聚合物的反应加工PPT演示文稿

化学反应由单体到聚合物，其中还有洗涤、提纯、精制等过程，得 到粉料，然后再混炼造粒以及挤出或注射，即加工过程，将聚合物 加工成制品。在热量传递过程中，首先加热使单体聚合，多数工艺 还必须同时进行冷却，以移走聚合热，聚合完毕，冷却经精制，到 加工时又重新使物料加热成为粘流态，按需要加工成制品。从物料 的加工过程来看，这是一个漫长的有多段工艺组成的复杂过程，往 往需要数小时甚至数十小时，从能耗来看，经历了多次加热、冷却、 再加热、再冷却的反复循环，浪费已成必然，另外就是环境污染的 问题。
10
聚合物加工新技术
2. 反应挤出的优点
⑥螺杆挤出机既是反应器，又是制品成型设备，从而使生 产工艺过程做到了工序少、流程短、能耗低、成本低、 生产效率高。节约大部分工厂设备和占地空间；
⑦节省回收稀释液所需的能量，没有溶剂或稀释液，无废 液排出；
⑧挤出机具有技术上的优势，因为它可以作为柱塞流反应 器或者微背混式塞流反应器。
第四章 聚合物的反应加工 Reaction Processing
聚合物加工新技术
本篇内容： 反应挤出 反应注射
1
4.1 概述
聚合物加工新技术
一、发展
反应加工:同时进行化学反应和聚合物加工的技术，或者是将化 学反应与聚合物加工过程相结合的一种技术。
传统上聚合物制品生产分为聚合与加工两个截然不同的过程。
2
聚合物加工新技术
由于六十年代后，聚合物加工技术的发展，使人们萌发了将聚合 物反应与加工有机联系在一起同步进行的设想，因此反应加工这一 新技术形成。
反应注射成型是20世纪70年代后期发展起来的。美国采用反应 注射成型方法，以异氰酸酯和聚醚制成聚氨酯半硬质塑料的汽车保 险杠、翼子板、仪表板等。此法具有设备投资及操作费用低、制件 外表美观，耐冲击性好,设计灵活性大等优点,80年代发展很快。反 应注射成型还可制得表层坚硬的聚氨酯结构的泡沫塑料。为了进一 步提高制品刚性和强度，在原料中混入各种增强材料时称为增强反 应注射成型，产品可作汽车车身外板、发动机罩。新近开发的品种 有环氧树脂、双环戊二烯聚合物、有机硅树脂和互穿聚合物网络等。
1980年美国化学会聚合物分会在Pittsburg举行第一次国际聚合 物反应加工年会，正式将聚合物反应加工确定为一门新兴的学科
3
聚合物加工新技术
二、分类 根据主要的加工方法来分： ①反应挤出成型REX（REM） ②反应注射成型RIM REX是一种先进、节能、环保的高分子材料合成和改性的工艺，
不用反应釜，不用溶剂，将单体从一头喂入双螺杆挤出机，另一头 就源源不断地挤出高性能的聚合物。
9
2. 反应挤出的优点
聚合物加工新技术
①螺杆挤出机可根据需要设置多处加料口，根据各种化学反应 自身的规律，沿螺杆的轴向将物料按一定程序和最合适的方式 分步加入，可以控制化学反应按预定的顺序和方向进行。 ②可以精确控制反应温度，并可根据化学反应本身的特点和规 律，通过温度沿螺杆轴向的分布和分布梯度来控制反应进行的 方向、速度和程度，以减少副反应的发生。 ③螺杆挤出机的混合能力很强，提高了反应物料体系的混合均 匀程度。 ④通过调整螺杆转速和螺杆的几何结构，可以控制反应物料的 停留时间和停留时间分布。反应挤出比较适合于反应速度较快 的化学反应。 ⑤副反应较少，选择性较好。
应器，使欲反应的混合物在熔融挤出过程中同时完成指定的化学 反应。
具体地讲，它具有利用挤出机处理高粘度聚合物的独特功能， 对挤出机螺杆料筒上的各个区域进行独立的温度控制、物料停留 时间控制和剪切强度控制，使物料在各个区域传输过程中完成固 体输送、增压熔融、物料混合、熔体加压、化学反应、排除副产 物和未反应单体、熔体输送和泵出成型等一系列化工基本单元操 作，因此它是理想的高粘度聚合物熔融态反应方法。
粘度的位置说明了为什么挤出机适用于高粘度介质。 拖曳流要求介质与机器表面完全粘附，并可以改变聚合物的 反应性能。埃克森Exxon公司用挤出机进行熔融相化学反应的 研究和商业应用已经有30多年热塑性弹性体的合成 （ 国家863计划，编号2006AA03Z546）
聚合物加工新技术
聚丁烯-1热塑性弹性体反应挤出试验生产线
7
丁烯-1反应挤出聚合和聚丁烯-1热塑性弹性体的合 成（ 国家863计划，编号2006AA03Z546）
聚合物加工新技术
8
二、反应挤出的原理及特点
聚合物加工新技术
1.原理
反应挤出是以螺杆和料简组成的塑化挤压系统作为连续反应器， 将欲反应的各种原料组分，如单体、引发剂、聚合物、助剂等一次 或分次由相同的或不同的加料口加入到螺杆中，在螺杆转动下实现 各原料之间的混合、输送、塑化、反应和从口模挤出的过程。
5
为什么化学反应可以在挤出机上进行呢？
聚合物加工新技术
挤出机具有处理高粘度聚合物的特点， 还能熔化、挤出、配 混聚合物，而且有排气、脱挥等功能。这种功能也是化学反应 器所需要的。
聚合物的化学反应为了避开高粘度，以致多是在稀释过程中 形成的，而挤出机可以处理高粘体系，能量和环保方面得以改 善。
这种技术的优势来源于挤出机的流动机理或拖曳流原理 Q=AN-BΔP/η
11
3. 反应挤出的缺点
RIM主要用于热固性树脂，1966-1969年由Bell公司开发， 1972年投入市场，可用于PU、聚脲、改性聚酰胺、聚环戍二烯、 不饱和聚酯、环氧树脂等快速反应成型体系，还可以加入发泡剂、 增强剂
4
4.2 聚合物的反应挤出
聚合物加工新技术
一、反应挤出的概念reactive extrusion 所谓反应挤出，是把挤出机作为连续化的微背混式柱塞流反
传统挤出过程一般以聚合物为原料，通过外加热量和螺杆转动过 程中施加给物料的剪切摩擦热将其熔融并混合均匀，然后经口模挤 出、模具造型、脱模冷却后得到制品。其挤出过程是物料由固态(结 晶态或玻璃态)—液态(粘流态)—固态(结晶态或玻璃态)的以物理变 化为主的过程。而反应挤出中存在着化学变化，如单体之间的缩聚、 加成、开环形成聚合物的聚合反应，聚合物与单体之间的接枝反应， 聚合物之间的交联反应等。