一种基于微分散技术的聚乙烯醇缩丁醛合成工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于树脂合成技术领域，特别涉及一种基于微分散技术的聚乙烯醇缩丁醛合成工艺。
【背景技术】
[0002]聚乙烯醇缩丁醛(PVB)是聚乙烯醇(PVA)与正丁醛在酸催化作用下的缩合产物。当前，高档汽车几乎全部使用PVB夹层玻璃做前挡风玻璃，建筑市场对于PVB涂料及粘合剂的需求量也以每年20%以上的速度递增。PVB膜片的应用范围虽然很窄，但由于其特殊的功效，国际上仍大量使用PVB膜片作为夹层玻璃中间膜。除此之外，在太阳能电池光伏板、LED基板等制作过程中也需要用到PVB作为粘合剂中间消耗品，并且对于PVB品质的要求更高。PVB的质量越高，其分子中缩醛基的百分含量(即缩醛度)也越高。能够满足制膜要求的PVB，缩醛度至少应达到78 %。
[0003]PVB的常见合成方法有四种:一步法、溶解法、沉淀法和均相醇法。沉淀法是掺杂最少，可实现性最强的工艺方法。传统的沉淀法采用搅拌法完成原料PVA溶液与丁醛的混合，在一定温度下加以控制地滴加催化剂盐酸。但是，传统搅拌釜混合效率低下，造成的高度非均匀性对于产品的缩醛度有着非常不利的影响。为了降低不利影响，通常采用5?15°C的初始反应温度以降低反应速率，低温反应的结果是PVB的缩醛度缓慢增加。当缩醛度达到20 %?30 %时，疏水性的PVB分子沉淀析出。析出后的固相PVB在升温的情况下继续和溶液中的丁醛反应形成最终的PVB产品。然而，固液相间的反应进行得十分缓慢，需要耗费较长时间才能达到反应极限，并且在这个过程中，反应随机性强，难以精确控制，无法保证反应的批次稳定性，严重影响产品质量。而传统的搅拌设备要获得均匀分散的微米级液滴需要数分钟的时间，在此过程中前期溶解的丁醛在H+催化作用下生成的PVB已经发生低缩醛度的沉淀。
【发明内容】
[0004]针对现有技术不足，本发明提供了一种基于微分散技术的聚乙烯醇缩丁醛合成工
Ο
[0005]—种基于微分散技术的聚乙烯醇缩丁醛合成工艺，其工艺装置包括依次串联连接的混合器1、微分散器2、管式反应器3和收集釜4，工艺流程包括:
[0006](1)将PVA水溶液和HC1水溶液通过混合器1混合均匀，得到混合料液；
[0007](2)将正丁醛通过微分散器2快速分散到混合料液中，均匀分散成2?150 μ m的液滴，引发缩醛反应，并完成80%以上半缩醛反应和部分缩醛反应，生成反应液；
[0008](3)反应液送入管式反应器3中继续进行缩醛反应，形成PVB悬浊液；
[0009](4)PVB悬浊液在收集釜4中收集，并完成缩醛反应，生成产物PVB。
[0010]所述PVA水溶液中PVA的质量分数为2?15 %，HC1水溶液中HC1的质量分数为5?38%，混合料液中HC1与PVA的质量比为(0.02?0.5): 1，加入混合料液中的正丁醛与PVA的质量比为(0.5?1.6):1。
[0011]所述混合器1为搅拌釜、静态混合器、微槽混合器或微通道混合器。
[0012]所述微分散器2为膜分散装置或微筛孔分散装置，其中膜分散装置的膜平均孔径为5?50 μ m，微筛孔分散装置中微筛孔孔径为100?1000 μπι。
[0013]所述管式反应器3内至少具有一根供反应液流动的列管，且列管带有控制反应温度的夹套。
[0014]所述收集釜4为带有控温用换热管道或者换热夹套的搅拌釜。
[0015]所述混合器1中混合温度为10?50 °C。
[0016]所述微分散器2中操作温度为10?50°C，物料停留时间为1?120s。
[0017]所述管式反应器3中反应温度为10?75 °C，反应时间为1?30min。
[0018]所述收集釜4中收集温度为25?75 °C，收集时间为2?10h。
[0019]本发明的有益效果为:
[0020](1)本发明利用混合器完成PVA与催化剂的均匀混合，为后续均匀反应的发生奠定良好基础；
[0021](2)本发明提出利用微分散器合成聚乙烯醇缩丁醛的方法，相比于传统搅拌釜，能够短时间内实现丁醛液滴在含有PVA和HC1的混合料液中快速均匀分散成2?150 μ m的液滴，大大强化了正丁醛的溶解和反应，不必在初始反应阶段刻意维持低温，使得因混合非均匀性而受到低温慢速反应的限制问题得以解决；利用该系统强化初期反应，在PVB形成沉淀前快速完成绝大部分半缩醛反应和部分缩醛反应，从而保证产物高缩醛度及其均一性；
[0022](3)在反应迅速被引发的基础上，利用管式反应器实现了对产品缩醛度的有效控制，保证产品的批次稳定性；
[0023](4)催化剂浓盐酸在初期被均匀混合，减少了整个工艺的用水量。
[0024]本发明的方法，所得产品PVB的缩醛度为77?83%、羟值在17?21%范围内可调控，以数均分子量为75000±5000的PVA为原料合成的PVB，其5%乙醇溶液的粘度为60?llOmPa.s，能够满足建筑级、汽车级等多种膜片的生产要求。
【附图说明】
[0025]图1为一种基于微分散技术的聚乙烯醇缩丁醛合成工艺流程示意图；
[0026]标号说明:1_混合器；2_微分散器；3_管式反应器；4_收集釜；A_PVA水溶液；B-HC1水溶液；C-混合料液；D-正丁醛；E-反应液；F-PVB悬浊液。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0028]—种基于微分散技术的聚乙烯醇缩丁醛合成工艺，流程如图1所示，工艺装置由混合器1、微分散器2、管式反应器3和收集釜4依次串联连接组成；所述混合器1为搅拌釜、静态混合器、微槽混合器或微通道混合器；所述微分散器2为膜分散装置或微筛孔分散装置；所述管式反应器3内至少具有一根供反应液流动的列管，且列管带有控制反应温度的夹套；所述收集釜4为带有控温用换热管道或者换热夹套的搅拌釜。
[0029]工艺流程如下:
[0030](1)将PVA水溶液A和HC1水溶液B通过混合器1混合均匀，得到混合料液C ;
[0031](2)将正丁醛D通过微分散器2均匀分散到混合料液C中，引发缩醛反应，完成绝大部分半缩醛反应和部分缩醛反应，生成反应液E ;
[0032](3)反应液E送入管式反应器3中完成绝大部分缩醛反应，形成PVB悬浊液F ；
[0033]⑷PVB悬浊液F在收集釜4中收集，并完成缩醛反应，得到产物PVB。
[0034]将PVB悬浊液F离心过滤，得到的固体使用去离子水洗涤5次，干燥后取样分析其缩醛度、羟值和5% PVB乙醇溶液的粘度。
[0035]实施例1
[0036]工艺装置:使用搅拌釜作为混合器1，使用填有5 μπι金属烧结膜的膜分散装置作为微分散器2，使用带有控温夹套的单列管式管式反应器3，使用带换热夹套的搅拌釜作为收集釜4。
[0037]反应条件:PVA水溶液A中PVA的质量分数为10 % ;HC1水溶液B中HC1的质量分数为31 %，混合料液C中HC1与PVA的质量比为0.08:1 ;加入混合料液C的正丁醛D与PVA的质量比为0.70:1。混合器1的混合温度为25°C ;微分散器2的操作温度为50°C，物料停留时间为7s ;管式反应器3的反应温度为50°C，反应时间为2min ;收集釜4的收集温度为55°C，收集时间为6.0h。
[0038]反应结果:产物PVB的缩醛度为78.9 %，羟值为19.1 %，5 % PVB乙醇溶液的粘度为 72mPa.s。
[0039]实施例2
[0040]反应装置:使用微通道混合器作为混合器1，使用直径为500 μπι的微筛孔分散装置作为微分散器2，使用带有控温夹套的单列管式管式反应器3，使用带换热夹套的搅拌釜作为收集釜4。
[0041 ] 反应条件:PVA水溶液A中PVA的质量分数为8 % ;HC1水溶液B中HC1的质量分数为36 %，混合料液C中HC1与PVA的质量比为0.25:1 ;加入混合料液C中的正丁醛D与PVA的质量比为0.63:1。混合器1的混合温度为20°C ;微分散器2的操作温度为30°C，物料停留时间为20s ;管式反应器3的反应温度为75°C，反应时间为5min ;收集釜4的收集温度为75 °C，收集时间为3.5h。
[0042]反应结果:产物PVB的缩醛度为79.4%，羟值为18.6%，5% PVB乙醇溶液的粘度为 88mPa.s。
[0043]实施例3
[0044]反应装置:使用静态混合器作为混合器1，使用填有20 μπι金属烧结膜的膜分散装置作为微分散器2，使用带有控