聚合物降解和共聚的超声反应装置的制作方法

文档序号:5008676阅读:607来源:国知局
专利名称:聚合物降解和共聚的超声反应装置的制作方法
技术领域
本发明涉及一种用于聚合物在超声波作用下降解产生自由基,并能引发其它单体生成新的接枝或嵌段共聚物装置,属聚合物合成反应领域。
在溶液中超声波产生的化学反应是由于空化作用所致。在超声波作用下,液体将迅速产生压力起伏,出现压缩和膨胀周期变化。膨胀时,产生的负压足以克服液体分子间的引力,使液体产生小空穴,气体逸进空穴后形成微气泡。在压缩阶段空窍穴崩溃时释放出很大的能量,产生压力瞬时可达几百个大气压,同时从崩溃中心辐照出强列的冲击波。溶液中的高分子在空穴崩溃时产生剧烈冲击力作用下,有可能经历一系列的变化,如分子链取向,伸长,化学键变形(键长或键角变化),分子被活化等。或通过断链生成大分子自由基。利用这些新产生的自由基可以引发其它单体,使其聚合;或者通过由不同聚合物组成的混合溶液在超声波辐照下生成的不同大分子自由基的再结合,或者通过生成的大分子自由基与另一高分子链的传递反应皆有可能制得具有多种性能的接枝或嵌段共聚物。H·K巴拉姆鲍伊姆著,江兰,黄鸿良译,《高分子化合物力化学》Pl48,化学工业出版社1982年,A·CaSale,R、S.Popter Pblymer StressReactions Val·l P501 Acalamic Ress New-york 1979报导。
目前聚合物的超声降解和共聚反应均采用机电型超声发生器产生超声波和声变辐杆浸入式超声反应器,这种反应器是把超声波“探头”直接浸入到反应液中,所谓探头就是由超声换触器驱动的声变辐杆的发射端。由换能器发射的超声波经过探头直接辐射到反应液体中。这种超声反应器虽然能进行聚合物的降解和共聚反应,但其容积一般较小,仅为数毫升至数百毫升之间,只适合在实验室作理论研究之用。李文端、徐僖,《高分子通讯》NO1 31(1983);P.Kruns.Ultrasonics Vol.25,20(1987)。
本发明的目的是针对现有技术的不足够而提供一种用于聚合物降解和共聚的超声反应装置,它含有高压液泵,超声源和反应釜。三者用管道连接构成循环系统。通过控制支管中液体回流量调节主管道中液体压力。高压液泵可产生0.8MPa压力,由安装在主管线上的仪表监测,超声源是一种机械型超声波发生器——液哨。该反应装置能通过聚合物的降解反应制得分子量较低和分子量分布较窄的聚合物,或者通过一种聚合物 与另一种聚合物 的超声共聚反应制得 类型的共聚物。
本发明提供的聚合物降解和共聚的超声反应装置如

图1所示。
图1为聚合物降解和共聚的超声反应装置示意图。
(1)反应釜,(2)进料口,(3)压力表,(4)高压液泵,(5)出料口。
图2为反应釜结构示意图(6)滤板,(7)液哨,(8)釜体,(9)顶盖,(10)夹套。
图3为超声源——液哨结构示意图(11)喷嘴,(12)刃口矩形板聚合物降解和共聚的超声反应装置主要由高压液泵(4),超声源——液哨(7)和反应釜(1)组成,三者之间通过主管道连接成循环系统,主管道一端的进料口(2)接高压泵(4),高压泵(4)可产生0.8MPa以上压力,通过控制支管中液体回流量调节主管道中液体压力,由安装在主管线上的压力表(3)监测,主管道另一端连接出料口(5)。
反应釜(1)内装设超声源一液哨(7),液哨(7)的一端与物料进口管主线连接,并安装在釜体(8)的顶盖(9)上,液哨(7)的另一端沉浸在反应釜内的液体中,釜体外设有加热冷却夹套(10)。
超声源为液动式超声发生器,选择狭缝形状的喷嘴(11)应与带刃口的矩形板(12)配套。
本发明是这样实现的,将物料从进料口(2)进入高压泵(4)加压,流体经过主管道压力表监测(3)至反应釜(1),利用支管道回流调节主管道压力,流体经超声源一液哨的狭缝喷嘴(11)和刃口矩形板(12)喷射出来,便能引起矩形板激发振动,恰当的选取液流流速和喷嘴到矩形板间的距离,刃口矩形板就能发生谐振而产生强烈振动,并有效地向四周幅射出频率可高达32kHz的超声波。
下面参照附图提供聚合物降解和共聚的超声反应装置的应用实施例1.在一个10立升的超声反应釜中加入8000~11000毫升2%聚乙烯醇水溶液,0.8-1.1克对苯二酚(自由基终止剂)和少量消泡剂,通过调节反应装置中支管液体回流量控制主管道的液体压力为0.8MPa左右,再控制反应釜夹套内冷却水流量,使液体温度为35℃左右,超声降解反应150分钟后,聚乙烯醇的分子量从1.19×105下降至0.97×104,如图4所示。
图4为聚乙烯醇粘均分子量与超声幅照时间的变化。
2.在一个10立升的超声反应釜中,加入8000-11000毫升0.5~1.0%聚氧化乙烯水溶液,0.8~1.1克对苯二酚和少量消泡剂,在实施例1的同样条件下,压力为0.8MPa,温度为35℃下反应600分钟,可制得分子量较低的聚氧化乙烯,如图5所示。
图5为聚氧化乙烯粘均分子量与幅照时间变化3.在一个10立升的超声反应釜中,加入10000毫升2%聚乙烯醇水溶液,丙烯腈800毫升,甲酸(调节pH值为2~3)14毫升,反应温度为35℃。调节支管中液体压力为0.4,0.6,0.8MPa下进行超声共聚反应180分钟,其共聚物产率分别为88%,12%,145%,(共聚物产率=共聚物重量/聚乙烯醇投料量)如图6所示。
图6为不同压力对共聚物产率的影响4.在一个10立升超声反应釜中,加入10000毫升2%聚乙烯醇水溶液,甲酸14毫升,使溶液的pH值为2~3,压力0.8MPa,反应温度为35℃,丙烯腈用量分别为800,600,400,200毫升,反应时间为180分钟,其共聚物产率分别为145%,76%(反应150分钟),64%,12%如图7所示图7为聚乙烯醇与丙烯腈投料比对共聚物产率的影响。
5.在一个10立升超声反应釜中,加入10000毫升2%聚乙烯醇水溶液,丙烯腈800毫升,主管道中液体压力为0.8MPa,反应温度为35℃,当甲酸用量为5,10,14,20毫升时,反应180分钟,其共聚物产率分别为120%,118%,145%,88%,如图8所示。
图8为甲酸用量对共聚物率的影响6.在一个10立升超声反应釜中,加入10000毫升2%聚乙烯醇水溶液,丙烯腈800毫升,甲酸14毫升,压力为0.8MPa,在反应温度为35℃,45℃下反应180分钟,其共聚物产率分别为145%和70%,如图9所示。
图9为反应温度对共聚物产率的影响。
7.在一个10立升超声反应釜中,加入5000毫升0.5~2%聚氧化乙烯(PEO)水溶液和5000毫升0.5-1%羟乙基纤维素(HEC)水溶液,在主管道液体压力为0.8MPa,反应温度38±3℃下反应6小时,可得聚氧化乙烯-羟乙基纤维共聚物,其产率分别为26%(PEO∶HEC=2∶1重量比,浓度为0.5%),5.5%(PEO∶HEC=2∶1,浓度为1.5%),4.5%(PEO∶HEC=1∶2,浓度为0.75%)。如图10所示,
图10为聚氧化乙烯与羟乙基纤维素的投料比对共聚物产率的影响。
本发明具有如下优点1、具有结构简单,操作方便,反应容积大,易于工业应用。
2、容易通过聚合物降解反应制得分子量较低和分子量分布较窄的聚合物。
3、通过一种聚合物 与单体M超声共聚反应可制得 共聚物,或者通过一种 与另一种聚合物 的超声共聚反应可制得 类型的共聚物。
权利要求
1.一种用于聚合物降解和共聚的超声反应装置,其特征在于该超声反应装置主要由高压泵(4),超声源——液哨(7)和反应釜(1)组成,三者之间通过主管道连接成循环系统,主管道一端的进料口(2)连接高压泵(4),控制支管道中液体回流量调节主管道中液体压力,由安装在主管线上的压力表(3)监测,主管道另一端连接出料口(5)。
2.按照权利要求1所述聚合物降解和共聚的超声反应装置,其特征在于该超声反应装置的反应釜(1)内装设超声源——液哨(7),液哨(7)的一端与物料进口管主线连接,并安装在釜体(8)的顶盖(9)上,液哨(7)的另一端沉浸在反应釜内的液体中。釜体外设有加热或冷却夹套(10)。
3.按照权利要求1或2所述聚合物降解和共聚的超声反应装置,其特征在于该超声反应装置的超声源为液动式超声发生器。液哨(7)选择狭缝形状的喷嘴(11)应与带刃口的矩形板(12)配套。
全文摘要
一种用于聚合物降解和共聚的超声反应装置,主要由高压泵、超声源-液哨和反应釜组成,三者之间通过主管道连接成循环系统,主管道一端的进料口连接高压泵,高压泵可产生0.8MPa以上压力,控制支管中液体回流量调节主管道中液体压力,由安装在主管线上的压力表监测,物料流体经高压泵、压力表进入反应釜,通过液哨的狭缝喷嘴和刃口矩形板喷射出来,刃口矩形板就能产生谐振而产生强烈振动,并有效地向四周辐射出超声波。
文档编号B01J19/10GK1135374SQ9511135
公开日1996年11月13日 申请日期1995年5月9日 优先权日1995年5月9日
发明者徐僖, 陈克强, 李惠林, 郭少云, 向明 申请人:四川联合大学
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