[发明专利]一种利用微反应系统合成聚乙烯醇缩丁醛的方法

说明书

技术领域

本发明属于树脂合成技术领域，特别涉及一种利用微反应系统合成聚乙烯醇缩丁醛的方法。

背景技术

聚乙烯醇缩丁醛(PVB)是一种高分子聚合物，由于其具有良好的柔韧性、溶解性、耐光、耐水、耐热、成膜性，较高的拉伸强度和抗冲击强度，玻璃化温度低且折射率与玻璃相近，在1935年被美国科学家合成出来用作汽车挡风玻璃的粘合层。除此之外，它还被用作建筑涂料、防弹玻璃、太阳能电池光伏板的密封材料。在它的所有下游用途中，夹层玻璃占总量的85％。2012年，PVB的全球总消耗量为27万吨。随着汽车行业、建筑行业、新型太阳能电池行业的快速发展，全世界范围内对PVB的需求将会越来越大。目前，高品质的PVB膜片市场主要被美国杜邦公司、首诺公司(孟山都集团分公司)、日本的积水公司、可乐丽公司四大跨国集团垄断，他们都有自己独立的原材料加工企业，对于PVB膜片所需要的树脂、增塑剂及加工工艺都采取严格的保密措施。而中国国内目前也有30余家生产PVB的企业，但是其产品大多只能应用在建筑、涂料等低端市场。

PVB的合成原理是：在酸催化的条件下，聚乙烯醇(PVA)上的羟基与丁醛首先发生半缩醛反应，形成的半缩醛再与相邻的羟基发生脱水反应形成缩醛，即产物PVB。在PVB产品中除了有生成的缩醛基、未反应的羟基，还有原PVA分子上由于聚醋酸乙烯酯醇解不完全而剩余的醋酸乙烯酯基团。理想的PVB分子应该满足羟基分布均匀，无包裹，杂质少，批次稳定，而这些恰恰是目前很多工艺难以实现的目标。

PVB生产主要有四种方法:一步法、溶解法、沉淀法、均相醇法。沉淀法是其中掺杂最少，可实现性最强的工艺方法。对于沉淀法来说，丁醛与PVA分子的反应是快反应过程，反应设备的混合性能严重影响产物缩醛度的均匀性。传统的搅拌反应釜为了克服混合性能低下的问题，一般都采用5～15℃的初始反应温度以降低反应速率，由于PVA的溶解温度达到90℃，如此低的反应温度造成反应能耗较高。更重要的是，众多研究表明，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分子以沉淀的形式析出，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高缩醛度的PVB产品，但是由于常规搅拌反应釜中固液两相反应过程难以精确控制，使得反应的批次稳定性不好，严重影响产品质量。

发明内容

本发明的目的在于，克服上述现有技术的不足，提供一种利用微反应系统合成聚乙烯醇缩丁醛的方法。本发明将微反应器和管式反应器相结合的微反应系统，利用该系统强化反应的特性在PVB形成沉淀前完成绝大部分半缩醛反应，保证产物缩醛度的一致性、以及产品的批次稳定性，提高产品质量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于合成聚乙烯醇缩丁醛的微反应系统，由微反应器、管式反应器和收集釜顺次相连组成；所述微反应器内部设置微结构分布板或微小通道；所述微结构分布板上设置筛孔或通槽；所述管式反应器为具有加热和冷却功能的套管。

所述微小通道为Y型微小通道或十字型微小通道。

所述Y型微小通道由两个不同原料入口通道和一个出口通道互相连通构成，两个入口通道的夹角为20°～180°，出口通道与任一入口通道的夹角为20°～180°。

所述十字型微小通道由两个同种原料入口通道、一个单一原料入口通道和一个出口通道互相连通构成，两个同种原料入口通道的夹角为30°～180°，单一原料入口通道位于两个同种原料入口通道的对称轴上，出口通道与任一同种原料入口通道的夹角为90°～180°。

所述微小通道的水力学直径为0.05mm～10mm；所述筛孔的直径为0.02mm～10mm；所述通槽的长度为1mm～100mm，宽度为0.02mm～10mm。

利用上述微反应系统合成聚乙烯醇缩丁醛的方法，包括：

(1)将原料A和原料B加入到微反应器中，发生半缩醛反应生成反应液C；所述原料A为聚乙烯醇和正丁醛的混合溶液；所述原料B为HCl水溶液；

(2)反应液C进入管式反应器中发生缩醛反应生成聚乙烯醇缩丁醛的悬浊液D；

(3)悬浊液D进入收集釜中收集。

其中，

步骤(1)所述原料A中聚乙烯醇的质量分数为2％～15％，正丁醛与聚乙烯醇的质量比为(0.5～1.6):1，原料A的溶剂为水。

步骤(1)所述原料B中HCl的质量分数为0.3％～12％，HCl与原料A中聚乙烯醇的质量比为(0.02～0.5):1。