Alcohol de polivinilo
Alcohol de polivinilo, denominado PVA. Fórmula molecular: (C2H4O) n. Compuesto orgánico polimérico saponificado elaborado a partir de acetato de polivinilo. El alcohol polivinílico es un polvo blanco, escamas o sólido floculante con una temperatura de transición vítrea de 60 a 85 grados C. El alcohol polivinílico contiene muchos grupos alcohol, tiene polaridad y puede formar enlaces de hidrógeno con agua, por lo que puede disolverse en agua polar. ; También se puede disolver en disolventes calientes que contienen hidroxilo, como glicerina, fenol, etc., no soluble en metanol, benceno y disolventes orgánicos generales como acetona y gasolina. Se utiliza principalmente en la fabricación de polivinil acetal, tuberías resistentes a la gasolina y fibras de vinilón; También se utilizan como adhesivos para protección temporal de películas, tejidos, cueros, etc., materiales aglutinantes, aprestos para tejidos, emulsionantes y coloides protectores de espera.
Descubre la historia
El alcohol polivinílico fue descubierto por primera vez por los químicos alemanes WOHerrmann y el Dr. WWHachnel en 1924. Debido a que puede llevar a cabo la reacción química típica del poliol y mediante un tratamiento insoluble, se desnaturaliza y tiene diferentes efectos funcionales, lo que resulta en una serie de materiales sintéticos ampliamente utilizados. utilizado en la producción industrial y agrícola y en aplicaciones médicas. El alcohol polivinílico alcanzó la producción industrial en 1926 y el producto logró una industrialización a gran escala en la década de 1950. A principios de la década de 1980, la capacidad de producción mundial era de aproximadamente 640 kt.
La ruta de producción del alcohol polivinílico se divide según las materias primas, existen dos tipos: método de etileno y método de acetileno.
Propiedades físicas y químicas
Alcohol de polivinilo
Alcohol polivinílico, conocido como PVA
El alcohol polivinílico es un polímero soluble en agua obtenido por hidrólisis de acetato de polivinilo sin polimerización de monómeros, abreviado. Escamas blancas, sólidos floculentos o pulverulentos, inodoros. Las propiedades físicas del alcohol polivinílico se ven afectadas por la estructura química, el grado de alcohólisis y el grado de polimerización. Hay dos estructuras químicas en la molécula de alcohol polivinílico, a saber, la estructura 1, 3 y 1, 2 de etilenglicol, pero la estructura principal es la estructura de 1, 3 etilenglicol, es decir, la estructura de "cabeza y cola".
Densidad relativa del alcohol polivinílico (25 grados/4 grados) 1.27 - 1.31 (sólido), 1.02 (solución al 10%), punto de fusión 230 grados, temperatura de transición vítrea {{9 }} grados, se calienta en el aire. Cambia lentamente de color y se vuelve quebradizo por encima de los 100 grados. Se deshidrata y eterifica cuando se calienta a 160-170 grados C y pierde su solubilidad. Comienza a descomponerse cuando se calienta a 200 grados C. Más allá de los 250 grados C, se convierte en un polímero que contiene dobles enlaces conjugados. Índice de refracción 1.49 - 1.52, conductividad térmica 0,2w/(m·K), capacidad calorífica específica 1 - 5J/(kg·K), resistividad (3.1 - 3.8 ) × 107Ω·cm. Es soluble en agua y generalmente es necesario calentarlo a 65-75 grados C para su completa disolución. Insoluble en gasolina, queroseno, aceite vegetal, benceno, tolueno, dicloroetano, tetracloruro de carbono, acetona, acetato de etilo, metanol, etilenglicol, etc. Ligeramente soluble en dimetilsulfóxido. 120 - 150 grado soluble en glicerina. Pero cuando se enfría a temperatura ambiente, se vuelve gelatina. Para disolver el alcohol polivinílico, el material se debe agregar a agua a temperatura ambiente mientras se agita. Después de dispersar uniformemente, aumente la temperatura para acelerar la disolución, lo que puede evitar la aglomeración y afectar la velocidad de disolución. La solución acuosa de alcohol polivinílico (5%) es muy sensible al bórax y al ácido bórico y es fácil provocar gelificación. Cuando el bórax alcance el 1% de la masa de la solución, se producirá una coagulación irreversible. El cromato, el dicromato y el permanganato también pueden producir gel de alcohol polivinílico.
Introducción a la clasificación
El alcohol polivinílico es un tipo de solubilidad en agua obtenida mediante alcohólisis. La cadena principal de la molécula contiene el grupo ―CH―CH (OH)―.
Según el grado de polimerización: se puede dividir en grado de polimerización ultra alto (peso molecular de 25-30 millones), alto grado de polimerización (peso molecular de 17-220000), grado medio de polimerización ( peso molecular de 12-150000) y bajo grado de polimerización (peso molecular de 2,5-3.5 millones).
Según el grado de alcoholisis: se puede dividir en tres tipos: alcoholisis completa (98-100% alcoholisis), alcoholisis parcial (87-89% alcoholisis) y alcoholisis 78%.
El alcohol polivinílico con alto grado de polimerización y alcohólisis es la principal materia prima de la fibra formal de polivinilo. A medida que aumenta el grado de alcohólisis, su solubilidad en agua disminuye significativamente. Para el alcohol polivinílico, los miles y cientos de dígitos del grado de polimerización generalmente se colocan en el frente y el grado de alcohólisis se coloca en la parte posterior. Por ejemplo, alcohol polivinílico 17-99 significa que el grado de polimerización es 1700 y el grado de alcohólisis es 99%. Generalmente, el grado de polimerización aumenta, la viscosidad de la solución acuosa aumenta y la fuerza y la resistencia a los disolventes después de la formación de la película aumentan, pero la solubilidad en agua y el alargamiento después de la formación de la película disminuyen.
La viscosidad de la solución acuosa de PVA 17-88 aumenta gradualmente con el tiempo a temperatura ambiente. Sin embargo, la viscosidad a una concentración del 8% es absolutamente estable, independientemente del tiempo. El fenómeno especial del alcohol polivinílico tiene buenas propiedades de formación de película y es muy incómodo para muchos gases, excepto el vapor de agua y el amoníaco. Buena resistencia a la luz, no afectada por la luz. Puede arder cuando hay fuego abierto y tiene un olor especial. Cuando se almacena la solución acuosa, a veces se vuelve tóxica. No tóxico, no irritante para la piel humana. Se utiliza como estabilizador de emulsión para la polimerización en emulsión de acetato de polivinilo. Utilizado en la fabricación de adhesivos solubles en agua. Utilizado como modificador de adhesivos de almidón. También se puede utilizar para preparar adhesivos fotosensibles y selladores resistentes a disolventes de benceno. También se utiliza como agente desmoldante, dispersante, etc. Almacenar en un lugar fresco y seco. A prueba de humedad e ignífugo.
El alcohol polivinílico 17-92 se abrevia como PVAl 7-92, partículas o polvo blanco. Fácilmente soluble en agua, la temperatura de disolución es de 75 - 80 grados. Otras propiedades son básicamente las mismas que las del PVA17-88. Se utiliza como estabilizador de emulsión para la polimerización en emulsión. Utilizado en la fabricación de adhesivos solubles en agua. Almacenado en almacén fresco, seco, fuego y humedad.
El alcohol polivinílico {{0}} también se llama resina de apresto (resina de apresto), abreviado como PVAl7-99. Polvo o flóculo sólido de color blanco o amarillo claro. La temperatura de transición vítrea es de 85 grados y el valor de saponificación es 3 - 12mgKOH/g. Es soluble en agua caliente a 90 - 95 grados, casi insoluble en agua fría. Una solución acuosa con una concentración superior al 10% se gelificará a temperatura ambiente para congelarse y se diluirá a altas temperaturas para restaurar la fluidez. Para estabilizar la viscosidad, se puede añadir a la solución una cantidad apropiada de tiocianato de sodio, tiocianato de calcio, fenol, butanol y otros estabilizadores de la viscosidad. La solución de PvAl7-99 es más sensible al gel causado por la arena que el PvAl7, 88. El 0,1% de bórax de la masa de la solución gelificará la solución acuosa de PVAl7-99 al 5% y provocará la misma concentración de PVA 17-88 gel de solución acuosa La cantidad de bórax es del 1%. Para soluciones acuosas de alcohol polivinílico con la misma concentración y el mismo grado de alcohólisis, es más probable que el bórax gelifique que el ácido bórico. El PVAl7-99 es más resistente a disolventes como benceno, hidrocarburos clorados, ésteres, cetonas, éteres, hidrocarburos, etc. que el PVAl7-88. Cambiará gradualmente de color cuando se caliente a más de 100 grados. Cambiará de color rápidamente cuando esté por encima de los 150 grados y se descompondrá cuando esté por encima de los 200 grados. La propiedad de decoloración del alcohol polivinílico cuando se calienta se puede suprimir agregando entre un 0,5% y un 3% de ácido bórico. Tiene buena resistencia a la luz y no se ve afectado por la luz. Tiene reactividad química como esterificación, eterificación y acetalización de polioles de cadena larga. El fuego abierto arderá con un olor especial. No tóxico, no irritante para la piel humana.
El alcohol polivinílico 17-99B se utiliza principalmente para fabricar polivinilbutiral de alta viscosidad. Ampliamente utilizado como dispersante para materiales de apresto. Otros tipos de 17-99 se utilizan como estabilizadores de emulsión para la polimerización en emulsión de acetato de polivinilo, pero el efecto no es tan bueno como el de 17-88. Generalmente, 17-99 se mezcla con 17-88. 17-99 se utiliza para fabricar una solución acuosa de polivinilo formal (principalmente pegamento de construcción l07). 17-99 también se utiliza para preparar un sellador resistente a los disolventes de benceno. Almacenar en un almacén fresco y seco, protegido de la humedad y del fuego.
Efectos tóxicos
No es tóxico ni irrita la piel y no provoca alergias en la piel, pero el polvo tiene un efecto irritante en los ojos.
método de producción
La ruta de producción del alcohol polivinílico se divide según las materias primas, existen dos tipos de método de etileno y método de acetileno.
La ruta de producción del alcohol polivinílico se divide según las materias primas, existen dos tipos: método de etileno y método de acetileno.
1. Síntesis directa de etileno
El método de síntesis directa de craqueo de etileno del petróleo fue desarrollado con éxito por primera vez por Japan Kuraray Co., Ltd. (antes Kurashiki Rayon Co., Ltd.) y utilizado en la producción industrial. En la actualidad, la ruta de proceso para producir PVA en el mundo está dominada por el método del etileno, y su cantidad es el 72% de la capacidad total de producción. Estados Unidos ha completado la conversión del método del acetileno al método del etileno. El método de etileno de Japón también representa más del 70%, mientras que sólo dos de las empresas fabricantes de China son métodos de etileno.
El proceso tecnológico incluye: obtención de etileno y síntesis, rectificación, polimerización, acetato de polivinilo (PVAc), alcoholisis de acetato de vinilo (VAc), recuperación de ácido acético y metanol.
Características del proceso de etileno de petróleo: la escala de producción es mayor que la del proceso de acetileno, la calidad del producto es buena, el equipo es fácil de mantener, administrar y limpiar, la tasa de utilización del calor es alta, el ahorro de energía es obvio y el costo de producción es 30% menor que el proceso de acetileno.
2. Método de síntesis directa de craqueo de acetileno con gas natural.
El método de síntesis de acetileno se puede dividir en método de síntesis de acetileno con carburo de calcio y método de síntesis de acetileno por craqueo con gas natural según las diferentes fuentes de materias primas.
1. Método de síntesis de acetileno de carburo de calcio.
Método de síntesis de acetileno de carburo de calcio, la primera producción industrializada.
Características del método de acetileno con carburo de calcio: operación simple, alto rendimiento y fácil separación de subproductos. Por lo tanto, todavía hay 10 fábricas en China que todavía utilizan este método de producción, y la mayoría de ellas utiliza el método de producción con alto contenido de álcali. Sin embargo, debido al alto consumo de energía, la baja calidad y el alto costo de esta ruta de proceso, la contaminación del medio ambiente causada por las impurezas producidas en el proceso de producción también es más grave. El costo es mayor que el PVA 800-1000 yuanes/t producido por otros dos métodos, lo que carece de competitividad en el mercado y se elimina gradualmente del proceso. Todos los países extranjeros avanzados han utilizado procesos de producción bajos en álcali ya en los años 1970.
2. Craqueo de acetileno con gas natural
Método de síntesis directa de acetileno En áreas ricas en gas natural, carbón y electricidad, el método de acetileno con gas natural todavía tiene vitalidad. Países como Europa y Corea del Norte dominan el método del acetileno con gas natural, y China tiene una instalación de producción que utiliza este método.
El método Borden con gas natural acetileno como materia prima no sólo tiene una tecnología madura, sino que también produce acetileno, que es beneficioso para su utilización integral. El costo de producción de VAc es un 50-70% menor que el del método de acetileno con carburo de calcio. Pero las inversiones en gas natural y acetileno y las dificultades técnicas son mayores.
El método del etileno, el método del gas natural y el método del acetileno tienen sus propias ventajas y desventajas. Los métodos y características del proceso se muestran en la siguiente tabla:
Ruta de la materia prima Petróleo etileno Gas natural acetileno Carburo acetileno
Método de reacción
Método de lecho fijo en fase gaseosa Método de lecho fijo en fase gaseosa Método de lecho fijo en fase gaseosa
Condiciones de proceso
Temperatura/grado 150 - 200 170 - 210 170 - 210
Presión / MPa 0.49 - 0.98 Presión normal Presión normal
Velocidad del aire / L · h-1 2040 - 2100 250 - 280 110 - 150
Relación de materia prima (relación molar) Etileno: ácido acético: oxígeno=9: 4: 1,5 C2H2: HAc=1: 7 ± 1 C2H2: Hac=1: 3 ± 1
Composición del catalizador Paladio, oro metal noble Zn (Ac) 2 / carbón activado Zn (Ac) 2 / carbón activado
Vida del catalizador 5 - 6 meses 3 meses 5 - 6 meses
Efecto técnico
Tasa de conversión unidireccional, % 15 - 20 60 - 70 30 - 35
Rendimiento espacio-temporal / t · (m3 · d) -1 6 - 8 2.0 - 2.5 1.0 - 1.3
Ventajas Menos subproductos, equipos menos corrosivos, alta actividad del catalizador, buena calidad del producto, buena utilización de la energía térmica, catalizador fácil y barato, menos reacciones secundarias, tecnología madura, menos inversión, fácil disponibilidad del catalizador
Desventajas Catalizador valioso Alto costo de acetileno Alto costo de acetileno
El objetivo principal
El alcohol polivinílico se utiliza ampliamente. Puede utilizarse como estabilizador de emulsión y estabilizador de dispersión en reacciones de polimerización. Puede reemplazar el almidón y el pegamento para huesos como adhesivos. Se utiliza ampliamente en la fabricación de papel, procesamiento de fibras, procesamiento de madera, medicina, cuero, construcción, vidrio, embalaje y muchas otras industrias. Por ejemplo: en el procesamiento de fibras, se puede utilizar como agente de encolado de urdimbre, agente de acabado de telas (ver aditivos textiles), etc.; como adhesivo pigmentado en el procesamiento de papel para el revestimiento de superficies de papel, como pegamento para la aplicación de superficies de papel Pegamento; Se utiliza en medicina para adhesivos farmacéuticos, suspensiones, materiales de recubrimiento, bases para ungüentos e incluso como sustituto del plasma.
Alcohol polivinílico médico
Es un producto de hidrólisis del acetato de polivinilo. Es un polvo blanco que contiene una gran cantidad de grupos hidroxilo y es soluble en agua. Tiene buena biocompatibilidad y propiedades anticoagulantes. El hidrogel reticulado irradiado con luz ultravioleta se utiliza para inyectar y llenar la cavidad vítrea del ojo. El hidrogel cristalino se puede utilizar como material de cartílago artificial y también como fibra hemostática, película anticonceptiva y película ocular.
Resina de alcohol polivinílico
Los productos de la serie de resina de alcohol polivinílico son sólidos de color blanco y su apariencia se divide en tres tipos: floculenta, granular y en polvo; no tóxico, inodoro y libre de contaminación, y se puede disolver en agua de 80-90 grados. Su solución acuosa tiene buenas propiedades de adhesión y formación de película; es resistente a la mayoría de disolventes orgánicos como aceites, lubricantes e hidrocarburos; tiene propiedades químicas como esterificación, eterificación y acetalización de polioles de cadena larga.
Método de preparación: Se elabora mediante saponificación de acetato de vinilo.
Usos: se utiliza principalmente para encolado de urdimbre, agente de acabado textil, materias primas de fibra de vinilo en la industria textil; 107 adhesivos, revestimientos para paredes interiores y exteriores, adhesivos en la industria de la construcción y decoración; utilizado como emulsionante de polimerización, dispersante y polivinilo formal en la industria química, resinas acetálicas y butirales; utilizados como adhesivos de papel en la industria papelera; utilizado como mejoradores del suelo, sinergistas de adhesión de pesticidas y películas de alcohol polivinílico en agricultura; También se utiliza en cosmética diaria y agentes extintores de alta frecuencia y otros aspectos.
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