поливинилов алкохол. Поливинил алкохол: Свойства и приложения Безгелов метод за производство на поливинил алкохол

Химическата формула на поливинил алкохол е (C2H4O)x, където x е отговорен за степента на полимеризация. Това вещество се предлага под формата на бял или светло кремав прах.

Поливинил алкохолът няма специфична миризма и вкус. Счита се за термопластичен полимер, така че се разтваря добре в различни течности: глицерин, вода, урея, диметилформалдехид. Кипи PVA при температура 228°C, но започва да се топи още при 200°C.

Поливинил алкохолът не се влияе от агресивни вещества:

. масла,
. бензин,
. алкални разтвори,
. керосин и др.

В допълнение, това вещество не отделя токсини. В състава си този прах винаги съдържа около 5% вода. Такъв компонент прави алкохола по-пластмасов. Също така, за да се увеличат пластифициращите свойства, към състава на поливинил алкохол се добавят:

. глицерол,
. бутилен гликол,
. фосфорна киселина.

В индустриален мащаб този прах се получава в резултат на реакции, аналогични на полимера. В тях участват както прости, така и сложни съединения на поливиниловите етери. На практика този процес възниква поради осапунването на поливинилацетат в алкохолна среда. Също така, PVA може да реагира с основи и киселини, които са във вода.

Има няколко степени на поливинил алкохол, те са разделени на: напълно хидролизиран и частично хидролизиран. Една от най-популярните марки в текстилната индустрия е 16-та марка. Поливинил алкохол 16 има бял цвят и се произвежда под формата на гранули. Използва се при обработката на тъкани и кожа.

PVA свойства

Свойствата на поливинилхлорида са доста разнообразни, тъй като той може да бъде силно повлиян от влажността на въздуха. При повишена влажност започва да губи плътност. При нормални климатични условия това вещество има висока еластичност и здравина. Този алкохол е в състояние да придаде адхезивни свойства на суровината.

PVA също има филмообразуващи свойства, но в същото време не е способен да се разтваря в киселини, основи и разтворители. Ако водата попадне върху сухия PVA прах, тогава този материал ще се разтвори напълно в него.

Лепилото на базата на поливинил алкохол се характеризира с висока плътност и вискозитет. Използва се в производството на контейнери, шивашки изделия. Устойчив е на бензин, масла и киселини.

Приложение на PVA

Този прах участва в процеса на производство на други полимерни съединения. С него получавате:

. поливинил нитрат,
. поливинилацетал,
. поливинилацетатни дисперсии.

В Азия PVA участва в производството на текстилни влакна и тъкани. Ако разгледаме този материал от гледна точка на универсалността, тогава той се използва в почти всички сфери на човешката дейност.

В областта на селското стопанство се добавя към съставите на синтетични торове, те качествено подобряват състава на почвата.

В металургията PVA се използва за втвърдяване на стоманен метал.

Поливинил алкохолът е незаменим компонент в производството на строителни материали. Помага за защита на покритието на много материали.

Този материал може да се намери във формулите на парфюми и козметика.

Разтвор на поливинилалкохол в състава на лепилото спомага за залепването на различни тъкани, кожа, хартия и други материали. Използва се за закрепване на тагове и етикети.

В западните страни това вещество е намерило своето приложение дори в областта на боядисването. С негова помощ се извършва консервация на емблематични старинни експонати.
Производството на поливинилалкохол помага на лекарите да извършват кръвопреливания, да извършват фиксация при вземане на проби.

PVA с ниско молекулно тегло се използва в процеса на производство на храни. Въвежда се във формулите на продукта като глазиращ агент. Преработват риба, морски дарове, колбаси.

Също така си струва да се отбележи, че този прах се въвежда в съставите:

. капки за очи,
. измивки за контактни лещи,
. строителен обков,
. опаковъчни водоразтворими материали,
. шампоани, гелове и балсами.

Някои интернет ресурси твърдят, че по-рано поливинил алкохол може да се намери във всяка аптека. В момента този полимер е забранен за използване в хранително-вкусовата промишленост на територията на Руската федерация. В света те могат да бъдат етикетирани като хранителна добавка E1203.

Производители и цена

Основните световни производители на поливинилалкохол са страните:

. Китай,
. Корея,
. САЩ.
. Япония,
. Испания.

В Руската федерация този материал се произвежда от компании:

. ООО ОдиХим,
. VitaChem LLC,
. Economic Chemical LLC,
. Статус на ООО.

Средната цена на поливинил алкохол е 2,5-3,5 долара. Опаковането на PVA се извършва в торби с тегло от 20 кг. Необходимо е този материал да се съхранява в сухи и добре проветриви помещения. Температурата на въздуха трябва да бъде на стайна температура.

В складове с PVA високата влажност е строго забранена. Поливинил алкохолът може да се съхранява на стекове. Ако са изпълнени всички изисквания за съхранение на този материал, той може да запази свойствата си за неопределено време.

Огнеупорната боя се създава чрез смесване на свързващо вещество, пигмент и пълнител. В резултат на това се появява филм, който не само служи като добра защита срещу пожар, но и изпълнява декоративни функции. Важен компонент на огнеупорната боя е поливинил алкохол.

Как да използвате огнеупорна боя

Процесът се състои в смесване на сухата смес с термоустойчиво свързващо вещество (например стъкло с течна консистенция, чиято плътност е 1,3-1,4 g / cm3 и органосиликонова боя от типа VN-30). Това действие се извършва точно на мястото на боядисване. Трябва да се отбележи, че във всеки случай боята остава жизнеспособна след смесване в продължение на 6-12 часа.

Този вид материал е подходящ за боядисване на различни видове двигатели (например реактивни двигатели), топлообменни конструкции, ауспуси на автомобили, колектори, различни видове тръбопроводи, отоплителни уреди, както и за пещи с различно предназначение.

Какви са предимствата на въпросната боя?

В света има голям брой бояджийски продукти с противопожарна функция. Но огнеупорната боя се откроява от останалите по отношение на огромен брой предимства:

Поливинилалкохол в огнезащитни бои

Поливинил алкохолът е поливинил алкохол с най-прост състав, който се получава в процеса на осапунване на поливинилацетат в определен тип среда (алкална или кисела). В този случай процесите на разграждане протичат в леко потисната степен, така че теглото на IIBC молекулите практически не се различава от теглото на поливинилацетатните молекули (20-100 хиляди).

Формула на поливинил алкохол:

Трябва да се отбележи, че основните индустриални продукти на IIBC се използват за създаване на винол, влакно от синтетичен произход. В процеса на производство на бои и лакове поливинилалкохолът действа като защитен колоид, както и като филмообразуващ елемент за бои на водна основа. Последният метод на приложение е свързан с наличието на определени физични и механични характеристики на филми без винилов алкохол в даден алкохол, освен това има зависимост от способността за трансформиране на такива филми по триизмерен начин в резултат на на най-висок просперитет на активните процеси на хидроксилните групи на поливинил алкохол в такива реакции като заместване, естерификация, окисление - възстановяване, както и образуването на комплекси.

Процеси на преобразуване на поливинил алкохол:

Невискозни разтвори на поливинилалкохол се получават в резултат на действия с PVA, теглото на чиито молекули е малко, а рН е 6-7 единици. В този случай концентрацията на такива разтвори се определя в диапазона от 10-13% (над 15% нивото на вискозитет става рязко по-високо). Ако има съдържание на ацетатни групи от седиментен характер< 5 мол. %, то реакция в воде (растворение) проходит при определенной температуре, которая нередко достигает 60-70 градусов. Сольвары, вещества, имеющие способность неполного омыления поливинилацетата и содержащие группы ацетата 13-20%, воздействуют с водой в ходе растворения при комнатном режиме температуры.

Ако поливиниловият алкохол се окислява с калиев бромат, перманганат или бихромат (срещат се и други окислители), възниква процес на разграждане, в резултат на който се създават нови групи с кислородно съдържание. Сред тях са алдехид и карбоксил, разположени в краищата на веригата. Самата структура съдържа кетонни групи.
Възможно е да се оформи структура, зашита по триизмерен начин. Това се случва в резултат на дехидратация на продукта от разграждането на поливинил алкохол (окислителна реакция). Ефектът се засилва от действието на сярна киселина, която служи като водоотстраняваща частица. Този тип структура се постига чрез създаването на напречни ацетални или естерни видове връзки.
В процеса на окисляване на поливинил алкохол във воден разтвор с помощта на производни се извършват два метода на трансформация (това зависи от реакцията, присъща на средата). Една от тях е, че йоните организират омрежване на допълнително ниво, в резултат на което в комбинация с хидроксилните и кетонните групи на окисления поливинил алкохол създават съединения със сложен характер. Важно е да се отбележи, че този вариант е по-предпочитан.

По този начин, в резултат на разгледаните процеси на трансформация, се образуват и пуснат в производство водоразтворими бои със суха консистенция, както и шпакловъчни конструкции за изграждане на различни обекти. Важно е да знаете, че поливинилалкохолът може да бъде заменен със солвар, а дихроматът може да бъде заменен с хромен анхидрид.

Самият процес на създаване на бои със суха консистенция се състои в разместване на компонентите в топкова мелница или върху плъзгачи. Материалите за боядисване се разреждат с вода или киселина (в разредена форма). Това действие се извършва никъде другаде освен на строителната площадка. Нанасят се по стандартни методи без използване на шпакловка върху основи с леко алкални или неутрални свойства. Сред тях са тухла, бетон или остаряла мазилка. Може да се прилага и върху силно алкални основи, при условие че са грундирани. Този тип боя се използва за покрития, които изпълняват функциите си директно на закрито.

Таблица. Разпределение на класовете поливинилалкохол според областта на приложение

марка	Приложимост
	Като допълнителен компонент на светлочувствителни копиращи решения за производство на цинкографски клишета за еталонни печатни форми и печатни платки
	Като съпътстващ компонент на светлочувствителни решения за производство на многослойни печатни платки чрез пресоване по двойки и покритие през отвори, за двустранни печатни платки чрез комбиниран положителен метод
	Материал за импрегниране при производството на маслоустойчива трайна полупрозрачна хартия
6/1, 8/1, 16/1, 20/1	Свързващо вещество за производство на фини формовъчни прахове за керамика и сърцевини за леене
16/1, 18/11, 20/1	За оразмеряване на влакна и прежди от естествени, изкуствени, синтетични влакна Като емулгатор за приготвяне на емулсии при пероксидно избелване на памучни шевни конци
6/1, 8/1, 11/2, 16/1, 20/1, 40/2	За синтеза на поливинил ацетали като емулгатор и стабилизатор в емулсионната полимеризация на винил ацетат и други мономери
	Като стабилизатор при суспензионна полимеризация на стирол и при производството на съполимерна дисперсия на основата на винилацетат
6/1, 8/1, 11/2, 16/1, 5/9	При производството на лепила, в чист вид и смесени с пълнител за лепене на кожа, плат, хартия, за лепене на етикети
40/2 най-висок клас	При производството на полароиди
	Като добавка в тебеширена суспензия

Таблица. Поливинилалкохол - влияние върху стойностите на белотата

начин	Степен полимеризация	Степен хидролиза	Време за нагряване (мин) и белота (%)
начин	-	-	0	30	45	60	90	105	120	135	150
C1	2400	98,5	91,8	89,6	28,4	0	-	-	-	-	-
C2	500	98,5	92,6	89,6	43,1	0	-	-	-	-	-
C3	2400	88	91,9	89,0	77,7	61,2	22,2	0	-	-	-
E1	500	88	92,5	92,0	89,5	87,2	84,8	83,1	75,5	27,8	0,0
E2	500	75	92,3	92,9	89,5	87,1	82,8	61,4	0,0	-	-
E3	300	88	92,0	90,2	89,3	88,6	83,7	83,1	74,1	56,2	00
E4	300	80	92,7	90,4	89,9	88,8	84,0	83,4	71,5	0,0	-
E5	300	75	91,9	91,0	89,3	88,7	84,4	84,1	69,9	0,0	-

Поливинилхлорид - приложение в огнезащитни бои

PVC материалът се използва широко в производството на огнезащитни бои и за да се убедите в това, би било препоръчително да разгледате основните характеристики на поливинилхлорида.

Бял прах - това е външният вид на PVC. Има класификация на въпросния материал.

Видове PVC:

Пластифициран (подходящо е използването на пластификатор);
Не е пластифициран.

Химическият състав на поливинилхлорида включва три основни вещества: водород, въглерод и хлор. PVC е изключително устойчив на много химикали.

Този елемент е пряко свързан с групата полимери, които използват не само масло като основен продукт на производството. Суровините в този случай могат да бъдат вещества като етилен (43%), извлечен от нефт, и хлор (57%), който се получава при преработката на готварска сол.

Сред областите на приложение на поливинилхлорида трябва да се подчертаят много точки:

В заключение е важно да се отбележи, че PVC има широк спектър от приложения в различни индустрии: строителство, автомобилостроене, медицински материали и потребителски стоки. Това предполага, че PVC е много популярен в обществото и с времето се превръща в почти незаменим материал.

свързани материали

Все по-често хората се притесняват от необходимостта да защитят своите домове, работни и производствени съоръжения и др. от запалване. Противопожарната защита на материали и конструкции се превърна в гореща тема. Все по-сериозен е подходът на клиентите при проверката за използване на противопожарна защита в строителни конструкции от различни материали и дори метал. Най-внимателно се тестват боите, използвани в строителството и уж „незапалими“. Но, за съжаление, повечето строителни материали са огнеустойчиви само на хартия. Всъщност всичко е съвсем различно.

Според производителите на HybridRED той е в състояние да защити влакове и вагони на метрото от огън и дим.

Финландската компания Finnester Coatings казва, че нейното ново покритие е в състояние да предпази влаковете и метрото от пожар и щети от дим, като по този начин отговаря на новите европейски стандарти за пожарна безопасност.

5 от 5

Поливинил алкохол (PVA) е изкуствен твърд бял (по-рядко светложълт или кремав) полимер, който има формата на прах, люспи или зърна. Кристалният компонент на веществото може да достигне до 68%. Химическата формула на поливинил алкохол е следната: [- CH 2 - CH (OH) -] n, където n е степента на полимеризация. Стойността на n може да достигне 5000, т.е. молекулата на поливинил алкохол може да съдържа до 5000 идентични единици.

За първи път този топлоустойчив изкуствен полимер е получен от немските химици W. Hermann и W. Gonel чрез реакция на осапунване на поливинил етер с калиев хидроксид (KOH).

Ако повечето от известните полимерни вещества се получават чрез полимеризация на мономери, тогава процесът на получаване на поливинил алкохол има фундаментална разлика: за получаване на това вещество е необходима реакция на пълна или частична хидролиза на поливинилацетат, в резултат на което етилацетатната група се отстранява.

Съвременният индустриален синтез на PVA се осъществява чрез различни варианти на осапуняване на поливинилацетат във водна или алкохолна среда, в присъствието на киселини или основи, които играят ролята на катализатори.

През 2002 г. се случи важно събитие, което направи възможно ускоряването и намаляването на разходите за синтез на поливинил алкохол. Екип от учени, ръководен от А. А. Кузнецов, откри и разработи безгелов метод за получаване на PVA.

Свойства на поливинил алкохол

Чистият поливинил алкохол е без мирис, вкус и нетоксичен. Водата е единственият му разтворител. Поливинилалкохолът не се разтваря в нито един от органичните разтворители. Особено устойчив на всички масла, бензин, керосин и други въглеводороди, както и на разредени основи и киселини.

PVA е хигроскопичен и винаги съдържа около 5% вода, което до известна степен пластифицира веществото. Но водата се изпарява лесно и бързо. Следователно, етилен гликол, бутилен гликол, фосфорна киселина и глицерин се използват като пластификатори за този полимер. Най-добрият пластификатор за PVA е глицеринът.

Благодарение на своите свойства, Поливинил алкохолът се използва широко в хранително-вкусовата и фармацевтичната промишленост, в медицината, в различни отрасли на националната икономика.

Използването на поливинил алкохол

Тъй като описаното вещество е физиологично неутрално, широкото използване на поливинилалкохол в хранителната и медицинската промишленост е напълно разбираемо. PVA се използва като филмообразуваща, водозадържаща и глазираща хранителна добавка, на която е присвоено международното обозначение E1203. Благодарение на използването на PVA, в продуктите, подложени на различни методи на обработка, е възможно да се поддържа необходимото количество влага. Също така поливинил алкохолът е част от глазурата, която е покрита с прясно замразена риба и морски дарове. E1203 е включен в повечето видове черупки, които покриват готови за консумация храни и полуготови продукти. Например колбаси и колбаси.

E1203 е официално одобрен за употреба в Украйна и страните от ЕИО. В Русия тази хранителна добавка не е официално забранена, но няма официално разрешение за използването на поливинилалкохол при производството на хранителни продукти.

Свойствата на поливинилалкохола му позволяват да се използва широко като материал за производство на медицинско оборудване, инструменти и апарати. Във фармацевтичната индустрия PVA се използва при производството на черупки и пълнители за различни таблетки. Освен това поливинилалкохолът понякога се използва при кръвопреливане като заместител на плазмата. Не е необичайно PVA да се използва като емболизиращо средство при лечение на онкологични заболявания (в случаите, когато операцията е противопоказана или не е необходима). Този топлоустойчив полимер се използва и за производството на специални влакна, които се използват за вътрешни хирургически конци, които се абсорбират за определено време. PVA също се включва като лубрикант в течности за контактни лещи и капки за очи. Често това вещество се използва при производството на детски и дамски хигиенни продукти, кремове.

Използването на PVA за производството на полимерни филми и влакна е широко разпространено. За направата на маркучи, устойчиви на агресивни течности, се използва пластифициран поливинилалкохол.

Някои технологии за боядисване на тъкани също изискват използването на PVA.

Популярни статии

Отслабването може да не е бърз процес. Основната грешка на повечето отслабващи е, че искат да постигнат невероятни резултати след няколко дни на гладна диета. Но в края на краищата теглото не беше натрупано за няколко дни! Допълнителни килограми...

поливинилов алкохол

Структурна формула на поливинилов алкохол

поливинилов алкохол(PVA, международен PVOH, PVA или PVAL) е изкуствен, водоразтворим, термопластичен полимер. Синтезът на PVA се осъществява чрез реакция на алкална / киселинна хидролиза или алкохолиза на поливинил естери. Основната суровина за производството на PVA е поливинил ацетат (PVA). За разлика от повечето полимери, базирани на винилови мономери, PVA не може да се получи директно от съответния мономер, винилов алкохол (VA). Някои реакции, които се очаква да произведат мономерен BC, като добавянето на вода към ацетилена, хидролизата на монохлоретилен, реакцията на етилен монохлорохидрин с NaOH, не водят до образуването на винилов алкохол, а до ацеталдехид. Ацеталдехидът и VS са кето и енолни тавтомерни форми на едно и също съединение, от които кетоформата (ацеталдехид) е много по-стабилна, така че синтезът на PVA от мономера е невъзможен:

Кето-енол тавтомеризъм на винилов алкохол

История

Поливинил алкохолът е получен за първи път през 1924 г. от химиците Херман (Willi Herrmann) и Gonel (Wolfram Haehnel) чрез реакция на осапунване, когато разтвор на поливинил етер е осапунен със стехиометрично количество калиев хидроксид КОН. Изследванията в областта на получаването на PVA в началото на миналия век са извършени от учени Гонел, Херман (Hermmann) и Херберт Берг (Berg). Класическият метод на осапуняване се извършва в среда в абсолютен (изсушен) етилов алкохол при съотношение 0,8 mol осапунващ агент на 1,0 mol PVA, докато настъпва почти пълно осапунване на PVA. Установено е, че поливинил алкохол може да се получи чрез реакция на трансестерификация на поливинил ацетат (PVA) в присъствието на каталитични количества алкали. Тази реакция е класически пример за аналогична на полимер трансформация. Повече от 80 години изследвания е натрупан доста голям експериментален материал по проблема за получаване на PVA. Подробен преглед на литературата за PVA е представен в монографии на S.N.Ushakov (1960), A. Finch (1973, 1992), M.E. Rosenberg (1983) и T. Sakurada (1985).

Синтез и производство

Понастоящем промишленият синтез на PVA се извършва чрез полимер-аналогични трансформации, по-специално, като се използват поливинил етери и поливинил етери, като PVA, като първоначални полимери. Основните методи за получаване на PVA включват различни варианти на PVA осапуняване в алкохолна среда или във вода в присъствието на основи и киселини. В зависимост от използваната среда и вида на катализатора процесите на осапуняване на PVA могат да бъдат представени чрез следната обща схема:

Общи методи за производство на поливинилалкохол

Горните реакционни схеми могат да бъдат разделени на три групи: алкохолиза (1), алкална или киселинна хидролиза (2.3) и аминолиза (4.5). Синтезът на PVA чрез реакция на кондензация на полиалдол от ацеталдехид досега е довел до производството на полимер с ниско молекулно тегло. От целия масив от литературни данни, посветени на разработването на методи за синтез на PVA, могат да се разграничат пет основни направления:

Алкохолиза на поливинил естери в среда на изсушени нисши алифатни алкохоли (C1-C3), по-специално метанол, в присъствието на хидроксиди на алкални метали. Процесът на алкална алкохолиза е придружен от желиране.
Алкохолиза в присъствието на киселини. Броят на заявените работи за този метод е много по-малък, отколкото за алкалното осапуняване. Процесът на киселинна алкохолиза, както в случая на осапуняване на PVA по реакционния механизъм на алкална алкохолиза, е придружен от желиране.
Алкална алкохолиза и хидролиза в смес от нисши алифатни алкохоли с други разтворители (диоксан, вода, ацетон, бензин или естери). При използване на смеси, чийто компонент е вода, в почти всички случаи нейната концентрация не надвишава 10% и осапунването е придружено от образуване на гел.
Получаване на PVA по механизма на реакцията на хидролиза в присъствието на киселинни или алкални агенти, където водата действа като реакционна среда.
Разработване на специален хардуерен дизайн, който позволява решаване на технологични проблеми, свързани с желирането в процеса на PVA осапуняване.

Основният и основен недостатък на използваните технологии е образуването на твърд гел в пълния обем на реакционния апарат при достигане на конверсия от около 50% и непълна степен на PVA хидролиза. Технологичното решение на този проблем се крие в разреждането на реакционната система или използването на схема на потока за производство на PVA, увеличаване на времето за синтез и нагряване. Това обаче води до повишен разход на разтворителя и съответно необходимостта от регенерирането му след синтеза, а нагряването в присъствието на осапуняващ агент води до разрушаване на полимера. Друг начин е да се използват специално проектирани бъркалки (оборудвани с остриета) за смилане на гела, но това използване на специални реактори или бъркалки увеличава цената на PVA. В допълнение, горните методи се използват за получаване на широка гама от съполимери на поливинил ацетат-поливинилов алкохол.

Алкален алкохол от винилови естери

Най-често срещаната е алкохолизацията на винилови естери в среда на изсушени нисши алифатни алкохоли (C1-C3), по-специално метанол, в присъствието на хидроксиди на алкални метали. Като алкални агенти най-широко се използват натриев и калиев хидроксид, метилат, етил и пропилат. Смята се, че предпоставка за извършване на алкохолиза е пълното изсушаване на алкохола.

Механизъм на алкална алкохолиза на поливинилацетат

Процесите на алкохолиза могат да бъдат разделени на базата на хомогенност (добавяне на алкали към хомогенен PVA разтвор) или хетерогенност (добавяне на алкали към PVA дисперсия) на първоначалната система. Процесът на алкална алкохолиза е придружен от желиране. Известен е метод за осапунване на PVA водни дисперсии с водни разтвори на основи, който може да се извърши в един етап. Алкалната хидролиза на PVA дисперсия с молекулно тегло 1·10 6 - 2·10 6 в този случай се извършва при температура 0 - 20 ° С в продължение на 2 - 5 часа.

Алкална алкохолиза в безалкохолни среди

Поради факта, че желирането затруднява процеса на осапуняване на PVA, са направени опити за решаване на този проблем чрез промяна на условията на процеса. И така, за да се намали плътността на гелообразната маса, в реакционната среда се въвежда следното: "... органично съединение, което има по-нисък термодинамичен афинитет към PVA в сравнение с метанола" . Естери на многовалентни алкохоли и мастни киселини, метилацетат (MeAc), алифатни въглеводороди са предложени като утаители за BC и VA съполимери. Въвеждането на до 40% метилацетат в реакционната среда позволява да се намали степента на PVA осапуняване по време на фазовия преход от 60% до 35%. Намаляване на вискозитета на реакционната маса по време на желиране може да се постигне и чрез въвеждане на повърхностно активни вещества, например: OP-7, OP-10 или проксаноли. В литературата има информация, че като реакционна среда могат да се използват не само алкохоли, но и смеси с диоксан и тетрахидрофуран (THF), които са добри разтворители за поливинил естери. Документът описва процеса на осапунване, който прави възможно получаването на PVA с високо молекулно тегло с ниско съдържание на остатъчни ацетатни групи, като се използва THF като среда. Това изобретение е приложено за осапуняване на поливинил пивалат, за да се получи синдиотактичен PVA. В този случай примерите не дават индикации за възможно осапуняване на PVA. Има индикации за използването на диоксан като реакционна среда.

Сапонификация по механизма на аминолиза

Необходимо е да се отбележи работата на руски изследователи, по-специално С. Н. Ушаков и неговите колеги, които са посветени на разработването на нови методи за получаване на PVA. Предложен е метод за осапунване на PVA в среда от моноетаноламин, етанол или смес етанол-моноетаноламин под действието на моноетаноламин, използван като осапунващ агент. Полученият по този метод PVA съдържа по-малко от 1% остатъчни ацетатни групи и се получава под формата на фин прах. По същия начин, заявлението предлага да се извърши хетерогенно осапуняване на перлистен PVA в метанол под действието на смес от моно-, ди-, триетаноламини или амоняк, за да се образува PVA дисперсия.

Киселинен алкохол от винилови естери

PVA и други поливинил естери могат да бъдат осапунени по механизма на алкохолиза в присъствието на киселини.

Механизъм на киселинна алкохололиза на поливинил ацетат

Най-широко използваните киселини са сярната, солната и перхлорната. Въпреки това, когато сярна киселина се използва като катализатор, част от хидроксилните групи на PVA се естерифицират със сярна киселина, за да образуват сулфатен естер, което е причината за термичната нестабилност на PVA. Използването на солна киселина обикновено води до цветен PVA. Перхлорната киселина не образува естери с PVA при условия на осапунване, но използването й е трудно поради нестабилност и склонност към експлозивно разлагане. Киселинното осапуняване на PVA се извършва в алкохолен разтвор (метилов или етилов алкохол). Използват се както 96% етилов алкохол, така и безводен етилов или метилов алкохол, като трябва да се отбележи, че метанолът е за предпочитане. "Киселинното" осапуняване на PVA може също да се извърши във водна среда без добавяне на органичен разтворител.

Разработване на специална апаратура за процеси на осапуняване

Както беше отбелязано по-горе, желирането по време на синтеза на PVA създава сериозни технологични проблеми, свързани със смесването и изолирането на полимера. За да се реши този проблем, се предлага да се извърши процесът на осапунване в реактори, оборудвани със смесители със специален дизайн или в екструдери при 20-250 ° С. Осапунването в такива реактори се извършва по една схема: алкохолиза на гранулиран PVA в алкохолен разтвор на осапуняващ агент. Предстоящите патенти се различават по модификацията на апарата и по това, че по време на осапуняване броят на оборотите на бъркалката/шнека, геометрията на реактора и бъркалката/шнека варират. Във всички случаи авторите заявяват, че PVA, получен по тази технология, е бял прах с ниско съдържание на остатъчни ацетатни групи. Все пак трябва да се отбележи, че желирането по време на осапунването не може да бъде изключено от нито едно устройство за смесване. Повечето от методите за получаване на PVA са периодични, но има достатъчен брой патенти, посветени на непрекъснатата технология на PVA осапуняване. Една от тези технологии е разработена в NPO Plastpolimer (Санкт Петербург).

Технология за производство на PVA в системата метанол-бензин

За решаване на технологичните трудности, свързани с желирането в междинните етапи на PVA осапунването, беше предложен подход, включващ въвеждането на бензин като утаител в реакционната система. При добавяне на бензин към метанолов разтвор на PVA, обикновено съдържащ до 1% тегл. вода се образува хетерогенна система. В зависимост от количеството бензин, добавен към осапунващата вана, реакцията на PVA алкална алкохолиза може да започне в хомогенна или хетерогенна система. При въвеждането на повече от 30% бензин от теглото на цялата течна фаза в метанолов разтвор на PVA се образува нестабилна емулсия. С увеличаване на съдържанието на бензин в осапуняващата вана, продължителността на реакцията преди началото на желирането намалява и степента на осапуняване на освободения полимер намалява. Увеличаването на съдържанието на бензин до 45% тегл. води до образуването на груб прах. Когато бензинът се въведе в осапунващата вана, скоростта на реакцията на PVA алкална алкохолиза се увеличава, особено след разделяне на разтвора на две несмесващи се фази. Според авторите ускоряването на реакцията може да бъде причинено от намаляване на степента на разтворимост на PVA ацетатните групи от метанол в присъствието на бензин. Методът на PVA осапунване, предложен от авторите, дава предимство в технологията за получаване на полимер (особено на етапа на сушене), съдържащ повече от 25% (mol.) ацетатни групи, както и съполимери с ниско молекулно тегло BC и BA. Това се крие във факта, че на етапа на сушене течната фаза се обогатява с бензин, а кополимерните частици се намират в утаителната среда, което предотвратява слепването на частиците и води до образуването на свободно течащи прахове.

Алтернативни начини за получаване на PVA

Обещаващ и обещаващ начин за получаване на PVA може да бъде разработването на получаване на PVA от VS. Сегашното ниво на развитие на науката и технологиите обаче не позволява изместване на равновесието към образуването на VS в двойката VS-ацеталдехид. Следователно думата "алтернативен" се използва в контекста на разработването на метод, който намалява или елиминира недостатъците на предишни синтетични методи. От 1924 до 2002 г. са изобретени и внедрени много различни методи за получаване на PVA, но основният неразтворим и основният недостатък на процеса е желирането на етапа на осапуняване. Именно този недостатък води до необходимостта от разработване на нов хардуерен дизайн или прилагане на различни технологични иновации. Решението на проблема с желирането беше обсъдено по-горе.

Безгелов метод за производство на поливинилалкохол

През 2002 г. в научната група на Института по синтетични полимерни материали. Ениколопов (ISPM RAS, Москва) под ръководството на Виктор Викторович Бойко разработи и патентова нов, високоефективен метод за PVA осапуняване. Характеристиките на този метод са:

Висока производителност
Ниски разходи за енергия
Кратко време за синтез
Без желиране
Възможност за провеждане на процеса в силно концентрирани системи
За първи път са получени аморфни проби от PVA със степен на кристалност не повече от 5%.
Методът е подходящ за осапунване на PVA с високо молекулно тегло без рязко намаляване на молекулното тегло на полимера

Методът, открит от В. В. Бойко, се основава на анализа на фазовите диаграми за началния, междинния и крайния продукт в системата "Алкохол-Вода". Въз основа на фазовите диаграми (подобни на тези за осапуняване в системата бензин-метанол) са избрани условията за синтез не само в безгелов режим (получаване на търговски полимер в прахообразна форма), но и в напълно хомогенен режим (получаване на готов разтвор за предене). Основната разлика на този процес е синтезът в областта на спинодалното разлагане (класическите методи се основават на синтеза в областта на бинодалното разлагане). В този режим скоростта на растеж на образуваните частици на новата полимерна фаза надвишава скоростта на образуване на нови частици, което от своя страна води до образуването в реакционния обем на непространствена мрежа с възли в частиците (кристализация центрове), но единични частици. Разтворителят, използван при синтеза, също служи като пластификатор за получения PVA. Степента на кристалност на такъв PVA може изкуствено да варира от 5 до 75%. Този метод със сигурност е нов и революционен.

Структура и свойства

Химическа структура

Поради факта, че първоначалният полимер (поливинилацетат) за производството на поливинилов алкохол се получава чрез реакция на полимеризация от главата до опашката, полученият PVA има подобна структура. Общият брой на мономерните единици глава до глава е на ниво 1-2% и напълно зависи от съдържанието им в крайния поливинилацетат. Връзките глава до глава играят важна роля за физичните свойства на полимера, както и за неговата разтворимост във вода. По правило PVA е леко разклонен полимер. Разклоняването се дължи на реакцията на верижния трансфер на етапа на получаване на поливинилацетат. Центровете на разклоняване са най-слабите места на полимерната верига и именно чрез тях веригата се разкъсва по време на реакцията на осапунване и в резултат на това молекулното тегло на полимера намалява. Степента на полимеризация на PVA е 500-2500 и не съвпада със степента на полимеризация на оригиналния PVA.

Степента на хидролиза на PVA зависи от бъдещото му приложение и е в диапазона от 70 - 100 mol%. В зависимост от условията и вида на частичното осапунване, остатъчните ацетатни групи могат да бъдат произволно разпределени по полимерната верига или на блокове. Разпределението на остатъчните ацетатни групи влияе върху важни свойства на полимера като точка на топене, повърхностно напрежение на водни разтвори или защитни колоиди и температура на встъкляване.

Поливинил алкохолът, получен от поливинил ацетат, е тактически полимер. Кристалността на PVA се дължи на наличието на голям брой хидроксилни групи в полимера. Кристалността на полимера също се влияе от предисторията на полимера, разклоненията, степента на хидролиза и вида на разпределението на остатъчните ацетатни групи. Колкото по-висока е степента на хидролиза, толкова по-висока е кристалността на PVA пробата. Когато напълно осапунен продукт се третира термично, неговата кристалност се увеличава и води до намаляване на разтворимостта му във вода. Колкото по-голям е броят на остатъчните ацетатни групи в PVA, толкова по-малко е образуването на кристални зони. Изключение за разтворимост е PVA, получен по метода на Бойко V.V. Благодарение на ниската първоначална кристалност, полимерът (независимо от молекулното тегло) е отлично разтворим във вода.

Физически свойства

Поливинил алкохолът е отличен емулгиращ, адхезивен и филмообразуващ полимер. Има висока якост на опън и гъвкавост. Тези свойства зависят от влажността на въздуха, тъй като полимерът абсорбира влагата. Водата действа като пластификатор върху полимера. При висока влажност PVA намалява якостта на опън, но увеличава еластичността. Точката на топене е около 230 °C (под азот), а температурата на встъкляване е 85 °C за напълно хидролизираната форма. На въздух при 220 °C PVA се разлага необратимо с отделяне на CO, CO 2 , оцетна киселина и промяна на цвета на полимера от бял до тъмнокафяв. Температурата на встъкляване и точката на топене зависят от молекулното тегло на полимера и неговата тактичност. По този начин, за синдиотактичен PVA, температурата на топене е в областта от 280 ° C, а температурата на встъкляване за PVA-PVA съполимер със съдържание на PVA единица от 50 mol% е под 20 ° C. Аморфният PVA, получен по метода на V. V. Boyko, няма характерна ендотермична област, отговорна за топенето на кристалната фаза, но неговото термично разлагане е идентично с PVA, получено по класическия метод.

Химични свойства

Поливинилалкохолът е стабилен срещу масла, мазнини и органични разтворители.

Приложение

Сгъстител и адхезивен материал в шампоани, лепила, латекси
Бариерен слой за CO 2 в PET (полиетилен терефталат) бутилки
Компонент на хигиенни продукти за жени и деца
Продукт за създаване на защитен слой при производството на изкуствени влакна
В хранително-вкусовата промишленост като емулгатор
Водоразтворими филми в процеса на производство на опаковъчни материали
Имобилизация на клетки и ензими в микробиологията
Производство на поливинилбутирали
В разтвори за капки за очи и контактни лещи като лубрикант
При нехирургично лечение на онкологични заболявания - като емболизиращо средство
Като повърхностно активно вещество за получаване на капсулирани наночастици

Марки поливинил алкохол Alcotex®, Elvanol®, Gelvatol®, Gohsenol®, Lemol®, Mowiol®, Rhodoviol® и Polyviol®.

Източници

Ушаков С. Н. "Поливинилов алкохол и неговите производни" М.-Л.; Издателство на Академията на науките на СССР, 1960, т.1,2.
"Поливинилов алкохол, свойства и приложение" // J. Wiley: Лондон - Ню Йорк - Сидни - Торонто, 1973 г.
Rozenberg M. E. "Полимери на основата на поливинил ацетат" - L.; Ленинградски филиал по химия, 1983 г.
Finch C.A. "Поливинилов алкохол - развитие", Wiley, John and Sons, Incorporated, 1992 г.
авт. сертификат СССР 267901
авт. сертификат СССР 211091
авт. сертификат СССР 711045
Потупване. САЩ 6162864, 2000 Поливинил алкохол
Удостоверяване СССР 141302
Удостоверяване СССР 143552
Потупване. US 2513488, 1950 Метанолиза на поливинил естери
Потупване. Франция 951160, 1949 г
Потупване. US 2668810, 1951 Процес за осапуняване на поливинил естери
Потупване. Германия 3000750, 1986 г.
Потупване. Германия 19602901, 1997.
Потупване. US 3072624, 1959 Процес на осапунване за получаване на поливинил алкохол
Lee S., Sakurada I., „Die responseskinetik der Fadenmoleküle in Lösung. I. Alkalische Verseifung des Polyvinylacetates”, Z.physic.Chem., 1939 vol. 184А, стр. 268
"Енциклопедия на полимерите" - М.; Съветска енциклопедия, 1972. т.1-3.
Линдерман М. "Полимеризация на винилови мономери" - М.; Химия, 1973.
Авторско свидетелство на Русия RU12265617
Авторско свидетелство на Русия RU22234518
Авторско свидетелство на Русия RU32205191
Бойко Виктор Викторович Синтез на поливинил алкохол във водно-алкохолна среда: Дис. ... канд. хим. Науки: 02.00.06: Москва, 2004 г. 112 с. RSL OD, 61:04-2/321

Поливинил алкохолът е синтетичен изкуствен термопластичен полимер, който е разтворим във вода. Синтезът на съединението е реакция на обмен на алкохолиза или алкална хидролиза.

За първи път полимерът е получен от химиците Гонел и Херман през 1924 г. чрез реакция на осапунване на разтвор на поливинил етер с калиев хидроксид. Към днешна дата синтезът на поливинил алкохол се извършва чрез полимер-аналогични трансформации, като се използват поливинил етери и поливинил етери като изходен материал. Основните методи за производство са различни варианти на осапуняване във водна или алкохолна среда с присъствие на киселини и основи.

През 2002 г. в Москва под ръководството на Кузнецов е открит безгелов метод за получаване на алкохол, който има няколко предимства пред други методи, като висока производителност, ниска цена и краткотраен синтез.

Едно от свойствата на поливиниловия алкохол е устойчивостта срещу мазнини, масла, органични разтворители. Също така, полимерът се счита за отлично лепило, емулгиращо и филмообразуващо средство. Следващото свойство е висока степен на якост на опън и гъвкавост, които зависят от нивото на влажност на въздуха. Водата действа като пластификатор на съединението. При условия на висока влажност алкохолът губи якостта си на опън, но еластичността му се увеличава.

Области на използване

Поливинил алкохолът действа като суровина за производството на други полимери:

поливинилацетал - получен чрез взаимодействие на алдехиди и алкохол;
поливинил нитратът е естер на алкохол и азотна киселина.

Агентът намира приложение като модификатор и сгъстител в поливинилацетатни лепила. В Китай съединението се използва като защитен колоид за производството на поливинилацетатни дисперсии, както и като стабилизатор за емулсионна полимеризация. В областта на текстилното производство полимерът се използва при производството на влакна.

Други приложения:

адхезивен агент и сгъстител в лепила, шампоани, латекси;
компонент на продукти за грижа за деца и жени;
действа като бариерен слой за въглероден диоксид в PET бутилки;
като емулгатор в хранително-вкусовата промишленост;
компонент за създаване на защитен слой при производството на изкуствени влакна;
във водоразтворими филми по време на производството на опаковъчни материали;
при производството на поливинилбутирали;
в микробиологията при имобилизирането на ензими и клетки;
като повърхностно активно вещество за образуване на капсулирани наночастици;
в разтвори за контактни лещи и капки за очи като лубрикант;
в хартиено покритие за облицовки;
като влакна за армиране на бетон;
като емболизиращо средство при медицински събития;
като фиксатор за вземане на проби;
като водоразтворим филм за опаковане на перилни препарати в разтворими таблетки.

В хранително-вкусовата промишленост полимерът се използва като глазиращ агент и водосвързващ компонент. Алкохолът може да се намери в смеси за глазиране на морски дарове и риба, филми и покрития за повърхностна обработка на сирена и колбаси.

Въздействие върху човек

Както беше установено, хранителната добавка под номер E1203 не може да окаже неблагоприятно въздействие върху човешкото тяло. Веществото е разрешено на територията на Украйна и страните от Европейския съюз, но е забранено в Русия.

Популярни статииПрочетете още статии

02.12.2013