一種高效環保的聚氯乙烯聚合工藝的製作方法
2023-08-22 07:51:16 3
本發明涉及聚氯乙烯製備領域，具體涉及一種高效環保的聚氯乙烯聚合工藝。
背景技術：
聚氯乙烯，英文簡稱pvc(polyvinylchloride)，是氯乙烯單體根據自由基聚合反應機理聚合而成的聚合物，為無定形結構的白色粉末，支化度較小，相對密度1.4左右，玻璃化溫度77-90℃，對光和熱的穩定性差，在實際應用中必須加入穩定劑以提高對熱和光的穩定性。工業生產的pvc分子量一般在5萬-11萬範圍內，具有較大的多分散性，分子量隨聚合溫度的降低而增加，無固定熔點，80-85℃開始軟化，130℃變為粘彈態，160-180℃開始轉變為粘流態，有較好的機械性能，抗張強度60mpa左右，衝擊強度5-10kj/m2，有優異的介電性能。pvc曾是世界上產量最大的通用塑料，應用非常廣泛，在建築材料、工業製品、日用品、地板革、地板磚、人造革、管材、電線電纜、包裝膜、瓶、發泡材料、密封材料、纖維等方面均有廣泛應用。
聚氯乙烯合成方法有懸浮聚合法、乳液聚合法和本體聚合法。現有技術中本體聚合法是指將單體和引發劑直接進行反應，聚氯乙烯產品顆粒度較大，容易結成塊狀或者出現結釜現象，同時引發劑和生產的氯化氫夾雜在聚氯乙烯產品中導致產品純度低，質量差，產品中各項物理機械性能指標不滿足要求，影響它的應用範圍。
因此，如何解決這些技術問題，已成為本領域技術人員亟待解決的技術難題。
技術實現要素：
本發明針對現有技術中存在的不足，提供了一種高效環保的聚氯乙烯聚合工藝，解決了上述的技術問題。
為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種高效環保的聚氯乙烯聚合工藝，包括如下具體步驟：
（1）、首先將引發劑和防粘結劑加入到低沸點有機溶劑中，加熱至一定溫度，再使用液體噴霧器噴入反應釜中，反應釜內部設置的鼓風機吹入一定溫度的熱風，使引發劑和防粘結劑形成的小液滴懸浮在反應釜中並作上下循環運動；
（2）、然後通入氣態的氯乙烯單體，反應10min-30min；
（3）、繼續通入氣態的氯乙烯單體，反應30min-90min；
（4）、利用鼓風機的風力將上述液滴狀混有引發劑和防粘結劑的低沸點有機溶劑混合體系通過反應釜頂部的氣流出口吹掃到另一個收集罐中，然後開啟連接反應釜的真空泵除去反應釜內部剩餘氣體或液滴；所述氣流出口設置濾板；
（5）、關閉氣流出口，提高鼓風機吹入熱風的溫度進行循環乾燥一段時間，至反應釜頂端設置的有機溶劑檢測器檢測到有機溶劑殘留量為0-5ppm為止；
（6）、最後關閉鼓風機，收集沉降下來的乾燥聚氯乙烯顆粒成品。
上述中引發劑受熱分解後分解成自由基用於引發氯乙烯發生聚合反應，其溶解於低沸點有機溶劑中，一方面能降低其濃度，另一方面能依託溶劑分散更加均勻，與氣體氯乙烯接觸面積大大增加，提高初步引發效果；作為本發明的進一步改進，所述步驟（1）中引發劑選自偶氮二異丁腈、偶氮二異戊腈、偶氮二異庚腈、偶氮二異丁酸二甲酯、偶氮二異丁脒鹽酸鹽、偶氮二環己基甲腈、偶氮雙丙烷胺、過氧化二異丙苯、過氧化二苯甲醯、過氧化苯甲醯叔丁酯或過氧化甲乙酮中的一種或者多種，偶氮類和過氧化物類引發劑引發活性適中，反應易控，聚合過程無殘渣，產品轉化率高，分解產物無害。
上述中防粘結劑能夠防止生成的聚氯乙烯產品之間結塊或者形成較大的顆粒，以及避免聚氯乙烯在反應釜內壁上造成的結釜，增加聚氯乙烯的流動性；作為本發明的進一步改進，所述步驟（1）中防粘結劑選自氫氧化鋁、白炭黑、滑石粉或硫酸鋇中的一種或者多種，無機防粘結劑原料價廉易得，僅在粒子表面發揮作用，不會被聚氯乙烯吸收，而且製備得到的聚氯乙烯產品流動性好。
作為本發明的進一步改進，所述步驟（1）中低沸點有機溶劑選自甲醇或乙醇，沸點較低，反應加熱溫度和熱風溫度相應可以降低，減少能耗。
作為本發明的進一步改進，所述步驟（1）中引發劑、防粘結劑與低沸點有機溶劑的質量比為1-5：8-15:100；過少的引發劑使得引發速率慢，過多的引發劑導致成本加大；過少的防粘結劑，產品流動性差，過多的防粘結，容易混入聚氯乙烯顆粒中。
作為本發明的進一步改進，所述步驟（1）中的加熱溫度比相應的低沸點有機溶劑的沸點低5-10℃，保證有機溶劑以液滴狀態存在，在鼓風機風力的作用下，帶動引發劑和防粘結劑與氯乙烯氣體充分接觸反應。
作為本發明的進一步改進，所述步驟（1）中的鼓風機吹入熱風的溫度與低沸點有機溶劑的加熱溫度相同，引發反應溫度恆定，保證反應持續不斷地進行下去。
作為本發明的進一步改進，所述步驟（3）中的氣態氯乙烯單體的體積是步驟（2）中的氯乙烯單體的2-10倍，當步驟（2）中引發反應進行10min-30min後，再加入剩餘的氣態氯乙烯單體進行聚合反應30min-90min，這種分段式反應能加速反應進程，主要通過使引發劑形成的初級自由基分散開來，然後增加與氯乙烯分子形成單體自由基的概率來實現的。
作為本發明的進一步改進，所述步驟（4）中真空泵的真空度為-0.05至-0.8mpa，能夠完全除去反應釜內部剩餘氣體或液滴，如未充分反應的氯乙烯、產生的氯化氫、夾雜有引發劑和防粘結劑的低沸點有機溶劑等物質，上述物質均能通過氣流出口設置的濾板，而聚氯乙烯形成的固體顆粒尺寸較大，無法通過該濾板。
作為本發明的進一步改進，所述步驟（5）中熱風溫度比低沸點有機溶劑的沸點高10-15℃，能夠使聚氯乙烯中夾雜的低沸點有機溶劑充分脫除，提高幹燥效果和產品純度。
與現有技術相比，本發明具有以下優點：（1）通過在低沸點有機溶劑中加入引發劑和防粘結劑，在加熱條件下，使用液體噴霧器噴入反應釜中形成液滴，在鼓風機的熱風作用下，液滴懸浮在反應釜中並作上下循環運動，增加引發效果，產品流動性好，顆粒度均勻；（2）氯乙烯氣體分兩次加入反應釜中，通過使引發劑形成的初級自由基分散開來，然後增加與氯乙烯分子形成單體自由基的概率來加速反應進程；（3）利用物料之間溶解性和顆粒度的差異，根據聚氯乙烯不溶解於甲醇或乙醇的以及顆粒度較大性質，將聚氯乙烯與其它物質通過濾板實現快速有效的分離，所得產品純度高，有機含量低；該工藝方法操作方便、生產過程簡單，其它助劑添加量和種類少，聚合轉化率高，無液體和固體廢棄物，安全環保，具有廣泛的應用前景。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明，應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍；此外應理解，在閱讀了本發明的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落在所附權利要求書所限定的範圍。
實施例1
一種高效環保的聚氯乙烯聚合工藝，包括如下具體步驟：
（1）、首先將3kg偶氮二異丁腈和12kg硫酸鋇加入到100kg甲醇溶劑中，加熱至56℃，再使用液體噴霧器噴入反應釜中，反應釜內部設置的鼓風機吹入56℃的熱風，使偶氮二異丁腈和硫酸鋇形成的小液滴懸浮在反應釜中並作上下循環運動；
（2）、然後通入流量為5l/min氣態的氯乙烯單體，氣體通入時間為5min，反應15min；
（3）、繼續通入流量為5l/min氣態的氯乙烯單體，氣體通入時間為30min，反應60min；
（4）、利用鼓風機的風力將上述液滴狀混有偶氮二異丁腈和硫酸鋇的甲醇混合體系通過反應釜頂部的氣流出口吹掃到另一個收集罐中，然後開啟連接反應釜的真空泵至真空度為-0.4mpa，能夠完全除去反應釜內部剩餘氣體或液滴，如未充分反應的氯乙烯、產生的氯化氫、夾雜有偶氮二異丁腈和硫酸鋇的甲醇混合體系等物質，上述物質均能通過氣流出口設置的濾板，而聚氯乙烯形成的固體顆粒尺寸較大，無法通過該濾板；
（5）、關閉氣流出口，將鼓風機吹入的熱風提高至76℃，進行循環乾燥1h，反應釜頂端設置的有機溶劑檢測器檢測到甲醇殘留量為2ppm；
（6）、最後關閉鼓風機，收集沉降下來的白色乾燥的聚氯乙烯顆粒成品。
實施例2
一種高效環保的聚氯乙烯聚合工藝，包括如下具體步驟：
（1）、首先將1kg過氧化二異丙苯和15kg氫氧化鋁加入到100kg乙醇溶劑中，加熱至68℃，再使用液體噴霧器噴入反應釜中，反應釜內部設置的鼓風機吹入68℃的熱風，使過氧化二異丙苯和氫氧化鋁形成的小液滴懸浮在反應釜中並作上下循環運動；
（2）、然後通入流量為5l/min氣態的氯乙烯單體，氣體通入時間為5min，反應10min；
（3）、繼續通入流量為5l/min氣態的氯乙烯單體，氣體通入時間為10min，反應30min；
（4）、利用鼓風機的風力將上述液滴狀混有過氧化二異丙苯和氫氧化鋁的乙醇混合體系通過反應釜頂部的氣流出口吹掃到另一個收集罐中，然後開啟連接反應釜的真空泵至真空度為-0.05mpa，能夠完全除去反應釜內部剩餘氣體或液滴，如未充分反應的氯乙烯、產生的氯化氫、夾雜有過氧化二異丙苯和氫氧化鋁的乙醇混合體系等物質，上述物質均能通過氣流出口設置的濾板，而聚氯乙烯形成的固體顆粒尺寸較大，無法通過該濾板；
（5）、關閉氣流出口，將鼓風機吹入的熱風提高至88℃，進行循環乾燥1h，反應釜頂端設置的有機溶劑檢測器檢測到乙醇殘留量為0ppm；
（6）、最後關閉鼓風機，收集沉降下來的白色乾燥的聚氯乙烯顆粒成品。
實施例3
一種高效環保的聚氯乙烯聚合工藝，包括如下具體步驟：
（1）、首先將5kg偶氮二異丁酸二甲酯和8kg滑石粉加入到100kg甲醇溶劑中，加熱至54℃，再使用液體噴霧器噴入反應釜中，反應釜內部設置的鼓風機吹入54℃的熱風，使偶氮二異丁酸二甲酯和滑石粉形成的小液滴懸浮在反應釜中並作上下循環運動；
（2）、然後通入流量為5l/min氣態的氯乙烯單體，氣體通入時間為5min，反應30min；
（3）、繼續通入流量為5l/min氣態的氯乙烯單體，氣體通入時間為50min，反應90min；
（4）、利用鼓風機的風力將上述液滴狀混有偶氮二異丁酸二甲酯和滑石粉的甲醇混合體系通過反應釜頂部的氣流出口吹掃到另一個收集罐中，然後開啟連接反應釜的真空泵至真空度為-0.8mpa，能夠完全除去反應釜內部剩餘氣體或液滴，如未充分反應的氯乙烯、產生的氯化氫、夾雜有偶氮二異丁酸二甲酯和滑石粉的甲醇混合體系等物質，上述物質均能通過氣流出口設置的濾板，而聚氯乙烯形成的固體顆粒尺寸較大，無法通過該濾板；
（5）、關閉氣流出口，將鼓風機吹入的熱風提高至79℃，進行循環乾燥1h，反應釜頂端設置的有機溶劑檢測器檢測到甲醇殘留量為5ppm；
（6）、最後關閉鼓風機，收集沉降下來的白色乾燥的聚氯乙烯顆粒成品。
實施例4
一種高效環保的聚氯乙烯聚合工藝，包括如下具體步驟：
（1）、首先將2kg偶氮二異丁酸二甲酯和3kg過氧化甲乙酮和10kg白炭黑加入到100kg乙醇溶劑中，加熱至71℃，再使用液體噴霧器噴入反應釜中，反應釜內部設置的鼓風機吹入71℃的熱風，使偶氮二異丁酸二甲酯、過氧化甲乙酮和白炭黑形成的小液滴懸浮在反應釜中並作上下循環運動；
（2）、然後通入流量為5l/min氣態的氯乙烯單體，氣體通入時間為5min，反應25min；
（3）、繼續通入流量為5l/min氣態的氯乙烯單體，氣體通入時間為40min，反應70min；
（4）、利用鼓風機的風力將上述液滴狀混有氮二異丁酸二甲酯、過氧化甲乙酮和白炭黑的乙醇混合體系通過反應釜頂部的氣流出口吹掃到另一個收集罐中，然後開啟連接反應釜的真空泵至真空度為-0.6mpa，能夠完全除去反應釜內部剩餘氣體或液滴，如未充分反應的氯乙烯、產生的氯化氫、夾雜有氮二異丁酸二甲酯、過氧化甲乙酮和白炭黑的乙醇混合體系等物質，上述物質均能通過氣流出口設置的濾板，而聚氯乙烯形成的固體顆粒尺寸較大，無法通過該濾板；
（5）、關閉氣流出口，將鼓風機吹入的熱風提高至90℃，進行循環乾燥1h，反應釜頂端設置的有機溶劑檢測器檢測到乙醇殘留量為3ppm；
（6）、最後關閉鼓風機，收集沉降下來的白色乾燥的聚氯乙烯顆粒成品。