ความก้าวหน้าการวิจัยและการจำแนกประเภทของโพลีไวนิลไพโรลิโดน

ความคืบหน้าการวิจัยและการจำแนกประเภทของโพลีไวนิลไพโรลิโดน

โพลีไวนิลไพโรลิโดน (PVP) เป็นโพลีเมอร์ที่ละลายน้ำได้-ที่สำคัญมาก มันถูกโพลีเมอร์โดย N-ไวนิลไพโรลิดอนก์ (NVP) ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ตั้งแต่ปี 1938 เมื่อ Reppe นักเคมีชาวเยอรมันใช้อะเซทิลีนเป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์ NVP และโพลีเมอร์ PVP เป็นครั้งแรก PVP ได้พัฒนาเป็นสามประเภท: โฮโมโพลีเมอร์ โคโพลีเมอร์ และข้าม-ผลิตภัณฑ์ที่เชื่อมโยง ผลิตภัณฑ์ PVP ยังได้พัฒนาเป็นข้อกำหนดสามประการ ได้แก่ เกรดอุตสาหกรรม เกรดยา และเกรดอาหาร

PVP มีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นเนื่องจากคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ ไม่เพียงแต่มีความสามารถในการละลายที่ดีเยี่ยม ความคงตัวทางเคมี คุณสมบัติ-การขึ้นรูปฟิล์ม ความเฉื่อยทางสรีรวิทยา ความสามารถในการยึดเกาะ และเอฟเฟกต์การยึดเกาะในการปกป้อง แต่ยังสามารถใช้ร่วมกับสารประกอบอนินทรีย์และอินทรีย์หลายชนิดได้อีกด้วย ดังนั้น PVP จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านยา เครื่องสำอาง อาหาร การกลั่นเบียร์ การเคลือบ กาว สารช่วยในการพิมพ์และการย้อมสี เยื่อแยก วัสดุที่ไวต่อแสง และสาขาอื่น ๆ นับตั้งแต่เปิดตัว ด้วยการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี การประยุกต์ใช้ PVP มีมากขึ้นเรื่อยๆ นอกจากนี้ ยังถูกนำไปใช้ในสาขาเทคโนโลยีชั้นสูง- เช่น เรซินที่รักษาด้วยแสงได้ ใยแก้วนำแสง ดิสก์วิดีโอเลเซอร์ และวัสดุลดการลาก อาจกล่าวได้ว่า PVP ได้แทรกซึมเข้าไปในทุกด้านของเศรษฐกิจของประเทศและชีวิตของผู้คน

จีนเริ่มค้นคว้าเทคโนโลยีการผลิตของ PVP ช้า ในปี 1987 โรงงานเคมี Henan Boai และสถาบันวิจัยโรงงานเคมี Zhejiang ร่วมกันสร้างโรงงานต้นแบบโดยมีผลผลิต NVP 50 ตันต่อปี ในปี 1996 มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีกวางตุ้งร่วมมือกับโรงงานสารกำจัดศัตรูพืช Luoding ในมณฑลกวางตุ้งเพื่อสร้างโรงงานผลิตที่มีผลผลิต PVP 500 ตันต่อปี อย่างไรก็ตาม ผลิตภัณฑ์ PVP ในประเทศของฉันยังคงพึ่งพาการนำเข้าเป็นหลัก และมีช่องว่างขนาดใหญ่ในด้านการวิจัยและพัฒนาและการใช้งานเมื่อเทียบกับต่างประเทศ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาเศรษฐกิจของประเทศของฉันและความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี การวิจัยเกี่ยวกับการผลิตและการประยุกต์ใช้ PVP ยังได้ดำเนินการในหลาย ๆ ด้าน ความต้องการก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ดังนั้นการวิจัยเกี่ยวกับการพัฒนาและการประยุกต์ใช้ PVP จึงมีความสำคัญทางทฤษฎีและคุณค่าทางปฏิบัติที่สำคัญมาก

คุณสมบัติและการสังเคราะห์ไวนิลไพโรลิโดน

คุณสมบัติทางกายภาพของ NVP

NVP เป็นตัวย่อของ Vinylpyrrolidone ซึ่งเป็นโมโนเมอร์สำหรับการสังเคราะห์ PVP NVP เป็นของเหลวโปร่งใสไม่มีสีหรือสีเหลืองอ่อน มีกลิ่นเล็กน้อยที่อุณหภูมิห้อง ละลายได้ง่ายในน้ำโดยมีความหนาแน่นสัมพัทธ์ 1.04 และจุดเดือด 148 องศา นอกจากจะละลายได้ในน้ำแล้ว NVP ยังละลายได้ในตัวทำละลายอินทรีย์หลายชนิด เช่น เมทานอล เอทานอล โพรพานอล ไอโซโพรพานอล คลอโรฟอร์ม กลีเซอรอล เตตระไฮโดรฟูแรน ไวนิลอะซิเตต โทลูอีน ฯลฯ และมีคุณสมบัติในการแก้ปัญหาที่ดีเยี่ยม

คุณสมบัติทางเคมีของ NVP

โมเลกุลของ NVP คือวงแหวนที่มีสมาชิกห้า-ซึ่งมีอะตอม N ซึ่งเป็นของสารประกอบแลกแทม มีกลุ่มไวนิลติดอยู่กับอะตอม กลุ่มนี้มีคุณสมบัติพิเศษสำหรับการเกิดพอลิเมอไรเซชันและการประยุกต์ใช้ NVP สูตรโมเลกุลของ NVP คือ C6H0NO

NVP มีคุณสมบัติที่สำคัญสองประการ ได้แก่ ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันที่ง่ายดายและการไฮโดรไลซิส

NVP สามารถเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันเพื่อให้ได้โพลีไวนิล ไพโรลิโดน ต่อหน้าตัวเริ่มต้นที่เหมาะสมหรือภายใต้สภาวะที่มีแสง แม้ว่าจะไม่มีตัวริเริ่ม NVP ก็จะได้รับ-การเกิดพอลิเมอไรเซชันด้วยตนเองเนื่องจากเหตุผลต่างๆ เช่น เวลาเก็บรักษาที่ยาวนาน ดังนั้น NVP ที่มีจำหน่ายในท้องตลาดโดยทั่วไปจึงมีสารยับยั้ง และเราจำเป็นต้องกำจัดสารยับยั้งในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน มีวิธีการรักษาสองวิธี: วิธีหนึ่งคือการเพิ่มถ่านกัมมันต์และใช้ผลการดูดซับเพื่อกำจัดสารยับยั้ง อีกวิธีหนึ่งคือการกลั่นแบบสุญญากาศเพื่อให้ได้ NVP บริสุทธิ์ที่ความดันประมาณ 133.32Pa และอุณหภูมิประมาณ 50 องศา

คุณสมบัติทางเคมีที่สำคัญอีกประการหนึ่งของ NVP คือง่ายต่อการเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสในสภาวะที่เป็นกรดหรือเกลือเพื่อผลิตไพโรลิโดนและอะซีตัลดีไฮด์ จากการวิจัย เราสามารถได้รับกลไกไฮโดรไลซิสของ NVP ภายใต้สภาวะที่เป็นกรด

ประจุไวนิลในโมเลกุล NVP นั้นไม่สมดุล กล่าวคือ ความหนาแน่นประจุของอะตอมคาร์บอน 2 อะตอมที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะคู่นั้นแตกต่างกัน เมื่ออยู่ภายใต้สภาวะที่เป็นกรด ไอโซเมอไรเซชันจะเกิดขึ้นในโมเลกุล NVP ก่อตัวเป็นชุดของสถานะการเปลี่ยนแปลง และสุดท้ายก็เกิดไพโรลิโดนและอะซีตัลดีไฮด์ ไพโรลิโดนที่สร้างขึ้นจะทำปฏิกิริยากับโมเลกุล NVP และสลายตัวเป็นไพโรลิโดนและอะซีตัลดีไฮด์โดยมีส่วนร่วมของน้ำ ดังนั้นเราควรคำนึงถึงสองประเด็นในการสังเคราะห์และการใช้ NVP: 1. ควรกำจัดน้ำออกทั้งหมดในระหว่างการสังเคราะห์ NVP และ 2. ในระหว่างการเก็บรักษาและการขนส่ง ควรเติมอัลคาไล 0.1% (เช่นโซเดียมออกไซด์ แอมโมเนีย ฯลฯ ) อย่างเหมาะสม

วิธีการสังเคราะห์ NVP

วิธีการสังเคราะห์หลักของ NVP ได้แก่ วิธีอะเซทิลีน, วิธีไพโรลิโดน, วิธีบิวไทโรแลคโตน, วิธีมาลิกแอนไฮไดรด์ (วิธีมาลิกแอนไฮไดรด์โดยย่อ) เป็นต้น ในหมู่พวกเขา วิธีอะเซทิลีนเป็นวิธีการหลัก

วิธีอะเซทิลีนถูกคิดค้นครั้งแรกโดยนักเคมีชาวเยอรมัน W. Reppe ในช่วงทศวรรษที่ 1930 โดยใช้อะเซทิลีนและฟอร์มาลดีไฮด์เป็นวัสดุตั้งต้น และผ่านการเติมอะเซทิลีนอัลดีไฮด์ การเติมไฮโดรเจนด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา การสลายตัวของตัวเร่งปฏิกิริยา อะมิเนชัน การเติมอัลไคน์ และปฏิกิริยาอื่นๆ เพื่อให้ได้โมโนเมอร์ NVP

วิธีอะเซทิลีนมีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับสภาพการทำงานเนื่องจากอะเซทิลีนเป็นวัตถุดิบหลักที่ใช้ กระบวนการนี้จะต้องดำเนินการภายใต้สภาวะแรงดันสูงและอุณหภูมิสูง มีความต้องการอุปกรณ์สูง การไหลของกระบวนการที่ยาวนาน และการลงทุนด้านอุปกรณ์ เหมาะสำหรับการผลิตขนาดใหญ่-เท่านั้น และไม่เหมาะสำหรับการก่อสร้างของผู้ผลิตขนาดกลางและขนาดเล็ก

วิธีไพร์โรลิโดนใช้ไพร์โรลิโดนเป็นวัตถุดิบหลักโดยตรง และได้รับ NVP ผ่านปฏิกิริยาการเติมภายในโมเลกุล จากนั้นให้ความร้อนเพื่อกำจัดโมเลกุลหนึ่งโมเลกุล โดยทั่วไป ไพโรลิโดนและไวนิลคาร์บอกซีเลท ไวนิลอีเทอร์ เอทิลีนออกไซด์ ฯลฯ จะทำปฏิกิริยาภายใต้สภาวะของตัวเร่งปฏิกิริยา และจากนั้นให้ความร้อนเพื่อกำจัดสารโมเลกุล เช่น กรดคาร์บอกซิลิก แอลกอฮอล์ และน้ำ เพื่อให้ได้ N-ไวนิล ไพโรลิโดน ในขณะที่วิธี -บิวทิโรแลคโตนเป็นวิธีการที่ -บิวทิโรแลคโตนทำปฏิกิริยากับเอธานอลลามีนเพื่อสร้างไฮดรอกซีเอทิล ไพโรลิโดน (NHP) จากนั้น NHP จะถูกทำให้แห้งโดยตรงเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาการคายน้ำเพื่อสร้างโมโนเมอร์ NVP

เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีอะเซทิลีน วิธี -บิวทิโรแลคโตนและวิธีไพโรลิโดนมีข้อดีคือการไหลของกระบวนการสั้น การลงทุนอุปกรณ์ขนาดเล็ก วงจรการก่อสร้างโรงงานสั้น และสภาพการทำงานที่ไม่รุนแรง แต่ก็มีข้อเสียคือราคาวัตถุดิบที่สูงและต้นทุนการผลิตที่สูง ดังนั้น ไม่ว่าจะเป็นวิธีอะเซทิลีน วิธี -วิธีบิวทิโรแลคโตน หรือวิธีไพโรลิโดน ยังคงมีข้อบกพร่อง และยังต้องมีการศึกษาวิธีการปรับปรุงเพิ่มเติมต่อไป