排气式挤出机及使用该挤出机制造聚合物的方法

排气式挤出机及使用该挤出机制造聚合物的方法
【专利摘要】本发明公开了一种排气式挤出机及使用该挤出机制造聚合物的方法，排气式挤出机包括筒体、螺杆轴和盘旋在螺杆轴上的螺纹，筒体的一端设有进料口，自进料口起至筒体的另一端，依次设有脱挥口、主物料出口和残余物料出口，螺杆轴插在筒体中，螺纹由正向螺纹和反向螺纹构成，正向螺纹设置在进料口处至主物料出口之间，反向螺纹设置在残余物料出口与主物料出口之间。本发明可以用于制备聚合物，本发明可有效地避免单体泄漏，物料黏附在轴密封部的问题，因此可长期，稳定地连续运转。本发明解决了含有大量挥发性组分的聚合物溶液在进入排气式挤出机脱挥时，旋转的螺杆部分的轴密封问题和堆积料的问题，使生产装置可以长期稳定地运行。
【专利说明】排气式挤出机及使用该挤出机制造聚合物的方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及连续聚合工艺生产（甲基）丙烯酸酯类聚合物时所使用的排气式挤出 机，及使用该装置制备（甲基）丙烯酸酯类聚合物（PMMA)的方法。

【背景技术】
[0002] 聚（甲基）丙烯酸酯类聚合物具有透光率高，耐老化，耐冲击等性能，广泛应用在 LCD，等离子显示，灯箱广告，光纤照明，光学镜片，光纤通信等领域。
[0003] 聚（甲基)丙烯酸酯类聚合物的生产工艺多采用悬浮聚合和溶液聚合法。悬浮法和 溶液法由于都存在溶剂或分散介质，使得其最终产品中都含有少量的小分子（1-3%左右)， 这对PMMA的光学性能带来了严重的影响。少量的小分子溶剂在树脂中会引起发雾现象，导 致树脂的透光性下降。同时，少量存在于聚（甲基)丙烯酸酯树脂中的小分子(如溶剂等)，由 于小分子的迁移过程不可避免，会导致塑料制品的表面形成微小的缺陷或者形成应力，最 终还会引起光学性能的畸变。因此，如导光板、扩散板等高档的光学制品，多采用本体法生 产的聚（甲基）丙烯酸酯树脂来制备。
[0004] 但是本体聚合也存在以下缺点：1)热效应相对较大，自动加速效应造成产品有气 泡，变色，严重时则温度失控，引起爆聚，使产品达标难度加大；2)由于体系粘度随聚合不断 增加，混合和传热困难，有时还会出现"凝胶效应"导致聚合速率自动加速，如果控制不当， 将引起爆聚；3)产物分子量分布宽，未反应的单体难以除尽，制品机械性能变差等。
[0005] 因此在工业生产过程中，通常是先使单体在聚合反应釜中进行预聚合，经过预聚 合得到含一定量聚合物的反应混合物。将含有聚（甲基）丙烯酸酯类聚合物以及未反应的 (甲基）丙烯酸酯单体的混合物连续地从反应釜中取出，进入排气式挤出机中。挤出机内部 为减压状态，未聚合的挥发性单体排出，得到聚（甲基）丙烯酸酯类聚合物。
[0006] -般螺杆式挤出机的物料是由螺杆根部进入挤出机，在螺杆的输送作用下，向螺 杆的末端前进，最后从螺杆末端的出口挤出。但是在连续本体聚合反应时，从预聚合反应釜 进入排气式挤出机的为聚合物和单体的混合物，其中含有大量未反应单体，且物料的黏度 较低，因此易造成物料在螺杆轴密封部的泄漏和堆积。
[0007] 使用排气式挤出机时，为了避免物料在螺杆轴密封部位的堆积和单体的泄漏，对 螺杆的轴密封部的要求较高。专利CN200410081147提供了一种采用威尔逊密封，并在靠近 轴密封侧设有气体导入口的排气式挤出机，以避免泄露及物料在密封部位的堆积。采用威 尔逊密封时，为了防止轴在高速旋转下气体的泄露，需要增加密封接触界面上的压力，但是 由此而产生的摩擦发热问题却难以解决。


【发明内容】

[0008] 本发明的目的是提供一种排气式挤出机及使用该挤出机制造聚合物的方法，以克 服现有技术存在的上述缺陷。
[0009] 本发明所述的排气式挤出机，包括筒体、螺杆轴和盘旋在所述螺杆轴上的螺纹，其 特征在于：所述筒体的一端设有进料口，自进料口起至所述筒体的另一端，依次设有脱挥 口、主物料出口和残余物料出口，所述螺杆轴插在所述筒体中，所述螺纹由正向螺纹和反向 螺纹构成，所述正向螺纹设置在进料口处至主物料出口之间，所述反向螺纹设置在残余物 料出口与主物料出口之间；
[0010] 术语"正向螺纹、反向螺纹"，指的是，旋转方向相反的螺纹，即正向螺纹为顺时针 旋转，则反向螺纹为逆时针旋转，反之，正向螺纹为逆时针旋转，则反向螺纹为顺时针旋转。 [0011] 本发明所述的排气式挤出机可以用于制备聚合物，尤其可以用于制备聚（甲基）丙 烯酸酯类聚合物。
[0012] 本发明采用的方案是将排气式挤出机物料的入口设在螺杆的末端，而物料的出口 设在靠近螺杆根部的位置。排气式挤出机与预聚合反应釜通过密封法兰连接，这样不需考 虑螺杆旋转导致的动密封问题，而只考虑法兰连接的静密封问题。而静密封比动密封简单 可靠，密封性能好，这是本发明的一个优点之一。对于进入挤出机的物料的输送，可采用反 螺纹的方式或者改变螺杆旋转方向等方法方便地实现物料的输送。当物料输送到螺杆根部 时，通过反向螺纹使物料由挤出机的侧面挤出。由于靠近螺杆根部处挥发性的单体已被排 空，物料黏度很高，不存在单体泄漏的问题。同时螺杆根部的螺纹为反向螺纹，阻止高粘度 的物料向螺杆根部运动，并在螺杆根部处设有残料排除口，以将少量进入螺杆根部的物料 排出。
[0013] 采用本发明的排气式挤出机，可有效地避免单体泄漏，物料黏附在轴密封部的问 题，因此可长期，稳定地连续运转。本发明解决了含有大量挥发性组分的聚合物溶液在进入 排气式挤出机脱挥时，旋转的螺杆部分的轴密封问题和堆积料的问题，使生产装置可以长 期稳定地运行。

【专利附图】

【附图说明】
[0014] 图1是排气式挤出机结构示意图。

【具体实施方式】
[0015] 参见图1，本发明所述的排气式挤出机，包括筒体20、螺杆轴2和盘旋在所述螺杆 轴2上的螺纹；其特征在于：
[0016] 所述筒体20的一端设有进料口 1，自进料口 1起至所述筒体20的另一端，依次设 有脱挥口 3、主物料出口 4和残余物料出口 5,所述螺杆轴2插在所述筒体20中，所述螺纹 由正向螺纹6和反向螺纹7构成，所述正向螺纹6设置在进料口 1处至主物料出口 4之间， 所述反向螺纹7设置在残余物料出口 5与主物料出口 4之间；
[0017] 所述脱挥口 3与真空发生装置相连接；
[0018] 术语"正向螺纹、反向螺纹"，指的是，旋转方向相反的螺纹，即正向螺纹为顺时 针旋转，则反向螺纹为逆时针旋转，反之，正向螺纹为逆时针旋转，则反向螺纹为顺时针旋 转；
[0019] 优选的，在所述残余物料出口 5的左侧与主物料出口 4的右侧之间的螺杆轴2上， 分布设有挡板8 ;
[0020] 优选的，所述脱挥口 3的数量为1?3个；
[0021] 优选的，正向螺纹6的长度L和反向螺纹7的长度L1的比例为：
[0022] L : Ll=15 : 1 ?20 :1 ;
[0023] 所述的排气式挤出机可以用于制备聚合物，尤其可以用于制备聚（甲基）丙烯酸酯 类聚合物，制备方法包括如下步骤：
[0024] 将单体和聚合物的混合物，从所述排气式挤出机的进料口 1进入排气式挤出机， 由于挤出机内加压状态，因此，未聚合的单体闪蒸成雾状从处于减压状态的脱挥口 3排出；
[0025] 所述混合物通过螺杆轴2的旋转挤压不断向前运动，主物料由主物料出口 4,残余 物料由残余物料出口 5排出；
[0026] 所述主物料和残余物料均为聚（甲基）丙烯酸酯聚合物；
[0027] 脱挥口 3处的相对真空度为-0· 04?-0· 099MPa ;
[0028] 物料入口 1处的温度为200?220°C ;脱挥口 3处的温度为220?240°C ;主物料 出口 4处的温度为240?260°C，残余物料出口 5处的温度为240?260°C ;
[0029] 物料的停留时间为3?lOmin ;
[0030] 停留时间的定义如下：停留时间为物料从进入挤出机开始至完全从挤出机挤出所 需的时间。
[0031] 所述单体和聚合物的混合物的制备方法为常规的，可参见温序铭，储 九荣与徐传骧，低损耗阶跃型聚合物光纤制备工艺的研究.西安交通大学学 报，2002. 36 (8):第 5 页；Kaino, T.，et al. , Low-loss plastic optical fibers. Applied Optics, 1981. 20(17) :p. 2886-2888等文献报道的方法，简述如下：
[0032] 将（甲基)丙烯酸酯类单体、引发剂和链转移剂连续地加入聚合反应釜中，在120? 160°C下反应2?8小时，得到单体和聚合物的混合物；
[0033] 所述甲基）丙烯酸酯类单体选自碳原子数1?18烷基的（甲基）丙烯酸烷基酯，优 选为（甲基）丙烯酸甲酯、（甲基）丙烯酸乙酯、（甲基）丙烯酸正丁酯、（甲基）丙烯酸2-乙基 己酯或（甲基）丙烯酸十八酯中的一种以上；
[0034] 所述单体和聚合物的混合物中，单体的重量含量为30?70% ;
[0035] 所述引发剂无特别要求，凡能够引发自由基聚合的偶氮类化合物和过氧化物都可 使用。引发剂可单独使用，也可组合使用。优选的引发剂为在聚合反应温度下半衰期为30 秒?30分钟的引发剂，优选的引发剂为偶氮二异丁腈，偶氮二异庚腈，偶氮二异丁酸甲酯， 叔丁基过氧月桂酸酯或叔丁基过氧乙酸酯等。
[0036] 所述链转移剂未作特别限定，常用的为硫醇类化合物，含氯的化合物等常用链转 移剂均可用于本发明。优选的链转移剂为硫醇类化合物，如正丁硫醇、正辛硫醇或正十二硫 醇等。
[0037] 各个组分的重量份数为：
[0038] (甲基）丙烯酸酯类单体 100份
[0039] 引发剂 0· 001?0· 01份
[0040] 链转移剂 0· 05?0· 5份
[0041] 实施例1
[0042] 采用图1所示的挤出机，结构参数如下：
[0043] 正向螺纹6的长度L和反向螺纹7的长度L1的比例为：L : Ll=15 : 1 ;
[0044] 原料的组成质量份数
[0045] 甲基丙烯酸甲酯（MMA) 96份
[0046] 丙烯酸甲酯（MA) 4份
[0047] 正丁硫醇 0· 2份
[0048] 偶氮二异丁酸甲酯 30ppm (基于MMA和MA的总量）
[0049] 二叔丁基过氧化物 15ppm (基于MMA和MA的总量）
[0050] 将以上配比的原料组成物连续投入聚合反应釜中，设定聚合反应温度125°C，停留 时间5小时，
[0051] 反应后的单体和聚合物混合物从聚合釜出来后经计量泵通过内有静态混合器的 管式反应器继续反应，管式反应器温度185°C，得到反应后的单体与聚合物的混合物，单体 的重量含量为70% ;
[0052] 由管式反应器进入排气式挤出机，物料入口 1的温度为200°C，脱挥口 3处的温度 为220°C ;主物料出口 4处的温度为260°C，残余物料出口 5处的温度为260°C ;
[0053] 靠近物料入口侧的脱挥口的相对真空度设为-0. 06MPa，远离物料入口侧的脱挥口 的相对真空度设为-〇. 〇97MPa。物料由挤出机挤出切粒后，即可得到甲基丙烯酸酯共聚物。
[0054] 排气式挤出机中，物料的停留时间为3min ;
[0055] 采用《GB/T2410-2008透明塑料透光率和雾度的测定》规定的方法进行检测，结果 如下：
[0056] 所得的聚合物经检测透光率为92%，雾度0. 3%，外观透明，无异物，无黄变。
[0057] 实施例2
[0058] 采用图1所示的挤出机，结构参数如下：
[0059] 正向螺纹6的长度L和反向螺纹7的长度L1的比例为：L : Ll=20 : 1 ;
[0060] 原料的组成 质量份数
[0061] 甲基丙烯酸甲酯 98
[0062] 丙烯酸丁酯 2
[0063] 正己硫醇 0· 2
[0064] 叔丁基过氧化3, 5, 5-三甲基已酯lOOppm (基于MMA和BA的总量）
[0065] 将以上配比的原料组成物连续投入聚合反应釜中，设定聚合反应温度140°C，停留 时间2小时。反应后的聚合物混合物中，单体的重量含量为30% ;
[0066] 从聚合釜出来后经计量泵进入排气式挤出机，物料入口 1的温度为200°C，脱挥口 3处的温度为220°C ;主物料出口 4处的温度为250°C，残余物料出口 5处的温度为250°C ;
[0067] 靠近物料入口侧的脱挥口的相对真空度设为-0. 04MPa，远离物料入口侧的脱挥口 的相对真空度设为-〇. 〇97MPa。物料由挤出机挤出切粒后，即可得到甲基丙烯酸酯共聚物。
[0068] 物料的停留时间为lOmin ;
[0069] 采用《GB/T2410-2008透明塑料透光率和雾度的测定》文献规定的方法进行检测， 结果如下：
[0070] 所得的聚合物经检测透光率为93%，雾度0. 3%，外观透明，无异物，无黄变。
【权利要求】
1. 排气式挤出机，其特征在于，包括筒体（20)、螺杆轴（2)和盘旋在所述螺杆轴（2)上 的螺纹；其特征在于：所述筒体（20)的一端设有进料口（1)，自进料口（1)起至所述筒体 (20 )的另一端，依次设有脱挥口（ 3 )、主物料出口（ 4 )和残余物料出口（ 5 )，所述螺杆轴（2 ) 插在所述筒体（20 )中，所述螺纹由正向螺纹（6 )和反向螺纹（7 )构成，所述正向螺纹（6 )设 置在进料口（ 1)处至主物料出口（ 4)之间，所述反向螺纹（7 )设置在残余物料出口（ 5 )与主 物料出口（4)之间。
2. 根据权利要求1所述的排气式挤出机，其特征在于，所述脱挥口（3)与真空发生装置 相连接。
3. 根据权利要求1所述的排气式挤出机，其特征在于，在所述残余物料出口（5) 的左侧与主物料出口（4)的右侧之间的螺杆轴（2)上，分布设有挡板（8)。
4. 根据权利要求1所述的排气式挤出机，其特征在于，所述脱挥口（3)的数量为1?3 个。
5. 根据权利要求1?4任一项所述的排气式挤出机，其特征在于，正向螺纹（6)的长度 L和反向螺纹（7)的长度L1的比例为：L : Ll=15 : 1?20:1。
6. 根据权利要求1?5任一项所述的排气式挤出机的应用，其特征在于，用于制备聚合 物。
7. 根据权利要求6所述的排气式挤出机的应用，其特征在于，用于制备聚（甲基）丙烯 酸酯类聚合物。
8. 根据权利要求7所述的应用，其特征在于，包括如下步骤： 将单体和聚合物的混合物，从所述排气式挤出机的进料口进入排气式挤出机，未聚合 的单体闪蒸成雾状从处于减压状态的脱挥口排出； 所述混合物通过螺杆轴的旋转挤压不断向前运动，主物料由主物料出口排出，残余物 料由残余物料出口排出； 所述主物料和残余物料均为聚（甲基）丙烯酸酯聚合物。
9. 根据权利要求8所述的应用，其特征在于，脱挥口处的相对真空度 为-0· 04 ?-0· 099MPa。
10. 根据权利要求7?9任一项所述的应用，其特征在于，物料入口处的温度为200? 220°C ;脱挥口处的温度为220?240°C ;主物料出口处的温度为240?260°C，残余物料出 口处的温度为240?260°C，物料的停留时间为3?lOmin，所述单体和聚合物的混合物中， 单体的重量含量为30?70%。
【文档编号】B29C47/92GK104097312SQ201310119492
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月8日 优先权日:2013年4月8日
【发明者】杨景辉, 栾英豪, 顾益, 李鹏, 李忠辉, 吴秋芳 申请人:上海华明高技术（集团）有限公司