Progrés de la investigació i classificació de la polivinilpirrolidona
La polivinilpirrolidona (PVP) és un polímer soluble en aigua molt important. Es polimeritza per N-vinilpirrolidonc (NVP) en determinades condicions. Des de 1938, quan el químic alemany Reppe va utilitzar per primera vegada l'acetilè com a matèria primera per sintetitzar NVP i el seu polímer PVP, el PVP s'ha desenvolupat en tres categories: homopolímer, copolímer i producte reticulat. Els productes PVP també s'han desenvolupat en tres especificacions: grau industrial, grau farmacèutic i grau alimentari.
El PVP s'ha utilitzat cada cop més a causa de les seves propietats úniques. No només té una excel·lent solubilitat, estabilitat química, propietats pel·lícules, inertesa fisiològica, capacitat d'unió i efecte adhesiu protector, sinó que també es pot combinar amb molts compostos inorgànics i orgànics. Per tant, el PVP s'ha utilitzat àmpliament en medicina, cosmètica, alimentació, cervesa, recobriments, adhesius, auxiliars d'impressió i tenyit, membranes de separació, materials fotosensibles i altres camps des del seu llançament. Amb el desenvolupament de la ciència i la tecnologia, el camp d'aplicació de PVP és cada cop més extens. També s'ha aplicat en camps d'alta tecnologia com ara resines fotocurables, fibres òptiques, discs de vídeo làser i materials de reducció d'arrossegament. Es pot dir que el PVP ha penetrat en tots els àmbits de l'economia nacional i la vida de les persones.
La Xina va començar tard a investigar la tecnologia de producció de PVP. El 1987, Henan Boai Chemical Plant i Zhejiang Chemical Plant Research Institute van construir conjuntament una planta pilot amb una producció anual de 50 tones de NVP. El 1996, la Universitat de Tecnologia de Guangdong va cooperar amb la fàbrica de pesticides Luoding a la província de Guangdong per construir una planta de producció amb una producció anual de 500 tones de PVP. Tanmateix, els productes PVP del meu país encara depenen principalment de les importacions i hi ha un gran buit en els camps d'investigació, desenvolupament i aplicació en comparació amb els països estrangers. En els darrers anys, amb el desenvolupament de l'economia del meu país i el progrés de la ciència i la tecnologia, també s'ha dut a terme investigacions sobre la producció i aplicació de PVP en molts aspectes. La seva demanda també augmenta. Per tant, la investigació sobre el desenvolupament i l'aplicació de PVP té una importància teòrica i un valor pràctic molt importants.
Propietats i síntesi de la vinilpirrolidona
Propietats físiques de la NVP
NVP és l'abreviatura de vinilpirrolidona, que és un monòmer per sintetitzar PVP. NVP és un líquid transparent incolor o groc clar amb una lleugera olor a temperatura ambient. És fàcilment soluble en aigua, amb una densitat relativa d'1,04 i un punt d'ebullició de 148 graus. A més de ser soluble en aigua, NVP també és soluble en molts dissolvents orgànics, com ara metanol, etanol, propanol, isopropanol, cloroform, glicerol, tetrahidrofurà, acetat de vinil, toluè, etc., i té excel·lents propietats de solució.
Propietats químiques de la NVP
La molècula de NVP és un anell de cinc membres que conté un àtom de N, que pertany al compost lactama. Hi ha un grup vinil unit a l'àtom. Aquest grup proporciona propietats especials per a la polimerització i aplicació de NVP. La fórmula molecular de NVP és C6H0NO.
NVP té dues propietats importants, és a dir, la fàcil polimerització i la hidròlisi.
La NVP pot experimentar una reacció de polimerització per obtenir polivinilpirrolidona en presència d'iniciadors adequats o en condicions de llum. Fins i tot en absència d'iniciadors, NVP patirà una autopolimerització per motius com ara un llarg temps d'emmagatzematge. Per tant, la NVP comercialment disponible generalment conté inhibidors i hem d'eliminar els inhibidors durant la polimerització. Hi ha dos mètodes de tractament: un és afegir carbó actiu i utilitzar el seu efecte d'adsorció per eliminar els inhibidors; l'altre és utilitzar el mètode de destil·lació al buit per obtenir NVP pur a una pressió d'uns 133,32 Pa i una temperatura d'uns 50 graus.
Una altra propietat química important de NVP és que és fàcil sotmetre's a una reacció d'hidròlisi en presència d'àcids o condicions de sal per produir pirrolidona i acetaldehid. Mitjançant la investigació, podem obtenir el mecanisme d'hidròlisi de NVP en condicions àcides.
La càrrega de vinil de la molècula NVP està desequilibrada, és a dir, la densitat de càrrega dels dos àtoms de carboni connectats pel doble enllaç és diferent. En condicions àcides, la isomerització es produeix a la molècula de NVP, formant una sèrie d'estats de transició i, finalment, generant pirrolidona i acetaldehid. La pirrolidona generada reacciona amb la molècula de NVP i es descompon en pirrolidona i acetaldehid amb la participació d'aigua. Per tant, hem de parar atenció a dos punts en la síntesi i aplicació de NVP: 1. L'aigua s'ha d'eliminar completament durant la síntesi de NVP, i 2. Durant l'emmagatzematge i el transport, s'ha d'afegir adequadament un 0,1% d'àlcali (com ara òxid de sodi, amoníac, etc.).
Mètode de síntesi de NVP
Els principals mètodes de síntesi de NVP inclouen el mètode de l'acetilè, el mètode de la pirrolidona, el mètode de la butirolactona, el mètode de l'anhídrid maleic (métode de l'anhídrid maleic per abreujar), etc. Entre ells, el mètode de l'acetilè és el mètode principal.
El mètode de l'acetilè va ser inventat per primera vegada pel químic alemany W. Reppe a la dècada de 1930. Utilitza acetilè i formaldehid com a materials de partida, i se sotmet a l'addició d'acetilè aldehid, hidrogenació catalítica, descomposició catalítica, aminació, addició d'alquin i altres reaccions per obtenir el monòmer NVP.
El mètode de l'acetilè té requisits estrictes sobre les condicions de funcionament a causa de la principal matèria primera utilitzada, l'acetilè. El procés s'ha de dur a terme en condicions d'alta pressió i alta temperatura. Té alts requisits en equip, flux de procés llarg i inversió en equips. Només és adequat per a la producció a gran escala i no apte per a la construcció de fabricants mitjans i petits.
El mètode de la pirrolidona utilitza directament la pirrolidona com a matèria primera principal i obté NVP mitjançant una reacció d'addició intramolecular i després escalfant-se per eliminar una molècula. Generalment, la pirrolidona i el carboxilat de vinil, l'èter vinílic, l'òxid d'etilè, etc. es fan reaccionar sota la condició d'un catalitzador, i després s'escalfen per eliminar substàncies moleculars com l'àcid carboxílic, l'alcohol i l'aigua per obtenir N-vinilpirrolidona; mentre que el mètode de la butirolactona és un mètode en què la butirolactona reacciona amb l'etanolamina per generar hidroxietilpirrolidona (NHP), i després l'NHP es deshidrata directament en presència d'un catalitzador de deshidratació per generar el monòmer NVP.
En comparació amb el mètode de l'acetilè, el mètode -butirolactona i el mètode de la pirrolidona tenen els avantatges d'un flux de procés curt, una inversió petita en equips, un cicle curt de construcció de plantes i unes condicions de funcionament suaus, però també tenen els desavantatges dels alts preus de les matèries primeres i els alts costos de producció. Per tant, tant si es tracta del mètode de l'acetilè, del mètode de la butirolactona o del mètode de la pirrolidona, hi ha deficiències i encara s'han d'estudiar mètodes millorats.