材料制備工程：3.1.1自由基本體聚合生產(chǎn)工藝

1、自由基本體聚合 生產(chǎn)工藝及設備,本體聚合：在不使用溶劑和分散介質(zhì)的情況下，以少量的引發(fā)劑或光和熱引發(fā)使單體進行聚合反應的方法,1 本體聚合生產(chǎn)工藝的特點,根據(jù)單體和聚合物的互溶情況可分為,根據(jù)反應單體的相態(tài)可分為,均相本體聚合、非均相本體聚合,氣相本體聚合、液相本體聚合,1 本體聚合生產(chǎn)工藝的特點,本體聚合的主要特點,主要優(yōu)點：產(chǎn)品的純度高、工藝過程比較簡單、三廢污 染?。粏误w轉(zhuǎn)化率很高時可省去單體分離工 序，直接造粒得粒狀樹脂,主要缺點：相對放熱量較大、聚合反應熱排出困難；體 系粘度高、溫度難以穩(wěn)定，分子擴散困難， 聚合物分子量分布寬,1 本體聚合生產(chǎn)工藝的特點,解決本體聚合體系放熱和散熱這

2、一對矛盾的措施有： （1）使反應進行到一定轉(zhuǎn)化率就分離出聚合物； （2）采用較低反應溫度、較低引發(fā)劑濃度進行聚合； （3）將反應分步進行，控制“自加速效應”； （4）強化聚合設備的傳熱； （5）采用紫外光或輻射引發(fā)聚合，以降低反應溫度,2 典型的本體聚合生產(chǎn)工藝,典型的本體聚合生產(chǎn)工藝有,1. 非均相本體聚合聚氯乙烯本體聚合生產(chǎn),2. 本體澆鑄聚合有機玻璃生產(chǎn),3. 氣相本體聚合高壓聚乙烯生產(chǎn),4. 均相本體聚合聚苯乙烯生產(chǎn),2 典型的本體聚合生產(chǎn)工藝,非均相本體聚合聚氯乙烯本體聚合生產(chǎn) 氯乙烯本體聚合一般分為二個階段： 第一階段 預聚合； 第二階段：后聚合。 操作方式：間歇操作,非均相本體聚

3、合聚氯乙烯本體聚合生產(chǎn),氯乙烯本體聚合二段法生產(chǎn)工藝流程,非均相本體聚合聚氯乙烯本體聚合生產(chǎn),氯乙烯本體聚合的主要設備 聚合釜配置：1臺預聚合5臺后聚合。 預聚釜立式不銹鋼聚合釜，內(nèi)裝渦輪式平槳攪拌器，攪拌轉(zhuǎn)速控制在50250rpm之間。 攪拌器的形式和大小，攪拌轉(zhuǎn)速的大小將直接關系到預聚合種子顆粒的形態(tài)和大小。 后聚釜臥式釜（50m3 ），內(nèi)裝有慢速攪拌的三條螺帶組合的攪拌器。螺帶與釜壁間隙極小。臥式釜轉(zhuǎn)速為67rpm,非均相本體聚合聚氯乙烯本體聚合生產(chǎn),各種本體聚合反應釜,本體澆鑄聚合有機玻璃生產(chǎn),按加熱方式,水浴法,空氣浴法,水浴法和空氣浴法結合使用,按單體是否預聚灌模,單體灌模法,單體

4、預聚成漿液后灌模法,2 典型的本體聚合生產(chǎn)工藝,對模具的密封要求高，產(chǎn)品收縮率高，但光學性能優(yōu)良,通常用于民用品的生產(chǎn),用于生產(chǎn)力學性能要求高、抗銀紋性能好的工業(yè)產(chǎn)品及航空用有機玻璃,本體澆鑄聚合有機玻璃生產(chǎn),單體預聚灌模法的主要優(yōu)點,1）在預聚釜內(nèi)進行單體的部分聚合，可以減輕模具的熱負荷；縮短單體 在模具內(nèi)的聚合時間，提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量,2）使一部分單體在模具外先行聚合，減少了其在模具內(nèi)聚合時的收縮率,3）增加粘度，從而減少在模具內(nèi)的泄漏現(xiàn)象,4）克服溶解于單體中氧分子的阻聚作用,單體預聚灌模法的主要缺點： 在制造不同厚度的板材時要求預聚漿的聚合程度也有所不同；預聚漿粘度大，難以除去

5、機械雜質(zhì)和氣泡,本體澆鑄聚合有機玻璃生產(chǎn),1. 有機玻璃生產(chǎn)工藝,單體,配料,制漿,第一步預聚：攪拌將各組份混合均勻，升溫至85，停止加熱。調(diào)節(jié)冷卻水， 保持釜溫在93以下，反應到粘度達到2000厘泊左右，具體根據(jù) 操作要求而定。過濾，預聚漿儲藏于中間槽,本體澆鑄聚合有機玻璃生產(chǎn),1. 有機玻璃生產(chǎn)工藝,單體,配料,制漿,封合,排氣,灌漿,制模,第二步澆模：先用堿液、酸液、蒸餾水洗清并烘干硅玻璃平板二大塊，按所需 成品厚度，在二塊玻璃中間墊上一圈包有玻璃紙的橡膠墊條，用 夾具夾好，即成一個方形?？颍岩贿呄蛏闲狈?，留下澆鑄口， 把預聚漿灌腔，排出氣泡，封口,本體澆鑄聚合有機玻璃生產(chǎn),1. 有機

6、玻璃生產(chǎn)工藝,單體,配料,制漿,模板 清洗,裁切 包裝,脫模,聚合,封合,排氣,灌漿,入庫,制模,新模板,第三步聚合：把封合的?？虻跞霟崴洌ɑ蚝娣浚?，根據(jù)板厚分別控制溫度在 2552，經(jīng)過10160小時，到取樣檢查料源硬化為止，用直 接蒸汽加熱水箱內(nèi)水至沸騰，保持二小時，通水慢慢冷卻到 40，吊出模具，取出中間有機玻璃板材，去邊，裁切后包裝,本體澆鑄聚合有機玻璃生產(chǎn),2. 有機玻璃生產(chǎn)的主要設備,有機玻璃生產(chǎn)的主要設備有：定型模具（板框）、熱水箱（或烘房），預聚釜,預聚釜結構圖,圖53預聚釜結構圖,1進水管； 2冷凍鹽水進口； 3溢出水管； 4釜身（不銹鋼）； 5冷凍水管；6墊圈（牛皮）；

7、7墊圈（石棉橡膠）； 8釜蓋法蘭；9加料管； 10放空管；11攪拌器；12填料箱；13冷凍鹽水出口； 14防爆電機； 15皮帶輪；16出水管；17漿料出口； 17夾套,氣相本體聚合高壓聚乙烯生產(chǎn),目前在世界合成樹脂工業(yè)中，聚乙烯的生產(chǎn)能力約占1/3,居第一位，而高壓法生產(chǎn)的低密度聚乙烯占聚乙烯生產(chǎn)總量的50,所謂高壓聚乙烯是將乙烯壓縮到150250Mpa的高壓條件下，用氧或過氧化物為引發(fā)劑，于200左右的溫度下經(jīng)自由基聚合反應而制得,乙烯氣相本體聚合具有以下特點,1） 聚合熱大,2） 聚合轉(zhuǎn)化率低,3） 反應器內(nèi)壓力高,4） 易發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移,5） 存在一個壓力和氧濃度地臨界關系,氣相本體聚合高壓

8、聚乙烯生產(chǎn),1. 高壓聚乙烯的生產(chǎn)工藝,高壓聚乙烯生產(chǎn)工藝的兩種方法,釜式法：大都采用有機過氧化物為引發(fā)劑，反應壓力較管式法低，物 料停留時間長,管式法：引發(fā)劑是氧或過氧化物，反應器內(nèi)的壓力分布和溫度分布大 ，反應時間短，所得聚合物支鏈少，分子量分布寬，適宜制 造薄膜制品及共聚物,主要原料：乙烯（氣體） 乙烯高壓聚合單程轉(zhuǎn)率不高(單體單程轉(zhuǎn)化率 24左右)，大量單體要循環(huán)使用,其他原料：引發(fā)劑、分子量調(diào)節(jié)劑及各種添加劑(抗氧劑、紫外線吸收 劑、潤滑劑、開口劑、抗靜電劑等等,氣相本體聚合高壓聚乙烯生產(chǎn),1）乙烯 純度99.95 2）引發(fā)劑 管式反應器：氧或空氣（大于230） 釜式反應器：過氧化物

9、 3）分子量調(diào)節(jié)劑 乙烷、丙烷、丙烯、氫、丙酮等 4）抗氧劑：2642.6二叔丁基4甲基苯酚。 5）潤滑劑：油酸酰胺或硬脂酸胺等，用于防止成型過程中粘結模具,氣相本體聚合高壓聚乙烯生產(chǎn),6）開口劑：高分散性硅膠或鋁膠，使制成的塑料袋易于開口。 7）抗靜電劑：環(huán)氧乙烷與脂肪胺或醇的聚合物,氣相本體聚合高壓聚乙烯生產(chǎn),高壓聚乙烯生產(chǎn)裝置,分子量調(diào)節(jié)劑,新鮮乙烯,引發(fā)劑,25MPa,0.1MPa,25MPa,乙烯高壓聚合生產(chǎn)流程,一次 壓縮機,高壓分離器,低壓分離器,壓縮機,擠出 造粒機,150-250MPa,二次 壓縮機,減 壓 閥,減壓閥,乙烯,氣相本體聚合高壓聚乙烯生產(chǎn),2. 影響乙烯聚合反應

10、的主要因素,1）壓力的影響,提高聚合體系的壓力，通常將使聚合物分子量增加，同時使聚乙烯分子鏈中的支鏈度及乙烯基含量降低，導致產(chǎn)品密度增大,2）溫度的影響,溫度升高將使聚合物的分子量相應降低，聚乙烯分子鏈中的支鏈度及乙烯基含量升高，使產(chǎn)品的密度和抗老化能力下降,操作壓力：110250kPa,操作溫度：130 280,氣相本體聚合高壓聚乙烯生產(chǎn),2. 影響乙烯聚合反應的主要因素,引發(fā)劑的用量將影響聚合反應速率和分子量，引發(fā)劑用量增加，聚合反應速率加快，分子量降低。生產(chǎn)上，引發(fā)劑用量通常為聚合物質(zhì)量的萬分之一,3）引發(fā)劑的影響,4）鏈轉(zhuǎn)移劑的影響,常用的鏈轉(zhuǎn)移劑有丙烷、氫、丙烯等,5）單體純度的影響,乙烯單體中雜質(zhì)越多，會造成聚合物分子量降低，且會影響產(chǎn)品各種性能，工業(yè)上，對乙烯的純度要求超過99,95,氣相本體聚合高壓聚乙烯生產(chǎn),3. 高壓聚乙烯生產(chǎn)聚合反應設備,主體設備：反應器,管式反應器（平推流，分子量分布寬,釜式反應器（全混流，分子量分布窄,2.57.5cm D/L=1/2501/40000 材質(zhì)：高壓合金鋼管,高壓聚乙烯生產(chǎn)管式反應器,乙烯,乙烯，催化劑,冷卻劑（出,冷卻劑（進,反應產(chǎn)物,攪拌電動機,攪拌器,內(nèi)冷管,隔墻,高壓聚乙烯聚合釜示意圖