Tiến độ nghiên cứu và phân loại polyvinylpyrrolidone
Polyvinylpyrrolidone (PVP) là một loại polyme tan trong nước rất quan trọng. Nó được trùng hợp bởi N-vinylpyrrolidonc (NVP) trong những điều kiện nhất định. Kể từ năm 1938, khi nhà hóa học người Đức Reppe lần đầu tiên sử dụng axetylen làm nguyên liệu thô để tổng hợp NVP và PVP polyme của nó, PVP đã phát triển thành ba loại: homopolyme, copolyme và sản phẩm liên kết chéo. Các sản phẩm PVP cũng đã phát triển thành ba thông số kỹ thuật: cấp công nghiệp, cấp dược phẩm và cấp thực phẩm.
PVP ngày càng được sử dụng rộng rãi do tính chất độc đáo của nó. Nó không chỉ có khả năng hòa tan tuyệt vời, tính ổn định hóa học, đặc tính tạo màng-, tính trơ sinh lý, khả năng liên kết và tác dụng kết dính bảo vệ mà còn có thể kết hợp với nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ. Do đó, PVP đã được sử dụng rộng rãi trong y học, mỹ phẩm, thực phẩm, sản xuất bia, sơn, chất kết dính, chất trợ in và nhuộm, màng tách, vật liệu cảm quang và các lĩnh vực khác kể từ khi ra mắt. Với sự phát triển của khoa học công nghệ, lĩnh vực ứng dụng PVP ngày càng mở rộng. Nó cũng đã được áp dụng trong-các lĩnh vực công nghệ cao như nhựa có thể quang hóa, sợi quang, đĩa video laze và vật liệu giảm lực cản. Có thể nói PVP đã thâm nhập vào mọi lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân và đời sống nhân dân.
Trung Quốc bắt đầu nghiên cứu công nghệ sản xuất PVP khá muộn. Năm 1987, Nhà máy Hóa chất Hà Nam Boai và Viện Nghiên cứu Nhà máy Hóa chất Chiết Giang đã cùng nhau xây dựng một nhà máy thí điểm với sản lượng hàng năm là 50 tấn NVP. Năm 1996, Đại học Công nghệ Quảng Đông hợp tác với Nhà máy Thuốc trừ sâu Luoding ở tỉnh Quảng Đông để xây dựng nhà máy sản xuất với sản lượng hàng năm là 500 tấn PVP. Tuy nhiên, các sản phẩm PVP của nước tôi vẫn chủ yếu dựa vào nhập khẩu và có khoảng cách lớn trong lĩnh vực nghiên cứu phát triển và ứng dụng so với nước ngoài. Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nền kinh tế nước ta và sự tiến bộ của khoa học công nghệ, việc nghiên cứu sản xuất và ứng dụng PVP cũng được thực hiện trên nhiều mặt. Nhu cầu của nó cũng ngày càng tăng. Vì vậy, nghiên cứu phát triển và ứng dụng PVP có ý nghĩa lý luận và giá trị thực tiễn rất quan trọng.
Tính chất và tổng hợp Vinylpyrrolidone
Tính chất vật lý của NVP
NVP là tên viết tắt của vinylpyrrolidone, là một monome để tổng hợp PVP. NVP là chất lỏng trong suốt không màu hoặc màu vàng nhạt, có mùi nhẹ ở nhiệt độ phòng. Nó dễ dàng hòa tan trong nước, với mật độ tương đối là 1,04 và nhiệt độ sôi là 148 độ. Ngoài khả năng hòa tan trong nước, NVP còn hòa tan trong nhiều dung môi hữu cơ như metanol, ethanol, propanol, isopropanol, chloroform, glycerol, tetrahydrofuran, vinyl axetat, toluene, v.v. và có đặc tính dung dịch tuyệt vời.
Tính chất hóa học của NVP
Phân tử NVP là một vòng năm{0}}chứa một nguyên tử N, thuộc hợp chất lactam. Có một nhóm vinyl gắn liền với nguyên tử. Nhóm này cung cấp các đặc tính đặc biệt cho quá trình trùng hợp và ứng dụng NVP. Công thức phân tử của NVP là C6H0NO.
NVP có hai đặc tính quan trọng là dễ trùng hợp và thủy phân.
NVP có thể trải qua phản ứng trùng hợp để thu được polyvinyl pyrrolidone khi có chất khởi đầu thích hợp hoặc trong điều kiện ánh sáng. Ngay cả khi không có chất khởi đầu, NVP sẽ trải qua quá trình tự-polyme hóa do những lý do như thời gian lưu trữ lâu. Do đó, NVP có bán trên thị trường thường chứa chất ức chế và chúng ta cần loại bỏ chất ức chế trong quá trình trùng hợp. Có hai phương pháp xử lý: một là thêm than hoạt tính và sử dụng tác dụng hấp phụ của nó để loại bỏ các chất ức chế; cách thứ hai là sử dụng phương pháp chưng cất chân không để thu được NVP nguyên chất ở áp suất khoảng 133,32Pa và nhiệt độ khoảng 50 độ.
Một đặc tính hóa học quan trọng khác của NVP là dễ dàng thực hiện phản ứng thủy phân trong điều kiện axit hoặc muối để tạo ra pyrrolidone và acetaldehyde. Qua nghiên cứu, chúng tôi có thể thu được cơ chế thủy phân NVP trong điều kiện axit.
Điện tích vinyl trong phân tử NVP không cân bằng, nghĩa là mật độ điện tích trên hai nguyên tử carbon được nối với nhau bằng liên kết đôi là khác nhau. Khi ở điều kiện axit, quá trình đồng phân hóa xảy ra trong phân tử NVP, tạo thành một loạt trạng thái chuyển tiếp và cuối cùng tạo ra pyrrolidone và acetaldehyde. Pyrrolidone được tạo ra phản ứng với phân tử NVP và phân hủy thành pyrrolidone và acetaldehyde với sự tham gia của nước. Do đó, chúng ta nên chú ý đến hai điểm trong quá trình tổng hợp và ứng dụng NVP: 1. Cần loại bỏ hoàn toàn nước trong quá trình tổng hợp NVP, và 2. Trong quá trình bảo quản và vận chuyển, nên bổ sung thích hợp 0,1% chất kiềm (như natri oxit, amoniac, v.v.).
Phương pháp tổng hợp NVP
Các phương pháp tổng hợp chính của NVP bao gồm phương pháp axetylen, phương pháp pyrrolidone, phương pháp butyrolactone, phương pháp anhydrit maleic (gọi tắt là phương pháp anhydrit maleic), v.v. Trong số đó, phương pháp axetylen là phương pháp chính.
Phương pháp axetylen lần đầu tiên được phát minh bởi nhà hóa học người Đức W. Reppe vào những năm 1930. Nó sử dụng axetylen và formaldehyd làm nguyên liệu ban đầu và trải qua quá trình bổ sung axetylen aldehyd, hydro hóa xúc tác, phân hủy xúc tác, amin hóa, bổ sung alkyne và các phản ứng khác để thu được NVP monome.
Phương pháp axetylen có yêu cầu khắt khe về điều kiện vận hành do sử dụng nguyên liệu chính là axetylen. Quá trình này cần được thực hiện trong điều kiện áp suất cao và nhiệt độ cao. Nó có yêu cầu cao về thiết bị, quy trình dài và đầu tư thiết bị. Nó chỉ phù hợp với-quy mô sản xuất lớn và không phù hợp với việc xây dựng các nhà sản xuất vừa và nhỏ.
Phương pháp pyrrolidone trực tiếp sử dụng pyrrolidone làm nguyên liệu chính và thu được NVP thông qua phản ứng cộng nội phân tử, sau đó đun nóng để loại bỏ một phân tử. Nói chung, pyrrolidone và vinyl carboxylate, vinyl ether, ethylene oxit, v.v. được phản ứng trong điều kiện có chất xúc tác, sau đó được đun nóng để loại bỏ các chất phân tử như axit cacboxylic, rượu và nước để thu được N-vinyl pyrrolidone; trong khi phương pháp -butyrolactone là phương pháp trong đó -butyrolactone phản ứng với ethanolamine để tạo ra hydroxyethyl pyrrolidone (NHP), sau đó NHP được khử nước trực tiếp khi có chất xúc tác khử nước để tạo ra NVP monome.
So với phương pháp axetylen, phương pháp -butyrolactone và phương pháp pyrrolidone có ưu điểm là quy trình xử lý ngắn, đầu tư thiết bị nhỏ, chu kỳ xây dựng nhà máy ngắn và điều kiện vận hành ôn hòa nhưng chúng cũng có nhược điểm là giá nguyên liệu thô cao và chi phí sản xuất cao. Do đó, cho dù đó là phương pháp axetylen, phương pháp -butyrolactone hay phương pháp pyrrolidone thì vẫn có những thiếu sót và các phương pháp cải tiến hơn nữa vẫn cần được nghiên cứu.