Napredak istraživanja i klasifikacija polivinilpirolidona
Polivinilpirolidon (PVP) je veoma važan polimer{0}}topiv u vodi. Polimerizira se pomoću N-vinilpirolidonca (NVP) pod određenim uvjetima. Od 1938. godine, kada je njemački hemičar Reppe prvi put koristio acetilen kao sirovinu za sintezu NVP-a i njegovog polimera PVP-a, PVP se razvio u tri kategorije: homopolimer, kopolimer i unakrsno-povezani proizvod. PVP proizvodi su se također razvili u tri specifikacije: industrijski, farmaceutski i prehrambeni.
PVP se sve više koristi zbog svojih jedinstvenih svojstava. Ne samo da ima odličnu rastvorljivost, hemijsku stabilnost, svojstvo stvaranja filma-, fiziološku inertnost, sposobnost vezivanja i zaštitni adhezivni efekat, već se takođe može kombinovati sa mnogim neorganskim i organskim jedinjenjima. Stoga se PVP od svog lansiranja naširoko koristi u medicini, kozmetici, hrani, pivarstvu, premazima, ljepilima, pomoćnim sredstvima za štampanje i bojenje, membranama za odvajanje, fotoosjetljivim materijalima i drugim poljima. Sa razvojem nauke i tehnologije, polje primene PVP-a postaje sve opsežnije. Također je primijenjen u visokotehnološkim poljima kao što su fotootvrdnute smole, optička vlakna, laserski video diskovi i materijali za smanjenje otpora. Može se reći da je PVP prodro u sve oblasti nacionalne ekonomije i života ljudi.
Kina je kasno počela sa istraživanjem tehnologije proizvodnje PVP-a. Godine 1987. Henan Boai Chemical Plant i Zhejiang Chemical Plant Research Institute zajednički su izgradili pilot postrojenje sa godišnjom proizvodnjom od 50 tona NVP-a. Godine 1996. Tehnološki univerzitet Guangdong je sarađivao sa tvornicom pesticida Luoding u provinciji Guangdong kako bi izgradio proizvodni pogon sa godišnjom proizvodnjom od 500 tona PVP-a. Međutim, PVP proizvodi moje zemlje i dalje se uglavnom oslanjaju na uvoz, a postoji veliki jaz u oblasti istraživanja i razvoja i primjene u poređenju sa stranim zemljama. Posljednjih godina, sa razvojem privrede moje zemlje i napretkom nauke i tehnologije, istraživanja proizvodnje i primjene PVP-a su također sprovedena u mnogim aspektima. Njena potražnja je takođe u porastu. Stoga istraživanje razvoja i primjene PVP-a ima veoma važan teorijski značaj i praktičnu vrijednost.
Svojstva i sinteza vinilpirolidona
Fizička svojstva NVP-a
NVP je skraćenica od vinilpirolidona, koji je monomer za sintezu PVP-a. NVP je bezbojna ili svijetložuta prozirna tekućina s blagim mirisom na sobnoj temperaturi. Lako je rastvorljiv u vodi, sa relativnom gustinom od 1,04 i tačkom ključanja od 148 stepeni. Osim što je rastvorljiv u vodi, NVP je rastvorljiv i u mnogim organskim rastvaračima, kao što su metanol, etanol, propanol, izopropanol, hloroform, glicerol, tetrahidrofuran, vinil acetat, toluen, itd., i ima odlična svojstva rastvora.
Hemijska svojstva NVP
Molekul NVP-a je peto--člani prsten koji sadrži N atom, koji pripada laktamskom jedinjenju. Postoji vinilna grupa vezana za atom. Ova grupa pruža posebna svojstva za polimerizaciju i primjenu NVP-a. Molekularna formula NVP-a je C6H0NO.
NVP ima dva važna svojstva, a to su laka polimerizacija i hidroliza.
NVP se može podvrgnuti reakciji polimerizacije kako bi se dobio polivinil pirolidon u prisustvu odgovarajućih inicijatora ili pod svjetlosnim uvjetima. Čak i u odsustvu pokretača, NVP će se podvrgnuti samo-polimerizaciji zbog razloga kao što je dugo vrijeme skladištenja. Stoga, komercijalno dostupan NVP uglavnom sadrži inhibitore, a mi moramo ukloniti inhibitore tokom polimerizacije. Postoje dvije metode liječenja: jedna je dodavanje aktivnog ugljena i korištenje njegovog efekta adsorpcije za uklanjanje inhibitora; drugi je da se metodom vakuum destilacije dobije čisti NVP na pritisku od oko 133,32Pa i temperaturi od oko 50 stepeni.
Još jedno važno hemijsko svojstvo NVP-a je da je lako podvrgnuti reakciji hidrolize u prisustvu kiselih ili solnih uslova da bi se proizveo pirolidon i acetaldehid. Istraživanjem možemo dobiti mehanizam hidrolize NVP u kiselim uslovima.
Naboj vinila u molekuli NVP je neuravnotežen, odnosno gustina naboja na dva atoma ugljenika povezana dvostrukom vezom je različita. U kiselim uslovima dolazi do izomerizacije u NVP molekulu, formirajući niz prelaznih stanja i konačno stvarajući pirolidon i acetaldehid. Nastali pirolidon reaguje sa molekulom NVP i razlaže se na pirolidon i acetaldehid uz učešće vode. Stoga treba obratiti pažnju na dvije tačke u sintezi i primjeni NVP-a: 1. Tokom sinteze NVP-a treba potpuno ukloniti vodu i 2. Prilikom skladištenja i transporta potrebno je odgovarajuće dodati 0,1% alkalija (kao što su natrijum oksid, amonijak itd.).
Metoda sinteze NVP
Glavne metode sinteze NVP-a uključuju acetilensku metodu, metodu pirolidona, metodu butirolaktona, metodu anhidrida maleinske kiseline (skraćeno metoda anhidrida maleinske kiseline) itd. Među njima, metoda acetilena je glavna metoda.
Metodu acetilena prvi je izumio njemački hemičar W. Reppe 1930-ih. Koristi acetilen i formaldehid kao polazne materijale i podvrgava se dodavanju acetilen aldehida, katalitičkoj hidrogenaciji, katalitičkoj razgradnji, aminaciji, adiciji alkina i drugim reakcijama da bi se dobio monomer NVP.
Metoda acetilena ima stroge zahtjeve u pogledu radnih uvjeta zbog glavne sirovine koja se koristi acetilen. Proces se mora izvoditi pod visokim pritiskom i visokim temperaturama. Ima visoke zahtjeve u pogledu opreme, dugog toka procesa i ulaganja u opremu. Pogodan je samo za velike{3}}proizvodnje i nije pogodan za izgradnju srednjih i malih proizvođača.
Metoda pirolidona direktno koristi pirolidon kao glavnu sirovinu, a NVP se dobija kroz reakciju intramolekularne adicije i zatim zagrijavanjem kako bi se eliminirao jedan molekul. Općenito, pirolidon i vinil karboksilat, vinil eter, etilen oksid, itd. reaguju pod uslovima katalizatora, a zatim se zagrijavaju kako bi se uklonile molekularne supstance kao što su karboksilna kiselina, alkohol i voda da bi se dobio N-vinil pirolidon; dok je -butirolaktonska metoda metoda u kojoj -butirolakton reaguje sa etanolaminom kako bi se stvorio hidroksietil pirolidon (NHP), a zatim se NHP direktno dehidrira u prisustvu katalizatora dehidratacije kako bi se stvorio monomer NVP.
U poređenju sa acetilenskom metodom, -butirolaktonska i pirolidonska metoda imaju prednosti kratkog toka procesa, male investicije u opremu, kratkog ciklusa izgradnje postrojenja i blagih uslova rada, ali imaju i nedostatke visoke cijene sirovina i visokih troškova proizvodnje. Stoga, bilo da se radi o metodi acetilena, -butirolaktonskoj metodi ili pirolidonskoj metodi, postoje nedostaci i još uvijek treba proučiti dalje poboljšane metode.