폴리머 디폴라틸화

Polymer devolatilization

폴리머 디볼라틸화는 폴리머에서 잔류 단층재, 용매, 반응 부산물, 물 등 저분자 중량 성분을 제거하는 과정이다.[1]: 1–12

동기

중합반응 후 원자로를 빠져나갈 때, 많은 중합체는 여전히 원하지 않는 저분자 중량 성분을 포함하고 있다. 이러한 구성요소는 제품을 추가 가공에 사용할 수 없게 만들 수 있다(예를 들어, 폴리머 용액은 플라스틱 처리에 직접 사용할 수 없고 독성이 있을 수 있으며, 불쾌한 냄새와 같은 나쁜 감각 특성을 유발하거나 폴리머의 특성을 악화시킬 수 있다). 또한 공정으로 모노머와 용제를 재활용하는 것이 바람직할 수 있다.[1]: 1–12 플라스틱 재활용은 또한 물과[2][3] 휘발성 분해물의 제거를 포함할 수 있다.

기본 프로세스 유형

디볼라틸화는 폴리머가 고체 또는 액체 단계에 있을 때, 휘발성 성분이 액체 또는 가스 단계로 들어갈 때 수행할 수 있다. 예는 다음과 같다.

개별 단계의 한계를 극복하기 위해 다른 유형의 탈골화 단계가 결합되는 것이 보통이다.

물리적 및 화학적 측면

열역학

휘발성의 열역학적 활성은 다른 단계보다 중합체에서 더 높아야 중합체를 떠날 수 있다.[7] 그러한 과정을 설계하기 위해서는 그 활동을 계산해야 한다. 이것은 보통 플로리-허긴스 솔루션 이론을 통해 이루어진다.[1]: 14–34 이 효과는 불활성 기체 또는 저압력을 가함으로써 휘발성 성분의 높은 온도 또는 낮은 부분 압력을 통해 강화될 수 있다.

확산

폴리머에서 제거하기 위해 휘발성 구성품은 확산을 통해 위상 경계로 이동해야 한다. 폴리머의 휘발성 물질에 대한 낮은 확산 계수 때문에, 이것은 속도 결정 단계가 될 수 있다.[1]: 35–65 [8] 이 효과는 더 높은 온도 또는 더 높은 푸리에 숫자로 인해 작은 확산 길이에 의해 강화될 수 있다.

열전달

폴리머와 폴리머 용액은 점도가 매우 높은 경우가 많기 때문에 디폴라틸라이저의 흐름은 층류로 되어 있어 열전달계수가 낮으며, 이 또한 제한인자가 될 수 있다. [8]

화학안정성

고온은 또한 폴리머의 화학적 안정성과 그 사용 특성에 영향을 미칠 수 있다. 폴리머의 천장 온도가 초과되면 부분적으로 단층계로 되돌아가 사용성이 파괴된다.[1] 보다 일반적으로 중합체 성능 저하도 탈탈라틸화 중에 발생하여 공정에 사용할 수 있는 온도와 거주 시간을 제한한다.

거품 vs. 필름 탈탄화

진공상태로 이행하는 데는 두 가지 기본적인 형태가 있다. 거품 탈탈출에서는 고분자 용액 내부의 거품이 핵으로 만들어져 자라서 마침내 휘발성 물질이 폭발하여 주변으로 방출된다. 이를 위해서는 충분한 증기압이 필요하다.[1]: 67–190 [9]가능하다면, 이것은 휘발성 물질은 단지 짧은 방법으로만 확산하면 되기 때문에 매우 효율적인 방법이다. [8]

필름 탈탄화는 거품을 발생시킬 수 있는 충분한 증기 압력이 더 이상 없을 때 발생하며,[9] 충분한 표면적과 양호한 혼합을 필요로 한다. 이 경우 폴리머에 질소 등의 박토제를 첨가하여 거품을 통한 질량 전달의 개선을 유도할 수 있다. [8] [10]

폴리머 용해용 디볼라틸라이저 종류

폴리머 용해용 디볼라틸라이저는 정적 또는 이동성으로 분류되는데 문헌상으로는 "still"과 "rotting"이라고도 한다.

정적 디볼라틸라이저

정적 디볼라틸라이저에는 다음이 포함된다.

  • 폴링 스트랜드 디볼라틸라이저: 폴리머는 진공 챔버에서 떨어지는 많은 개별 가닥으로 결합된다. 확산은 휘발성 물질을 가스 단계로 이동시키고, 그 다음 진공 시스템을 통해 수집된다. 이것은 보통 증기압이 낮을 때 디볼라화 과정의 마지막 단계다.[6][1]: 261–290
  • 하강 필름 증발기: 폴리머는 수직 벽으로 떨어지며 벽과 닿지 않는 측면에 볼륨이 분산된다.
  • 튜브 증발기: 끓는 폴리머 용액은 수직 쉘과 튜브 열 교환기를 통해 분리기로 아래로 흐른다. 폴리머는 바닥에서 수집되고, 증기는 진공 시스템과 콘덴서를 통해 수집된다.[11]
  • 플래시 증발기: 폴리머 용액을 예열하여 분리기에 넣고, 용액의 증기 압력 아래의 압력은 휘발성 물질 일부를 증발시킨다.

이동 devolatilizer

  • 공동 회전 트윈 나사 압출기: 폴리머 용액은 전단 및 기계적 에너지 입력에 따라 그리고 증기가 빠져나가는 공동 회전 트윈 나사 압출기에 유입된다. 이 유형의 기계는 다른 구역에서 다른 압력을 허용한다. 장점은 그 압출자들의 자정 작용이다. [1]: 345–384 [12]: 263–289 [10]
  • 단일 나사 돌출부: 원칙적으로 자동 세척 작용 없이 트윈 나사 압출기와 유사하다.[1]: 325–344 [13]
  • 닦아낸 필름 증발기: 폴리머 용액은 단일 대형 용기에 넣어 로터가 제품을 자극해 표면 갱신을 일으킨다. 이러한 기계에서는 단 하나의 압력 수준만 가능하다.[1]: 469–494

중단 및 격자용 디볼라틸라이저

예를 들어 합성고무 생산에서 라텍스 및 서스펜션을 모노머와 용매를 제거하는 작업은 대개 저온 용기를 통해 수행된다.[1]: 507–560

참조

  1. ^ a b c d e f g h i j k l Albalak, Ramon J. (1996). Polymer devolatilization. Marcel Dekker. ISBN 0-8247-9627-6.
  2. ^ Rust, H (2006). "Trocknung und Aufbereitung von PET mit dem Planetwalzenextruder". Aufbereitungstechnik 2006 - Entgasungsprozesse in der Aufbereitungstechnik. Verein Deutscher Ingenieure. ISBN 3-18-234279-7.
  3. ^ Winkelmann, H; Liebhold, J (2006). "Wirtschaftliches Aufbereiten von ungetrocknetem PET auf gleichläufigen Zweischneckenextrudern ZE". Aufbereitungstechnik 2006 - Entgasungsprozesse in der Aufbereitungstechnik. Verein Deutscher Ingenieure. ISBN 3-18-234279-7.
  4. ^ US 3374207A, "고중합성 카프로락탐 과립에서 모노머와 과점자를 추출하기 위한 연속 프로세스" 1968-03-19년 간행
  5. ^ US 7776998B2, "폴리머 트리트먼트" 2006-09-28
  6. ^ a b Teach; Kiessling (1960). Polystyrene. New York: Reinhold Publishing Corporation.
  7. ^ Dohrn, R; Pfohl, O (2006). "Entfernen von Flüchtigen aus Polymeren: Physikalische Grenzen". Aufbereitungstechnik 2006 - Entgasungsprozesse in der Aufbereitungstechnik. Verein Deutscher Ingenieure. ISBN 3-18-234279-7.
  8. ^ a b c d König, T; Kohlgrüber, K (2006). "Entgasung von Polymeren". Aufbereitungstechnik 2006 - Entgasungsprozesse in der Aufbereitungstechnik. Verein Deutscher Ingenieure. ISBN 3-18-234279-7.
  9. ^ a b Gestring, Ingo (2002-11-11). Entgasen von Polymeren (PhD thesis).
  10. ^ a b Lechner, F (2006). "Entgasen von Polymerschmelzen mit gleichläufigen Doppelschneckenextrudern". Aufbereitungstechnik 2006 - Entgasungsprozesse in der Aufbereitungstechnik. Verein Deutscher Ingenieure. ISBN 3-18-234279-7.
  11. ^ Liesenfelder, Ulrich. Strömungssieden hochviskoser Polymerlösungen (PhD thesis). Universität Bochum.
  12. ^ Kohlgrüber, Klemens (2021). Co-Rotating Twin-Screw Extruders: Applications. Carl Hanser Verlag. ISBN 978-1-56990-781-8.
  13. ^ Becker, D; Pfeiffer, A (2006). "Devolatilization on single-screw extruders". Aufbereitungstechnik 2006 - Entgasungsprozesse in der Aufbereitungstechnik. Verein Deutscher Ingenieure. ISBN 3-18-234279-7.
  14. ^ "Devolatilization". List AG. Archived from the original on 2021-10-30. Retrieved 2021-08-22.
  15. ^ Diener, A; Kunkel, R (2006). "Kontinuierliche Eindampfung und Entgasung von Polymerschmelzen". Aufbereitungstechnik 2006 - Entgasungsprozesse in der Aufbereitungstechnik. Verein Deutscher Ingenieure. ISBN 3-18-234279-7.