[发明专利]一种制备固体丙烯酸树脂的设备及其方法

说明书

本发明涉及一种制备固体丙烯酸树脂的设备及其方法，解决连续本体聚合工艺中高粘度输送、搅拌和传热传质困难的问题。该方法是按照工艺配方，配合相应的设备，不加入溶剂，将丙烯酸类及甲基丙烯酸类单体、乙烯基类单体及功能单体混合物，在有机过氧化物和分子量调节剂存在的条件下，经过多个串联且多段独立控温的柱塞流反应器，进行共聚合反应，所得产品色泽均一，分子量分布较小。

技术领域

本发明涉及丙烯酸树脂的制备方法，具体的说，涉及一种制备固体丙烯酸树脂的设备及其方法。

背景技术

固体丙烯酸树脂是以(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸、苯乙烯等乙烯基单体以及其他功能单体为主要原料合成的共聚物。该类树脂具有色浅、保色、保光、耐候、耐腐蚀和耐污染的特点，广泛应用于汽车、飞机、机械电子、家具、建筑、皮革、木材、造纸、印染、工业塑料及日品涂饰等领域。

丙烯酸树脂的聚合工艺主要有：溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合及本体聚合，每种聚合工艺都各有其优势。对于本体聚合工艺，聚合过程中只加入单体、引发剂及分子量调节剂，不加入或少量加入溶剂，生产效率高、制造成本低，没有废水产生，环境友好，且产品色泽均一、产品质量一致性好，逐渐成为鼓励发展的聚合工艺；同时，由于本体聚合过程中的高粘度以及传热、传质困难，单体转化率低，对反应器设备和工艺控制过程要求较高，这也限制了本体聚合工艺在生产中的实际应用。

在丙烯酸树脂领域，本体聚合工艺最初从单釜连续搅拌槽(CSTR)发展而来。单釜连续搅拌槽本体聚合工艺，具有投资少，生产灵活等优点；由于工艺的限制，该工艺转化率只有50％，生产效率低。

后来，又发展了两釜串联连续搅拌槽(CSTR)本体聚合工艺。第一台反应釜做预聚合，转化率30～40％时，进入到第二台反应器中，最终产物转化率可以到60％以上。两釜串联连续搅拌槽(CSTR)本体聚合工艺，具有相对更大的传热面积，可以使用较低的溶剂量。

在本体聚合工艺中，为了降低聚合体系粘度和控制聚合速率，使用5％～40％的溶剂，如甲苯、乙苯等。溶剂的使用，需要在脱挥系统、真空和高温条件下，进行分离，消耗较多热量。而且，产品中不可避免残留溶剂，也限制了丙烯酸树脂的应用。为了实现加入少量溶剂，甚至不加入溶剂，获得高的单体转化率的目的，尤其当聚合反应后期，转化率越高，物料粘度急剧增加，搅拌、输送及换热变得尤其困难，后来又发展了在聚合反应后期，采用管式或塔式反应器，来解决高粘度的问题。

专利CN200810026505提供了一种水溶性丙烯酸树脂本体聚合方法，在高位槽中按配方加入各种单体和引发剂混合物，然后用高压泵将反应混合物泵入反应釜，在200～300℃、0.1～10Mpa、物料反应保温时间为5～30分钟的高温高压条件下，连续进料、出料，然后出料熔融物进入脱挥罐脱挥，再经挤出成型，得到成品。

专利CN104311726B描述了一种固体丙烯酸树脂的制备方法，将所有单体和引发剂、链转移剂和辅助组分在物料罐中搅拌溶解均匀后，加入到反应釜中，与120～180℃、0.1Mpa～1Mpa下进行聚合反应；当反应釜中的单体转化率达到40～50％时，开始将溶剂储罐中的稀释溶剂逐渐滴入到反应釜中进行降粘，保持反应釜中物料良好的流动状态，当转化率达到70～80％后，将所得物料，经高压泵连续打入管式反应器中进一步聚合反应，反应温度150～240℃，停留时间2～40分钟；然后进入脱挥塔，经过脱挥的物料从脱挥塔下部排除，得到固体丙烯酸树脂。

专利US4414370描述了一种分子量窄分布的丙烯酸酯的本体制备方法，将所有单体和引发剂加入到1加仑的、内设导热油冷却盘管的连续搅拌槽反应器，进料量0.2～0.8lbs/min，反应温度提高到190～310℃，停留时间5～30分钟，单体转化率90％以上。然后物料进入到搅拌脱挥槽中，脱挥温度270℃，脱出未反应的单体，再经冷凝回收。所得产品分子量分布小于2。