氯乙烯本体预聚合成粒过程研究

摘要

本体聚氯乙烯(M-PVC)生产无需聚合产物的离心、干燥等后处理工序，较悬浮聚氯乙烯(S-PVC)具有生产成本低，投资费用省等优点；其树脂分子量分布集中，颗粒均匀，有较高的表观密度和孔隙率，加工性能佳，应用面广，有很好的发展前景。但生产中存在着“B”级品料多(>10％)，单体残留量高(>5mg/kg)等质量问题，影响M-PVC的进一步发展。国外对M-PVC研究得较早，但仅涉及聚合初期初级粒子的研究和成粒机理的定量描述，不能用于指导质量问题的解决。国内在氯乙烯(VC)本体聚合方面的研究远滞后于国外，尤其在成粒机理方面尚属空白。本文针对产生“B”级品料影响较大的本体预聚合阶段，着重研究聚合温度、引发剂品种和用量及搅拌转速等因素对预聚合转化率、产物分子量及分布、树脂颗粒特性等的影响规律，同时考察预聚合阶段的成粒过程，以期为优化VC本体预聚合工艺条件、对降低“B”级品率和单体残留量有所帮助。 聚合动力学研究表明，聚合温度、引发剂品种和用量以及搅拌转速等对聚合动力学、分子特性的影响与悬浮聚合具有相同的规律。所用引发剂活性依次为：Luperox 610>Luperox 223≈Luperox 10，以Lupemx 10替代Luperox 223可改善树脂的热性能，Luperox 610与Luperox 223(1：1)复合可使聚合平稳、生产效率提高。 氯乙烯本体预聚合成粒过程的研究发现，随着转化率的提高树脂体均粒径D<,V>增大，分布趋子集中，到一定转化率后D<,V>增加缓慢，分布也趋于定值，称此转化率为预聚临界转化率f，对应的体均粒径为临界粒径D<,Vf>。随着搅拌转速的增大，f逐渐降低，D<,Vf>也逐渐减小。聚合温度和引发剂用量对D<,V>、f和D<,Vf>几乎没有影响。 采用光学显微镜、扫描电镜和压汞仪从树脂颗粒群、外部形貌和内部结构三个层次考察预聚合过程中树脂颗粒形态的变化。光学显微镜照片显示，低转化率时树脂中的小粒子较多，分布较分散，颗粒形貌不规整；随着转化率的提高，小粒子逐渐消失，分布趋于集中，颗粒形貌也逐渐规整。从树脂颗粒外部形貌的扫描电镜照片看到，随着转化率的增加，颗粒的表面的初级粒子粒径略有增大、凝聚加剧，表面由疏松逐渐变得致密，形貌也变得圆整。压汞仪的测量表明，临界转化率之前，树脂颗粒的孔容和孔隙率随着转化率的提高而增大，在临界转化率之后，孔容和孔隙率逐渐下降。基于以上研究结果并结合J．Boisel等提出的VC本体聚合初级粒子的成粒机理，本文提出了VC本体预聚合的树脂颗粒成粒机理。VC本体预聚合前为均相体系，经引发产生大分子链并迅速缠结形成球状絮状物，然后进一步增大而成为最初的原始粒子。随着转化率的提高，原始粒子凝聚形成直径为0.1～0.3μm的初级粒子。随着聚合不断地进行，初级粒子内原始粒子的数目不断地增多使得初级粒子的粒径不断地增大，但初级粒子的数目基本恒定不变。最后初级溶胀胶粒进一步团聚成为150～260μm的树脂颗粒。 本文的研究结果可供预聚合临界转化率的优化控制参考，以期对降低“B”级品率和单体残留量有所帮助。

目录

文摘

英文文摘

第一章前言

第二章文献综述

2.1国内外氯乙烯本体聚合的发展与现状

2.1.1氯乙烯本体聚合工艺的发展

2.1.2氯乙烯本体聚合工艺的应用

2.2“两段立式釜”VC本体聚合工艺

2.2.1预聚合

2.2.2后聚合

2.3本体PVC树脂的性能和应用

2.3.1本体PVC树脂的性能

2.3.2本体PVC树脂的用途

2.4 VC本体聚合的动力学及模型

2.5本体PVC树脂的分子量及分子量模型

2.6 VC本体聚合的成粒机理及影响因素

2.6.1本体PVC树脂初级粒子的形成

2.6.2本体PVC树脂颗粒的形成

2.7课题的提出和研究思路

第三章VC本体预聚合动力学的研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验原料

3.2.2实验装置

3.2.3实验步骤

3.2.4转化率计算

3.2.5验证性实验

3.3结果与讨论

3.3.1搅拌转速对VC预聚合动力学的影响

3.3.2聚合温度对VC预聚合动力学的影响

3.3.3引发剂对VC预聚合动力学的影响

3.3.4验证性实验的结果

3.4本章小结

第四章VC本体预聚合树脂分子量和分子量分布

4.1引言

4.2实验部分

4.3实验结果与讨论

4.3.1转化率对分子量及其分布的影响

4.3.2引发剂浓度对分子量及其分布的影响

4.3.3聚合温度对分子量及其分布的影响

4.4本章小结

第五章VC本体预聚合成粒过程的研究

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1本体PVC颗粒体均粒径Dv及其分布的测定

5.2.2本体PVC颗粒形态的表征

5.2.3实验仪器

5.3结果与讨论

5.3.1本体PVC颗粒体均粒径Dv及其分布

5.3.2本体PVC树脂颗粒形态

5.3.3 VC本体预聚合成粒的影响因素及成粒机理

5.4本章小结

第六章结论

参考文献

致谢

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