反应挤出新研究

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1、安徽工程人学高分子131伍中豪2016.10反应挤出新进展安徽工程大学生物与化学工程学院高分子131伍中豪3130407108传统的商分了工业生产屮，高分了•材料的制备和加工成型是两个截然不同的工艺过程,这导致了高分子制品生产工艺流程长、能耗髙、环境污染严重，从而增加了制造成本。聚合物反应加工是一门新兴的边缘科学，是一种将化学反应与聚合物加工过程一体化的技术。从某种意义上讲，聚合物反应加工过程类似于冶金工业的连铸、连轧新技术.这门新兴的科学既耑要具备传统的商分子7:科知识和化7:工程基础，乂要求对传统学科奋更深的理解和发展.聚合物反J、V加工分为两部分:反戍挤出和反应注射

2、成型.目前国内外研究与丌发的热点集屮在反应挤出领域。1反应挤出所谓反皮挤出(reaetiveextrusion乂名反应性挤出、挤出反皮)，是把挤出机作为连续化的微背混式柱塞流反应器,使欲反应的混合物在熔融挤出过程屮同吋完成指定的化7:反应川。具体地讲，它其有利用挤出机处理高粘度聚合物的独特功能，对挤出机螺杆螺简上的各个区段进行独立的温度控制、物料停衍时间控制和剪切强度控制，使物料在各个区段传输过程中，完成同体输送、增压熔融、物料混合、熔体加压、化学反应、排除副产物和未反成单体、熔体输送和泵出成型等一系列化工基本单元操作，因此它是理®的高粘度物料熔态反应方法。与此和对照的2

3、种方法:(1＞高熔体粘度的物料放在传统的釜式反应器中直接搅拌进行化学反应，几乎是不可能。(2＞聚合物放人人朵的溶剂屮，先将芄变成稀溶液,加人反/、V:试剂、引发剂进行化予反应，再川人景的沉淀剂进行分离，最后进行产品干燥，溶剂和沉淀剂进行蒸馏分离后再利川，此法极不经济。2反应挤出技术特点反应挤出技术具奋如K的优点可连续人规梭进行牛.产，牛产效率高;反应原料形态讨以多样化，对原料柯较人的选择余地;产品转型快，一条生产线就可以进行小批量、多品种产品的生产。(2)易于实现动化，可方便准确地进行物料温度控制、物料停贸反应吋间控制和剪切强度控制;未反应单体和副产物在机器内熔化状态下对

4、以很容易地除去，节省能源和物耗;不使用溶剂,没有三废污染问题。⑶要求的生产厂房面积小，因而工、Ik生产投资少，操作工人数暈要求少,劳动条件和生产环境好。⑷产品的成木低，但产品的技术含fi高，利润高。(5)在控制产品化学结构的同吋还可以控制材料的微观形态结构。(6)反应物料除了直混外，还有一定的背混能力;物料始终处于传质传热的动态过私螺杆使熔融物形成薄层Jt•且不断更新表面,这样奋利于热交换、物质传递,从而能迅速精确地完成预定的变化，成很方便地除去熔体屮的杂质;同时螺杆具有f=l清洁能力,使物料停留时闽短,因而产品的质fi好。尽管反应挤出技术冇上述优点，但也存在以下缺点。(

5、1＞技术难度大:不但要进行配方和工艺条件的研究，而且要针对不同的反成设计所需的新型反成挤出机，研发资金投人人,时间长，没有儿年吋间难以弄明白。(2＞难以观察检测:物料4:挤岀机中始终处于动态、封W的高温、高压环境中，难以观察检测物料的反疢程度;物料停留时叫较短，一般脊几分钟时叫，因而要求所要进行的反放必须快速完成;如果反应超过20min/则川反应挤出技术就没有意义。(3)技术含跫高:反应挤ill技术涉及到高分子材料、高分子物理、高分子化学、化学工程、聚合反应工程、橡塑机械、聚合物成型加工、机械加工、电了、材料等诸多学科，要取将成果需较长吋间的研究和多方合作才行。综上所述,

6、反应挤出技术具冇研发投入高、技术含S高、产品利润高的特点，在研发阶段困难多,在工业;、v:用上优势明显，正因为如此，它才成为当前国际上的研究热点。3反应挤出工程原理按照反应工程理论，任何反应器内的实际过程，既包含着基本的化学反应过程，M时也伴随着众多的传热、传质、流动等物理传递过程.这些因素相互影响渗透，共同决定着最终的反庖结果.进-•步的分析表明，聚合反应的本质规律足由反皮物£)身的属性决定的，并不因上述物理过程的存在而改变.但是传递过程之所以对反应结果产生影响，是因其改变Y聚合“微元”场所的条件.换言之，针对同一物料体系，不类型的反应器具有不同的传递过程特点，似并不影

7、响聚合反庖的动力学微分表达式，所改变的只足微分方程的边界条件，进而影响到最终的反应积分结果.因此，这些物理传递过程也被称为宏观动力学因素.研究各类反放器，核心是研究传递过程的规律，也即宏观动力学因素对聚合反应结果的影响.对于反应挤出机而言，流变性、热传递和化学反应对反应结果起着X键作用，同吋它们之间也是相互联系、相互影响的。三者的关系可简单地用罔1表示阁1流变性、热传递和化学反应的关系阁流变性对物料熔融状态的浞介程度，特别是对停留时叫和化宁反应右明显的影响，同时也影响着热传递的方式;由于熔融的热状态和化学反应条件决定着流动特性