一种采用管式反应器制备丙烯酸树脂的方法技术

本发明专利技术提供了一种采用管式反应器制备丙烯酸树脂的方法，所述的方法为：以丙烯酸、丙烯酸异辛酯和甲基丙烯酸羟乙酯等单体为原料，过氧化苯甲酸叔丁酯为引发剂和溶剂按照一定流速在管式反应器内进行聚合反应，制得低分子量窄分布的丙烯酸树脂产品。本发明专利技术工艺简单，反应易控制，安全系数高，具有经济环保等优点。具有经济环保等优点。具有经济环保等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种采用管式反应器制备丙烯酸树脂的方法


[0001]本专利技术属于高分子制备应用
，具体涉及以丙烯酸类单体为原料，过氧化苯甲酸叔丁酯为引发剂，在管式反应器内进行丙烯酸类单体聚合反应合成窄分布的丙烯酸树脂。

技术介绍

[0002]丙烯酸树脂是丙烯酸、甲基丙烯酸及其衍生物聚合物总称，它具有保色、保光、耐候、耐腐蚀和耐污染等优点。丙烯酸树脂目前被广泛应用于机械、电子、建筑、皮革涂饰、造纸、印染、工业塑料及日用品涂饰等诸多行业。
[0003]丙烯酸酯涂料发展至今已是类型最多、综合性能最全的一类合成树脂涂料，有着广泛的用途和重要的使用价值。但越来越严格的环保法规使得低固体分丙烯酸涂料的应用受到了很大的限制。目前，各种低污染涂料如高固体分涂料、水性涂料、粉末涂料、辐射固化涂料应运而生，其中效果较好并有发展前途的一个品种就是高固体分涂料。因其不仅能节省涂料生产和使用中的溶剂、降低污染，还能利用现有的施工设备，并可与现有涂料体系相匹配。因此，高固体分丙烯酸涂料得到了很大的发展。
[0004]研制高固体分丙烯酸涂料的关键是合成低粘度、高固体分的丙烯酸树脂。由于这类树脂主要用于制备热固性涂料，需要加入多异氰酸酯、氨基树脂等固化剂进行交联反应，以提高涂膜的综合性能。因此，高固体分丙烯酸树脂应具备分子量低且分布较窄这两个条件。只有降低丙烯酸树脂的分子量，才能提高固体含量，才能获得恰当粘度、溶解性和施工性能；只有聚合物的分子量分布窄，才能确保每个低分子量聚合物链上都含有足够的官能团；若树脂分子量分布较宽，则其中低分子量的分子就难免会出现无羟基或少于两个羟基的情况，在交联固化时这些低官能度链段可能不能全部连接成体型大分子，其中的一些会形成末端链而起到对漆膜的增塑作用，延长其表干和实干时间，从而影响涂膜的质量。
[0005]原子转移自由基聚合(Atom Transfer Radical Polymerization,ATRP)和可逆加成
‑
断裂链转移聚合(Reversible Addition
‑
Fragmentation Chain Transfer radical Polymerization,RAFT)常用于合成分子量分布较窄的丙烯酸树脂。但是，存在复杂的操作过程和RAFT试剂价格昂贵等缺点，这限制了工业应用。
[0006]管式反应器，也称推流式反应器，自1940年起开发应用。管式反应器呈管状，长径比很大，属于连续操作反应器。根据操作方式不同，可分为间歇、连续、半连续3种。尽管搅拌釜反应器在工业中得到了最广泛的应用，但对于要求停留时间非常短且高强度局部混合的快速反应，搅拌釜反应器并不适用。因此，其他的强化混合反应器被陆续加以考虑替代搅拌釜反应器。而管式反应器除了进料停留时间短和可实现一定强度的局部混合外，还具有结构简单、加工方便、传热面积大、传热系数高、耐高压、安全和高效等优点。
[0007]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种管式反应器合成丙烯酸树脂的方法，利用管式反应器技术，合成低分子量(数均分子量控制在3000～6000范围内)窄分布(PDI小于2.70)的丙烯酸树脂，从而达到制备高固体分涂料的目的。

技术实现思路

[0008]本专利技术以丙烯酸、丙烯酸异辛酯和甲基丙烯酸羟乙酯等单体为原料，过氧化苯甲酸叔丁酯为引发剂和溶剂在管式反应器内进行聚合反应制备丙烯酸树脂产品，其特征在于：按照下述步骤进行，
[0009](1)在搅拌下将引发剂过氧化苯甲酸叔丁酯和丙烯酸类单体加入到溶剂中作为反应物料，通过氮气系统将共聚单体和引发剂中溶解的氧含量降至2ppm以下；
[0010](2)经计量泵将物料通入管道反应器中进行反应，设定温度由外部换热器进行控制，换热介质为导热油，再通过流量控制改变停留时间；
[0011](3)反应过程完成后，产物从反应器的出口流出，进入冷却后处理过程得到反应液，经干燥得丙烯酸树脂产品，产品总收率约90～96％。
[0012]其中步骤(1)中所述的稀释溶剂包括选自醋酸丁酯、乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇甲醚丙酸酯、丙二醇乙醚丙酸酯、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、二丙二醇丁醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇二乙醚、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯中的一种或几种。
[0013]其中步骤(1)中所述引发剂与丙烯酸、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸羟乙酯摩尔比为1:1～1.5:10～15: 20～30，所述丙烯酸类单体总的质量与溶剂质量比为1:1～2。
[0014]其中步骤(2)中所述反应液流速为10mL/min～50mL/min。
[0015]其中步骤(2)中在微通道反应器内反应停留时间优选为150s～600s，反应温度为150～250℃，压力为1～2.5MPa。
[0016]本专利技术所用的管式反应器，该反应系统由配料罐、原料泵、压力表、直管式反应器、油浴锅、冷却盘管、背压阀和产物收集罐所组成。在导热介质中配有热电偶，可用于测定外界导热介质的实际温度。该模块的材质为单晶硅、特种玻璃、陶瓷、涂有耐腐涂层的不锈钢或金属合金、聚四氟乙烯等。反应系统可防腐耐压，耐压能力视材质不同而不同。管式反应器直径为0.5mm～10mm。
[0017]为了使聚合物具有良好的透光性和较好的低粘度、高固体分，以本专利方法得到的丙烯酸树脂的数均分子量控制在3000～6000范围内，分子量分布小于2.70。
[0018]本专利技术与现有技术相比较有以下主要特点：
[0019]1.本专利技术采用连续流的管式连续流反应器，反应时间从传统的数小时缩短到几分钟至十几分钟，显著提高了反应效率。
[0020]2.由于原料在管式反应器中混合极佳，温度精确控制，反应过程中，引发剂的量可以大大减少，减少了杂质的产生，且产物的分子量分布明显变窄。
[0021]3.本专利技术中使用的管道反应器材质为不锈钢，计量泵的材质为聚四氟乙烯和钛，耐腐蚀性优良，避免了在常规反应器中腐蚀设备严重的问题。
[0022]在管式反应器中，从进料、混合以及反应过程全程为连续流反应，避免了常规间歇反应中需要额外配置装置和转移中出现的泄露，环保安全，生产效率高。
附图说明
[0023]图1为本专利技术丙烯酸单体合成丙烯酸树脂产品工艺流程图：1
‑
配料罐，2
‑
原料泵，
3
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压力表，4
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管式反应器，5
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油浴锅，6
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冷却盘管，7
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背压阀，8
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产物收集罐；
[0024]图2为实施例1中合成丙烯酸树脂的GPC曲线；
[0025]图3为对比例1中合成丙烯酸树脂的GPC曲线。
具体实施方式
[0026]下面通过附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明，但并不因此而限制本专利技术的内容。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用管式反应器制备丙烯酸树脂的方法，其特征在于：按照下述步骤进行，(1)在搅拌下将引发剂过氧化苯甲酸叔丁酯和丙烯酸、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸羟乙酯单体加入到溶剂中作为反应物料，通过氮气系统将共聚单体和引发剂中溶解的氧含量降至2ppm以下；(2)经计量泵将物料通入管道反应器中进行反应，设定温度由外部换热器进行控制，换热介质为导热油，再通过流量控制改变停留时间；(3)反应结束后，将接收罐内反应液进行干燥得丙烯酸树脂产品，产品总收率为90～96％，数均分子量控制在3000～6000范围内，分子量分布小于2.70。2.根据权利要求1所述的制备丙烯酸树脂的方法，其特征在于：所述溶剂包括选自醋酸丁酯、乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇甲醚...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈军，沈显波，蔡建华，单威，
申请(专利权)人：江西联合化工有限公司，
类型：发明
国别省市：