โพลีไวนิลแอลกอฮอล์-วัสดุโพลีเมอร์ที่มีการนำไปใช้อย่างแพร่หลายทั้งในชีวิตประจำวันและในอุตสาหกรรม-ทำให้เกิดคำถาม: กระบวนการสังเคราะห์ของมันคืออะไรกันแน่ ผลิตผ่านกระบวนการโพลิเมอไรเซชันโดยตรงของโมโนเมอร์ไวนิลแอลกอฮอล์หรือไม่ มาร่วมกับเราในขณะที่เราเปิดม่านกระบวนการสังเคราะห์พื้นฐานของโพลีไวนิลแอลกอฮอล์ เปิดตัวการสังเคราะห์โพลีไวนิลแอลกอฮอล์
หลายคนเข้าใจผิดว่าโพลีไวนิลแอลกอฮอล์เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันโดยตรงของโมโนเมอร์ไวนิลแอลกอฮอล์ อย่างไรก็ตามนี่ไม่ใช่กรณี เหตุผลเบื้องหลังอยู่ที่ความเทาโทเมอริซึมที่มีอยู่ระหว่างไวนิลแอลกอฮอล์และอะซีตัลดีไฮด์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ค่าคงที่สมดุลสำหรับอินเตอร์คอนเวอร์ชันนี้มีค่าสูงมาก ส่งผลให้ไวนิลแอลกอฮอล์มีความเข้มข้นต่ำมากภายใต้สภาวะปกติ เนื่องจากความไม่เสถียรทางโครงสร้างของไวนิลแอลกอฮอล์ จึงไม่สามารถสังเคราะห์โพลีไวนิลแอลกอฮอล์ (PVA) ได้โดยการทำให้โมโนเมอร์ไวนิลแอลกอฮอล์เป็นโพลีเมอร์ได้ แต่จริงๆ แล้วได้มาจากปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไวนิลเอสเทอร์ของกรดบางชนิด ตามด้วยปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสเพื่อกำจัดหมู่เอสเทอร์ ตอนนี้เราจะมาตรวจสอบกระบวนการสังเคราะห์โพลีไวนิลแอลกอฮอล์โดยละเอียด
1. การเกิดพอลิเมอไรเซชันของไวนิลอะซิเตท
จุดเริ่มต้นสำหรับการสังเคราะห์โพลีไวนิลแอลกอฮอล์คือการเกิดโพลิเมอไรเซชันของไวนิลอะซิเตต ในขั้นตอนนี้-อำนวยความสะดวกด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา-โมโนเมอร์ไวนิลอะซิเตตจะถูกเชื่อมโยงเข้าด้วยกันเพื่อสร้าง-โพลีเมอร์สายโซ่ยาว กระบวนการนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสในภายหลัง ในระหว่างขั้นตอนนี้ ตัวเร่งปฏิกิริยาและสภาวะของปฏิกิริยาเฉพาะจะถูกนำมาใช้เพื่อเชื่อมโยงโมเลกุลไวนิลอะซิเตตเข้ากับสายโซ่โพลีเมอร์ขนาดยาว ดังนั้นจึงเป็นการวางรากฐานสำหรับขั้นตอนการไฮโดรไลซิสที่ตามมา
2. ปฏิกิริยาแอลกอฮอล์
โพลีไวนิลแอลกอฮอล์จะถูกแปลงเป็นเกรดผลิตภัณฑ์ต่างๆ โดยผ่านปฏิกิริยาแอลกอฮอล์ แม้ว่าสายโซ่โมเลกุลของโพลีไวนิลแอลกอฮอล์จะเกิดขึ้นในระหว่างขั้นตอนการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันเริ่มต้น แต่จำเป็นต้องมีการประมวลผลเพิ่มเติมเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่ตรงตามข้อกำหนดเฉพาะ ขั้นตอนต่อมาคือปฏิกิริยาแอลกอฮอล์ ด้วยกระบวนการแอลกอฮอล์ไลซิส ทำให้สามารถผลิตโพลีไวนิลแอลกอฮอล์ตามข้อกำหนดเฉพาะต่างๆ ได้ตามต้องการ จึงเป็นการตอบสนองความต้องการของสถานการณ์การใช้งานที่หลากหลาย
โดยทั่วไปอัลคาไลน์แอลกอฮอล์ไลซิสของโพลีไวนิลอะซิเตตจะแบ่งออกเป็นสองกระบวนการที่แตกต่างกัน: แอลกอฮอล์ไลซิสแบบเปียกและแอลกอฮอล์ไลซิสแบบแห้ง ในกระบวนการเอทานอลไลซิสแบบเปียก น้ำ 1-2% จะถูกเติมลงในสารละลายเมทานอลเพื่อทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการทำปฏิกิริยา ในขณะที่ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นด่างก็ถูกเตรียมเป็นสารละลายที่เป็นน้ำเช่นกัน ข้อดีของวิธีนี้ ได้แก่ อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่รวดเร็ว กำลังการผลิตสูง และขนาดอุปกรณ์ที่กะทัดรัด อย่างไรก็ตาม ยังมีข้อเสียบางประการ-เช่น อุบัติการณ์ของปฏิกิริยาข้างเคียงที่สูงขึ้น- ซึ่งนำไปสู่การสร้างโซเดียมอะซิเตตเพิ่มขึ้นโดย-ผลิตภัณฑ์ ด้วยการใช้วิธีการไลซิสแอลกอฮอล์แบบเปียก จึงสามารถผลิตชุดผลิตภัณฑ์ที่มีระดับเอสเทอร์แอลกอฮอล์ที่แตกต่างกัน-โดยเฉพาะ 98%, 97%, 95%, 92% และ 88%- ในทางกลับกัน วิธีการสลายแอลกอฮอล์แบบแห้งเกี่ยวข้องกับการทำปฏิกิริยาภายในสารละลายเมธานอลของโพลีไวนิลอะซิเตตโดยไม่ต้องเติมน้ำ แต่อัลคาไลจะละลายลงในเมทานอลโดยตรงแทน แม้ว่าวิธีการนี้จะหลีกเลี่ยงข้อเสียที่เกี่ยวข้องกับแอลกอฮอล์ไลซิสแบบเปียกได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะช้าลงและเวลาคงตัวของวัสดุนานขึ้น ทำให้เกิดความท้าทายต่อความต่อเนื่องของกระบวนการผลิต ไม่ว่าจะใช้วิธีการเปียกหรือแห้งก็ตาม สามารถใช้สภาวะปฏิกิริยา-อัลคาไลสูงและต่ำ-เพื่อผลิตผลิตภัณฑ์เกรด 99% ได้
3. ปฏิกิริยาสะพอนิฟิเคชันและการบำบัดของเหลวเสีย
ปฏิกิริยาซาพอนิฟิเคชันช่วยอำนวยความสะดวกในกระบวนการแอลกอฮอล์ไลซิสและเพิ่มระดับเอสเทอร์แอลกอฮอล์ ภายในบริบทของอัลคาไล-การเร่งปฏิกิริยาแอลกอฮอล์ของโพลีไวนิลอะซิเตต ปฏิกิริยาสะพอนิฟิเคชันถือเป็นระยะวิกฤต ปฏิกิริยานี้เกี่ยวข้องกับอันตรกิริยาระหว่างผลิตภัณฑ์แอลกอฮอล์ไลซิสและอัลคาไล โดยมีวัตถุประสงค์หลักในการขับเคลื่อนแอลกอฮอล์ไลซิสไปข้างหน้าและเพิ่มอัตราการแปลงของกลุ่มเอสเทอร์ ด้วยปฏิกิริยาสะพอนิฟิเคชัน ทำให้สามารถผลิตผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายซึ่งมีระดับเอสเทอร์แอลกอฮอล์ไลซิสที่แตกต่างกันได้ ดังนั้นจึงเป็นไปตามข้อกำหนดการใช้งานที่หลากหลาย
ในระหว่างการสลายแอลกอฮอล์ของโพลีไวนิลอะซิเตต จะมีการสร้างของเหลวเสียปริมาณมาก-ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่า "สารละลายสำหรับเก็บสต๊อก"- ของเหลวเสียนี้ประกอบด้วยส่วนผสมที่ซับซ้อนของส่วนประกอบ รวมถึงเมทานอล เมทิลอะซิเตต โซเดียมอะซิเตต และอะซีตัลดีไฮด์ การนำกลับมาใช้ใหม่และการบำบัดของเหลวเสียนี้ช่วยให้สามารถใช้ทรัพยากรได้อย่างมีประสิทธิภาพในขณะเดียวกันก็ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมให้น้อยที่สุด ด้วยเหตุนี้ ส่วนประกอบเหล่านี้จึงต้องผ่านขั้นตอนการกู้คืนและการประมวลผลแบบพิเศษเพื่อให้แน่ใจว่าทรัพยากรถูกใช้อย่างเต็มที่ และเพื่อป้องกันผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ต่อสิ่งแวดล้อม