[发明专利]一种检测氯乙烯聚合动力学的方法

说明书

技术领域

一种检测氯乙烯聚合动力学的方法，属于氯乙烯聚合动力学检测方法领域，具体涉及一种氯乙烯聚合过程中全转化率范围内的转化率、聚合速率的检测技术。

背景技术

氯乙烯聚合动力学研究可以为工业聚合反应器设计、装置扩能改造、操作工艺优化等提供必要的基础数据，是工艺开发中不可或缺的环节。在氯乙烯悬浮聚合过程中，聚合转化率(即生成聚氯乙烯的质量占氯乙烯初始加入量的百分数)和聚合速率(即单位时间氯乙烯的聚合转化率)的准确测量，是研究聚合动力学的核心。常规高分子合成的转化率测试技术一般不适用于氯乙烯悬浮聚合体系，因为在水、单体和多尺寸树脂粒子组成的高压混合体系中，取样会遇到很大的机械操作麻烦，实验操作过程中如何避免暴露在氯乙烯氛围中从而减少健康危害也是个很大的问题。

能用于氯乙烯悬浮聚合转化率测定的方法有“称重法”、“膨胀计法”、“量热法”及“示踪剂气体气相色谱法”等。

“称重法”是在不同聚合时间终止聚合，将所得树脂离心脱水、烘干称重，与聚合时加入的氯乙烯质量作对比求其转化率。该方法理论上具有较高的精确度，但是需要多批次相同条件的试验，工作量很大，操作也比较繁琐。

“膨胀计法”是利用聚合前体系体积与聚合后体系体积的变化，求取氯乙烯的聚合转化率。但该方法只适用于低转化率的测定，而用于高转化率的测定则误差很大。

“量热法”是通过测量氯乙烯聚合反应时放出的热量来计算聚氯乙烯树脂的生成量。该方法适合于氯乙烯本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合等各种聚合工艺，在工业装置上得到了广泛应用。但是，该技术仅仅在工业装置上具有较高的精确度，在小试装置上则会因装置规模小、聚合放热量少，聚合过程中不可控的热量损失而影响测量精度。

“示踪剂气体气相色谱法”是在聚合体系中加入一种惰性物质(如正丁烷)，通过气相色谱仪跟踪分析气相中该惰性物质含量的变化，根据数学模型求取聚合物的生成情况，计算氯乙烯聚合转化率。1984年，美国宾夕法尼亚州艾伦镇APCI公司的M.Langsam在Polymer Science中第一次报道了将这种方法应用在VC聚合动力学检测中；1990年，加拿大McMaster大学的谢土余、A.E.Hamielec等应用示踪剂气相色谱技术检测氯乙烯聚合动力学，并建立了详细的转化率和示踪剂响应峰间关系的数学模型-Hamielec-Xie模型，建立了示踪剂色谱离线分析方法；1996年，浙江大学高分子工程研究所黄志明、包永忠等教授在Hamielec-Xie模型的基础上，建立了计算机相联接的聚合动态实时检测系统。2005年，公开号为CN1699992的中国专利公开了这种氯乙烯聚合动力学实时跟踪检测装置和方法。此检测装置和方法中，需要用到高测量精确度的气相色谱，并建立聚合釜与气相色谱间管线连接，为保证进入气相色谱的气体呈连续的流动气相，连接管线需要全程保温，保温温度也要根据聚合控制温度而调整，所以此方法投资成本较高，操作起来相当繁琐。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种检测人员不与氯乙烯接触、无需投资大型检测设备、操作简单易行的氯乙烯聚合动力学的检测方法，从而简单方便地实现对氯乙烯聚合全过程的实时跟踪检测。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种检测氯乙烯聚合动力学的方法，按常规方法将氯乙烯、水、助剂以及占氯乙烯质量的0.5～10％的示踪剂加入聚合釜内，在常规温度下聚合反应3～10h，实时记录聚合体系压力值和温度数据，根据数学模型在检测系统中计算出时刻t时的聚合转化率X，待聚合转化率X达到工艺要求时加入终止剂，即可得到整个聚合反应过程中的聚合动力学系列数据。

所述的求取氯乙烯全转化率范围内任意时刻下的聚合物生成情况的数学模型为：