反应型挤出的原理及应用.ppt

反应型双螺杆挤出原理及应用 化学学院纪锐0942032083 反应挤出反应挤出是20世纪60年代后期才兴起1966的英国人用单螺杆挤出机反应挤出的专利 1966年英国人用单螺杆挤出机反应挤出得到可控降解PP 我国到80年代才开始反应挤出的研究 基本原理 反应的混合物在熔融挤出过程中同时完成指定的化学反应 挤出机即为反应容器 挤出过程是物料由固态 结晶态或玻璃态 液态 粘流态 固态 结晶态或玻璃态 的以物理变化为主的过程 优缺点1 优势 工序少 流程短 能耗低 消耗小 生产产率高 能使聚合物多样化 功能化 生产连续化 工艺操作简单经济2 缺点 技术难度大 难以观察检测 技术含量高 反应挤出的设备设备主要分为单螺杆挤出机和双螺杆挤出机 现今最热门也是最实用的是双螺杆挤出机 因其具有以下功能 高效率的混合功能 提高均匀程度 高效率的脱挥功能 高效率的向外排热功能 减小反应物料温度梯度 合理的物料停留时间 双螺杆挤出机的主要优点是 1 双螺杆挤出机可连续地产生新的 很薄的混合物料界面层 从而使物料的界面 体积比增加 物料混合均匀 反应程度提高 热量的传递得到改善 2 由于物料表面在双螺杆挤出机中更新快 残留时间短 不会产生物料的局部过热 利于温度控制 3 双螺杆挤出机更能处理高粘性物料 反应性介质在物料中分布比较均匀 得到的反应产物的化学结构比较均一 4 由于双螺杆挤出机的混合效果好 可在机筒上设置两个或更多的注入反应性介质或相关助剂的进料口 根据不同的反应条件和工艺要求选择合适的加料口 5 通过设计和选择不同几何构型 不同组合的螺旋 或螺套 组件 可以有效控制物料在双螺杆挤出机中的停留时间 可在1min 15min的范围内调节 从而控制反应程度 6 在挤出机中处理的物料压力在0 50MPa 物料温度在70 500 的大范围内变化 双螺杆挤出机可以防止物料因高温粘结在螺槽内炭化变质 一般挤出机为同向旋转 自清洁式双螺杆挤出机 以保证反应物料混合均匀 防止产生不均匀的凝胶 尤其是缩聚反应时 1 物理方面 如何由螺杆机控制反应 控制过程可分为传质和传热 传热 由于反应挤出过程中的化学反应和采用其他方法进行的化学反应一样 都是在一定温度条件下进行的 反应的不同阶段 反应体系可能是吸热或放热过程 而螺杆挤出机沿螺杆的轴向上 螺筒的加热或冷却可以分段行 因此使反应挤出过程中对温度的分段精确控制成为可能 这样不仅可依靠温度精确地控制最佳的反应开始和反应停止的时间 还可根据化学反应本身的特点和规律 通过温度沿螺杆轴向的分布和分布梯度控制反应进行的方向 速度和程度 以减少副反应的发生 传质即聚合物和单体 以及催化剂 引发剂等物料可以根据各种化学反应自身的规律 沿螺杆的轴向按一定程序和最合适的方式分步加入 以达到控制化学反应按预定的顺序和方向进行由于螺杆挤出机筒可延轴向根据需要设置多处加料口 所以各种反应物 2 化学方面 如何由反应上适应挤出加工 反应应当适于挤出 一般适合于反应速度较快的一类化学反应而且是单程的化学反应 物料要有较高的粘度 反应不能腐蚀挤出机 反应挤出方法进行的化学反应的副反应要少 也就是说选择性要好 反应过程更是不能产生挥发性的小分子结构 本体聚合 反应挤出技术进行本体聚合可分为缩聚反应和加聚反应两大类 本体聚合反应最关键的问题在于 物料的有效熔化混合 均化和防止因形成固相而引起的挤出机螺槽的堵塞 能否自由有效的向增长的聚合物进行链转移 排除聚合物反应热以保证反应体系的温度低于聚合反应的上限温度 一般指分解温度 偶联 交联反应 偶联 交联反应包括单个聚合物大分子与缩合剂 多官能团偶联剂或交联剂的反应 通过链的增长或支化来提高相对分子质量 或通过交联增加熔体粘度 由于偶联 交联反应中熔体粘度增加 而且其反应体系的粘度梯度与挤出机内物料本体聚合的粘度梯度相似 因此适用于偶联 交联反应的挤出反应器与用于物料本体聚合的挤出机类似 都有若干个强力混合带主要为由聚酯 PA与多环氧化物的反应及动态硫化制备热塑性弹性体 可控降解反应 反应挤出技术可用于控制聚合物的相对分子质量分布 特别是用于聚烯烃的可控降解 经过降解后的聚烯烃相对分子质量分布变窄 如对于聚丙烯的研究中 实际应用中常用这种反应挤出的方法来生产可控流变的聚丙烯 以满足纺丝性能和增韧聚丙烯注射成型性能的要求 用这种方法生产的可控流变聚丙烯重复性好 性能稳定 可连续生产 接枝反应 用连续反应挤出方法可对热塑性聚合物进行接枝改性 如支链较长 原聚合物的物理性质发生很大变化 形成了一种新的聚合物 如形成的支链较短 5个单体单元以下 且带有反应性官能团时 原聚合物的力学性质变化不大 但化学性质会发生明显的改变 用反应挤出方法在聚乙烯分子主链上接枝乙烯基硅烷已在工业生产中得到广泛应用 反应共混 用反应共混方法将具有不同性能的高分子材料通过共价键或离子键组装在一起 制备具有各共混组分优良性能的新型高分子合金材料是当前高分子材料科学发展较快的领域之一 反应共混方法制备高分子合金材料的关键是共混组分必须含有能产生相互间反应的官能团或在共混体系中加入能使组分间产生化学反应的小分子化合物 如交联剂 引发剂等 反应双螺杆挤出技术的发展与展望 随着现代科学技术的迅速发展 对于聚合物材料性能的要求也越来越高 单一品种的聚合物材料已很难满足需要 而合成聚合物新品种又比较困难 因此 立足于聚合物现有品种的改性已成为一种发展趋势 利用反应挤出进行聚合物改性 其发展前景十分广阔 在聚合物合成方面 由于反应挤出技术能实现小批量 多品种 专门化生产聚合物的部分品种 因而其应用也十分广泛 反应挤出在聚合物加工中具有很大的优越性 但是加工过程有些问题比如反应接枝中的低反应效率 接枝程度 聚合物加工的变化 单体接枝与均聚反应的竞争 交联 以