Πρόοδος της έρευνας και ταξινόμηση της πολυβινυλοπυρρολιδόνης
Η πολυβινυλοπυρρολιδόνη (PVP) είναι ένα πολύ σημαντικό υδατοδιαλυτό πολυμερές-. Πολυμερίζεται με N-vinylpyrrolidonc (NVP) υπό ορισμένες συνθήκες. Από το 1938, όταν ο Γερμανός χημικός Reppe χρησιμοποίησε για πρώτη φορά το ακετυλένιο ως πρώτη ύλη για να συνθέσει το NVP και το πολυμερές του PVP, το PVP έχει εξελιχθεί σε τρεις κατηγορίες: ομοπολυμερές, συμπολυμερές και προϊόν με διασταύρωση-. Τα προϊόντα PVP έχουν επίσης εξελιχθεί σε τρεις προδιαγραφές: βιομηχανικής ποιότητας, φαρμακευτικής ποιότητας και ποιότητας τροφίμων.
Το PVP χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων του. Δεν έχει μόνο εξαιρετική διαλυτότητα, χημική σταθερότητα, ιδιότητα σχηματισμού φιλμ{{1}, φυσιολογική αδράνεια, ικανότητα συγκόλλησης και προστατευτική συγκολλητική δράση, αλλά μπορεί επίσης να συνδυαστεί με πολλές ανόργανες και οργανικές ενώσεις. Ως εκ τούτου, το PVP έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στην ιατρική, τα καλλυντικά, τα τρόφιμα, τη ζυθοποιία, τις επικαλύψεις, τις κόλλες, τα βοηθητικά μέσα εκτύπωσης και βαφής, τις μεμβράνες διαχωρισμού, τα φωτοευαίσθητα υλικά και άλλους τομείς από την κυκλοφορία του. Με την ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας, το πεδίο εφαρμογής του PVP γίνεται όλο και πιο εκτεταμένο. Έχει επίσης εφαρμοστεί σε πεδία υψηλής τεχνολογίας{{5}, όπως φωτοσκληρυνόμενες ρητίνες, οπτικές ίνες, δίσκους βίντεο λέιζερ και υλικά μείωσης οπισθέλκουσας. Μπορούμε να πούμε ότι το PVP έχει διεισδύσει σε όλους τους τομείς της εθνικής οικονομίας και της ζωής των ανθρώπων.
Η Κίνα ξεκίνησε καθυστερημένα την έρευνα για την τεχνολογία παραγωγής PVP. Το 1987, το Henan Boai Chemical Plant και το Zhejiang Chemical Plant Research Institute κατασκεύασαν από κοινού μια πιλοτική μονάδα με ετήσια παραγωγή 50 τόνων NVP. Το 1996, το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας του Γκουανγκντόνγκ συνεργάστηκε με το εργοστάσιο φυτοφαρμάκων Luoding στην επαρχία Γκουανγκντόνγκ για την κατασκευή ενός εργοστασίου παραγωγής με ετήσια παραγωγή 500 τόνων PVP. Ωστόσο, τα προϊόντα PVP της χώρας μου εξακολουθούν να βασίζονται κυρίως στις εισαγωγές και υπάρχει μεγάλο κενό στους τομείς έρευνας και ανάπτυξης και εφαρμογής σε σύγκριση με τις ξένες χώρες. Τα τελευταία χρόνια, με την ανάπτυξη της οικονομίας της χώρας μου και την πρόοδο της επιστήμης και της τεχνολογίας, έχει επίσης πραγματοποιηθεί έρευνα για την παραγωγή και εφαρμογή PVP από πολλές πτυχές. Αυξάνεται και η ζήτησή του. Επομένως, η έρευνα για την ανάπτυξη και εφαρμογή του PVP έχει πολύ σημαντική θεωρητική σημασία και πρακτική αξία.
Ιδιότητες και Σύνθεση Βινυλοπυρρολιδόνης
Φυσικές ιδιότητες του NVP
Το NVP είναι η συντομογραφία της βινυλοπυρρολιδόνης, η οποία είναι ένα μονομερές για τη σύνθεση PVP. Το NVP είναι ένα άχρωμο ή ανοιχτό κίτρινο διαφανές υγρό με ελαφριά οσμή σε θερμοκρασία δωματίου. Είναι εύκολα διαλυτό στο νερό, με σχετική πυκνότητα 1,04 και σημείο βρασμού 148 βαθμούς. Εκτός από το ότι είναι διαλυτό στο νερό, το NVP είναι επίσης διαλυτό σε πολλούς οργανικούς διαλύτες, όπως μεθανόλη, αιθανόλη, προπανόλη, ισοπροπανόλη, χλωροφόρμιο, γλυκερόλη, τετραϋδροφουράνιο, οξικό βινύλιο, τολουόλιο κ.λπ., και έχει εξαιρετικές ιδιότητες διαλύματος.
Χημικές ιδιότητες του NVP
Το μόριο του NVP είναι ένας πενταμελής δακτύλιος που περιέχει ένα άτομο Ν, το οποίο ανήκει στην ένωση λακτάμης. Υπάρχει μια ομάδα βινυλίου συνδεδεμένη με το άτομο. Αυτή η ομάδα παρέχει ειδικές ιδιότητες για τον πολυμερισμό και την εφαρμογή του NVP. Ο μοριακός τύπος του NVP είναι C6H0NO.
Το NVP έχει δύο σημαντικές ιδιότητες, δηλαδή τον εύκολο πολυμερισμό και την υδρόλυση.
Το NVP μπορεί να υποβληθεί σε αντίδραση πολυμερισμού για να ληφθεί πολυβινυλοπυρρολιδόνη παρουσία κατάλληλων εκκινητών ή υπό συνθήκες φωτός. Ακόμη και αν δεν υπάρχουν εκκινητές, το NVP θα υποβληθεί σε αυτο-πολυμερισμό για λόγους όπως ο μεγάλος χρόνος αποθήκευσης. Επομένως, το NVP που διατίθεται στο εμπόριο περιέχει γενικά αναστολείς και πρέπει να αφαιρέσουμε τους αναστολείς κατά τον πολυμερισμό. Υπάρχουν δύο μέθοδοι θεραπείας: η μία είναι η προσθήκη ενεργού άνθρακα και η χρήση του αποτελέσματος προσρόφησής του για την απομάκρυνση των αναστολέων. Το άλλο είναι να χρησιμοποιήσετε τη μέθοδο της απόσταξης υπό κενό για να λάβετε καθαρό NVP σε πίεση περίπου 133,32 Pa και θερμοκρασία περίπου 50 βαθμών.
Μια άλλη σημαντική χημική ιδιότητα του NVP είναι ότι είναι εύκολο να υποβληθεί σε αντίδραση υδρόλυσης παρουσία συνθηκών οξέος ή άλατος για την παραγωγή πυρρολιδόνης και ακεταλδεΰδης. Μέσω της έρευνας, μπορούμε να αποκτήσουμε τον μηχανισμό υδρόλυσης του NVP υπό όξινες συνθήκες.
Το φορτίο βινυλίου στο μόριο NVP δεν είναι ισορροπημένο, δηλαδή, η πυκνότητα φορτίου στα δύο άτομα άνθρακα που συνδέονται με τον διπλό δεσμό είναι διαφορετική. Όταν υπό όξινες συνθήκες, λαμβάνει χώρα ισομερισμός στο μόριο NVP, σχηματίζοντας μια σειρά μεταβατικών καταστάσεων και τελικά δημιουργώντας πυρρολιδόνη και ακεταλδεΰδη. Η παραγόμενη πυρρολιδόνη αντιδρά με το μόριο NVP και αποσυντίθεται σε πυρρολιδόνη και ακεταλδεΰδη με τη συμμετοχή νερού. Επομένως, πρέπει να προσέξουμε δύο σημεία στη σύνθεση και εφαρμογή του NVP: 1. Το νερό πρέπει να αφαιρείται πλήρως κατά τη σύνθεση του NVP και 2. Κατά την αποθήκευση και τη μεταφορά, πρέπει να προστίθεται κατάλληλα 0,1% αλκαλίων (όπως οξείδιο του νατρίου, αμμωνία κ.λπ.).
Μέθοδος σύνθεσης NVP
Οι κύριες μέθοδοι σύνθεσης της NVP περιλαμβάνουν τη μέθοδο ακετυλενίου, μέθοδο πυρρολιδόνης, μέθοδο βουτυρολακτόνης, μέθοδο μηλεϊνικού ανυδρίτη (μέθοδος μηλεϊνικού ανυδρίτη για συντομία) κ.λπ. Μεταξύ αυτών, η μέθοδος ακετυλενίου είναι η κύρια μέθοδος.
Η μέθοδος του ασετυλενίου εφευρέθηκε για πρώτη φορά από τον Γερμανό χημικό W. Reppe τη δεκαετία του 1930. Χρησιμοποιεί ακετυλένιο και φορμαλδεΰδη ως πρώτες ύλες και υφίσταται προσθήκη ακετυλενοαλδεΰδης, καταλυτική υδρογόνωση, καταλυτική αποσύνθεση, αμίνωση, προσθήκη αλκυνίου και άλλες αντιδράσεις για τη λήψη μονομερούς NVP.
Η μέθοδος ακετυλενίου έχει αυστηρές απαιτήσεις στις συνθήκες λειτουργίας λόγω της κύριας πρώτης ύλης που χρησιμοποιείται ακετυλένιο. Η διαδικασία πρέπει να εκτελείται υπό συνθήκες υψηλής πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας. Έχει υψηλές απαιτήσεις σε εξοπλισμό, μεγάλη ροή διεργασιών και επένδυση εξοπλισμού. Είναι κατάλληλο μόνο για παραγωγή μεγάλης-κλίμακας και δεν είναι κατάλληλο για κατασκευή μεσαίων και μικρών κατασκευαστών.
Η μέθοδος πυρρολιδόνης χρησιμοποιεί απευθείας την πυρρολιδόνη ως κύρια πρώτη ύλη και λαμβάνει NVP μέσω της ενδομοριακής αντίδρασης προσθήκης και στη συνέχεια θέρμανσης για την εξάλειψη ενός μορίου. Γενικά, πυρρολιδόνη και καρβοξυλικός βινυλεστέρας, βινυλαιθέρας, αιθυλενοξείδιο, κ.λπ. αντιδρούν υπό την κατάσταση ενός καταλύτη, και στη συνέχεια θερμαίνονται για να απομακρυνθούν μοριακές ουσίες όπως καρβοξυλικό οξύ, αλκοόλη και νερό για να ληφθεί Ν-βινυλοπυρρολιδόνη. ενώ η μέθοδος -βουτυρολακτόνης είναι μια μέθοδος κατά την οποία η -βουτυρολακτόνη αντιδρά με αιθανολαμίνη για να δημιουργήσει υδροξυαιθυλοπυρρολιδόνη (NHP) και στη συνέχεια η NHP αφυδατώνεται απευθείας παρουσία ενός καταλύτη αφυδάτωσης για να δημιουργήσει το μονομερές NVP.
Σε σύγκριση με τη μέθοδο ακετυλενίου, η μέθοδος -βουτυρολακτόνης και η μέθοδος πυρρολιδόνης έχουν τα πλεονεκτήματα της σύντομης ροής διεργασιών, της μικρής επένδυσης σε εξοπλισμό, του σύντομου κύκλου κατασκευής εγκαταστάσεων και των ήπιων συνθηκών λειτουργίας, αλλά έχουν επίσης τα μειονεκτήματα των υψηλών τιμών πρώτων υλών και του υψηλού κόστους παραγωγής. Επομένως, είτε πρόκειται για τη μέθοδο ακετυλενίου, είτε για τη μέθοδο -βουτυρολακτόνης ή τη μέθοδο πυρρολιδόνης, υπάρχουν ελλείψεις και πρέπει ακόμη να μελετηθούν περαιτέρω βελτιωμένες μέθοδοι.