一种接枝反应装置及其使用方法

摘要

本发明公开了一种接枝反应装置及其使用方法，其中一种接枝反应装置包括：失重喂料装置、单螺杆熔融装置、助剂添加装置、双螺杆接枝反应装置和真空脱挥装置；该使用方法包括步骤：1)通过失重喂料装置将预混料加入单螺杆熔融装置中；2)单螺杆熔融装置将预混料塑化熔融成聚合物熔体，然后将聚合物熔体通入双螺杆接枝反应装置中；3)助剂添加装置将助剂加入双螺杆接枝反应装置的一个或两个加热区段中；在双螺杆接枝反应装置中进行接枝反应，形成接枝聚合物，然后将接枝聚合物通入真空脱挥装置中；4)真空脱挥装置去除溶剂和未反应的接枝助剂，得到成品；该反应装置能有效减少聚合物在熔融接枝过程中交联副产物的产生。

权利要求

1.一种接枝反应装置，其特征在于包括：失重喂料装置、单螺杆熔融装置、助剂添加装置、双螺杆接枝反应装置和真空脱挥装置；所述失重喂料装置、单螺杆熔融装置、双螺杆接枝反应装置和真空脱挥装置依出料的方向依次连通；双螺杆接枝反应装置上设有助剂入料口；所述助剂添加装置的出料端与双螺杆接枝反应装置的助剂入料口相连通；

所述双螺杆接枝反应装置包括至少九个加热区段；所述双螺杆接枝反应装置的助剂入料口为两个，分别设置在第二加热区段和第五加热区段上；所述助剂添加装置为两个，分别与助剂入料口相连通；

所述单螺杆熔融装置中螺杆的温度为130-190℃，螺杆转速150-400rpm；所述双螺杆接枝反应装置中螺杆的温度为130-140℃，螺杆转速150-300rpm。

2.如权利要求1所述的接枝反应装置，其特征在于：所述单螺杆熔融装置螺杆的直径为

90 120mm，螺杆的长径比为28 40:1。

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3.如权利要求1所述的接枝反应装置，其特征在于：所述双螺杆接枝反应装置中螺杆的直径为65 75mm，螺杆的长径比为28 48:1。

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4.一种如权利要求1所述的接枝反应装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）通过失重喂料装置将预混料加入单螺杆熔融装置中，失重喂料装置控制预混料出料的速度；

2）单螺杆熔融装置将预混料塑化熔融成聚合物熔体，然后将聚合物熔体通入双螺杆接枝反应装置中；

3）助剂添加装置将助剂加入双螺杆接枝反应装置的第二加热区段和第五加热区段中，助剂添加装置控制助剂出料的速度；在双螺杆接枝反应装置中进行接枝反应，形成接枝聚合物，然后将接枝聚合物通入真空脱挥装置中；所述助剂为引发剂、接枝单体和溶剂的混合物；

4）真空脱挥装置去除未反应的助剂，得到成品。

5.如权利要求4所述的接枝反应装置的使用方法，其特征在于：步骤1）中，所述预混料包括聚乙烯和聚丙烯的至少一种；所述聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯中的至少一种；所述聚丙烯为均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的至少一种。

6.如权利要求4所述的接枝反应装置的使用方法，其特征在于：步骤1）中，所述失重喂料装置的出料速度为100 300kg/h。

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7.如权利要求4所述的接枝反应装置的使用方法，其特征在于：步骤3）中，所述引发剂为过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-二（叔丁基过氧基）己烷、偶氮双异丁腈、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酸中的至少一种；所述单体为马来酸酐、富马酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺、醋酸乙烯酯、丙烯酸酯、乙烯缩水甘油醚、苯乙烯、丙烯酸钠和丙烯酸锌中的至少一种；所述溶剂为丙酮、丁酮、二甲苯、甲苯和正己烷中的至少一种。

8.如权利要求4所述的接枝反应装置的使用方法，其特征在于：所述助剂添加装置的出料速度为1 5kg/h。

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说明书

一种接枝反应装置及其使用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种接枝反应装置及其使用方法，属于高分子材料加工技术领域。

背景技术

[0002] 化学接枝是对聚合物进行改性的常用技术，接枝能够增加聚合物的粘合强度、提高聚合物共混合金的相容性。主要的接枝共聚方法包括溶液接枝、熔融接枝和固相接枝方法。但是在目前的制备配方和工艺条件下，接枝过程中的副反应多，比如聚丙烯的降解，聚丙烯分子链的偶联，马来酸酐的自聚，导致凝胶含量上升，接枝产物颜色发黄；而且由于反应时间短，未参与反应的引发剂和马来酸酐残留，在加工过程中产生刺激性气味，同时给接枝产物带来气味、发黄、晶点多、黑黄点多等缺陷，直接影响到该产品在一些高端应用领域的使用。

[0003] 为改进熔融接枝的缺点，很多学者通过配方和工艺调整来控制聚乙烯接枝反应过程中交联副反应程度，例如在熔融接枝中采用复配引发剂和单体、分步加入引发剂和单体、调节反应温度和螺杆转速，在反应中后期加入给电子体、链转移剂和阻聚剂等方法。而熔融接枝相比溶液接枝最主要差异在于，接枝反应过程是在反应时间和剧烈程度上，反应过程过于激烈会导致副反应发生几率增加，因此设计一种可以控制和改善熔融接枝的反应过程的反应装置可生产出性能优异的聚烯烃接枝物。

发明内容

[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种接枝反应装置，该反应装置能有效减少聚合物在熔融接枝过程中交联副产物的产生。

[0005] 实现本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种接枝反应装置，包括：失重喂料装置、单螺杆熔融装置、助剂添加装置、双螺杆接枝反应装置和真空脱挥装置；所述失重喂料装置、单螺杆熔融装置、双螺杆接枝反应装置和真空脱挥装置依出料的方向依次连通；双螺杆接枝反应装置上设有助剂入料口；所述助剂添加装置的出料端与双螺杆接枝反应装置的助剂入料口相连通。

[0006] 作为优选，所述单螺杆熔融装螺杆的直径为90～120mm，螺杆的长径比为28～40:1；再优选地，单螺杆熔融装置螺杆的长径比为28～32:1。

[0007] 作为优选，所述双螺杆接枝反应装置中螺杆的直径为65～75mm，螺杆的长径比为28～48:1；再优选地，双螺杆接枝反应装置中螺杆的长径比为36～42:1。

[0008] 作为优选，所述双螺杆接枝反应装置包括至少九个加热区段；所述双螺杆接枝反应装置的助剂入料口为两个，分别设置在第二加热区段和第五加热区段上；所述助剂添加装置为两个，分别与助剂入料口相连通。

[0009] 本发明的第二个目的在于提供一种上述接枝反应装置的使用方法。

[0010] 实现本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种如上所述的接枝反应装置的使用方法，包括以下步骤：

[0011] 1)通过失重喂料装置将预混料加入单螺杆熔融装置中，失重喂料装置控制预混料出料的速度；

[0012] 2)单螺杆熔融装置将预混料塑化熔融成聚合物熔体，然后将聚合物熔体通入双螺杆接枝反应装置中；

[0013] 3)助剂添加装置将助剂加入双螺杆接枝反应装置的一个或两个加热区段中，助剂添加装置控制助剂出料的速度；在双螺杆接枝反应装置中进行接枝反应，形成接枝聚合物，然后将接枝聚合物通入真空脱挥装置中；所述助剂为引发剂、接枝单体和溶剂的混合物；

[0014] 4)真空脱挥装置去除溶剂和未反应的接枝助剂，得到成品。

[0015] 作为优选，步骤1)中，所述预混料包括聚乙烯和聚丙烯的至少一种；所述聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、茂金属聚乙烯、聚烯烃弹性体和聚烯烃衍生物中的至少一种；所述聚丙烯为均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯和间规共聚聚丙烯中的至少一种。

[0016] 作为优选，步骤1)中，所述失重喂料装置的出料速度为100～300kg/h；再优选地，所述失重喂料装置的出料速度为150～250kg/h。

[0017] 作为优选，步骤2)～3)中，所述单螺杆熔融装置中螺杆的温度为130～250℃，螺杆转速150～400rpm；所述双螺杆接枝反应装置中螺杆的温度为130～250℃，螺杆转速150～400rpm；再优选地，单螺杆熔融装置中螺杆的温度为160～200℃，螺杆转速为150～300rpm；
双螺杆接枝反应装置中螺杆的温度为130～160℃，螺杆转速150～300rpm。

[0018] 作为优选，步骤3)中，所述引发剂为过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷、偶氮双异丁腈、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酸中的至少一种；所述单体为马来酸酐、富马酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺、醋酸乙烯酯、丙烯酸酯、乙烯缩水甘油醚、苯乙烯、丙烯酸钠和丙烯酸锌中的至少一种；所述溶剂为丙酮、丁酮、二甲苯、甲苯和正己烷中的至少一种。

[0019] 作为优选，所述助剂添加装置的出料速度为1～5kg/h。

[0020] 作为优选，所述真空脱挥装置的真空度为0.01～0.1MPa。

[0021] 相比现有技术，本发明的有益效果在于：

[0022] 1、本发明接枝反应装置通过设置单螺杆熔融装置和双螺杆接枝反应装置进行双阶段接枝反应，使得双螺杆接枝反应装置中的反应温和可控；

[0023] 2、本发明接枝反应装置设置两个助剂添加装置，可单独也可同时使用，同时使用时，将助剂分两次加入，接枝反应过程更加平缓，接枝率更高，副反应发生的几率更小，成品的晶点更少；

[0024] 3、本发明接枝反应装置的真空脱挥装置对接枝聚合物还是熔体的时候脱挥，脱挥效果更好；

[0025] 4、本发明的使用方法，配合接枝反应装置进行接枝反应，反应平和，接枝效果好，对副反应的发生具有抑制作用。

附图说明

[0026] 图1为接枝反应装置的结构示意图；

[0027] 其中，1、失重喂料装置；2、单螺杆熔融装置；3、助剂添加装置；4、双螺杆接枝反应装置；41、助剂入料口；5、真空脱挥装置。

具体实施方式

[0028] 下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

[0029] 参照图1，一种接枝反应装置，包括：失重喂料装置1、单螺杆熔融装置2、助剂添加装置3、双螺杆接枝反应装置4和真空脱挥装置5；所述失重喂料装置1、单螺杆熔融装置2、双螺杆接枝反应装置4和真空脱挥装置5依出料的方向依次连通；双螺杆接枝反应装置4上设有助剂入料口41；所述助剂添加装置3的出料端与双螺杆接枝反应装置4的助剂入料口41相连通。

[0030] 其中，所述单螺杆熔融装置螺杆的直径为120mm，螺杆的长径比为30:1；

[0031] 其中，所述双螺杆接枝反应装置中螺杆的直径为70mm，螺杆的长径比为40:1；双螺杆接枝反应装置包括九个加热区段；所述双螺杆接枝反应装置的助剂入料口为两个，分别设置在第二加热区段和第五加热区段上；所述助剂添加装置为两个，分别与助剂入料口相连通。

[0032] 上述接枝反应装置的使用方法，包括以下步骤：

[0033] 1)通过失重喂料装置将预混料加入单螺杆熔融装置中，失重喂料装置控制预混料出料的速度；

[0034] 2)单螺杆熔融装置将预混料塑化熔融成聚合物熔体，然后将聚合物熔体通入双螺杆接枝反应装置中；

[0035] 3)助剂添加装置将助剂加入双螺杆接枝反应装置的第二和/或第五加热区段中，助剂添加装置控制助剂出料的速度；在双螺杆接枝反应装置中进行接枝反应，形成接枝聚合物，然后将接枝聚合物通入真空脱挥装置中；所述助剂为引发剂、接枝单体和溶剂的混合物；

[0036] 4)真空脱挥装置去除溶剂和未反应的接枝助剂，得到成品。

[0037] 其中，所述预混料采用熔融指数为3.5g/10min(190℃，2.16kg)的线性低密度聚乙烯；

[0038] 其中，设定失重喂料装置的出料速度为150kg/h；

[0039] 其中，所述单螺杆熔融装置中螺杆的温度为160～200℃，螺杆转速150～300rpm；所述双螺杆接枝反应装置中螺杆的温度为130～160℃，螺杆转速150～300rpm；

[0040] 其中，助剂采用占总助剂质量百分比48.4％马来酸酐和1.6％2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷作为引发剂，占总助剂质量百分比50％丙酮为溶剂；

[0041] 其中，所述助剂添加装置的出料速度为1～5kg/h；

[0042] 其中，所述真空脱挥装置的真空度为0.01MPa。

[0043] 实施例1

[0044] 使用过程中，设置单螺杆熔融装置温度为190℃，螺杆转速300rpm；设置双螺杆接枝反应装置的温度为140℃，螺杆转速300rpm；助剂添加装置将助剂加入双螺杆接枝反应装置的第二区段和第五区段中，出料速度为1.5kg/h，其余步骤和参数与具体实施方式相同，得到成品。

[0045] 实施例2

[0046] 使用过程中，设置单螺杆熔融装置温度为190℃，螺杆转速300rpm；设置双螺杆接枝反应装置的温度为140℃，螺杆转速300rpm；助剂添加装置将助剂加入双螺杆接枝反应装置的第二区段中，出料速度为3kg/h，其余步骤和参数与具体实施方式相同，得到成品。

[0047] 实施例3

[0048] 使用过程中，设置单螺杆熔融装置温度为190℃，螺杆转速300rpm；设置双螺杆接枝反应装置的温度为140℃，螺杆转速300rpm；助剂添加装置将助剂加入双螺杆接枝反应装置的第五区段中，出料速度为3kg/h，其余步骤和参数与具体实施方式相同，得到成品。

[0049] 实施例4

[0050] 实施例4的特点在于：设置双螺杆接枝反应装置的温度为160℃，其余步骤和参数与实施例1相同，得到成品。

[0051] 实施例5

[0052] 实施例5的特点在于：设置双螺杆接枝反应装置螺杆的转速400rpm，其余步骤和参数与实施例1相同，得到成品。

[0053] 实施例6

[0054] 实施例6的特点在于：设置单螺杆熔融装置温度为220℃，其余步骤和参数与实施例1相同，得到成品。

[0055] 实施例7

[0056] 使用过程中，设置单螺杆熔融装置温度为190℃，螺杆转速250rpm；设置双螺杆接枝反应装置的温度为135℃，螺杆转速250rpm；助剂添加装置将助剂加入双螺杆接枝反应装置的第二区段和第五区段中，出料速度为1.8kg/h，其余步骤和参数与具体实施方式相同，得到成品。

[0057] 对实施例1～7的成品进行检测，结果如表1所示

[0058] 表1实施1～7的性能检测结果表

[0059]

[0060] 由实施例1和实施例2的比较可知，接枝助剂分两次加入比一次性加入，接枝反应过程更加平缓，接枝率更高，副反应发生的几率更小，产品的晶点更少；

[0061] 实施例3和实施例1和实施例2比较可知，实施例3为从第五区段加入助剂，使得接枝反应的时间过短，过短反应时间，接枝率会明显降低；

[0062] 实施例4、实施例5和实施例1对比可知，反应温度提高或转速提高后，产品的晶点有增加趋势，该反应条件对副反应的发生具有抑制作用；

[0063] 实施例6和实施例1对比，前一阶段的单螺杆熔融装置的温度越低，副反应发生的概率越低。

[0064] 实施例7综合各实施例最佳工艺条件，在单螺杆反应温度低，螺杆转速低时，得到的接枝物晶点最少，接枝率最高，副反应最少。

[0065] 对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。