Изготовлены легенды о драматически улучшающихся десятилетиями химических процессах. От повышения эффективности до снижения затрат и отходов химики ищут новые пути повышения эффективности производства полистирола и непрерывной полимеризации потока, что вполне может стать решением проблемы.
Вместо того, чтобы переходить на крупномасштабный объемный процесс для повышения эффективности, переход к использованию крошечных пробирок и стеклянных микросхем реакторов может показаться интуитивным, но дополнительный контроль, который исследователи получают с помощью химического оборудования лабораторного масштаба, дает убедительный аргумент для размышлений о расширении масштаба.
Что такое полистирол?
Благодаря своей инертности и эластичности, полистирол широко используется в различных областях применения. Она играет особенно важную роль в упаковочной промышленности; нам всем пришлось копаться в слоях полистирола, чтобы достать новое устройство из коробки!
Производство полистирола и необходимость совершенствования существующих методов полимеризации стирола
Полимеризация стирола обычно осуществляется путем смешивания мономеров стирола с ингибитором, таким как пероксид или бензоил. Ингибитор разлагается и образует радикалы, которые разрушают двойную углеродную связь стирола и вызывают полимеризацию.
Основными целями методов производства полистирола являются высокая молекулярная масса, узкое распределение молекулярной массы, хорошая производительность и высокая степень конверсии стирольного мономеров в полимер. Молекулярно-массовое распределение полимеризации стирола является одним из важнейших факторов, так как это свойство влияет на ударную вязкость и прочность на разрыв, хрупкость, твердость и температуру размягчения конечного продукта. Оптимизация молекулярно-массового распределения и его масштабирование особенно важны для обеспечения воспроизводимости производства полистирола в больших объемах.
Методы производства полистирола практически не изменились с момента их первого коммерческого использования в 1931 году. Традиционно, методы пакетной эмульсии, раствора или суспензионной полимеризации были предпочтительным выбором при производстве полистирола. Эти методы обеспечивают ограниченный контроль над молекулярной массой, молекулярно-массовым распределением и преобразованием мономеров в полимеры, но имеют то преимущество, что позволяют легко масштабировать их. Однако легкое наращивание мощностей уже не является жизнеспособной тактикой из-за внедрения новых, более дешевых конкурирующих материалов, что привело к новым усилиям по повышению эффективности процесса производства полистирола.
Как непрерывная текучая полимеризация способствует повышению эффективности производства полистирола?
Используя химическую систему Syrris Asia Flow Chemistry System, профессор Ардсон душ Сантуш Вианна (химический факультет Университета штата Сан-Паулу) создал новую технологию производства полистирола, которая обеспечивает хорошее преобразование мономеров в высокомолекулярный полимер, узкое и воспроизводимое распределение молекулярного веса и более высокую производительность по сравнению с традиционными методами серийного производства. Эта технология позволяет получать высококачественный полистирол более эффективным и воспроизводимым способом, чем другие методы.
Оптимизация процесса компромисса - и как непрерывный поток помогает
Профессор Ардсон провел несколько экспериментов с реактором с фторполимерной трубкой объемом 4 мл и стеклянным микрореактором объемом 250 мл для определения влияния температуры, концентрации, времени пребывания и массы ингибитора на общую реакцию полимеризации. Результаты экспериментов показали, что оптимизация процесса полимеризации стирола представляет собой компромисс, поскольку не все параметры дополняют друг друга, а улучшение молекулярно-массового распределения может привести, например, к снижению конверсии стирольного мономеров в полимер.
Увеличение времени реакции и исходной массы инициатора приводило к увеличению конверсии
Однако наибольший молекулярный вес был достигнут при скорости преобразования всего 27,9%, в то время как наибольший коэффициент преобразования в 66,8% обеспечил значительно более низкий молекулярный вес.
Перейдя на методы непрерывного потока, профессор Ардсон смог значительно усовершенствовать химию, существовавшую на протяжении десятилетий. Уровень контроля параметров реакции, который обеспечивает технология непрерывной проточной химии, позволяет проводить тонкую настройку химии, значительно превосходящую возможности традиционных реакторов периодического действия. Точное определение границ каждого параметра реакции позволило профессору Ардсону определить значительно улучшенные условия реакции для проведения полимеризации стирола с высоким молекулярным весом и узким молекулярно-массовым распределением, высокой производительностью и хорошей конверсией мономеров в полимеры.