乳液聚合系统、乳液聚合方法和应用技术方案

本发明专利技术提供了乳液聚合系统、方法和应用。其中，该乳液聚合系统包括反应釜、引发剂罐和多台并联连接的乳化罐；反应釜设有反应液加入口和引发剂加入口；乳化罐上分别设有第一加入口、第二加入口和反应液出口，反应液出口与反应釜的反应液加入口连接；引发剂罐设有引发剂加入口和引发剂出口，引发剂出口与反应釜的引发剂加入口连接；乳化罐与反应釜连接的管路上分别设有第一流量控制阀。该乳液聚合系统通过多台并联的乳化罐，对不同单体进行单独乳化，再按需分别在不同时段加入到反应釜聚合，解决了因不同单体的竞聚率产生的高分子链段随机分布的问题，实现了对乳液高分子链段上不同单体聚合数量和位置的控制。

Emulsion polymerization system, emulsion polymerization method and Application

The present invention provides emulsion polymerization system, method and application. The emulsion polymerization system comprises a reaction kettle, an initiator tank and a plurality of parallel connection emulsified tanks; the reaction kettle is provided with a reaction liquid and an initiator added to the mouth; the emulsifying tank is respectively provided with a first inlet, a second inlet and a reaction liquid outlet; the outlet of the reaction liquid is connected with the reaction liquid of the reaction kettle at the mouth; the initiator tank is provided with an initiator, an inlet and an initiator outlet. The initiator outlet is connected with the initiator additive outlet of the reactor, and the pipeline connecting the emulsifying tank and the reactor is respectively provided with a first flow control valve. The emulsion polymerization system is emulsified by multiple parallel emulsification tanks, and emulsified by different monomers, and then polymerized in reactor at different times. The problem of random distribution of polymer segments due to different monomer competition rate is solved, and the control of the number and position of different monomer polymerisation on the high molecular weight sub segment of emulsion is realized.

【技术实现步骤摘要】
乳液聚合系统、乳液聚合方法和应用
本专利技术涉及化学工程领域，特别涉及一种乳液聚合系统和方法，特别设计包括多乳化釜的乳液聚合系统和方法。
技术介绍
丙烯酸酯类聚合物是工业生产中应用广泛的产品，可用于生产涂料、粘合剂、塑料等制品，具有良好的性能。丙烯酸酯类聚合物通常由丙烯酸酯类单体通过乳液聚合形成。乳液聚合以水作为分散相，在乳化剂的作用下使单体在水中分散成乳状液，由引发剂引发聚合反应。在现有技术的丙烯酸酯乳液聚合装置中，聚合反应均采用一台单体乳化釜、一台反应釜和可选的一台后处理釜的生产系统进行。聚合反应所需的数种单体在同一台乳化罐内进行预乳化，然后通过流量控制，滴加到反应釜，在引发剂的作用下，通过链反应机理合成高分子聚合物。现有丙烯酸酯乳液合成工艺流程及装备见图1所示，在该合成工艺过程中，由于不同性质的单体的聚合反应速度存在差异(行业内称其为竞聚率)，高分子链中不同单体结构单元的排列顺序呈现随机分布。随着市场对丙烯酸酯乳液技术性能的要求不断提高，目前，丙烯酸酯乳液生产企业均采用添加各类特种单体的方式来提高丙烯酸酯乳液的性能，使丙烯酸酯乳液产品的成本不断提高。因此，需要一种能有效地提高丙烯酸酯乳液性能并节约生产成本的装置和方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种乳液聚合系统，通过设置多台并联的乳化罐和流量控制阀，对不同的单体进行单独乳化和可控进料，来控制高分子链段中不同单体结构单元的分布，从而实现嵌段聚合的有效控制。根据本专利技术的一个方面，提供一种乳液聚合系统，包括：反应釜、引发剂罐和多台并联连接的乳化罐；所述反应釜设有反应液加入口和引发剂加入口；所述乳化罐分别设有用于加入单体和水的第一加入口、用于加入乳化剂的第二加入口和反应液出口，所述反应液出口分别与所述反应釜的反应液加入口连接；所述引发剂罐设有引发剂加入口和引发剂出口，所述引发剂出口与所述反应釜的引发剂加入口连接；所述乳化罐与所述反应釜连接的管路上分别设有第一流量控制阀。优选地，所述第一流量控制阀按预定时间先后开启。优选地，所述第一流量控制阀同时开启。优选地，所述引发剂罐与反应釜连接的管路上设有第二流量控制阀。优选地，所述反应液加入口设置在所述反应釜的上部或下部。本专利技术的另一方面提供了一种乳液聚合方法，其使用上述乳液聚合系统进行，并且包括以下步骤：使所述第一流量控制阀和第二流量控制阀均处于关闭状态；在每台所述乳化罐中分别加入水、乳化剂和乳液聚合反应所需的一种单体进行预乳化处理，得到反应液；将所述引发剂加入到所述引发剂罐中；按需开启第一流量控制阀中的第一部分，使得对应乳化罐中流出的反应液加入所述反应釜中；开启第二流量控制阀，使得引发剂加入所述反应釜中引发第一聚合反应；可选地，所述第一聚合反应进行预定时间段后，关闭已开启的第一部分流量控制阀，开启第一流量控制阀中的第二部分，使得对应乳化罐中流出的反应液加入所述反应釜中，进行第二聚合反应；可选地，所述第二聚合反应进行预定时间段后，关闭已开启的第二部分流量控制阀，开启第一流量控制阀中的第三部分，使得对应乳化罐中流出的反应液加入所述反应釜中，进行第三聚合反应。优选地，多个所述第一流量控制阀同时开启，根据每个所述第一流量控制阀开启的大小来独立调节对应反应液的流量。优选地，多个所述第一流量控制阀按预定时间先后开启，同时通过每个所述第一流量控制阀开启的大小来独立调节对应反应液的流量。优选地，所述反应釜中为常压或正压环境。本专利技术的又一方面提供了上述乳液聚合系统用于制备嵌段聚合物的应用。根据本专利技术的乳液聚合物系统和方法实现了对各种单体的单独乳化和单独进料，能够独立控制各种单体的添加时间和顺序，从而实现对单体分布和聚合物链段结构的控制。由此，本专利技术的乳液聚合方法特别适宜用于合成嵌段聚合物，也可以用于合成由内核到外壳性能渐变的核壳聚合物。附图说明参考随附的附图，本专利技术更多的目的、功能和优点将通过本专利技术实施方式的如下描述得以阐明，其中：图1示意性示出了现有技术的丙烯酸酯乳液聚合系统；图2示意性示出了本专利技术的乳液聚合系统；图3为对比例1的丙烯酸酯乳液聚合方法得到的聚合物的13C核磁图谱；图4为本专利技术实施例1的第一阶段单独加入丙烯酸丁酯聚合产生的聚合物的13C核磁图谱；图5为本专利技术实施例1的第二阶段继续加入苯乙烯后聚合产生的聚合物的13C核磁图谱；图6为本专利技术实施例1的第三阶段继续加入丙烯酸丁酯后聚合产生的聚合物的13C核磁图谱。图7为本专利技术实施例1制备得到的丙烯酸酯乳液聚合物的DSC图谱。图8为对比例1制备得到的丙烯酸酯乳液聚合物的DSC图谱。具体实施方式现有技术的丙烯酸酯乳液聚合系统见图1所示，丙烯酸酯乳液生产系统100包括：单体乳化釜101、引发剂釜102和反应釜103。传统的丙烯酸酯乳液聚合方法如下：将聚合反应所需的数种单体一并加入单体乳化釜101进行预乳化，然后通过流量控制，滴加到反应釜103，在引发剂釜102滴加的引发剂的作用下，通过自由基反应机理合成高分子聚合物。在该合成工艺过程中，由于所有单体同时加入，且不同种类单体的聚合反应速度存在差异(行业内称之为竞聚率)，因而得到的高分子链中不同单体的排列顺序呈现随机分布。本专利技术提供一种乳液聚合系统，通过设计多台并联的乳化罐，对乳液聚合所需的不同单体进行单独乳化，再按照目标嵌段聚合物所需的链段长度和嵌段位置分别在不同时段加入到反应釜进行聚合，解决了因不同单体的竞聚率产生的高分子链段随机分布的问题，实现了对乳液高分子链段上不同单体聚合数量和位置的控制。具体地，根据本专利技术的乳液聚合系统包括反应釜、引发剂罐和多台并联连接的乳化罐。其中，所述反应釜上设有反应液加入口和引发剂加入口；所述乳化罐上分别设有用于加入单体和水的第一加入口、用于加入乳化剂的第二加入口和反应液出口，所述反应液出口分别与所述反应釜的反应液加入口连接；所述引发剂罐上设有引发剂加入口和引发剂出口，所述引发剂出口与所述反应釜的引发剂加入口连接。所述乳化罐与所述反应釜连接的管路上分别设有第一流量控制阀。如此设置的第一流量控制阀可以控制多台乳化罐产生的反应液同时添加或者分时段添加，且各种反应液可以独立地以相同或不同的速度添加。第一流量控制阀可以按预定时间先后开启。此时，不同反应液在不同时间段添加，能够有效实现高分子链的不同单体组分聚合数量和顺序的嵌段聚合。第一流量控制阀还可以同时开启。如果不同反应液按照不同流量同时添加，则能实现乳液粒子由内核到外壳性能渐变的核壳聚合。进一步地，所述引发剂罐与反应釜连接的管路上设有第二流量控制阀。优选地，所述乳化罐、引发剂罐和反应釜中分别设有搅拌装置，用于加速乳化过程或反应釜中反应液的反应。根据一个具体实施方式，在本专利技术的乳液聚合系统中，各个乳化罐中加入单体和水的口为同一个加入口，通过一个总管路加入，通常在总管路上增设两个支管路，分别是水加入管和单体加入管。根据另一个具体实施方式，提供一种利用上述乳液聚合系统的乳液聚合方法：使所述第一流量控制阀和第二流量控制阀均处于关闭状态；在每台所述乳化罐中分别加入水、乳化剂和乳液聚合反应所需的一种单体进行预乳化处理，得到反应液；将所述引发剂加入到所述引发剂罐中；按需开启第一流量控制阀中的第一部分，使得对应乳化罐中流出的反应液加入所述反应釜中；开启本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种乳液聚合系统，包括：反应釜、引发剂罐和多台并联连接的乳化罐；其中，所述反应釜设有反应液加入口和引发剂加入口；所述乳化罐分别设有用于加入单体和水的第一加入口、用于加入乳化剂的第二加入口和反应液出口，所述反应液出口分别与所述反应釜的反应液加入口连接；所述引发剂罐设有引发剂加入口和引发剂出口，所述引发剂出口与所述反应釜的引发剂加入口连接；所述乳化罐与所述反应釜连接的管路上分别设有第一流量控制阀。

【技术特征摘要】
1.一种乳液聚合系统，包括：反应釜、引发剂罐和多台并联连接的乳化罐；其中，所述反应釜设有反应液加入口和引发剂加入口；所述乳化罐分别设有用于加入单体和水的第一加入口、用于加入乳化剂的第二加入口和反应液出口，所述反应液出口分别与所述反应釜的反应液加入口连接；所述引发剂罐设有引发剂加入口和引发剂出口，所述引发剂出口与所述反应釜的引发剂加入口连接；所述乳化罐与所述反应釜连接的管路上分别设有第一流量控制阀。2.根据权利要求1所述的乳液聚合系统，其中，所述第一流量控制阀按预定时间先后开启。3.根据权利要求1所述的乳液聚合系统，其中，所述第一流量控制阀同时开启。4.根据权利要求1所述的乳液聚合系统，其中，所述引发剂罐与反应釜连接的管路上设有第二流量控制阀。5.根据权利要求1所述的乳液聚合系统，其中，所述反应液加入口设置在所述反应釜的上部或下部。6.一种乳液聚合方法，其特征在于，其使用如权利要求1～5中任一项所述的乳液聚合系统进行，并且包括以下步骤：使所述第一流量控制阀和第二流量控制阀均处于关闭状态；在每台所述乳化罐中分别加入水、乳化剂和乳液聚合反应所需的一种单体进行预乳化处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡丽梅，曲刚，杜振勇，
申请(专利权)人：北京华腾东光科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11