폴리비닐피롤리돈 PVP 합성 기술

PVP의 제조 공정에는 단량체 NVP와 중합체 PVP의 합성이 포함됩니다. 단량체 NVP를 합성하는 동안 핵심 기술에는 단량체의 합성 및 정제가 포함됩니다. 고분자 PVP의 합성과정에서 핵심기술은 주로 중합기술과 건조기술이다.

아세틸렌법과 감마부티로락톤법
아세틸렌 공정은 현재 주류 NVP 생산 공정으로 성숙도가 높습니다. 이 방법은 아세틸렌과 포름알데히드를 출발 물질로 사용하고 다단계 반응을 통해 NVP 단량체를 얻습니다.
먼저, 1,4-부탄디올(BDO)의 합성을 통해 아세틸렌법으로 PVP 단량체 NVP를 생산한 후, 촉매 탈수소화를 통해 고리, 가암모니아 분해 및 아세틸렌 첨가를 통해 생산됩니다.
아세틸렌 공정은 기술이 성숙하고, 가격이 저렴하고, 원료를 얻기 쉬우며, 대규모 공업 생산에 적합하다는 장점이 있습니다. 그러나 아세틸렌 공정은 길고, 고정자산 투자가 크고, 운영 조건이 엄격하며, 주원료인 아세틸렌은 폭발 위험이 있는 특성을 가지고 있습니다.
따라서 일정한 규모, 높은 관리 수준, 제어 기술, 연구 개발 역량, 완벽한 판매 네트워크 및 애프터 서비스를 갖춘 기업만이 이 방법을 선택할 수 있습니다. 현재 BASF, Ashland 및 소수의 국내 대형 제조업체만이 아세틸렌을 사용하여 NVP를 생산하고 있습니다.
감마부티로락톤법은 중소기업에 적합하지만 수율이 낮다. 이 방법은 γ-부티로락톤과 에탄올아민의 반응을 통해 아밀분해 생성물인 하이드록시에틸 피롤리돈(NHP)을 생성한 후 탈수 촉매 존재 하에서 탈수를 통해 직접 또는 간접적으로 목표 단량체 NVP를 생성합니다.
γ-부티로락톤의 직접 탈수법은 고온(350~400℃)과 높은 에너지 소비를 필요로 하며, 현재 이상적인 탈수 촉매가 부족하여 이 공정의 개발이 제한되고 있습니다.
γ-부티로락톤 간접 탈수법은 생산 과정에서 유독하고 자극적인 부산물이 있으며, 생산 과정에서 유해 물질의 흡수가 수반되고, 공정이 복잡하고 제어가 어렵고, 일반 장비 가동률이 낮고, NVP 수율이 낮습니다. 아세틸렌법보다 낮다.
NVP 모노머 정제 기술: 증류 공정에서 NVP 반응액은 부산물을 생성하고 모노머의 활성 성분 함량을 감소시켜 NVP 수율에 영향을 미칩니다. 따라서, 모노머 정제 기술의 수준은 NVP의 순도에 직접적인 영향을 미치고, 폴리머의 품질에도 영향을 미칩니다.
현재 일반적으로 사용되는 진공증류법을 이용하면 NVP 단량체의 순도를 99.50%까지 높일 수 있고, 단계결정화 방법을 이용하면 단량체의 순도를 99.90% 이상까지 높일 수 있다. 향후 개발 방향은 분자증류 기술 등 저온, 저에너지 모노머 분리 방식을 활용해 분리 효율을 높이고, 부산물 불순물 발생을 줄이는 것이다.
PVP의 중합 기술에는 단일 중합, 공중합 및 가교 중합이 포함됩니다. 중합 공정 조건(예: 개시제, 중합 방법, 중합 온도, 중합 시간 등)은 중합 생성물의 구조와 분자량에 결정적인 영향을 미칩니다.
1, 단일중합(PVP-K): 단일중합은 NVP 단량체의 중합을 말하며 생성물은 폴리에틸렌 피롤리돈(PVP)입니다. PVP 호모폴리머의 분자량과 K 값은 다르며, 그 특성과 용도도 다릅니다. 초저분자량 K12부터 초고분자량 K120까지 다양한 PVP 호모폴리머 제품이 개발되었습니다.
2, 공중합 (PVP-A) : 공중합은 NVP 단량체와 비닐 구조를 가진 다른 불포화 단량체와의 공중합을 말하며, 생성물은 NVP 구조 단위와 기타 공중합 단량체 구조 단위를 모두 갖는 고분자 화합물입니다. 현재 PVP/VA(비닐 아세테이트 공중 합체)는 유일한 대규모 공중 합체 품종입니다.
3, 가교 중합(PVP-P): 가교 중합은 NVP 단량체의 자가 가교 반응 또는 NVP 단량체와 가교제(다중 불포화 염기 화합물 함유)의 가교 공중합 반응을 말하며, 생성물은 다음과 같습니다. 폴리비닐피롤리돈 가교 중합체(PVPP).
PVPP는 가교 정도에 따라 고흡수성 수지(낮은 가교), 흡수성 겔(중간 가교), 불용성 물질(고가교)로 나타날 수 있습니다. PVPP는 식품과 의약품에 사용되었습니다.
PVP 복합체 기술: PVP 복합체는 PVP와 기타 화학 물질을 특정 결합 유형으로 결합하여 형성된 복합체 화합물을 의미합니다. 그 중 PVP-I(PVP 및 요오드 복합체)의 생산은 매우 성숙해졌습니다. 몇몇 회사에서는 PVP-H2O2 복합체도 생산합니다.
PVP 폴리머의 건조 기술: 일반 분자량 PVP 폴리머는 일반적으로 분무 건조됩니다. 분무건조로 탈수할 수 없는 고분자량 PVP 제품(예: K60, K90, K120 등)의 경우 주요 제조업체에서는 일반적으로 개방형 스크레이퍼 건조를 사용합니다.
그러나 이 방법은 에너지를 많이 소비하고 제품의 중합도를 쉽게 감소시키며 재료, 작업자 및 작업 환경 간의 교차 오염을 초래할 수 있습니다. 향후 개발 방향은 낮은 중합 분해, 교차 오염 없음, 저온 진공 연속 건조 방식의 낮은 에너지 소비를 점진적으로 채택하는 것입니다.