一种利用螺杆挤出机制备均粒大孔吸附树脂的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种利用螺杆挤出机制备均粒大孔吸附树脂的装置和方法。该方法是以单乙烯基苯类单体和多乙烯基苯类单体的混合相为反应前体，通过螺杆泵的挤出压力将物料从喷头处高速挤出，并在喷头处通过高速旋转的剪切头将液滴分散。本发明专利技术装置和方法反应时间短，不使用高频震动设备，是一种生产条件温和、反应快速的均粒大孔吸附树脂的方法。

A device and method for preparing uniform macroporous resin by screw extrusion

【技术实现步骤摘要】
一种利用螺杆挤出机制备均粒大孔吸附树脂的装置和方法
本专利技术涉及一种利用螺杆挤出机制备均粒大孔吸附树脂的装置和方法，是关于后交联高分子吸附剂的制备方法。
技术介绍
大孔吸附树脂白球广泛地用于物质净化、水处理、合成化学、药物分离与提纯等工业生产与科研领域，其基体是由苯乙烯-二乙烯基苯聚合而成的球体，俗称树脂白球。近来，组合合成化学技术和生物大分子药物色谱分离技术的发展成熟，其中催化剂和单体使用的是特定组分的高尺寸均匀性的大颗粒树脂白球，所谓大颗粒即是十分之一毫米级的颗粒，尤其是0.5mm左右的树脂颗粒是蛋白质分子纯化和药物分离过程所需的主要载体。传统树脂白球聚合工艺采用悬浮聚合或者乳液聚合，就尺寸而言，悬浮聚合工艺合成树脂白球尺寸相对于乳液聚合工艺要大，可以实现十分之一毫米级，而乳液聚合工艺只能达到微米数量级；就尺寸均匀性而言，悬浮聚合工艺合成树脂颗粒白球的多分散系数(PDI,PolydispersityIndex)远大于乳液聚合工艺，只能达到0.3-1.25mm的粒径分布。因此，传统聚合工艺不能同时实现特定大尺寸粒径与尺寸均匀性，悬浮聚合生成的树脂白球需要经过不同程度的筛分以达到均匀性要求，从而产生大量的废料，大大增加了均粒树脂的价格。从聚合过程来看，先将一定比例的单体相与引发剂混合均匀，在搅拌或者其他条件下，单体相分散在含有合适稳定分散剂或者乳化剂的水相中形成一定大小的油珠，随温度升高，单体相内在引发剂作用下发生聚合反应生成聚合物颗粒。由于悬浮聚合机理，聚合反应都是发生在每一个油珠内部，水相中稳定存在的油珠大小决定了最后形成聚合物颗粒的尺寸，因此整个过程具有两个关键点，其一是如何将单体相分散成为均匀大小的液滴，其二是如何保持分散得到的油珠在分散相中稳定存在，不发生破碎与聚并。专利02267684.8描述了一种改进反应罐形状与进料机构的反应釜，采用多孔板分散液滴。在细长反应釜底端设置多孔进料板，单体相从反应釜底部的进料机构进入反应釜体的水相中，反应釜中设置搅拌桨，水相随搅拌在釜体中旋转。由于单体相对较轻，穿过进料孔在旋转液体剪切力下形成单个油珠，同时进料孔同圆周分布，在恒定搅拌速度下，单体相穿过进料机构剪切效果基本相同。但由于在聚合过程中仍需要使用搅拌，使水相中仍存在速度梯度及剪切力，并不能避免油滴聚并和破碎现象的发生。因此粒度分布仍然较宽，且未能在专利中公布均一系数这一核心指标。专利CN201410413002.3提出了一种通过施加振动干扰实现树脂颗粒粒径调控的装置，通过机械振动源或者压电振动源施加于出料口管件外加干扰，可以实现尺寸可调的均匀液滴的分散。但是这种结构是通过对喷头施加外加干扰振动，振动间接施加于液体，振动效果不佳，同时高频振动导致的装置稳定性差、连接处的密封件渗漏，导致该方法难于应用于大颗粒均粒树脂白球的连续化工业生产。专利CN201280008734提出了一种通过将经由可聚合单体相经过错流膜分散于水相中形成的均匀尺寸的单体液滴聚合方法，仅应用于制备具有10～180μm均匀直径的珠粒，无法制备大颗粒均粒树脂。本专利技术所提的制备方法，可制备500～1300μm的大颗粒均粒树脂，且均一系数达到1.1～1.2。专利EP0328975B1提出了一种通过改变悬浮聚合搅拌、分散形式，从而实现单一聚合单体苯乙烯的自由基聚合，该法仅为线性聚苯乙烯产品的制备方法，其产品不具备高比表面、多孔结构。而本专利技术所述方法，是通过将两种或两种以上单体，在溶胀剂的存在下，经共聚合形成具有BET平均孔径为3.0～80nm，比表面积为50～700m2/g的功能性吸附材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有震动射流技术长期运行对化工装置造成振动损害的不足，提供一种用于大颗粒均粒树脂白球聚合的高剪切力喷射装置，以挤出造粒为基础，通过调节旋转刀头的转动频率实现液滴直径的可调性，从而获得高度均一的树脂白球。该法不产生设备震动，不会造成主装置及其附属部件的松动，从而保证设备长期稳定运行。根据本专利技术的第一个方面，提供一种利用螺杆挤出机，尤其高剪切力螺杆挤出机制备均粒大孔吸附树脂的装置，其包括：具有螺杆腔的螺杆挤出机，其中在螺杆腔的上方具有分散腔，螺杆腔与分散腔之间有隔板隔开，隔板上设有连通螺杆腔与分散腔的喷射针孔，螺杆腔通过管道与外置的单体高位槽连通，分散腔内设有与调频电机输出轴连接的多桨叶切割扇叶，分散腔设有一个进料管连接预制釜，且设有一个溢流管与高温熟化釜连接，高温熟化釜的分散相出口管道经由泵连接预制釜。进一步地，保持多桨叶切割扇叶的叶面与泵头喷射面间距为0.05～0.15mm，优选0.05～0.1mm或0.055-0.075mm，泵头喷射面是指螺杆腔与分散腔之间的隔板的上表面。喷射针孔喷射的动力来自于螺杆泵自转产生的挤出压力。进一步地，喷射针孔的孔径为0.01～0.3mm。优选，喷射针孔呈蜂窝状均匀分布于喷射面，例如10～100个，各喷射针孔之间间隔为2～4mm。进一步地，多桨叶切割扇叶(剪切用搅拌桨叶)为贴面式切割桨叶，桨叶数量为4～8片，转速调节50～200转。在一个实施方案中，螺杆挤出机采用ThermoFisher的RheomexOX系列3～6段自加热单螺杆挤出机，例如比流量在0.01～1q/[(kg/h)/(r/min)]，螺杆直径20mm、螺杆腔高度56cm，最高转速250rpm，扭力范围160nmmax。分散腔可以为一个有效容积30-1000L的不锈钢夹套压力反应釜，例如直径40cm、高度56cm有效容积50L的不锈钢夹套压力反应釜，设计压力为0～1.5mpa经自加工与螺杆挤出机泵头精密连接，实现两套设备的组合使用。多桨叶切割扇叶可以为4～8叶直径为20cm的贴面式切割扇叶，转速调节50～200转/min，贴面式切割扇叶叶面与泵头喷射面(即螺杆泵泵头出料口)间距为0.05～0.1mm。高位槽可以为2-200L的竖式不锈钢夹套压力反应釜，例如有效容积2L竖式不锈钢夹套压力反应釜，设计压力为0～1.5MPa。预制釜可以为一个有效容积30-1000L的不锈钢夹套压力反应釜，例如为直径40cm，高度56cm，有效容积为50L的不锈钢夹套压力反应釜，设计压力为0～1.5MPa。高温熟化釜可以为一个有效容积30-1000L的不锈钢夹套压力反应釜，例如为直径40cm，高度56cm，有效容积为50L的不锈钢夹套压力反应釜，设计压力为0～1.5MPa。与蠕动泵连接管口出设置80-150目，优选约100目的不锈钢过滤网，从而实现连续相与固体颗粒的分离。本装置的操作过程如下：在预制釜内配置连续相，并启动蠕动泵，使预制釜、分散腔、高温熟化釜内都循环有连续相，连续相的总体积不超过设备总容积的60％。控制连续相的温度稳定在80～130℃。在高位槽内配置油相，加入单乙烯基苯类或丙烯酸酯类单体或其混合物(例如苯乙烯)，经与0.3～1.5wt％引发剂例如过氧化类或偶氮类自由基引发剂混合均匀，经70～120℃的高温反应1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用螺杆挤出机制备均粒大孔吸附树脂的装置，其包括：具有螺杆腔的螺杆挤出机，其中在螺杆腔的上方具有分散腔，螺杆腔与分散腔之间有隔板隔开，隔板上设有连通螺杆腔与分散腔的喷射针孔，螺杆腔通过管道与外置的单体高位槽连通，分散腔内设有与调频电机输出轴连接的多桨叶切割扇叶，/n分散腔设有一个进料管连接预制釜，且设有一个溢流管与高温熟化釜连接，高温熟化釜的分散相出口管道经由泵连接预制釜。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用螺杆挤出机制备均粒大孔吸附树脂的装置，其包括：具有螺杆腔的螺杆挤出机，其中在螺杆腔的上方具有分散腔，螺杆腔与分散腔之间有隔板隔开，隔板上设有连通螺杆腔与分散腔的喷射针孔，螺杆腔通过管道与外置的单体高位槽连通，分散腔内设有与调频电机输出轴连接的多桨叶切割扇叶，
分散腔设有一个进料管连接预制釜，且设有一个溢流管与高温熟化釜连接，高温熟化釜的分散相出口管道经由泵连接预制釜。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，保持多桨叶切割扇叶的叶面与泵头喷射面间距为0.05～0.15mm，优选0.05～0.1mm或0.055～0.075mm，泵头喷射面是指螺杆腔与分散腔之间的隔板的上表面。


3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，喷射针孔的孔径为0.01～0.3mm；
优选，喷射针孔呈蜂窝状均匀分布于喷射面，例如10～100个，各喷射针孔之间间隔为2～4mm。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，多桨叶切割扇叶为贴面式切割桨叶，桨叶数量为4～8片，转速调节50～200转。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，螺杆挤出机采用3～6段自加热单螺杆挤出机，比流量在0.01～1q/[(kg/h)/(r/min)]，最高转速250rpm，扭力范围160nmmax；和/或
分散腔为一个有效容积30-1000L的不锈钢夹套压力反应釜；和/或
高位槽为2-200L的竖式不锈钢夹套压力反应釜，设计压力为0～1.5mPa；和/或
预制釜为一个有效容积30-1000L的不锈钢夹套压力反应釜；和/或
高温熟化釜为一个有效容积30-1000L的不锈钢夹套压力反应釜，设计压力为0～1.5mPa。


6.一种利用权利要求1-5中任一项所述的装置制备均粒大孔吸附树脂的方法，该方法包括如下步骤：
(A)将单乙烯基苯类或丙烯酸酯类单体或其混合物加入到单体高位槽中，启动搅拌，控制高位槽内温度为70～120℃，保温反应1～4h，控制体系粘度为100～2800cp；
(B)设置螺杆腔预热，保持温度为80～120℃，压力0.2～1.0mPa；
(C)在预制釜内加入水，羟基磷灰石质量百分比0.5％～3％，磷酸三钙质量百分比0.5％～3％，十二烷基苯磺酸钠质量百分比为0.001％～0.01％，构成连续相体系，开启搅拌，并将预制釜、分散腔、熟化釜均升温至80～130℃至分散剂充分分散均匀，开启循环蠕动泵，将分散体系在预制釜、分散腔、...

【专利技术属性】
技术研发人员：关锋，何友益，邵康，赵伟国，孙家宽，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37