polyvinylalkohol. Polyvinylalkohol: Vlastnosti a aplikácie Gélová metóda výroby polyvinylalkoholu

Chemický vzorec polyvinylalkoholu je (C2H4O)x, kde x je zodpovedné za stupeň polymerizácie. Táto látka je prezentovaná vo forme bieleho alebo ľahkého krémového prášku.

Polyvinylalkohol nemá žiadnu špecifickú vôňu a chuť. Považuje sa za termoplastický polymér, takže sa dobre rozpúšťa v rôznych kvapalinách: glycerín, voda, močovina, dimetylformaldehyd. Vrie PVA pri teplote 228°C, ale začína sa topiť už pri 200°C.

Polyvinylalkohol nie je ovplyvnený agresívnymi látkami:

. oleje,
. benzín,
. alkalické roztoky,
. petrolej atď.

Okrem toho táto látka nevylučuje toxíny. Vo svojom zložení tento prášok vždy obsahuje asi 5% vody. Takáto zložka robí alkohol plastickejším. Na zvýšenie plastifikačných vlastností sa do zloženia polyvinylalkoholu pridávajú:

. glycerol,
. butylénglykol,
. kyselina fosforečná.

V priemyselnom meradle sa tento prášok získava ako výsledok reakcií analogických polymérom. Zúčastňujú sa na nich jednoduché aj zložité zlúčeniny polyvinyléterov. V praxi k tomuto procesu dochádza v dôsledku zmydelnenia polyvinylacetátu v alkoholovom médiu. PVA môže tiež reagovať so zásadami a kyselinami, ktoré sú vo vode.

Existuje niekoľko druhov polyvinylalkoholu, ktoré sa delia na: plne hydrolyzované a čiastočne hydrolyzované. Jednou z najobľúbenejších značiek v textilnom priemysle je 16. značka. Polyvinylalkohol 16 má bielu farbu a vyrába sa vo forme granúl. Používa sa pri spracovaní látok a kože.

Vlastnosti PVA

Vlastnosti polyvinylchloridu sú veľmi rôznorodé, pretože môže byť silne ovplyvnený vlhkosťou vzduchu. So zvýšenou vlhkosťou začína strácať na hustote. Za normálnych klimatických podmienok má táto látka vysokú elasticitu a pevnosť. Tento alkohol je schopný dodať surovine adhézne vlastnosti.

PVA má tiež filmotvorné vlastnosti, ale zároveň nie je schopný rozpúšťať sa v kyselinách, zásadách a rozpúšťadlách. Ak sa voda dostane na suchý prášok PVA, tento materiál sa v ňom úplne rozpustí.

Lepidlo na báze polyvinylalkoholu sa vyznačuje vysokou hustotou a viskozitou. Používa sa pri výrobe nádob, krajčírstve. Je odolný voči benzínu, olejom a kyselinám.

Aplikácia PVA

Tento prášok sa podieľa na procese výroby iných polymérnych zlúčenín. S ním získate:

. polyvinylnitrát,
. polyvinylacetál,
. polyvinylacetátové disperzie.

V Ázii sa PVA zaoberá výrobou textilných vlákien a tkanín. Ak vezmeme do úvahy tento materiál z hľadiska univerzálnosti, potom sa používa takmer vo všetkých sférach ľudskej činnosti.

V oblasti poľnohospodárstva sa pridáva do kompozícií syntetických hnojív, ktoré kvalitatívne zlepšujú zloženie pôdy.

V metalurgickej oblasti sa PVA používa na kalenie oceľových kovov.

Polyvinylalkohol je nepostrádateľnou zložkou pri výrobe stavebných materiálov. Pomáha chrániť povlak mnohých materiálov.

Tento materiál možno nájsť vo formuláciách parfumov a kozmetiky.

Roztok polyvinylalkoholu v zložení lepidla pomáha lepiť rôzne tkaniny, kožu, papier a iné materiály. Používa sa na pripevnenie štítkov a štítkov.

V západných krajinách si táto látka našla svoje uplatnenie dokonca aj v oblasti maľby. S jeho pomocou sa vykonáva konzervácia ikonických starovekých exponátov.
Výroba polyvinylalkoholu pomáha lekárom vykonávať transfúzie krvi, robiť fixáciu pri odbere vzoriek.

PVA s nízkou molekulovou hmotnosťou sa používa v procese výroby potravín. Pridáva sa do formulácií produktov ako leštiaca látka. Spracúvajú ryby, morské plody, údeniny.

Za zmienku tiež stojí, že tento prášok sa zavádza do kompozícií:

. očné kvapky,
. umývacie prostriedky na kontaktné šošovky,
. stavebné armatúry,
. balenie vo vode rozpustných materiálov,
. šampóny, gély a balzamy.

Niektoré internetové zdroje tvrdia, že skorší polyvinylalkohol možno nájsť v každej lekárni. V súčasnosti je používanie tohto polyméru v potravinárskom priemysle na území Ruskej federácie zakázané. Vo svete môžu byť označené ako potravinárska prídavná látka E1203.

Výrobcovia a náklady

Hlavnými svetovými výrobcami polyvinylalkoholu sú krajiny:

. Čína,
. Kórea,
. USA.
. Japonsko,
. Španielsko.

V Ruskej federácii tento materiál vyrábajú spoločnosti:

. OOO OdiKhim,
. VitaChem LLC,
. Economic Chemical LLC,
. Stav OOO.

Priemerná cena za polyvinylalkohol je 2,5-3,5 USD. Balenie PVA sa vykonáva vo vreciach s hmotnosťou od 20 kg. Tento materiál je potrebné skladovať v suchých a dobre vetraných miestnostiach. Teplota vzduchu by mala byť pri izbovej teplote.

V skladoch s PVA je vysoká vlhkosť prísne zakázaná. Polyvinylalkohol sa môže skladovať v stohoch. Ak sú splnené všetky požiadavky na skladovanie tohto materiálu, potom si môže zachovať svoje vlastnosti na neurčito.

Žiaruvzdorná farba vzniká zmiešaním spojiva, pigmentu a plniva. V dôsledku toho sa objaví film, ktorý slúži nielen ako dobrá ochrana pred ohňom, ale plní aj dekoratívne funkcie. Dôležitou zložkou žiaruvzdornej farby je polyvinylalkohol.

Ako používať žiaruvzdornú farbu

Proces spočíva v zmiešaní suchej zmesi s teplotne odolným spojivom (napríklad sklo tekutej konzistencie, ktorého hustota je 1,3-1,4 g/cm3 a organokremičitá farba typu VN-30). Táto akcia prebieha priamo na mieste maliarskych prác. Treba poznamenať, že v každom prípade farba zostáva životaschopná po zmiešaní počas 6-12 hodín.

Tento typ materiálu je vhodný na lakovanie rôznych typov motorov (napríklad prúdových motorov), konštrukcií výmenníkov tepla, automobilových tlmičov, potrubí, rôznych typov potrubí, zariadení na vykurovanie priestorov, ako aj pecí na rôzne účely.

Aké sú výhody predmetnej farby?

Vo svete existuje veľké množstvo náterových výrobkov s protipožiarnou funkciou. Žiaruvzdorná farba však vyniká od ostatných, pokiaľ ide o obrovské množstvo výhod:

Polyvinylalkohol v náteroch spomaľujúcich horenie

Polyvinylalkohol je polyvinylalkohol najjednoduchšieho zloženia, ktorý vzniká procesom zmydelnenia polyvinylacetátu v určitom type média (alkalickom alebo kyslom). Degradačné procesy v tomto prípade prebiehajú v mierne potlačenej miere, takže hmotnosť molekúl IIBC sa prakticky nelíši od hmotnosti molekúl polyvinylacetátu (20-100 tis.).

Vzorec polyvinylalkoholu:

Je potrebné poznamenať, že hlavné priemyselné produkty IIBC sa používajú na výrobu vinolu, vlákna syntetického pôvodu. Vo výrobnom procese farieb a lakov pôsobí polyvinylalkohol ako ochranný koloid a tiež ako filmotvorný prvok pre farby na vodnej báze. Posledný spôsob aplikácie je spojený s prítomnosťou určitých fyzikálnych a mechanických charakteristík nevinylalkoholových fólií v danom alkohole, okrem toho existuje závislosť od schopnosti transformovať takéto fólie trojrozmerným spôsobom. najvyššej prosperity aktívnych procesov hydroxylových skupín polyvinylalkoholu v takých reakciách, ako je substitúcia, esterifikácia, oxidácia - regenerácia, ako aj tvorba komplexov.

Procesy konverzie polyvinylalkoholu:

Neviskózne roztoky polyvinylalkoholu sa získajú v dôsledku pôsobenia PVA, ktorého hmotnosť molekúl je malá a pH je 6 až 7 jednotiek. V tomto prípade sa koncentrácia takýchto roztokov stanovuje v rozsahu 10-13% (nad 15% sa hladina viskozity prudko zvyšuje). Ak je obsah acetátových skupín sedimentárneho charakteru< 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.

Ak sa polyvinylalkohol oxiduje bromičnanom draselným, manganistanom alebo bichrómanom draselným (vyskytujú sa aj iné oxidačné činidlá), dochádza k degradačnému procesu, v dôsledku ktorého vznikajú nové skupiny s obsahom kyslíka. Medzi nimi sú aldehyd a karboxyl, ktoré sa nachádzajú na koncoch reťazca. Samotná štruktúra obsahuje ketónové skupiny.
Je možné vytvoriť štruktúru zošitú trojrozmerným spôsobom. K tomu dochádza v dôsledku dehydratácie produktu degradácie polyvinylalkoholu (oxidačná reakcia). Účinok je zosilnený pôsobením kyseliny sírovej, ktorá slúži ako častica odstraňujúca vodu. Tento typ štruktúry sa dosahuje vytvorením priečnych acetálových alebo esterových typov väzieb.
V procese oxidácie polyvinylalkoholu vo vodnom roztoku pomocou derivátov prebiehajú dva spôsoby transformácie (závisí to od reakcie, ktorá je vlastná médiu). Jedným z nich je, že ióny organizujú zosieťovanie ďalšej úrovne, v dôsledku čoho v kombinácii s hydroxylovými a ketónovými skupinami oxidovaného polyvinylalkoholu vytvárajú zlúčeniny komplexnej povahy. Je dôležité poznamenať, že táto možnosť je výhodnejšia.

V dôsledku uvažovaných transformačných procesov sa tak vytvorili a zaviedli do výroby vodou riediteľné farby so suchou konzistenciou, ako aj tmelové štruktúry na stavbu rôznych objektov. Je dôležité vedieť, že polyvinylalkohol môže byť nahradený solvarom a dichróman môže byť nahradený anhydridom chrómu.

Samotný proces vytvárania farieb suchej konzistencie spočíva v posúvaní komponentov v guľovom mlyne alebo na bežcoch. Materiály na maľovanie sa riedia vodou alebo kyselinou (v zriedenej forme). Tento úkon sa nevykonáva nikde inde ako na stavenisku. Nanášajú sa štandardnými metódami bez použitia tmelu na podklady s mierne alkalickými alebo neutrálnymi vlastnosťami. Medzi ne patrí tehla, betón alebo zastaraná omietka. Môže sa aplikovať aj na silne alkalické podklady za predpokladu, že sú natreté základným náterom. Tento typ farby sa používa na nátery, ktoré plnia svoje funkcie priamo v interiéri.

Tabuľka. Rozdelenie stupňov polyvinylalkoholu podľa oblasti použitia

Značka	Použiteľnosť
	Ako súčasť svetlocitlivých kopírovacích riešení na výrobu zinkografických klišé pre referenčné tlačové dosky a dosky plošných spojov
	Ako súčasť svetlocitlivých riešení na výrobu viacvrstvových dosiek plošných spojov párovým lisovaním a pokovovaním cez otvory, pre obojstranné dosky plošných spojov kombinovanou pozitívnou metódou
	Impregnačný materiál pri výrobe olejovzdorného odolného priesvitného papiera
6/1, 8/1, 16/1, 20/1	Spojivo na výrobu jemných formovacích práškov na keramiku a jadrových pieskov na odlievanie
16/1, 18/11, 20/1	Na šlichtovanie vlákien a priadzí vyrobených z prírodných, umelých, syntetických vlákien Ako emulgátor na prípravu emulzií pri peroxidovom bielení bavlnených šijacích nití
6/1, 8/1, 11/2, 16/1, 20/1, 40/2	Na syntézu polyvinylacetálov ako emulgátor a stabilizátor pri emulznej polymerizácii vinylacetátu a iných monomérov
	Ako stabilizátor pri suspenznej polymerizácii styrénu a pri výrobe kopolymérnej disperzie na báze vinylacetátu
6/1, 8/1, 11/2, 16/1, 5/9	Pri výrobe lepidiel, v čistej forme a zmiešané s plnivom na lepenie kože, látok, papiera, na lepenie štítkov
40/2 najvyšší stupeň	Pri výrobe polaroidov
	Ako prísada do kriedovej suspenzie

Tabuľka. Polyvinylalkohol - vplyv na hodnoty belosti

spôsob	stupňa polymerizácia	stupňa hydrolýza	Čas zahrievania (min) a belosť (%)
spôsob	-	-	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	-

Polyvinylchlorid - aplikácia v náteroch spomaľujúcich horenie

Materiál PVC sa široko používa pri výrobe náterov spomaľujúcich horenie a aby sme sa o tom presvedčili, bolo by vhodné zvážiť hlavné charakteristiky polyvinylchloridu.

Biely prášok - to je vzhľad PVC. Existuje klasifikácia príslušného materiálu.

Druhy PVC:

Zmäkčené (vhodné je použitie zmäkčovadla);
Nemäkčené.

Chemické zloženie polyvinylchloridu zahŕňa tri hlavné látky: vodík, uhlík a chlór. PVC je extrémne odolné voči mnohým chemikáliám.

Tento prvok priamo súvisí so skupinou polymérov, ktoré využívajú nielen ropu ako hlavný produkt výroby. Surovinou môžu byť v tomto prípade látky ako etylén (43 %) extrahovaný z ropy a chlór (57 %), ktorý sa získava pri spracovaní kuchynskej soli.

Medzi oblasťami použitia polyvinylchloridu je potrebné zdôrazniť veľa bodov:

Na záver je dôležité poznamenať, že PVC má široké uplatnenie v rôznych odvetviach: stavebníctvo, automobilový priemysel, zdravotnícke materiály a spotrebný tovar. To naznačuje, že PVC je v spoločnosti veľmi obľúbené a postupom času sa stáva takmer nepostrádateľným materiálom.

súvisiace materiály

Ľudia sa čoraz viac obávajú potreby ochrany svojich domovov, pracovných a výrobných zariadení atď. zo zapálenia. Požiarna ochrana materiálov a konštrukcií sa stala horúcou témou. Čoraz vážnejšie pristupujú zákazníci pri kontrole použitia protipožiarnej ochrany v stavebných konštrukciách z rôznych materiálov a dokonca aj z kovu. Najdôkladnejšie sa testujú farby používané v stavebníctve a údajne „nehorľavé“. Bohužiaľ, väčšina stavebných materiálov je ohňovzdorná iba na papieri. V skutočnosti je všetko úplne inak.

Podľa výrobcov HybridRED je schopný ochrániť vlaky a vozne metra pred ohňom a dymom.

Fínska spoločnosť Finnester Coatings tvrdí, že jej nový náter je schopný chrániť vlaky a metro pred poškodením ohňom a dymom, čím spĺňa nové európske normy požiarnej bezpečnosti.

5 z 5

Polyvinylalkohol (PVA) je umelý tuhý biely (menej často svetložltý alebo krémový) polymér, ktorý má formu prášku, vločiek alebo zŕn. Kryštalická zložka látky môže dosiahnuť až 68 %. Chemický vzorec polyvinylalkoholu je nasledujúci: [- CH 2 - CH (OH) -] n, kde n je stupeň polymerizácie. Hodnota n môže dosiahnuť 5000, to znamená, že molekula polyvinylalkoholu môže obsahovať až 5000 rovnakých jednotiek.

Prvýkrát tento tepelne odolný umelý polymér získali nemeckí chemici W. Hermann a W. Gonel reakciou zmydelnenia polyvinyléteru s hydroxidom draselným (KOH).

Ak sa väčšina známych polymérnych látok získa polymerizáciou monomérov, potom proces získavania polyvinylalkoholu má zásadný rozdiel: na získanie tejto látky je potrebná reakcia úplnej alebo čiastočnej hydrolýzy polyvinylacetátu, v dôsledku ktorej sa odstráni etylacetátová skupina.

Moderná priemyselná syntéza PVA prebieha prostredníctvom rôznych variantov zmydelnenia polyvinylacetátu vo vodnom alebo alkoholovom prostredí, v prítomnosti kyselín alebo zásad, ktoré zohrávajú úlohu katalyzátorov.

V roku 2002 došlo k významnej udalosti, ktorá umožnila urýchliť a zlacniť syntézu polyvinylalkoholu. Tím vedcov pod vedením A. A. Kuznecova objavil a vyvinul bezgélovú metódu získavania PVA.

Vlastnosti polyvinylalkoholu

Čistý polyvinylalkohol je bez zápachu, chuti a netoxický. Voda je jeho jediným rozpúšťadlom. Polyvinylalkohol sa nerozpúšťa v žiadnom z organických rozpúšťadiel. Zvlášť odolný voči všetkým olejom, benzínu, petroleju a iným uhľovodíkom, ako aj zriedeným zásadám a kyselinám.

PVA je hygroskopický a vždy obsahuje asi 5 % vody, ktorá látku do určitej miery plastifikuje. Ale voda sa ľahko a rýchlo vyparuje. Preto sa ako plastifikátory pre tento polymér používajú etylénglykol, butylénglykol, kyselina fosforečná a glycerín. Najlepším zmäkčovadlom pre PVA je glycerín.

Vďaka svojim vlastnostiam, polyvinylalkohol je široko používaný v potravinárskom a farmaceutickom priemysle, v medicíne, v rôznych odvetviach národného hospodárstva.

Použitie polyvinylalkoholu

Keďže opísaná látka je fyziologicky neutrálna, rozšírené používanie polyvinylalkoholu v potravinárskom a medicínskom priemysle je celkom pochopiteľné. PVA sa používa ako filmotvorná, vodu zadržiavajúca a glazujúca prídavná látka do potravín, ktorá dostala medzinárodné označenie E1203. Vďaka použitiu PVA vo výrobkoch, ktoré sú podrobené rôznym metódam spracovania, je možné udržiavať požadované množstvo vlhkosti. Súčasťou glazúry je aj polyvinylalkohol, ktorý je pokrytý čerstvo zmrazenými rybami a morskými plodmi. E1203 je súčasťou väčšiny typov škrupín, ktoré pokrývajú hotové jedlá a polotovary. Napríklad klobásy a klobásy.

E1203 je oficiálne schválený na použitie na Ukrajine a v krajinách EHS. V Rusku táto potravinárska prídavná látka nie je oficiálne zakázaná, ale neexistuje žiadne oficiálne povolenie na používanie polyvinylalkoholu pri výrobe potravinárskych výrobkov.

Vlastnosti polyvinylalkoholu umožňujú jeho široké využitie ako materiálu na výrobu zdravotníckych zariadení, nástrojov a prístrojov. Vo farmaceutickom priemysle sa PVA používa pri výrobe škrupín a plnív pre rôzne tablety. Okrem toho sa polyvinylalkohol niekedy používa pri krvných transfúziách ako náhrada plazmy. Nie je nezvyčajné, že sa PVA používa ako embolizačný prostriedok pri liečbe onkologických ochorení (v prípadoch, keď je operácia kontraindikovaná alebo nie je potrebná). Tento tepelne odolný polymér sa používa aj na výrobu špeciálnych vlákien, ktoré sa používajú na vnútorné chirurgické stehy, ktoré sú po určitom čase vstrebateľné. PVA je tiež zahrnutý ako lubrikant v tekutinách na kontaktné šošovky a očných kvapkách. Často sa táto látka používa pri výrobe detských a dámskych hygienických výrobkov, krémov.

Použitie PVA na výrobu polymérnych filmov a vlákien je rozšírené. Plastifikovaný polyvinylalkohol sa používa na výrobu hadíc odolných voči agresívnym kvapalinám.

Niektoré technológie farbenia látok tiež vyžadujú použitie PVA.

Populárne články

Chudnutie nemusí byť rýchly proces. Hlavnou chybou väčšiny chudnutia je, že chcú dosiahnuť úžasné výsledky za pár dní sedenia na hladovej diéte. Ale kilá sa predsa nepribrali za pár dní! Kilá navyše...

polyvinylalkohol

Štruktúrny vzorec polyvinylalkoholu

polyvinylalkohol(PVA, medzinárodný PVOH, PVA alebo PVAL) je umelý, vo vode rozpustný, termoplastický polymér. Syntéza PVA sa uskutočňuje reakciou alkalickej / kyslej hydrolýzy alebo alkoholýzy polyvinylesterov. Hlavnou surovinou na výrobu PVA je polyvinylacetát (PVA). Na rozdiel od väčšiny polymérov na báze vinylových monomérov, PVA nemožno získať priamo zo zodpovedajúceho monoméru, vinylalkoholu (VA). Niektoré reakcie, pri ktorých by sa očakávalo vytvorenie monomérneho BC, ako napríklad pridanie vody do acetylénu, hydrolýza monochlóretylénu, reakcia etylénmonochlórhydrínu s NaOH, nevedú k tvorbe vinylalkoholu, ale acetaldehydu. Acetaldehyd a VS sú keto a enol tautomérne formy tej istej zlúčeniny, z ktorých keto forma (acetaldehyd) je oveľa stabilnejšia, takže syntéza PVA z monoméru je nemožná:

Keto-enol tautoméria vinylalkoholu

Príbeh

Polyvinylalkohol prvýkrát získali v roku 1924 chemici Herman (Willi Herrmann) a Gonel (Wolfram Haehnel) saponifikačnou reakciou, keď sa roztok polyvinyléteru zmydelnil stechiometrickým množstvom hydroxidu draselného KOH. Výskum v oblasti získavania PVA na začiatku minulého storočia uskutočnili vedci Gonel, Hermann (Hermmann) a Herbert Berg (Berg). Klasický spôsob zmydelnenia prebiehal v médiu v absolútnom (vysušenom) etylalkohole v pomere 0,8 mol zmydelňovacieho činidla na 1,0 mol PVA, pričom došlo k takmer úplnému zmydelneniu PVA. Zistilo sa, že polyvinylalkohol možno získať transesterifikačnou reakciou polyvinylacetátu (PVA) v prítomnosti katalytických množstiev alkálie. Táto reakcia je klasickým príkladom transformácie analogickej polyméru. Za 80 rokov výskumu sa nahromadilo pomerne veľké množstvo experimentálneho materiálu o probléme získavania PVA. Podrobný prehľad literatúry o PVA je uvedený v monografiách S. N. Ushakova (1960), A. Fincha (1973, 1992), M. E. Rosenberga (1983) a T. Sakuradu (1985).

Syntéza a výroba

V súčasnosti sa priemyselná syntéza PVA uskutočňuje transformáciami analogickými s polymérmi, najmä s použitím polyvinyléterov a polyvinyléterov, ako je PVA, ako východiskových polymérov. Medzi hlavné metódy získavania PVA patria rôzne varianty zmydelňovania PVA v alkoholovom médiu alebo vo vode za prítomnosti zásad a kyselín. V závislosti od použitého média a typu katalyzátora môžu byť procesy zmydelňovania PVA reprezentované nasledujúcou všeobecnou schémou:

Všeobecné spôsoby výroby polyvinylalkoholu

Vyššie uvedené reakčné schémy možno rozdeliť do troch skupín: alkoholýza (1), alkalická alebo kyslá hydrolýza (2.3) a aminolýza (4.5). Syntéza PVA prostredníctvom reakcie polyaldolovej kondenzácie z acetaldehydu doteraz viedla k výrobe polyméru s nízkou molekulovou hmotnosťou. Z celého súboru literárnych údajov venovaných vývoju metód syntézy PVA možno rozlíšiť päť hlavných oblastí:

Alkoholýza polyvinylesterov v prostredí sušených nižších alifatických alkoholov (C1-C3), najmä metanolu, v prítomnosti hydroxidov alkalických kovov. Proces alkalickej alkoholýzy je sprevádzaný gélovatením.
Alkoholýza v prítomnosti kyselín. Počet nárokovaných prác pre túto metódu je oveľa menší ako pre alkalické zmydelnenie. Proces kyslej alkoholýzy, ako v prípade zmydelnenia PVA reakčným mechanizmom alkalickej alkoholýzy, je sprevádzaný gélovatením.
Alkalická alkoholýza a hydrolýza v zmesi nižších alifatických alkoholov s inými rozpúšťadlami (dioxán, voda, acetón, benzín alebo estery). Pri použití zmesí, ktorých zložkou je voda, jej koncentrácia takmer vo všetkých prípadoch nepresahuje 10 % a zmydelnenie je sprevádzané tvorbou gélu.
Získavanie PVA mechanizmom hydrolytickej reakcie v prítomnosti kyslých alebo alkalických činidiel, kde ako reakčné médium pôsobí voda.
Vývoj špeciálneho hardvérového dizajnu, ktorý umožňuje riešiť technologické problémy spojené s gélovatením v procese zmydelňovania PVA.

Hlavnou a hlavnou nevýhodou použitých technológií je tvorba tvrdého gélu v plnom objeme reakčnej aparatúry pri dosiahnutí konverzie okolo 50 % a neúplnom stupni hydrolýzy PVA. Technologické riešenie tohto problému spočíva v riedení reakčného systému alebo použití prietokovej schémy na výrobu PVA, predĺžení času syntézy a zahrievaní. To však vedie k zvýšenej spotrebe rozpúšťadla a teda potrebe jeho regenerácie po syntéze a zahrievanie v prítomnosti zmydelňovacieho činidla vedie k deštrukcii polyméru. Ďalším spôsobom je použitie špeciálne navrhnutých miešadiel (vybavených čepeľami) na mletie gélu, avšak toto použitie špeciálnych reaktorov alebo miešadiel zvyšuje náklady na PVA. Okrem toho sa vyššie uvedené spôsoby používajú na získanie širokého rozsahu kopolymérov polyvinylacetát-polyvinylalkohol.

Alkalický alkohol z vinylesterov

Najbežnejšia je alkoholýza vinylesterov v prostredí sušených nižších alifatických alkoholov (C1-C3), najmä metanolu, v prítomnosti hydroxidov alkalických kovov. Ako alkalické činidlá sa najčastejšie používajú hydroxid sodný a draselný, metylát, etylát a propylát. Predpokladá sa, že predpokladom na vykonanie alkoholýzy je dôkladné vysušenie alkoholu.

Mechanizmus alkalickej alkoholýzy polyvinylacetátu

Procesy alkoholýzy možno rozdeliť na základe homogenity (pridanie zásady do homogénneho roztoku PVA) alebo heterogenity (pridanie zásady do disperzie PVA) počiatočného systému. Proces alkalickej alkoholýzy je sprevádzaný gélovatením. Známy spôsob zmydelnenia PVA vodných disperzií vodnými roztokmi alkálií, ktorý je možné uskutočniť v jednom stupni. Alkalická hydrolýza disperzie PVA s molekulovou hmotnosťou 1,106 - 2,106 sa v tomto prípade uskutočňuje pri teplote 0 - 20 °C počas 2 - 5 hodín.

Alkalická alkoholýza v nealkoholických médiách

Vzhľadom na skutočnosť, že gélovatenie sťažuje proces zmydelňovania PVA, boli urobené pokusy vyriešiť tento problém zmenou podmienok procesu. Takže, aby sa znížila hustota gélovitej hmoty, do reakčného média sa zavedie: "... organická zlúčenina, ktorá má nižšiu termodynamickú afinitu k PVA v porovnaní s metanolom". Estery viacmocných alkoholov a mastných kyselín, metylacetát (MeAc), alifatické uhľovodíky boli navrhnuté ako zrážacie činidlá pre kopolyméry BC a VA. Zavedenie až 40 % metylacetátu do reakčného prostredia umožňuje znížiť stupeň zmydelnenia PVA v čase fázového prechodu zo 60 % na 35 %. Zníženie viskozity reakčnej hmoty v čase gélovatenia je možné dosiahnuť aj zavedením povrchovo aktívnych látok, napríklad OP-7, OP-10 alebo proxanolov. V literatúre sú informácie, že ako reakčné médium možno použiť nielen alkoholy, ale aj zmesi s dioxánom a tetrahydrofuránom (THF), ktoré sú dobrými rozpúšťadlami pre polyvinylestery. Článok popisuje proces saponifikácie, ktorý umožňuje získať vysokomolekulárny PVA s nízkym obsahom zvyškových acetátových skupín pomocou THF ako média. Tento vynález bol aplikovaný na zmydelnenie polyvinylpivalátu, aby sa získal syndiotaktický PVA. V tomto prípade príklady neposkytujú náznaky možnej saponifikácie PVA. Existujú náznaky použitia dioxánu ako reakčného média.

Zmydelnenie mechanizmom aminolýzy

Je potrebné poznamenať prácu ruských výskumníkov, najmä S. N. Ushakova a jeho kolegov, ktorí sa venujú vývoju nových metód získavania PVA. Navrhuje sa spôsob zmydelnenia PVA v prostredí monoetanolamínu, etanolu alebo zmesi etanol-monoetanolamín za pôsobenia monoetanolamínu použitého ako zmydelňovacie činidlo. PVA získaný týmto spôsobom obsahuje menej ako 1 % zvyškových acetátových skupín a získava sa vo forme jemného prášku. Podobne sa v prihláške navrhuje uskutočniť heterogénne zmydelnenie perličkového PVA v metanole pôsobením zmesi mono-, di-, trietanolamínov alebo amoniaku za vzniku disperzie PVA.

Kyslý alkohol z vinylesterov

PVA a iné polyvinylestery môžu byť zmydelnené mechanizmom alkoholýzy v prítomnosti kyselín.

Mechanizmus kyslej alkoholýzy polyvinylacetátu

Najpoužívanejšie kyseliny sú sírová, chlorovodíková a chloristá. Keď sa však ako katalyzátor použije kyselina sírová, časť hydroxylových skupín PVA sa esterifikuje kyselinou sírovou za vzniku sulfátového esteru, ktorý je príčinou tepelnej nestability PVA. Použitie kyseliny chlorovodíkovej zvyčajne vedie k farebnému PVA. Kyselina chloristá nevytvára estery s PVA v podmienkach zmydelnenia, ale jej použitie je náročné kvôli nestabilite a sklonu k explozívnemu rozkladu. Kyslé zmydelnenie PVA sa uskutočňuje v alkoholovom roztoku (metyl alebo etylalkohol). Používa sa ako 96% etylalkohol, tak aj bezvodý etylalkohol alebo metylalkohol, treba poznamenať, že výhodný je metanol. "Kyslé" zmydelnenie PVA sa môže tiež uskutočniť vo vodnom médiu bez pridania organického rozpúšťadla.

Vývoj špeciálneho prístrojového vybavenia pre procesy saponifikácie

Ako je uvedené vyššie, gélovatenie počas syntézy PVA spôsobuje vážne technologické problémy spojené s miešaním a izoláciou polyméru. Na vyriešenie tohto problému sa navrhuje uskutočňovať proces zmydelnenia v reaktoroch vybavených miešadlami špeciálnej konštrukcie alebo v extrudéroch pri 20 až 250 °C. Zmydelnenie v takýchto reaktoroch sa uskutočňuje podľa jednej schémy: alkoholýza perličkového PVA v alkoholovom roztoku zmydelňovacieho činidla. Prihlásené patenty sa líšia v modifikácii zariadenia a v skutočnosti, že počas zmydelnenia sa mení počet otáčok miešadla/závitovky, geometria reaktora a miešadla/závitovky. Vo všetkých prípadoch autori uvádzajú, že PVA získaný touto technológiou je biely prášok s nízkym obsahom zvyškových acetátových skupín. Treba však poznamenať, že gélovatenie počas zmydelnenia nie je možné vylúčiť žiadnym miešacím zariadením. Väčšina metód získavania PVA je periodická, avšak existuje dostatočný počet patentov venovaných kontinuálnej technológii zmydelňovania PVA. Jedna z týchto technológií bola vyvinutá v NPO Plastpolimer (St. Petersburg).

Technológia výroby PVA v systéme metanol-benzín

Na vyriešenie technologických ťažkostí spojených s gélovatením v medzistupňoch zmydelňovania PVA bol navrhnutý prístup zahŕňajúci zavedenie benzínu ako zrážadla do reakčného systému. Pri pridávaní benzínu do metanolového roztoku PVA, zvyčajne obsahujúceho do 1 % hm. vody, vzniká heterogénny systém. V závislosti od množstva benzínu pridaného do zmydelňovacieho kúpeľa môže reakcia alkalickej alkoholýzy PVA začať v homogénnom alebo heterogénnom systéme. Zavedením viac ako 30 % benzínu z hmotnosti celej kvapalnej fázy do metanolického roztoku PVA sa vytvorí nestabilná emulzia. S nárastom obsahu benzínu v zmydelňovacom kúpeli sa skracuje doba trvania reakcie pred nástupom gélovatenia a znižuje sa stupeň zmydelnenia uvoľneného polyméru. Zvýšenie obsahu benzínu až o 45 % hm. vedie k tvorbe hrubého prášku. Pri privádzaní benzínu do zmydelňovacieho kúpeľa sa rýchlosť reakcie alkalickej alkoholýzy PVA zvyšuje, najmä po rozdelení roztoku na dve nemiešateľné fázy. Podľa autorov môže byť zrýchlenie reakcie spôsobené znížením stupňa solvatácie PVA acetátových skupín metanolom v prítomnosti benzínu. Autormi navrhovaná metóda zmydelnenia PVA poskytuje výhodu v technológii získavania polyméru (najmä v štádiu sušenia) obsahujúceho viac ako 25 % (mol.) acetátových skupín, ako aj kopolyméry s nízkou molekulovou hmotnosťou BC a BA. Spočíva v tom, že v štádiu sušenia je kvapalná fáza obohatená benzínom a častice kopolyméru sú v zrážacom médiu, čo zabraňuje zlepeniu častíc a vedie k tvorbe voľne tečúcich práškov.

Alternatívne spôsoby, ako získať PVA

Sľubným a perspektívnym spôsobom získania PVA môže byť vývoj získavania PVA z VS. Súčasná úroveň rozvoja vedy a techniky však neumožňuje posunúť rovnováhu smerom k tvorbe VS v páre VS-acetaldehyd. Preto sa slovo „alternatívny“ používa v kontexte vývoja metódy, ktorá znižuje alebo odstraňuje nevýhody predchádzajúcich syntetických metód. Od roku 1924 do roku 2002 bolo vynájdených a implementovaných mnoho rôznych metód na získanie PVA, ale hlavnou nerozpustnou a hlavnou nevýhodou procesu bola želatinácia v štádiu zmydelnenia. Práve tento nedostatok vedie k potrebe vyvinúť nový dizajn hardvéru alebo aplikovať rôzne technologické novinky. Riešenie problému gélovatenia bolo diskutované vyššie.

Bezgélová metóda výroby polyvinylalkoholu

V roku 2002 vo vedeckej skupine Ústavu syntetických polymérnych materiálov. Enikolopov (ISPM RAS, Moskva) pod vedením Viktora Viktoroviča Bojka vyvinul a patentoval novú, vysoko účinnú metódu zmydelnenia PVA. Vlastnosti tejto metódy sú:

Vysoký výkon
Nízke náklady na energiu
Krátky čas syntézy
Žiadne gélovanie
Možnosť realizácie procesu vo vysoko koncentrovaných systémoch
Prvýkrát sa získali amorfné vzorky PVA so stupňom kryštalinity maximálne 5 %.
Metóda je vhodná na zmydelnenie PVA s vysokou molekulovou hmotnosťou bez prudkého poklesu molekulovej hmotnosti polyméru

Metóda objavená V.V. Bojkom je založená na analýze fázových diagramov pre počiatočný, medziprodukt a konečný produkt v systéme „Alkohol-Voda“. Na základe fázových diagramov (podobných ako pri saponifikácii v systéme Benzín-Metanol) boli zvolené podmienky syntézy nielen v bezgélovom režime (získanie komerčného polyméru v práškovej forme), ale aj v úplne homogénny režim (získanie hotového zvlákňovacieho roztoku). Hlavným rozdielom tohto procesu je syntéza v oblasti spinodálneho rozkladu (klasické metódy sú založené na syntéze v oblasti binodálneho rozkladu). V tomto režime rýchlosť rastu vytvorených častíc novej polymérnej fázy prevyšuje rýchlosť tvorby nových častíc, čo následne vedie k vytvoreniu v reakčnom objeme nie priestorovej siete s uzlami v časticiach (kryštalizácia centrá), ale jednotlivé častice. Rozpúšťadlo použité pri syntéze slúži aj ako zmäkčovadlo pre výsledný PVA. Stupeň kryštalinity takéhoto PVA sa môže umelo meniť od 5 do 75 %. Táto metóda je určite nová a revolučná.

Štruktúra a vlastnosti

Chemická štruktúra

Vzhľadom na to, že východiskový polymér (polyvinylacetát) na výrobu polyvinylalkoholu sa získava polymerizačnou reakciou typu head-to-tail, výsledný PVA má podobnú štruktúru. Celkový počet head-to-head monomérnych jednotiek je na úrovni 1-2% a úplne závisí od ich obsahu vo finálnom polyvinylacetáte. Spojenie hlava-hlava hrá významnú úlohu vo fyzikálnych vlastnostiach polyméru, ako aj jeho rozpustnosti vo vode. PVA je spravidla mierne rozvetvený polymér. Rozvetvenie je spôsobené reakciou prenosu reťazca v štádiu získavania polyvinylacetátu. Rozvetvovacie centrá sú najslabšie miesta polymérneho reťazca a práve cez ne sa reťazec pri zmydelňovacej reakcii láme a v dôsledku toho klesá molekulová hmotnosť polyméru. Stupeň polymerizácie PVA je 500-2500 a nezhoduje sa so stupňom polymerizácie pôvodného PVA.

Stupeň hydrolýzy PVA závisí od jeho budúcej aplikácie a pohybuje sa v rozmedzí 70 - 100 mol%. V závislosti od podmienok a typu čiastočného zmydelnenia môžu byť zvyškové acetátové skupiny náhodne rozdelené pozdĺž polymérneho reťazca alebo v blokoch. Distribúcia zvyškových acetátových skupín ovplyvňuje dôležité vlastnosti polyméru, ako je teplota topenia, povrchové napätie vodných roztokov alebo ochranných koloidov a teplota skleného prechodu.

Polyvinylalkohol odvodený od polyvinylacetátu je taktický polymér. Kryštalinita PVA je spôsobená prítomnosťou veľkého počtu hydroxylových skupín v polyméri. Kryštalinitu polyméru ovplyvňuje aj prehistória polyméru, vetvenie, stupeň hydrolýzy a typ distribúcie zvyškových acetátových skupín. Čím vyšší je stupeň hydrolýzy, tým vyššia je kryštalinita vzorky PVA. Keď je úplne zmydelnený produkt tepelne spracovaný, jeho kryštalinita sa zvyšuje a vedie k zníženiu jeho rozpustnosti vo vode. Čím vyšší je počet zvyškových acetátových skupín v PVA, tým nižšia je tvorba kryštalických zón. Výnimkou z hľadiska rozpustnosti je PVA získaný metódou Boyka V.V. Vďaka nízkej počiatočnej kryštalinite je polymér (bez ohľadu na molekulovú hmotnosť) výborne rozpustný vo vode.

Fyzikálne vlastnosti

Polyvinylalkohol je vynikajúci emulgačný, adhezívny a filmotvorný polymér. Má vysokú pevnosť v ťahu a pružnosť. Tieto vlastnosti závisia od vlhkosti vzduchu, keďže polymér absorbuje vlhkosť. Voda pôsobí na polymér ako plastifikátor. Pri vysokej vlhkosti PVA znižuje pevnosť v ťahu, ale zvyšuje elasticitu. Teplota topenia je v oblasti 230 °C (pod dusíkom) a teplota skleného prechodu je 85 °C pre úplne hydrolyzovanú formu. Na vzduchu pri 220 °C sa PVA nenávratne rozkladá s uvoľňovaním CO, CO2, kyseliny octovej a zmenou farby polyméru z bielej na tmavohnedú. Teplota skleného prechodu a teplota topenia závisia od molekulovej hmotnosti polyméru a jeho taktiky. Pre syndiotaktický PVA teda teplota topenia leží v oblasti 280 °C a teplota skleného prechodu pre kopolymér PVA-PVA s obsahom jednotiek PVA 50 % mol. je nižšia ako 20 °C. Amorfný PVA získaný metódou V.V.Boyka nemá charakteristickú endotermickú oblasť zodpovednú za topenie kryštalickej fázy, avšak jeho tepelný rozklad je identický s PVA získaným klasickou metódou.

Chemické vlastnosti

Polyvinylalkohol je stabilný voči olejom, tukom a organickým rozpúšťadlám.

Aplikácia

Zahusťovadlo a lepiaci materiál v šampónoch, lepidlách, latexoch
Bariérová vrstva pre CO 2 v PET (polyetyléntereftalátových) fľašiach
Zložka hygienických výrobkov pre ženy a deti
Produkt na vytvorenie ochrannej obväzovej vrstvy pri výrobe umelých vlákien
V potravinárskom priemysle ako emulgátor
Fólie rozpustné vo vode v procese výroby obalového materiálu
Imobilizácia buniek a enzýmov v mikrobiológii
Výroba polyvinylbutyralov
V roztokoch pre očné kvapky a kontaktné šošovky ako lubrikant
Pri nechirurgickej liečbe onkologických ochorení - ako embolizačný prostriedok
Ako povrchovo aktívna látka na získanie enkapsulovaných nanočastíc

Polyvinylalkohol značiek Alcotex ® , Elvanol ® , Gelvatol ® , Gohsenol ® , Lemol ® , Mowiol ® , Rhodoviol ® a Polyviol ® .

Zdroje

Ushakov S.N. "Polyvinylalkohol a jeho deriváty" M.-L.; Vydavateľstvo Akadémie vied ZSSR, 1960, v.1,2.
"Polyvinylalkohol, vlastnosti a použitie" // J. Wiley: Londýn - NY - Sydney - Toronto, 1973.
Rozenberg M. E. "Polyméry na báze polyvinylacetátu" - L.; Pobočka chémie Leningrad, 1983.
Finch C.A. "Polyvinyl Alcohol - Developments", Wiley, John and Sons, Incorporated, 1992.
Auth. certifikát ZSSR 267901
Auth. certifikát ZSSR 211091
Auth. certifikát ZSSR 711045
Pat. USA 6162864, 2000 Polyvinylalkohol
Overenie ZSSR 141302
Overenie ZSSR 143552
Pat. US 2513488, 1950 Metanolýza polyvinylesterov
Pat. Francúzsko 951160, 1949
Pat. US 2668810, 1951 Spôsob zmydelňovania polyvinylesterov
Pat. Nemecko 3000750, 1986.
Pat. Nemecko 19602901, 1997.
Pat. US 3072624, 1959 Spôsob saponifikácie na prípravu polyvinylalkoholu
Lee S., Sakurada I., „Die responsekinetik der Fadenmoleküle in Lösung. I. Alkalische Verseifung des Polyvinylacetates“, Z.physic.Chem., 1939 zv. 184A, s. 268
"Encyklopédia polymérov" - M.; Sovietska encyklopédia, 1972. v.1-3.
Linderman M. "Polymerizácia vinylových monomérov" - M.; Chémia, 1973.
Autorský certifikát Ruska RU12265617
Autorský certifikát Ruska RU22234518
Autorský certifikát Ruska RU32205191
Bojko Viktor Viktorovič Syntéza polyvinylalkoholu v prostredí voda-alkohol: Dis. ... cukrík. chem. Vedy: 02.00.06: Moskva, 2004 112 s. RSL OD, 61:04-2/321

Polyvinylalkohol je syntetický umelý termoplastický polymér, ktorý je rozpustný vo vode. Syntéza zlúčeniny je alkoholýza alebo alkalická hydrolytická výmenná reakcia.

Prvýkrát polymér získali chemici Gonel a Hermann v roku 1924 reakciou zmydelnenia roztoku polyvinyléteru s hydroxidom draselným. Doposiaľ sa syntéza polyvinylalkoholu uskutočňuje prostredníctvom transformácií analogických polymérom s použitím polyvinyléterov a polyvinyléterov ako východiskového materiálu. Hlavnými výrobnými metódami sú rôzne variácie saponifikácie vo vodnom alebo alkoholovom prostredí s prítomnosťou kyselín a zásad.

V roku 2002 bola v Moskve pod vedením Kuznecova objavená metóda získavania alkoholu bez gélu, ktorá má niekoľko výhod oproti iným metódam, ako je vysoká produktivita, nízke náklady a krátkodobá syntéza.

Jednou z vlastností polyvinylalkoholu je stabilita voči tukom, olejom, organickým rozpúšťadlám. Polymér sa tiež považuje za vynikajúce lepidlo, emulgátor a činidlo tvoriace film. Ďalšou vlastnosťou je vysoký stupeň pevnosti v ťahu a pružnosti, ktoré závisia od úrovne vlhkosti vo vzduchu. Voda pôsobí na zlúčeninu ako zmäkčovadlo. V podmienkach vysokej vlhkosti alkohol stráca svoju pevnosť v ťahu, ale zvyšuje sa jeho elasticita.

Oblasti použitia

Polyvinylalkohol pôsobí ako surovina na výrobu ďalších polymérov:

polyvinylacetál - získaný interakciou aldehydov a alkoholu;
polyvinylnitrát je ester alkoholu a kyseliny dusičnej.

Prostriedok našiel svoje uplatnenie ako modifikátor a zahusťovadlo v polyvinylacetátových lepidlách. V Číne sa zlúčenina používa ako ochranný koloid na výrobu polyvinylacetátových disperzií, ako aj stabilizátor pri emulznej polymerizácii. V oblasti textilnej výroby sa polymér využíva pri výrobe vlákien.

Ďalšie aplikácie:

lepidlo a zahusťovadlo v lepidlách, šampónoch, latexoch;
súčasť produktov starostlivosti o deti a ženy;
pôsobí ako bariérová vrstva pre oxid uhličitý v PET fľašiach;
ako emulgátor v potravinárskom priemysle;
komponent na vytvorenie ochrannej vrstvy pri výrobe umelých vlákien;
vo fóliách rozpustných vo vode pri výrobe obalových materiálov;
pri výrobe polyvinylbutyralov;
v mikrobiológii pri imobilizácii enzýmov a buniek;
ako povrchovo aktívna látka na tvorbu enkapsulovaných nanočastíc;
v roztokoch pre kontaktné šošovky a očných kvapkách ako lubrikant;
v papierových obaloch na vložky;
ako vlákno na vystuženie do betónu;
ako embolizačné činidlo pri lekárskych udalostiach;
ako fixačný prostriedok na odber vzoriek;
ako vo vode rozpustný film na balenie pracieho prostriedku do rozpustných tabliet.

V potravinárskom priemysle sa polymér používa ako leštidlo a zložka viažuca vodu. Alkohol možno nájsť v zmesiach na glazúrovanie morských plodov a rýb, fóliách a náteroch na povrchovú úpravu syrov a údenín.

Vplyv na človeka

Ako bolo zistené, prídavná látka v potravinách pod číslom E1203 nemôže mať nepriaznivý vplyv na ľudský organizmus. Látka je povolená na území Ukrajiny a krajín Európskej únie, no v Rusku je zakázaná.

Populárne články Prečítajte si ďalšie články

02.12.2013