Polivinilpirolidono tyrimų eiga ir klasifikacija
Polivinilpirolidonas (PVP) yra labai svarbus vandenyje{0}}tirpus polimeras. Tam tikromis sąlygomis jį polimerizuoja N-vinilpirolidonas (NVP). Nuo 1938 m., kai vokiečių chemikas Reppe pirmą kartą panaudojo acetileną kaip žaliavą NVP ir jo polimero PVP sintezei, PVP išaugo į tris kategorijas: homopolimerą, kopolimerą ir susietą produktą. PVP produktai taip pat išsivystė į tris specifikacijas: pramoninio, farmacinio ir maisto.
PVP vis plačiau naudojamas dėl savo unikalių savybių. Jis ne tik pasižymi puikiu tirpumu, cheminiu stabilumu, plėvelės formavimo savybėmis, fiziologiniu inertiškumu, sukibimo savybėmis ir apsauginiu lipniu poveikiu, bet ir gali būti derinamas su daugeliu neorganinių ir organinių junginių. Todėl PVP nuo pat pristatymo buvo plačiai naudojamas medicinoje, kosmetikoje, maiste, alaus darykloje, dangose, klijuose, spausdinimo ir dažymo pagalbinėse medžiagose, atskyrimo membranose, šviesai jautriose medžiagose ir kitose srityse. Tobulėjant mokslui ir technologijoms, PVP taikymo sritis tampa vis platesnė. Jis taip pat buvo taikomas aukštųjų -technologijų srityse, pvz., foto kietosios dervos, optinių skaidulų, lazerinių vaizdo diskų ir pasipriešinimą mažinančiose medžiagose. Galima sakyti, kad PVP įsiskverbė į visas šalies ūkio ir žmonių gyvenimo sritis.
Kinija vėlai pradėjo tyrinėti PVP gamybos technologiją. 1987 m. Henan Boai chemijos gamykla ir Džedziango chemijos gamyklos tyrimų institutas kartu pastatė bandomąją gamyklą, kurios metinė produkcija yra 50 tonų NVP. 1996 m. Guangdongo technologijos universitetas bendradarbiavo su Luoding pesticidų gamykla Guangdongo provincijoje, kad pastatytų gamyklą, kurios metinė produkcija būtų 500 tonų PVP. Tačiau mano šalies PVP produktai vis dar daugiausia priklauso nuo importo, o tyrimų, plėtros ir taikymo srityse yra didelis atotrūkis, palyginti su užsienio šalimis. Pastaraisiais metais, vystantis mano šalies ekonomikai, tobulėjant mokslui ir technologijoms, PVP gamybos ir taikymo tyrimai taip pat buvo atliekami daugeliu aspektų. Jo paklausa taip pat didėja. Todėl PVP kūrimo ir taikymo tyrimai turi labai svarbią teorinę reikšmę ir praktinę vertę.
Vinilpirolidono savybės ir sintezė
Fizinės NVP savybės
NVP yra vinilpirolidono, kuris yra PVP sintezės monomeras, santrumpa. NVP yra bespalvis arba šviesiai geltonas skaidrus skystis, kambario temperatūroje turintis silpną kvapą. Jis lengvai tirpsta vandenyje, jo santykinis tankis yra 1,04, o virimo temperatūra yra 148 laipsniai. Be to, kad NVP tirpsta vandenyje, jis taip pat tirpsta daugelyje organinių tirpiklių, tokių kaip metanolis, etanolis, propanolis, izopropanolis, chloroformas, glicerolis, tetrahidrofuranas, vinilo acetatas, toluenas ir kt., ir pasižymi puikiomis tirpinimo savybėmis.
Cheminės NVP savybės
NVP molekulė yra penkių{0}narių žiedas, kuriame yra N atomas, priklausantis laktaminiam junginiui. Prie atomo yra prijungta vinilo grupė. Ši grupė suteikia specialių savybių NVP polimerizacijai ir pritaikymui. NVP molekulinė formulė yra C6H0NO.
NVP turi dvi svarbias savybes, ty lengvą polimerizaciją ir hidrolizę.
NVP gali atlikti polimerizacijos reakciją, kad būtų gautas polivinilpirolidonas, esant atitinkamiems iniciatoriams arba šviesos sąlygomis. Net jei nėra iniciatorių, NVP savaime{1}}polimerizuojasi dėl tokių priežasčių kaip ilgas saugojimo laikas. Todėl komerciškai prieinamame NVP paprastai yra inhibitorių, todėl polimerizacijos metu turime juos pašalinti. Yra du gydymo būdai: vienas – įpilti aktyvintos anglies ir panaudoti jos adsorbcinį poveikį inhibitoriams pašalinti; kitas yra vakuuminio distiliavimo metodas, norint gauti gryną NVP, esant maždaug 133,32 Pa slėgiui ir maždaug 50 laipsnių temperatūrai.
Kita svarbi cheminė NVP savybė yra ta, kad esant rūgštims arba druskoms, lengvai vyksta hidrolizės reakcija, kad susidarytų pirolidonas ir acetaldehidas. Atlikdami tyrimus galime gauti NVP hidrolizės mechanizmą rūgštinėmis sąlygomis.
Vinilo krūvis NVP molekulėje yra nesubalansuotas, tai yra, dviejų anglies atomų, sujungtų dviguba jungtimi, krūvio tankis yra skirtingas. Esant rūgštinėms sąlygoms, NVP molekulėje vyksta izomerizacija, sudarydama pereinamųjų būsenų seriją ir galiausiai susidaro pirolidonas ir acetaldehidas. Susidaręs pirolidonas reaguoja su NVP molekule ir, dalyvaujant vandeniui, skyla į pirolidoną ir acetaldehidą. Todėl NVP sintezėje ir taikyme turėtume atkreipti dėmesį į du punktus: 1. NVP sintezės metu turi būti visiškai pašalintas vanduo ir 2. Laikant ir transportuojant atitinkamai įpilama 0,1 % šarmo (pvz., natrio oksido, amoniako ir kt.).
NVP sintezės metodas
Pagrindiniai NVP sintezės metodai yra acetileno metodas, pirolidono metodas, butirolaktono metodas, maleino anhidrido metodas (sutrumpintai maleino anhidrido metodas) ir kt. Tarp jų pagrindinis metodas yra acetileno metodas.
Pirmą kartą acetileno metodą išrado vokiečių chemikas W. Reppe praėjusio amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje. Jame kaip pradinės medžiagos naudojamas acetilenas ir formaldehidas, o acetileno aldehidas pridedamas, katalizinis hidrinimas, katalizinis skaidymas, amininimas, alkino pridėjimas ir kitos reakcijos, kad būtų gautas monomeras NVP.
Acetileno metodas kelia griežtus reikalavimus eksploatavimo sąlygoms dėl pagrindinės naudojamos žaliavos acetileno. Procesas turi būti atliekamas aukšto slėgio ir aukštos temperatūros sąlygomis. Jai keliami aukšti reikalavimai įrangai, ilgas proceso srautas ir investicijos į įrangą. Jis tinka tik didelio masto-gamybai ir netinka vidutinių ir mažų gamintojų statybai.
Taikant pirolidono metodą, pirolidonas tiesiogiai naudojamas kaip pagrindinė žaliava, o NVP gaunama per intramolekulinę sudėjimo reakciją ir po to kaitinant, kad būtų pašalinta viena molekulė. Paprastai pirolidonas ir vinilo karboksilatas, vinilo eteris, etileno oksidas ir kt. reaguoja esant katalizatoriui, o po to kaitinamas, kad būtų pašalintos molekulinės medžiagos, tokios kaip karboksirūgštis, alkoholis ir vanduo, kad būtų gautas N-vinilo pirolidonas; o -butirolaktono metodas yra metodas, kai -butirolaktonas reaguoja su etanolaminu, kad susidarytų hidroksietilpirolidonas (NHP), o tada NHP yra tiesiogiai dehidratuojamas, esant dehidratacijos katalizatoriui, kad susidarytų monomeras NVP.
Palyginti su acetileno metodu, -butirolaktono ir pirolidono metodo privalumai yra trumpas proceso srautas, mažos investicijos į įrangą, trumpas gamyklos statybos ciklas ir švelnios eksploatavimo sąlygos, tačiau jie taip pat turi didelių žaliavų kainų ir didelių gamybos sąnaudų trūkumų. Todėl, nesvarbu, ar tai būtų acetileno metodas, -butirolaktono metodas, ar pirolidono metodas, yra trūkumų, todėl dar reikia patobulinti metodus.