Polystyrèneest un polymère largement utilisé avec de nombreux domaines d'application, tels que les matériaux d'emballage, les matériaux électroniques, les matériaux de construction, etc. Au cours du dernier demi-siècle, diverses méthodes ont été développées pour synthétiser le polystyrène, et cet article se concentrera sur l'introduction de plusieurs de ces méthodes. La synthèse du polystyrène adopte généralement des méthodes telles que la polymérisation radicalaire, la polymérisation cationique, l'échange d'ions, etc. Voici une méthode de synthèse du polystyrène :
1. Méthode de polymérisation radicalaire :
La méthode de polymérisation radicalaire du polystyrène est l'une des méthodes de synthèse les plus utilisées. Le principe de cette méthode est d'utiliser l'ajout d'initiateurs de radicaux libres tels que le peroxyde d'hydrogène dans la solution pour générer une réaction radicalaire du monomère de styrène, puis les radicaux libres se polymérisent en continu, formant finalement un polymère appelé polystyrène. Au cours de ce processus, il est nécessaire de dissoudre le monomère de styrène dans un solvant approprié et de contrôler la température et le temps de réaction pour obtenir l'effet de polymérisation souhaité. C'est l'une de ses principales méthodes de production. Cette méthode comprend les étapes suivantes.
1.1. Préparation des matières premières :
Premièrement, il est nécessaire de préparer les matières premières nécessaires à la production de polystyrène. Pour la polymérisation radicalaire, le styrène est généralement utilisé comme monomère et le peroxyde de benzoyle (BPO) est utilisé comme initiateur de radicaux libres. La qualité du BPO varie de 2 à 3 %.
1.2. Préparation du bac de réaction :
La réaction de polymérisation nécessite l'utilisation d'un réservoir de réaction, et lors de la préparation du réservoir de réaction, il est nécessaire de considérer la quantité de réactifs et la capacité du réservoir de réaction. Les réservoirs de réaction sont généralement constitués de matériaux tels que l'acier inoxydable, le plastique renforcé de fibres de verre (GRP) ou le polyéthylène pour résister aux réactions chimiques et aux conditions de haute pression.
1.3. Prétraitement du réservoir de réaction :
Le réservoir de réaction doit subir un prétraitement pour s'assurer qu'il n'y a pas de poussière ou d'impuretés à l'intérieur du réservoir, et qu'il peut résister à la haute pression des paramètres du processus. La bande chauffante est située à environ 15% du fond du réservoir, qui peut être chauffé électriquement. Le fond de l'agitateur doit être parallèle au fond du réservoir de réaction pour maintenir une température et des conditions d'agitation uniformes.
1.4. alimentation en réactif :
Le styrène et le BPO sont entrés dans le réservoir de réaction en fonction du budget et doivent être ajoutés quantitativement. Dans le même temps, un solvant de réaction doit être ajouté au réservoir de réaction - pour améliorer la fluidité de la réaction, réduire la viscosité et éviter les éclaboussures. Les solvants de réaction couramment utilisés comprennent l'éthane, le toluène ou le dichlorométhane.
1.5. Processus de réaction :
Scellez le réservoir de réaction et chauffez-le à une certaine température, généralement entre 120 et 150 degrés Celsius, pour commencer la réaction. Au cours du processus de réaction, le BPO déclenche une polymérisation radicalaire, qui peut subir une croissance de chaîne et former des molécules de polymère. La réaction progresse du solide au liquide sous-critique puis aux polymères visqueux.
1.6. Fin de réaction :
Lorsque la réaction atteint un certain niveau, il faut l'arrêter. D'une manière générale, à la fin de la réaction, il est nécessaire de refroidir la cuve de réaction pour transformer le polymère d'une pâte en un bloc solide, puis de retirer le bloc de polystyrène blanc de la cuve de réaction.
1.7. Manipulation des produits :
Les blocs de polystyrène obtenus doivent être traités et fabriqués, généralement en broyant les blocs de polymère en particules, en sélectionnant la morphologie appropriée des particules, en extrayant les impuretés telles que les monomères n'ayant pas réagi et l'huile lubrifiante, et en dilatant le corps pour obtenir des plastiques polystyrène disponibles dans le commerce.
En résumé, la polymérisation radicalaire du polystyrène est largement utilisée dans l'industrie et il est nécessaire de prêter attention aux conditions de fonctionnement telles que la température de réaction et l'alimentation précise pour assurer la production de produits polymères de haute qualité.
2. Méthode de polymérisation cationique :
La polymérisation cationique est une autre méthode couramment utilisée pour synthétiser le polystyrène. La raison pour laquelle cette méthode est appelée polymérisation cationique est qu'elle utilise un composé ionique chargé positivement comme catalyseur pour polymériser le styrène. L'avantage de cette méthode est que le polymère synthétisé a un poids moléculaire uniforme et une distribution de poids moléculaire étroite, il est donc souvent utilisé pour préparer des polymères précipités avec un poids moléculaire élevé et une distribution de poids moléculaire étroite. Il a d'abord été préparé par polymérisation radicalaire. Avec la demande croissante de performances des polymères, la polymérisation cationique est progressivement devenue une méthode couramment utilisée pour préparer le polystyrène. La polymérisation cationique est une méthode contrôlable et efficace pour préparer des polymères de polystyrène de haute qualité. Au cours du processus de préparation, il est nécessaire de contrôler des paramètres tels que les conditions de réaction et le taux d'ajout de monomère pour garantir la qualité du produit.
Voici les étapes détaillées de la préparation du polystyrène par la méthode de polymérisation cationique.
(1) Préparation de la composition du système réactionnel :
Le système de réaction pour la préparation du polystyrène se compose généralement de trois composants : monomère, initiateur et agent de solution. Le monomère est généralement du styrène, l'initiateur peut être du sulfate d'ammonium (NH4HSO4) ou du persulfate d'ammonium ((NH4) 2S2O8) et le solvant peut être de l'eau ou des solvants organiques (tels que le toluène ou le xylène). Afin d'assurer un mélange uniforme du système de réaction, il est habituellement nécessaire de mélanger ces composants uniformément avant la réaction.
(2) Prétraitement du système réactionnel :
Avant de poursuivre la réaction, il est nécessaire de prétraiter le système réactionnel. Tout d'abord, le réacteur et l'évaporateur rotatif doivent être soigneusement nettoyés pour éviter la présence d'impuretés. Deuxièmement, le système de réaction doit être rincé avec de l'azote pour éliminer l'oxygène, afin d'empêcher l'oxygène d'interférer avec l'activité de l'initiateur.
(3) Ajout d'initiateur :
Une fois que le système réactionnel est prêt, un initiateur peut être ajouté. Pour le sulfate d'ammonium, il est généralement nécessaire de le dissoudre préalablement dans l'eau puis de l'ajouter au système réactionnel. Pour le persulfate d'ammonium, il est généralement décomposé en ions persulfate et ions ammonium, puis ajouté au système réactionnel.
(4) Ajout de monomères :
Lorsque l'initiateur est déjà présent dans le système réactionnel, l'addition des monomères peut commencer. La vitesse d'addition des monomères doit être très lente, généralement à des intervalles de 2-3 heures. Si le monomère est ajouté trop rapidement, cela conduira à une réaction de polymérisation incontrôlée et conduira finalement à une polymérisation excessive du produit, ce qui peut affecter les propriétés du produit.
(5) Progression et contrôle de la réaction :
Au cours de la réaction de polymérisation, il est généralement nécessaire de contrôler des paramètres tels que la température de réaction, la durée et le taux d'ajout de monomère pour garantir la qualité du produit. Lorsque le sulfate d'ammonium est utilisé comme initiateur, la température de réaction varie généralement de 80 à 100 degrés C et le temps peut durer plusieurs heures. Lorsque le persulfate d'ammonium est utilisé comme initiateur, la température augmente généralement entre 110-130 degré C.
(6) Séparation, purification et test des produits :
Une fois la réaction terminée, le solvant dans la solution peut être éliminé à l'aide d'un évaporateur rotatif pour obtenir un polystyrène durcissable. Enfin, le produit peut être purifié par des étapes telles que le traitement à l'acide et la filtration sur charbon actif. Les produits séparés et purifiés peuvent subir des tests physiques et chimiques pour déterminer leur qualité et leurs propriétés structurelles.
3. Méthode d'échange d'ions :
La méthode d'échange d'ions est une autre méthode couramment utilisée pour synthétiser le polystyrène. Dans la méthode d'échange d'ions, un polymère avec des groupes fonctionnels anioniques est utilisé pour échanger des cations pour former du polystyrène. La méthode d'échange d'ions est une méthode rapide, efficace et rentable pour synthétiser le polystyrène, qui a reçu une attention et une utilisation généralisées.
La méthode d'échange d'ions polystyrène est une technique d'échange d'ions couramment utilisée pour éliminer ou enrichir un ion spécifique d'une solution. Cette méthode réalise la séparation et la purification en adsorbant les ions du filtrat à travers des sites d'échange d'ions dans le polymère. Dans cet article, nous fournirons une introduction détaillée au principe, aux étapes de mise en œuvre et à certaines méthodes d'application de la méthode d'échange d'ions polystyrène.
Principe:
La méthode d'échange d'ions du polystyrène repose sur deux principes : la théorie électrochimique et l'adsorption.
Théorie électrochimique : Les sites d'échange dans les composants échangeurs d'ions en polystyrène existent sous la forme d'ions, qui portent des charges ioniques et peuvent provoquer une attraction ou une répulsion électrostatique des ions dans l'électrolyte. Cette interaction électrostatique peut adsorber le même type d'ions ensemble ou échanger des ions correspondants entre eux.
Adsorption : L'adsorption est le fondement de la méthode d'échange d'ions du polystyrène. Il existe un grand nombre de sites d'échange dans les composants échangeurs d'ions du polystyrène, qui peuvent fournir des effets d'adsorption physiques et chimiques correspondants. Selon l'effet d'adsorption correspondant, les composants échangeurs d'ions de polystyrène peuvent adsorber sélectivement les ions appariés, obtenant ainsi des effets de séparation et d'enrichissement.
Étapes de mise en œuvre :
Les étapes de mise en œuvre de la méthode d'échange d'ions polystyrène peuvent être divisées en étapes importantes suivantes :
(1) Prétraitement : la nouvelle colonne échangeuse d'ions en polystyrène doit être prétraitée avant utilisation pour éliminer les solides en suspension et les impuretés et obtenir des performances optimales. Les méthodes de prétraitement comprennent le lavage à l'eau, le lavage à l'acide et le lavage à l'alcali
(2) Prétraitement de l'échantillon : filtrer ou nettoyer la solution d'échantillon pour éliminer les solides solides en suspension et les impuretés. Si nécessaire, un étalonnage du pH et un ajout de tampon peuvent également être effectués.
(3) Traitement de l'échantillon : la solution d'échantillon peut être traitée dans une colonne échangeuse d'ions en polystyrène en utilisant un écoulement par gravité ou une haute pression. Les ions de la colonne échangeuse d'ions en polystyrène échangeront avec les ions de la solution, et les ions de la solution seront éliminés, tandis que les ions de la phase solide seront enrichis.
(4) Lavage : La phase solide traitée doit être lavée pour rafraîchir les sites d'échange et éliminer les ions en excès. La valeur de pH de la solution de lavage est généralement la même que la valeur de pH conçue pour les colonnes échangeuses d'ions polymères.
(5) Désorption : les ions qui ont déjà été adsorbés dans des colonnes échangeuses d'ions polymères doivent être désorbés, généralement en utilisant des concentrations d'électrolyte plus fortes et/ou des solvants plus polaires. Par exemple, des solutions électrolytiques fortes telles qu'une solution de chlorure de sodium et une solution de chlorure d'ammonium peuvent être utilisées pour les opérations de désorption.
(6) Régénération : La régénération des colonnes échangeuses d'ions en polystyrène dépend du type de matériau d'échange utilisé et peut généralement être obtenue par plusieurs types de méthodes de traitement. Par exemple, des solutions acides ou alcalines à haute concentration peuvent être utilisées pour le traitement afin de restaurer la capacité d'adsorption de telles colonnes échangeuses d'ions. Bien sûr, les produits chimiques stimulants puissants ne doivent pas être utilisés pour éviter d'endommager les matériaux solides.
Procédé d'application:
La méthode d'échange d'ions du polystyrène est largement utilisée dans les domaines de l'environnement, de la biologie et de la pharmacie. Par exemple, il peut être utilisé pour la séparation et la purification d'ions purs ou mixtes, la bioséparation et la purification fines et la purification de préparations dans l'industrie pharmaceutique. Le champ d'application spécifique comprend :
(1) Séparation et enrichissement des ions
(2) Enlever ou enrichir des gènes ou des protéines
(3) Séparation des polymères ioniques
(4) Modification de la solution et amélioration de la stabilité des formulations
(5) Utilisé pour le traitement des eaux de procédés industriels
En résumé, la méthode d'échange d'ions du polystyrène est une technologie importante largement utilisée dans les laboratoires et les sites industriels. Nous avons déjà présenté en détail les étapes de mise en œuvre de cette méthode. Nous espérons que cet article pourra fournir aux lecteurs une compréhension et des conseils plus approfondis, et promouvoir davantage le développement et l'application de la technologie d'échange d'ions du polystyrène.
Ce qui précède est la principale méthode de synthèse du polystyrène. Ces méthodes présentent des avantages et des inconvénients correspondants, et la méthode spécifique à utiliser doit être sélectionnée en fonction des besoins réels de l'application.