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1、36工程塑料应用2007年,第35卷,第4期聚合物反应挤出技术宋国君谷正杨淑静杨超(青岛大学高分子材料研究所,青岛266071)摘要叙述了聚合物反应挤出的定义、优缺点、反应挤出设备及反应挤出的原理等;阐述了反应挤出的应用,并展望了反应挤出的发展趋势。关键词聚合物反应挤出设备原理应用发展传统的聚合物工业生产中,聚合物材料的制备于聚合物共混改性,BASF、Dow、ICI、Monsanto、Du2和加工成型是两个截然不同的工艺过程,这导致了Pont等多家公司已发表了多篇这方面的专利。我国聚合物制品生产工艺流程长、能耗高、环境污染严的反应挤出加工技术起步较晚。近年来,国内外的[1]重,从而增加了制造成
2、本。随着现代工业的发工业实验室和挤出机公司对于聚合物反应挤出加工展,对于聚合物的性能要求越来越高,单纯依靠合成改性的研究一直非常活跃,并且内容相当广泛。新聚合物或者简单的机械共混已不能满足需要,故2反应挤出的原理及优缺点具有两者优点的反应挤出加工技术得以迅速发展。反应挤出是以螺杆和料筒组成的塑化挤压系统聚合物反应挤出加工是一门新兴的边缘科学,是一作为连续反应器,将欲反应的各种原料组分,如单[2]种将化学反应与聚合物加工过程一体化的技术。体、引发剂、聚合物、助剂等一次或分次由相同的或这门新兴的科学既需要具备传统的聚合物学科知识不同的加料口加入到螺杆中,在螺杆转动下实现各和化学工程基础,又要求对传
3、统学科有更深的理解原料之间的混合、输送、塑化、反应和从口模挤出的[6]和发展。聚合物反应加工分为两部分,即反应挤出过程。传统挤出过程一般以聚合物为原料,通过和反应注射成型。目前国内外研究与开发的热点集外加热量和螺杆转动过程中施加给物料的剪切摩擦[3]中在反应挤出领域。热将其熔融并混合均匀,然后经口模挤出、模具造1反应挤出概述型、脱模冷却后得到制品。其挤出过程是物料由固所谓反应挤出,是把挤出机作为连续化的微背态(结晶态或玻璃态)→液态(粘流态)→固态(结晶混式柱塞流反应器,使欲反应的混合物在熔融挤出态或玻璃态)的以物理变化为主的过程。而反应挤[4]过程中同时完成指定的化学反应。具体地讲,它出中存
4、在着化学变化,如单体之间的缩聚、加成、开具有利用挤出机处理高粘度聚合物的独特功能,对环形成聚合物的聚合反应,聚合物与单体之间的接挤出机螺杆料筒上的各个区域进行独立的温度控枝反应,聚合物之间的交联反应等。制、物料停留时间控制和剪切强度控制,使物料在各聚合物在反应过程或者在聚合物合成过程中反个区域传输过程中完成固体输送、增压熔融、物料混应体系的粘度往往越来越高。实践证明,当聚合物合、熔体加压、化学反应、排除副产物和未反应单体、粘度在10～1000Pa·s时,聚合物原料在传统反应熔体输送和泵出成型等一系列化工基本单元操作,器中已不能进行聚合反应,需要进行稀释以降低其因此它是理想的高粘度聚合物熔融态反
5、应方法。粘度。反应挤出却可以在此高粘度下实现聚合反反应挤出是20世纪60年代后期才兴起的一种应。其主要原因为螺杆和料筒组成的塑化挤出系统新技术,因其能使聚合物多样化、功能化、生产连续能将聚合物熔融后降低粘度,并利用螺杆转动使之化、工艺操作简单经济而越来越受到重视。1965年混合均匀,从而把聚合物的化学反应与挤出加工有Dow公司发表了聚乙烯(PE)与丙烯酸(AA)反应挤机地结合成一个完整连续的过程。[5]出的专利,1966年英国人用单螺杆挤出机反应挤反应挤出具有很多优点[4,6-8],如:①螺杆挤出出得到可控降解PP。1967年起,埃克森公司就开机可根据需要设置多处加料口,根据各种化学反应始利用
6、挤出机结构进行熔融相化学反应的研究和商自身的规律,沿螺杆的轴向将物料按一定程序和最业应用,1971年Kowdski研究了反应挤出PP降解与O2的关系。到20世纪80年代,反应挤出广泛用收稿日期:2007201212©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net宋国君,等:聚合物反应挤出技术37合适的方式分步加入,可以控制化学反应按预定的样就增加了熔体的停留时间,提高了原料的反应程顺序和方向进行。②可以精确控制反应温度,并可度。根据化学反应本身的特点和规律,
7、通过温度沿螺杆3.2双螺杆挤出机轴向的分布和分布梯度来控制反应进行的方向、速双螺杆挤出机具有两大功能,一是以混炼、塑度和程度,以减少副反应的发生。③螺杆挤出机的化、改性为主;二是用于反应挤出。双螺杆反应挤出混合能力很强,提高了反应物料体系的混合均匀程机作为一种连续加工的反应器,初始物料从料斗加度。④通过调整螺杆转速和螺杆的几何结构,可以入,在螺杆的作用下输送、混合、剪切、反应、传热、脱控制反应物料
