光热聚合反应装置的制作方法

本实用新型涉及一种光热聚合反应装置，特别涉及一种适用于乙烯基单体本体聚合的光热聚合反应装置。

背景技术：

乙烯基单体的自由基聚合反应是连锁反应，放热量大，反应速度快，需要加入溶液降低聚合反应体系的温度和粘度，使反应更加均匀，减少凝胶的产生。但是，大量溶剂的使用容易造成资源浪费和环境污染，另外，一些特殊产品(如压敏胶等)需要将溶剂脱除，降低了生产效率。因此，乙烯基单体的聚合方式需要由溶剂聚合向本体聚合转变。

cn104854140b公开了一种利用电离辐射聚合烯键式不饱和材料的方法，将含烯键原料的非脱气混合物置于间歇式反应器中，使含烯键原料的非脱气混合物暴露于电离辐射源，并使至少一部分混合物聚合；使含烯键原料在基本上绝热的条件下聚合，同时继续将所述混合物暴露于电离辐射源。cn1013311161a公开了一种乙烯基单体自由基聚合的方法，将包含可自由基共聚的乙烯基单体、至少一种自由基热引发剂和任选的清除剂单体混合置于间歇式反应器中，加热引发聚合反应。上述方法在本体聚合的过程中没有进行搅拌，反应不均匀，产物中存在较多的凝胶。

cn110423304a公开了一种乙烯基聚合物的间隙式光热自由基聚合的制备方法。在反应容器中至少两种乙烯基单体、至少一种光引发剂和可选的至少一种热引发剂的均相混合物，用光照使至少一种光引发剂达到引发条件，从而引起聚合反应并获得含至少部分乙烯单体聚合的混合物，反应放热使温度升高，热引发剂也引发乙烯基单体聚合。该方法反应采用三口烧瓶和机械搅拌，聚合反应需要冷却，没有充分利用聚合反应热。更不利于实际生产使用的是，该方法需要在物料粘度增大至搅拌困难时结束反应。对于tg较高或高分子量的聚合物，聚合过程的粘度增加迅速，单体转化率低于50％时，反应物料的粘度已经非常高，搅拌会因爬杆效应而无法继续。因此，需要控制反应的单体转化率，或者在反应体系中加入溶剂，这导致反应产物中残留有大量未反应的单体和/或溶剂，该方法不适合宏量和连续生产。

cn208946649u公开了一种挤出机，包括：一阶机，包括第一动力系统和与所述第一动力系统连接的第一挤出系统；二阶机，包括第二动力系统和与所述第二动力系统连接的第二挤出系统；脱挥系统；其中，所述第一挤出系统通过第一连接件与所述第二挤出系统连通；所述脱挥系统与所述第二挤出系统通过第二连接件连通；所述第一连接件的垂直距离不高于所述第二连接件的垂直距离。该挤出机不能满足光热聚合反应的应用。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种光热聚合反应装置，该装置适用于乙烯基单体光热聚合的宏量生产，且聚合产物中单体含量和挥发性有机化合物含量低。

本实用新型通过如下技术方案实现上述技术目的。

本实用新型提供一种光热聚合反应装置，所述光热聚合反应装置包括螺杆挤出设备；其中，螺杆挤出设备的进料口附近设置有透光区，用于将光源通过透光区照射进入螺杆挤出设备内，螺杆挤出设备的出料口附近设置有脱挥口。

根据本实用新型的光热聚合反应装置，优选地，所述螺杆挤出设备的螺杆的长径比大于40；所述透光区至少覆盖一部分螺杆挤出设备的螺杆区，且覆盖率为20～100％；其中，所述覆盖率表示所述透光区沿螺杆挤出设备的螺杆轴向的长度与所述螺杆挤出设备的螺杆长度之比。

根据本实用新型的光热聚合反应装置，优选地，所述螺杆挤出设备包括至少一阶的螺杆挤出机。

根据本实用新型的光热聚合反应装置，优选地，所述螺杆挤出设备包括第一阶螺杆挤出机和第二阶螺杆挤出机，且第一阶螺杆挤出机与第二阶螺杆挤出机串联设置。

根据本实用新型的光热聚合反应装置，优选地，所述光热聚合反应装置还包括供反应原料进行光热聚合反应以形成预反应产物的光反应通道；所述光反应通道具有输出端，该输出端与所述进料口连接，其设置为能够向所述螺杆挤出设备输送所述预反应产物。

根据本实用新型的光热聚合反应装置，优选地，所述光反应通道具有至少一层透明层，所述光反应通道相对光源的一侧设置有反光层。

根据本实用新型的光热聚合反应装置，优选地，所述光反应通道具有至少两层透明层，所述反光层设置在最外侧的透明层与内侧的透明层之间。

根据本实用新型的光热聚合反应装置，优选地，所述光反应通道设置有供惰性气体通入的进气口。

根据本实用新型的光热聚合反应装置，优选地，所述光热聚合反应装置还包括用于盛放反应原料的物料罐；所述光反应通道还具有输入端，该输入端设置为能够通过计量泵与所述物料罐相连。

根据本实用新型的光热聚合反应装置，优选地，所述光热聚合反应装置为乙烯基单体本体聚合的光热聚合反应装置。

本实用新型在螺杆挤出设备中进行光热聚合反应，物料停留时间短，实现了乙烯基单体的宏量生产和连续本体聚合生产。在螺杆的捏合和挤出作用下，物料混合充分，单体转化率高，减少了反应产物中的凝胶状产物，产物在反应流道中不积留，无需使用溶剂。进一步地，采用本实用新型的装置，聚合产物中挥发性有机物含量少。根据本实用新型优选的实施方式，螺杆挤出设备为二阶螺杆挤出机组，这样能够取得更好的聚合反应效果和脱挥效果。

附图说明

图1为本实用新型的一种光热聚合反应装置。

图2为本实用新型的另一种光热聚合反应装置。

图3为本实用新型的再一种光热聚合反应装置。

图4为本实用新型的又一种光热聚合反应装置。

附图标记说明如下：

1-螺杆挤出设备；2-进料口；3-出料口；4-透光区；5-光源；6-脱挥口；7-物料罐；8-计量泵；9-光反应通道；11-第一阶螺杆挤出机；12-第二阶螺杆挤出机。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。

本实用新型的所述光热聚合反应装置为利用光和热进行聚合反应的装置。具体地，其可以为乙烯基单体聚合的光热聚合反应装置。

本实用新型的光热聚合反应装置包括螺杆挤出设备。螺杆挤出设备可以为一阶螺杆挤出设备，也可以为多阶螺杆挤出设备。所谓一阶表示仅使用一台螺杆挤出设备。所谓多阶表示具有多个螺杆挤出设备串联使用。每阶螺杆挤出设备可以为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。螺杆挤出设备还可以包括加热装置，用于维持聚合反应的温度。加热装置优选为铸铝加热器。

螺杆挤出设备包括机筒和设置在机筒内的螺杆。机筒上具有进料口和出料口。螺杆挤出设备还可以包括传动设备和加料设备。加料设备与进料口相连，传动设备用于驱动螺杆转动。螺杆挤出设备还可以包括机头，用于容纳各种部件。

本实用新型的螺杆挤出设备的进料口附近设置有透光区，用于将光源通过透光区照射进入螺杆挤出设备内。螺杆挤出设备的出料口附近设置有脱挥口。本实用新型的光热聚合反应装置特别适用于乙烯基单体的光热聚合反应。

透光区设置在螺杆挤出设备的进料口附近，至少覆盖一部分螺杆挤出设备的螺杆区。光反应与热反应的反应时间比可以通过调整透光区的覆盖率实现。覆盖率可以为20～100％或20％～50％。覆盖率表示所述透光区沿螺杆挤出设备的螺杆轴向的长度与所述螺杆挤出设备的螺杆长度之比。这样适用于反应物料中含有填料、颜料等光透明度不高的物料的聚合反应，聚合反应效果更好。所述透光区可以为一个整体区域，也可以设置为多个区域分散在螺杆挤出设备的螺杆区。根据本实用新型的一个实施方式，在螺杆挤出设备进料口附近的螺杆区设置开口，在开口上覆盖透明物(例如无机玻璃板、石英玻璃板)以形成透光区。

本实用新型的螺杆挤出设备包括至少一阶的螺杆挤出机。优选地，所述螺杆挤出机为双阶螺杆挤出机组。这样能够进一步保证聚合反应的顺利进行。光热聚合反应的总时间可以通过机筒和螺杆的长度来调整，机筒和螺杆越长，物料的聚合时间越长。优选地，螺杆的长径比大于40。更优选地，螺杆的长径比为50～70。这样既可以使物料充分反应，设备容易加工，成本也不太高。

根据本实用新型的一个实施方式，所述螺杆挤出设备为二阶螺杆挤出机组。所述螺杆挤出装置包括第一阶螺杆挤出机和第二阶螺杆挤出机，且第一阶螺杆挤出机与第二阶螺杆挤出机串联设置。第一阶螺杆挤出机的螺杆与第二阶螺杆挤出机的螺杆可以成任意角度，优选为相互垂直设置。第一阶螺杆挤出机和第二阶螺杆挤出机分别设置有进料口和出料口，第一阶螺杆挤出机的出料口与第二阶螺杆挤出机的进料口相连，第一阶螺杆挤出机的进料口作为螺杆挤出设备的进料口，第二阶螺杆挤出设备的出料口作为螺杆挤出设备的出料口。第一阶螺杆挤出机的进料口附近设置有透光区，用于将光源通过透光区照射进入第一阶螺杆挤出机内。第二阶螺杆挤出机的出料口附近设置有脱挥口。第二阶螺杆挤出机优选为双螺杆脱挥挤出机。反应原料从第一阶螺杆挤出机的进料口进入第一阶螺杆挤出机，在第一阶螺杆挤出机组内发生光热聚合反应，然后进入第二阶螺杆挤出机继续反应，再经过第二阶螺杆挤出机的脱挥口进行脱挥处理，然后从第二阶螺杆挤出机的出料口排出。这样能够取得更好的聚合反应效果和脱挥效果。

本实用新型的脱挥口设置在螺杆挤出备的出料口附近。本实用新型的光热聚合反应装置还包括减压脱挥设备，其设置为能够与所述脱挥口相连。减压脱挥设备包括冷凝器和真空泵。根据本实用新型的一个具体的实施方式，所述脱挥口通过设置有球阀的连接管与冷凝器相连，冷凝器的另一端与真空泵相连。

本实用新型的光热聚合反应装置还包括供反应原料进行光热聚合反应以形成预反应产物的光反应通道。所述光反应通道具有输出端，该输出端与所述进料口连接，其设置为能够向所述螺杆挤出装置输送所述预反应产物。反应原料在光反应通道内发生光热聚合反应，得到预反应产物，将其通过螺杆挤出设备的进料口输入至螺杆挤出设备内继续进行聚合反应。

本实用新型的光反应通道具有至少一层透明层，所述光反应通道相对光源的一侧设置有反光层。在某些实施方案中，所述光反应通道为具有至少一层结构的透明管。在某些实施方案中，所述光反应通道为至少两层结构的透明管。

反光层设置在所述光反应通道相对光源的一侧。反光层可以为高光金属板或高光金属膜，其材质可以为铝或钢。在某些实施方案中，所述光反应通道具有至少两层透明层，所述反光层设置在最外侧的透明层与内侧的透明层之间，且位于所述光反应通道相对光源的一侧。

光反应通道设置有供惰性气体通入的进气口。将惰性气体从光反应通道的进气口通入光反应通道和螺杆挤出设备中，排出空气。

本实用新型的光热聚合反应装置还包括用于盛放反应原料的物料罐；所述光反应通道还具有输入端，该输入端设置为能够与所述物料罐相连。本实用新型的光热聚合反应装置还包括计量泵。物料罐的出料口连接计量泵的进料口，计量泵的出料口连接光反应通道的输入口或螺杆挤出设备的进料口。这样可以调节反应原料的用量。

在某些实施方式中，光热聚合反应装置包括螺杆挤出设备，所述螺杆挤出设备包括双螺杆挤出机和加热装置，所述加热装置用于维持聚合反应的温度。螺杆挤出设备设置有进料口和出料口。在螺杆挤出设备的进料口附近的螺杆区设置有开口，在开口上覆盖透明物(例如无机玻璃板、石英玻璃板)以形成透光区。光源通过透光区照射进入螺杆挤出设备内，为光热聚合反应提供光源。在螺杆挤出设备的出料口附近设置有脱挥口，脱挥口通过设有球阀的连接管与冷凝器相连，冷凝器的另一端与真空泵相连。

在另一些实施方式中，光热聚合反应装置包括光反应通道和螺杆挤出设备，所述螺杆挤出设备包含双螺杆挤出机和加热装置，所述加热装置用于维持聚合反应的温度。光反应通道设置有输入口和输出口，所述输入口用于使反应原料进入光反应通道。光反应通道的输出口与螺杆挤出设备的进料口相连。光反应通道为两端圆管、中间扁平且中空的玻璃管，玻璃管的相对光源一侧设置有反光层。光反应通道设置有进气口，用于向光反应通道内通入惰性气体。在螺杆挤出设备的进料口附近的螺杆区设置有开口，在开口上覆盖透明物(例如无机玻璃板、石英玻璃板)以形成透光区。光源通过透光区照射进入螺杆挤出设备内，为光热聚合反应提供光源。在螺杆挤出设备的出料口附近设置有脱挥口，脱挥口通过设有球阀的连接管与冷凝器相连，冷凝器的另一端与真空泵相连。

在再一些实施方式中，光热聚合反应装置包括螺杆挤出设备。所述螺杆挤出设备包括二阶螺杆挤出机组和加热装置。所述二阶螺杆挤出机组由第一阶螺杆挤出机和第二阶螺杆挤出机组成，所述第一阶螺杆挤出机为双螺杆挤出机组，所述第二阶螺杆挤出机为双螺杆脱挥挤出机，第一阶螺杆挤出机与第二阶螺杆挤出机串联设置。所述第一阶螺杆挤出机上设置有进料口，在进料口附近的螺杆区设置有开口，在开口上覆盖玻璃板以形成透光区。光源通过透光区照射进入螺杆挤出设备内，为光热聚合反应提供光源。所述第二阶螺杆挤出机上设置有出料口，在出料口附近设置有脱挥口，脱挥口通过设有球阀的连接管与冷凝器相连，冷凝器的另一端与真空泵相连。反应原料从第一阶螺杆挤出机的进料口进入第一阶螺杆挤出机，在第一阶螺杆挤出机内发生光热聚合反应，然后进入第二阶螺杆挤出机继续反应，反应产物经过第二阶螺杆挤出机的脱挥口进行脱挥处理，然后从第二阶螺杆挤出机的出料口排出。

在又一些实施方式中，光热聚合反应装置包括光反应通道和螺杆挤出设备。光反应通道设置有输入口和输出口，所述输入口用于使反应原料进入光反应通道。光反应通道的输出口与螺杆挤出设备的进料口相连。光反应通道为两端圆管、中间扁平且中空的玻璃管，玻璃管的相对光源的一侧设置有反光层。光反应通道设置有进气口，用于向光反应通道内通入惰性气体。所述螺杆挤出设备包括二阶螺杆挤出机组和加热装置。所述二阶螺杆挤出机组由第一阶螺杆挤出机和第二阶螺杆挤出机组成，所述第一阶螺杆挤出机为双螺杆挤出机，所述第二阶螺杆挤出机为双螺杆脱挥挤出机，第一阶螺杆挤出机与第二阶螺杆挤出机串联设置。所述第一阶螺杆挤出机上设置有进料口，在进料口附近的螺杆区设置有开口，在开口上覆盖透明物(例如无机玻璃板、石英玻璃板)以形成透光区。光源通过透光区照射进入螺杆挤出设备内，为光热聚合反应提供光源。第二阶螺杆挤出机上设置有出料口，在出料口附近设置有脱挥口，脱挥口通过设有球阀的连接管与冷凝器相连，冷凝器的另一端与真空泵相连。

实施例1

本实施例的光热聚合反应装置包括螺杆挤出设备1。螺杆挤出设备1包含双螺杆挤出机和加热器(例如铸铝加热器)。加热器用于维持聚合反应的温度。螺杆挤出设备1设置有进料口2和出料口3。在螺杆挤出设备的进料口2附近的螺杆区设置有开口，在开口上覆盖石英玻璃板以形成透光区4。光源5通过透光区照射进入螺杆挤出设备内，为光热聚合反应提供光源。在螺杆挤出设备的出料口3附近设置有脱挥口6，脱挥口6通过设有球阀的连接管与冷凝器相连，冷凝器的另一端与真空泵相连。螺杆挤出设备的螺杆的长径比为60。透光区的覆盖率为30％。覆盖率表示透光区沿螺杆挤出设备的螺杆轴向的长度与螺杆挤出设备的螺杆长度之比。

开始反应时，关闭脱挥口处的球阀，用薄膜包住螺杆挤出设备的出料口3，将氮气从进料口2通入，从出料口3的薄膜狭缝中排出气体，然后将反应原料从进料口2中加入以使的螺杆挤出设备1中的气体全部排出。打开光源和加热器，并移去螺杆挤出设备出料口3中的薄膜，反应一段时间后得到高粘性的树脂，并有残余的单体异味；此时开动真空泵，打开球阀脱出残余的单体，挤出的树脂呈条状高粘性，异味明显减少。

实施例2

本实施例的光热聚合反应装置包括物料罐7、计量泵8、光反应通道9和螺杆挤出设备1。螺杆挤出设备1包括双螺杆挤出机和加热器(例如铸铝加热器)。加热器用于维持聚合反应的温度。

螺杆挤出设备1设置有进料口2和出料口3。物料罐7用于盛放反应原料，物料罐7的出料口连接计量泵8的进料口，计量泵8的出料口连接光反应通道9的输入口，光反应通道9的输出口与螺杆挤出设备1的进料口2相连。光反应通道9为两端圆管、中间扁平且中空的玻璃管。玻璃管相对光源的一侧装有高光金属铝板作为反光层。光反应通道9设置有进气口，用于向光反应通道9内通入惰性气体。

在螺杆挤出设备的进料口2端的螺杆区设置有开口，在开口上覆盖石英玻璃板以形成透光区4。光源5通过透光区照射进入螺杆挤出设备内，为光热聚合反应提供光源。在螺杆挤出设备的出料口3附近设置有脱挥口6，脱挥口6通过设有球阀的连接管与冷凝器相连，冷凝器的另一端与真空泵相连。螺杆挤出设备的螺杆的长径比为60。透光区的覆盖率为30％。覆盖率表示透光区沿螺杆挤出设备的螺杆轴向的长度与螺杆挤出设备的螺杆长度之比。

开始反应时，关闭脱挥口6处的球阀，用薄膜包住出料口3，将氮气从光反应通道9的进气口通入，从出料口3的薄膜狭缝中排出气体15分钟。启动计量泵8，调节流量，使反应装置内的气体排出。打开光源和加热器，并移去螺杆挤出设备出料口3中的薄膜，反应一段时间后得到高粘性的树脂，并有残余的单体异味；此时开动真空泵，打开球阀脱出残余的单体，挤出的树脂呈条状高粘性，异味明显减少。

实施例3

本实施例的光热聚合反应装置包括螺杆挤出设备。螺杆挤出设备包括二阶螺杆挤出机组和加热器(例如铸铝加热器)。二阶螺杆挤出机组由第一阶螺杆挤出机11和第二阶螺杆挤出机12组成。

第一阶螺杆挤出机11为双螺杆挤出机，第二阶螺杆挤出机12为双螺杆脱挥挤出机。第一阶螺杆挤出机11与第二阶螺杆挤出机12串联设置，且第一阶螺杆挤出机11的螺杆与第二阶螺杆挤出机12的螺杆相互垂直设置。第一阶螺杆挤出机11上设置有进料口2，在进料口2附近的螺杆区设置有开口，在开口上覆盖石英玻璃板以形成透光区4。光源5通过透光区照射进入螺杆挤出设备内，为光热聚合反应提供光源。第二阶螺杆挤出机12上设置有出料口3，在出料口3附近设置有脱挥口6，脱挥口6通过设有球阀的连接管与冷凝器相连，冷凝器的另一端与真空泵相连。第一阶螺杆挤出机11的螺杆的长径比为50。透光区的覆盖率为85％。覆盖率表示透光区沿第一阶螺杆挤出机11的螺杆轴向的长度与第一阶螺杆挤出机11的螺杆长度之比。

反应原料从进料口2进入第一阶螺杆挤出机11，在第一阶螺杆挤出机11内发生光热聚合反应，然后进入第二阶螺杆挤出机12继续反应，再经过第二阶螺杆挤出机12的脱挥口6进行脱挥处理，然后从出料口3排出。

实施例4

本实施例的光热聚合反应装置包括物料罐7、计量泵8、光反应通道9和螺杆挤出设备1。螺杆挤出设备1包括二阶螺杆挤出机组和加热器(例如铸铝加热器)。二阶螺杆挤出机组由第一阶螺杆挤出机11和第二阶螺杆挤出机12组成。

第一阶螺杆挤出机11为双螺杆挤出机，第二阶螺杆挤出机12为双螺杆脱挥挤出机。第一阶螺杆挤出机11与第二阶螺杆挤出机12串联设置。第一阶螺杆挤出机11上设置有进料口2，在进料口2附近的螺杆区设置有开口，在开口上覆盖石英玻璃板以形成透光区4。光源5通过透光区照射进入螺杆挤出设备内，为光热聚合反应提供光源。第二阶螺杆挤出机12上设置有出料口3，在出料口3附近设置有脱挥口6，脱挥口6通过设有球阀的连接管与冷凝器相连，冷凝器的另一端与真空泵相连。第一阶螺杆挤出机11的螺杆的长径比为50。透光区的覆盖率为85％。覆盖率表示透光区沿第一阶螺杆挤出机11的螺杆轴向的长度与第一阶螺杆挤出机11的螺杆长度之比。

物料罐7用于盛放反应原料，物料罐7的出料口连接计量泵8的进料口，计量泵8的出料口连接光反应通道9的输入口，光反应通道9的输出口与设置在第一阶螺杆挤出机11上的进料口2相连。光反应通道9为两端圆管、中间扁平且中空的玻璃管。玻璃管相对光源的一侧装有高光金属铝板作为反光层。光反应通道9设置有进气口，用于向光反应通道9内通入惰性气体。

本实用新型并不限于上述实施方式，在不背离本实用新型的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本实用新型的范围。