengayaan.
Langkah-langkah pelaksanaan:
Langkah-langkah pelaksanaan kaedah pertukaran ion polistirena boleh dibahagikan kepada langkah-langkah penting berikut:
(1) Pra rawatan: Lajur pertukaran ion polistirena baharu hendaklah dirawat terlebih dahulu sebelum digunakan untuk mengeluarkan sebarang pepejal terampai dan kekotoran dan mencapai prestasi optimum. Kaedah pra-rawatan termasuk mencuci air, mencuci asid, dan mencuci alkali
(2) Sampel pra-rawatan: Tapis atau bersihkan larutan sampel untuk mengeluarkan pepejal terampai dan kekotoran. Jika perlu, penentukuran pH dan penambahan penimbal juga boleh dijalankan.
(3) Pemprosesan sampel: Penyelesaian sampel boleh diproses melalui lajur pertukaran ion polistirena menggunakan aliran graviti atau tekanan tinggi. Ion dalam lajur pertukaran ion polistirena akan bertukar dengan ion dalam larutan, dan ion dalam larutan akan dikeluarkan, manakala ion dalam fasa pepejal akan diperkaya.
(4) Pencucian: Fasa pepejal yang dirawat hendaklah dicuci untuk menyegarkan tapak pertukaran dan mengeluarkan ion berlebihan. Nilai pH larutan pencuci biasanya sama dengan nilai pH yang direka untuk lajur pertukaran ion polimer.
(5) Desorpsi: Ion yang telah terserap dalam lajur pertukaran ion polimer perlu dinyahserap, biasanya menggunakan kepekatan elektrolit yang lebih kuat dan/atau lebih banyak pelarut polar. Sebagai contoh, larutan elektrolit kuat seperti larutan natrium klorida dan larutan ammonium klorida boleh digunakan untuk operasi penyahjerapan.
(6) Penjanaan Semula: Penjanaan semula lajur pertukaran ion polistirena bergantung pada jenis bahan pertukaran yang digunakan dan biasanya boleh dicapai melalui beberapa jenis kaedah rawatan yang berbeza. Contohnya, larutan asid atau alkali berkepekatan tinggi boleh digunakan untuk rawatan untuk memulihkan kapasiti penjerapan lajur pertukaran ion tersebut. Sudah tentu, bahan kimia yang merangsang kuat tidak boleh digunakan untuk mengelakkan kerosakan pada bahan pepejal.
Kaedah permohonan:
Kaedah pertukaran ion polistirena digunakan secara meluas dalam bidang alam sekitar, biologi, dan farmaseutikal. Sebagai contoh, ia boleh digunakan untuk pengasingan dan penulenan ion tulen atau campuran, Bioseparation dan penulenan halus, dan penulenan penyediaan dalam industri farmaseutikal. Skop aplikasi khusus termasuk:
(1) Pengasingan dan pengayaan ion
(2) Mengeluarkan atau memperkaya gen atau protein
(3) Mengasingkan Polimer Ionik
(4) Pengubahsuaian penyelesaian dan meningkatkan kestabilan formulasi
(5) Digunakan untuk rawatan air proses perindustrian
Secara ringkasnya, kaedah pertukaran ion polistirena merupakan teknologi penting yang digunakan secara meluas di makmal dan tapak perindustrian. Kami telah pun memperkenalkan langkah-langkah pelaksanaan kaedah ini secara terperinci. Kami berharap artikel ini dapat memberikan pembaca pemahaman dan bimbingan yang lebih mendalam, dan seterusnya menggalakkan pembangunan dan aplikasi teknologi pertukaran ion polistirena.
Di atas adalah kaedah sintesis utama untuk Polistirena. Kaedah ini mempunyai kelebihan dan kekurangan yang sepadan, dan kaedah khusus yang akan digunakan hendaklah dipilih berdasarkan keperluan aplikasi sebenar.