一種懸浮聚合系統的製作方法

2023-05-27 06:15:31 1

本實用新型涉及化學工程領域，具體涉及一種懸浮聚合系統。

背景技術：

單體以小液滴狀懸浮在分散介質中的聚合反應稱為懸浮聚合。懸浮聚合是單體以小液滴懸浮在水中的聚合。單體中溶有引發劑，一個小液滴就相當於本體聚合的一個小單元。從單體液滴轉變為聚合物固體粒子，中間經過聚合物-單體粘性粒子階段，為了防止粒子相互粘結在一起，體系中須加有分散劑，以便在粒子表面形成保護膜。懸浮聚合的反應機理與本體聚合相同，也有均相聚合和沉澱聚合之分。

懸浮聚合物的粒徑約0.05~2mm（或0.01~5mm），主要受攪拌和分散控制。懸浮聚合的反應機理與本體聚合相同，也有均相聚合和沉澱聚合（非均相）之分。若是均相聚合，則為：在分散劑的作用下，單體在單體液滴裡聚合，最終形成均勻堅硬透明的球珠狀粒子；若是非均相聚合，則為：引發劑在單體液滴引發得鏈自由基相互纏結在一起沉澱，形成最初的相分離物——原始微粒，原始微粒凝聚的初級粒子核。初級粒子核一經形成就開始成長為早期的初級粒子，呈現相分離，體系變渾濁。因為形成的聚合物不溶於單體，所以在聚合主要是在聚合物的溶脹體進行不在形成初核，初級粒子數不再增加而是均勻地長大（初級粒子核吸附獲捕捉單體相得自由基而增長、終止）。

一般在懸浮聚合的過程中，由於過度攪拌或分散劑的原因而會導致所形成的聚合物往往存在粒度均一性差的問題，從而影響了產品的最終收率；同時，在某些工藝中，懸浮聚合中的水相得不到合理的利用，最終被浪費了，這在一定程度上增加了懸浮聚合的成本。

因此，改進懸浮聚合的工藝或者設計出一種全新的懸浮聚合裝置，是本領域研發人員當前的研究重點之一。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的上述技術問題，為了克服聚合物粒度均一性差的技術問題，以提升產物收率，同時提高懸浮聚合中的水相的利用率，節約生產成本，發明人設計了一種集反應物料的接收、混合、反應、固化、分離和收集於一體的懸浮聚合系統。

因此，本實用新型的第一方面，提供了一種懸浮聚合系統，包括：

壓縮機，物料配製釜，管式反應器A，管式反應器B，固液分離裝置，收集釜，水相注入裝置，循環泵，以及若干管閥；其中，管式反應器A和管式反應器B串聯，所述管式反應器A和管式反應器B的外壁上均設置蒸汽加熱裝備或電加熱帶，並相應地設置有保溫夾套；其中，所述壓縮機，用於將壓縮空氣或壓縮氮氣輸送至所述物料配製釜中，並且通過該壓縮空氣或壓縮氮氣將物料配製釜中儲存的反應原料注入管式反應器A，維持管式反應器A內的溫度為80~86℃，得到所需粒徑的反應微球；接著，反應微球被壓入管式反應器B，維持管式反應器B內的溫度為80~86℃，進行定型固化，已固化的產物微球緩慢下降；然後，所得產物微球隨水相一起進入所述固液分離裝置，分離出產物微球和水相，將收集的產物微球在所述收集釜內進一步老化，製得最終產品；而分離的水相則流至所述水相注入裝置，之後經所述循環泵返回至所述管式反應器B。

其中，所述反應原料包括用於發生聚合反應的單體化合物和引發劑、分散劑等試劑。此外，在所述物料配製釜中還可設置機械攪拌裝置，用於充分混合單體化合物和引發劑、分散劑等試劑。

其中，所述壓縮機通過調節壓縮空氣或壓縮氮氣的流量，可用於控制反應原料的注入速度及注入量。其中，所述水相注入裝置中，可投入另一部分物料，包含水以及聚合反應所需的分散劑、阻聚劑等。

優選地，在所述懸浮聚合系統中，所述管式反應器A和/或所述管式反應器B的長度為2米-15米。

優選地，在所述懸浮聚合系統中，所述管式反應器A的兩端設置有孔板結構Ⅰ和Ⅱ。

進一步優選地，在所述懸浮聚合系統中，所述孔板結構Ⅰ和Ⅱ的材質為金屬材料或非金屬材料。

更進一步優選地，在所述懸浮聚合系統中，所述金屬材料為不鏽鋼、鋁或鎳。

更進一步優選地，在所述懸浮聚合系統中，所述非金屬材料為塑料。

採用本實用新型所述的懸浮聚合系統用於懸浮聚合，例如用於苯乙烯和二乙烯苯的懸浮聚合，所製得的產物的收率更高，並且，在聚合反應過程中所產生的水相也得到了循環利用，因而顯著降低了生產成本。因此，本實用新型所述的懸浮聚合系統具有很高的生產效率，從而具有優越的應用前景與市場潛力。

附圖說明

圖1為本實用新型所述懸浮聚合系統的一個實施例的結構示意圖。

其中，1-反應原料；2-壓縮機；3-物料配製釜；4-管式反應器A；5-管式反應器B；41，51-保溫夾套；42，52-電加熱帶；6-固液分離裝置；61-將軍帽；7-收集釜；8-水相注入裝置；9-循環泵；Ⅰ-孔板結構Ⅰ，Ⅱ-孔板結構Ⅱ。

圖2為孔板結構Ⅰ或Ⅱ的截面放大圖，其中的孔徑與孔道長度可根據實際需要進行設計和調整。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本實用新型作進一步闡述，但本實用新型並不限於以下實施方式。

本實用新型的第一方面，提供了一種懸浮聚合系統，包括：

壓縮機、物料配製釜，管式反應器A，管式反應器B，固液分離裝置，收集釜，水相注入裝置，循環泵，以及若干管閥；其中，管式反應器A和管式反應器B串聯，所述管式反應器A和管式反應器B的外壁上均設置蒸汽加熱裝備或電加熱帶，並相應地設置有保溫夾套；其中，所述壓縮機，用於將壓縮空氣或壓縮氮氣輸送至所述物料配製釜中，並且通過該壓縮空氣或壓縮氮氣將物料配製釜中儲存的反應原料注入管式反應器A，維持管式反應器A內的溫度為80~86℃，得到所需粒徑的反應微球；接著，反應微球被壓入管式反應器B，維持管式反應器B內的溫度為80~86℃，進行定型固化，已固化的產物微球緩慢下降；然後，所得產物微球隨水相一起進入所述固液分離裝置，分離出產物微球和水相，將收集的產物微球在所述收集釜內進一步老化，製得最終產品；而分離的水相則流至所述水相注入裝置，之後經所述循環泵返回至所述管式反應器B。

在一個優選實施例中，所述管式反應器A和/或所述管式反應器B的長度為2米-15米。

在一個優選實施例中，所述管式反應器A的兩端設置有孔板結構Ⅰ和Ⅱ。

在一個進一步優選的實施例中，所述孔板結構Ⅰ和Ⅱ的材質為金屬材料或非金屬材料。

在一個更進一步優選的實施例中，所述金屬材料為不鏽鋼、鋁或鎳。

在一個更進一步優選的實施例中，所述非金屬材料為塑料。

實施例1

如圖1所示，該懸浮聚合系統，包括：壓縮機2，物料配製釜3，管式反應器A4，管式反應器B5，固液分離裝置6，收集釜7，水相注入裝置8，循環泵9，以及若干管道和閥門；其中，管式反應器A的兩端設置有不鏽鋼製成的孔板結構Ⅰ和Ⅱ；其中，管式反應器A和管式反應器B串聯，所述管式反應器A的外壁上設置電加熱帶42和保溫夾套41，所述管式反應器B的外壁上設置電加熱帶52和保溫夾套51；其中，所述壓縮機2，用於將壓縮氮氣輸送至所述物料配製釜3中，並且通過該壓縮氮氣將物料配製釜3中儲存的反應原料1注入管式反應器A，維持管式反應器A內的溫度為80~86℃，得到所需粒徑的反應微球；接著，反應微球被壓入管式反應器B，維持管式反應器B內的溫度為80~86℃，進行定型固化，已固化的產物微球緩慢下降；然後，所得產物微球隨水相一起進入所述固液分離裝置6，分離出產物微球和水相，將收集的產物微球在所述收集釜7內進一步老化，製得最終產品；而分離的水相則流至所述水相注入裝置8，之後經所述循環泵9返回至所述管式反應器B。

對該懸浮聚合系統進行的具體操作包括：向水相注入裝置8中加入10L熱水以及適量過氧化苯甲醯，通過循環泵9泵入管式反應器B進行循環；同時，將苯乙烯與二乙烯苯、過氧化苯甲醯、聚苯乙烯-alt-順丁烯二酸鈉鹽溶液（2%）以及適量水一併加入到物料配製釜3中，機械攪拌，通過壓縮氮氣將各反應原料1壓入孔板結構Ⅱ中，經過孔板作用，分散成合適粒徑的反應微球；同時，通過電加熱帶42加熱，並通過保溫夾套41保持管式反應器A內的溫度為80~86℃；接著，反應微球上升，經孔板結構Ⅰ，離開所述管式反應器A，從而得到規定的微球粒徑；然後，通過電加熱帶52加熱，並通過保溫夾套51保持管式反應器B內的溫度為80~86℃，所述反應微球進入管式反應器B，並在其中定型固化，已固化的微球緩慢下降；接著，所得產物進入固液分離裝置6，分離出固相苯乙烯-二乙烯苯共聚物微球和水相，將收集的固相苯乙烯-二乙烯苯共聚物微球在所述收集釜7內進一步老化，製得最終產品；而分離的水相則流至所述水相注入裝置8，之後經所述循環泵9返回至所述管式反應器B；通過不斷給料，該懸浮聚合反應可如此反覆實施。

以上對本實用新型的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為範例，本實用新型並不限制於以上描述的具體實施例。對於本領域技術人員而言，任何對本實用新型進行的等同修改和替代也都在本實用新型的範疇之中。因此，在不脫離本實用新型的精神和範圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本實用新型的範圍內。