2013年P(guān)VP行業(yè)技術(shù)水平及技術(shù)特點(diǎn)
中國產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告網(wǎng)訊:
內(nèi)容提要:普通分子量的PVP 聚合物,普遍采用噴霧干燥方式。對(duì)于不能用噴霧干燥辦法脫水的PVP 產(chǎn)品(高分子量的PVP K60,K90,K120 等),各主要生產(chǎn)商普遍采用開放式的刮片機(jī)方式干燥。但是這種方式能耗較高且容易引起產(chǎn)品聚合度的降低、容易造成物料、操作人員和操作環(huán)境間的交叉污染等。今后將逐步向低聚合降解、無交叉污染、低能耗的低溫真空連續(xù)干燥方式發(fā)展。
PVP 的制備包括單體NVP 的合成和聚合物PVP 的合成。在單體NVP 的合成過程中的關(guān)鍵技術(shù)是單體合成技術(shù)和單體提純技術(shù);而聚合物PVP 的合成過程中的關(guān)鍵技術(shù)則是聚合技術(shù)和干燥技術(shù)。目前PVP 行業(yè)技術(shù)水平及技術(shù)特點(diǎn)如下:
1、PVP 單體NVP 的合成技術(shù)
目前NVP 合成技術(shù)主要有兩種:乙炔法和γ-丁內(nèi)酯法。
(1)乙炔法
乙炔法又稱為Reppe 法,該方法以乙炔、甲醛等為起始原料,經(jīng)過乙炔的醛加成、催化加氫、催化脫氫成環(huán)、氨解、炔加成等五步反應(yīng)最后得到PVP 單體NVP。乙炔法是最早也是迄今比較完善的合成NVP 的方法。 乙炔法生產(chǎn)NVP工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是工藝成熟、原料便宜易得,適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等;另外,乙炔法具有工藝流程長(zhǎng)、固定資產(chǎn)投資大、操作條件要求嚴(yán)格、主要的原料乙炔存在爆炸危險(xiǎn)性等特點(diǎn)。因此,需要具備一定的規(guī)模、較高的管理水平、控制技術(shù)、研發(fā)實(shí)力、完善的銷售網(wǎng)絡(luò)和售后服務(wù)的企業(yè)才能選擇這種方法。目前全球只有BASF、ISP 和國內(nèi)少數(shù)大型廠家采用該生產(chǎn)工藝。
(2)γ-丁內(nèi)酯法
γ-丁內(nèi)酯法,是指由γ-丁內(nèi)酯與乙醇胺反應(yīng)生成胺解產(chǎn)物羥乙基吡咯烷酮(N-hydroxyethy-2-pyrrolidone,簡(jiǎn)稱NHP), 然后NHP 在脫水催化劑的存在下直接或間接脫水生產(chǎn)目標(biāo)單體NVP 的方法。其中直接脫水法是在脫水催化劑的存在下,在適當(dāng)?shù)恼婵斩群洼^高溫度下由NHP 直接進(jìn)行分子內(nèi)脫水得到NVP,而間接脫水法是使NHP 分子內(nèi)的羥乙基首先被另一基團(tuán)所取代生成一種中間產(chǎn)物,然后再由這個(gè)中間產(chǎn)物產(chǎn)生消除反應(yīng)生成NVP。γ-丁內(nèi)酯直接脫水法需要較高的溫度(350-400℃),能耗較高,而且目前一直缺乏工業(yè)化生產(chǎn)理想的脫水催化劑,限制了該工藝方法的發(fā)展。γ-丁內(nèi)酯間接脫水法則存在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生具有毒性和刺激性副產(chǎn)物、生產(chǎn)工藝涉及到有害物質(zhì)吸收,工藝變得復(fù)雜,不易控制的問題,而且普遍設(shè)備利用率低,NVP 收率與乙炔法相比較低。
(3)乙炔法與γ-丁內(nèi)酯法的比較
乙炔法與γ-丁內(nèi)酯法這兩種單體合成技術(shù)的特點(diǎn)對(duì)比情況如下表所示:
2、NVP 單體提純技術(shù)
NVP 反應(yīng)液在蒸餾過程會(huì)有副產(chǎn)物產(chǎn)生,使單體中有效成份的含量降低,影響NVP 收率,因此單體提純技術(shù)水平的高低直接決定NVP 的純度,進(jìn)而影響單體聚合物的質(zhì)量。目前普通的減壓蒸餾法可以使NVP 單體的純度達(dá)到99.50%,采用分步結(jié)晶的方法可以使單體純度達(dá)到99.90%以上。今后的發(fā)展方向,在于使用更加低溫、低能耗的單體分離辦法,如分子蒸餾技術(shù),以此來提升分離效率,降低副產(chǎn)雜質(zhì)的生成。
3、PVP 聚合技術(shù)及絡(luò)合技術(shù)
PVP 的聚合包括均聚、共聚和交聯(lián)聚合。其中,均聚是指只有NVP 一種單體參加的聚合,其產(chǎn)物是聚乙烯吡咯烷酮;共聚是指NVP 單體與其他具有乙烯基結(jié)構(gòu)不飽和單體共同聚合,其產(chǎn)物是同時(shí)具有NVP 結(jié)構(gòu)單元和其他共聚單體結(jié)構(gòu)單元的高分子化合物;交聯(lián)聚合是指NVP 單體發(fā)生自交聯(lián)反應(yīng)或者NVP 單體與交聯(lián)劑(含有多個(gè)不飽和基化合物)發(fā)生交聯(lián)型共聚反應(yīng),其產(chǎn)物是PVPP,根據(jù)交聯(lián)度不同,PVPP 可以表現(xiàn)為超強(qiáng)吸水性樹脂(低交聯(lián)度)、吸水凝膠(中等交聯(lián)度)和不溶物(高交聯(lián)度)。
絡(luò)合物是指含有配價(jià)鍵的配位化合物以及由其他鍵型結(jié)合而成的復(fù)雜的化合物。PVP 的絡(luò)合物是指由PVP 與其他具有一定鍵型化學(xué)物質(zhì)結(jié)合而成的復(fù)雜的化合物。通過PVP 和某些化學(xué)物質(zhì)的絡(luò)合作用,可以使該絡(luò)合單元化學(xué)物理性能發(fā)生一些改變,以發(fā)揮出更好的作用或者能降低該物質(zhì)副作用。目前已經(jīng)開發(fā)出的PVP 絡(luò)合物主要有PVP-I 和PVP/H2O2 兩個(gè)產(chǎn)品,前者作為廣譜高效殺菌消毒劑,使用安全,是目前發(fā)達(dá)國家和地區(qū)主流的醫(yī)用和獸藥用消毒劑;后者則主要應(yīng)用于利用過氧化氫的殺菌和增白功能,大大降低了毒性和對(duì)人體的刺激性,目前屬于剛剛開發(fā)階段,主要用于口腔護(hù)理類產(chǎn)品。聚合工藝條件(引發(fā)劑、聚合方式、聚合溫度、聚合時(shí)間等)對(duì)聚合產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和分子量具有決定性的影響。PVP 均聚物產(chǎn)品的分子量不同,K 值不同,其性能與應(yīng)用也不同,而共聚物和交聯(lián)聚合物的性能和應(yīng)用則由其組成和結(jié)構(gòu)決定。目前,PVP 均聚物系列產(chǎn)品已開發(fā)出從超低分子量的K12 到超高分子量的K120的全系列產(chǎn)品;交聯(lián)聚合物(PVPP)用于食品/醫(yī)藥用途的產(chǎn)品已經(jīng)成熟;共聚物方面只有NVP 和醋酸乙烯的共聚物PVP/VA 有較大規(guī)模的生產(chǎn),其它品種的規(guī)模還比較小。PVP 除了聚合物產(chǎn)品外,絡(luò)合物產(chǎn)品中,PVP-I 的生產(chǎn)已經(jīng)很成熟。除此之外,少數(shù)公司有PVP-H2O2 絡(luò)合物的生產(chǎn)。隨著聚合技術(shù)的進(jìn)步,PVP 產(chǎn)品質(zhì)量也不斷提高。以PVP K30 為例,在技術(shù)進(jìn)步前,其分子量分布(PVP 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)之一)較寬,在技術(shù)進(jìn)步后,其分子量分布明顯變窄。具體見下圖:
聚合技術(shù)進(jìn)步前后PVP K30 的分子量分布曲線對(duì)比圖
4、PVP 聚合物的干燥技術(shù)
普通分子量的PVP 聚合物,普遍采用噴霧干燥方式。對(duì)于不能用噴霧干燥辦法脫水的PVP 產(chǎn)品(高分子量的PVP K60,K90,K120 等),各主要生產(chǎn)商普遍采用開放式的刮片機(jī)方式干燥。但是這種方式能耗較高且容易引起產(chǎn)品聚合度的降低、容易造成物料、操作人員和操作環(huán)境間的交叉污染等。今后將逐步向低聚合降解、無交叉污染、低能耗的低溫真空連續(xù)干燥方式發(fā)展。
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