[发明专利]一种研究高温本体阴离子聚合反应动力学的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子化学技术领域，尤其涉及一种研究高温本体阴离子聚合 动力学的装置及方法。在本发明装置上，通过连续调节相关参数，获取一系列 不同反应阶段的产物，由此研究高温本体阴离子聚合动力学的方法。

背景技术

阴离子聚合的最大优势在于它是一种活性聚合，可以进行分子结构设计， 并且转化率非常高。但由于其聚合速度过快，又不能接触水、醇、胺等含活泼 氢化合物，因此，目前已有关于阴离子聚合动力学的研究无一例外地都选择了 溶液聚合方式例如M.Szwarc等(Joumal of American Chemical Sciety，1962， 84：2508～2514)研究了苯乙烯在四氢呋喃中的阴离子聚合物反应动力学，其主要 装置示意图见图1所示。该装置左右两个部分分别是引发用活性的低聚物以及 单体的输送系统，其输送动力来自氮气的气压，单体与活性种的混合比例调节 由容器刻度以及氮气气压共同决定，装置的反应器为玻璃烧瓶。Thioe E. Hogen-Esch等(Marcomolecules，1985，18：690～694)研究乙烯基吡啶在四氢 呋喃中阴离子聚合反应动力学，所用的反应装置仍然是普通的烧瓶。Axel H.E. Muller等(Marcomolecules，1999，32：1356～1361)以直径为1mm的毛细管 为反应器，研究了高氯酸锂的加入对甲基丙烯酸甲酯在四氢呋喃中聚合反应动 力学的影响；Jacques Penelle等(Marcomolecules，2000，33：4667～4672)同 样在直径为1mm的毛细管中开展了环丙烷-1，1-二羧酸酯阴离子开环反应动力 学及聚合机理的研究。Derek P.Gates等(Marcomolecules，2008，41，1961～1965) 则在核磁管中开展了含P＝C键的烯烃单体在三甘醇二甲醚的聚合反应动力学研 究。然而凭借通常的烧瓶或常规条件开展本体阴离子聚合反应动力学，特别是 高温本体聚合动力学却遇到了不可逾越的障碍。首先，高温下本体阴离子聚合 速度较常规的溶液聚合会快数倍至数十倍以上，因而会出现过量放热现象，极 易导致爆炸；其次，阴离子聚合不能接触水、醇、胺等含活泼氢化合物，也不 能接触空气，给本体阴离子聚合的取样带来了极大的不便。至今为止，有关高 温阴离子本体聚合反应动力学的研究仍未见任何报道，对阴离子本体聚合的理 论研究以及工业化应用形成了极大的障碍。

发明内容

本发明的目的之一是为了弥补现有技术的空白，设计了一套能在高温下研 究本体阴离子聚合反应动力学的反应装置，利用该装置可获取不同条件下烯烃 单体的反应动力学常数，对烯烃单体的本体阴离子聚合过程形成完善的认知， 促进本体阴离子反应挤出技术在工业上的推广应用。所述反应装置的技术方案 如下所述。

一种研究高温本体阴离子聚合反应动力学的装置，其中，它包含以下设备：

单体输送部分，其由恒定罐内气压的氩气袋、单体储料罐、驱使单体流动 及精确控制单体体积流量的第一计量输送泵以及可控制管道压力的背压阀，通 过管道依次连接而成；

引发剂输送部分，其由恒定罐内气压的氩气袋、引发剂储料罐、驱使引发 剂流动及精确控制引发剂体积流量的第二计量输送泵，通过管道依次连接而成；

混合装置，其为一段可使通过背压阀后的单体以及通过第二计量输送泵的 引发剂在该处混合的管内径在流动方向上交替变化的金属管；

反应部分，其包括一根通过管道连接所述混合装置的螺旋形金属管，以及 对所述螺旋形金属管进行稳定且精确温度控制的温控装置；

接收装置，该接收装置为连接所述反应部分终端的盛有产物、溶剂和反应 终止剂的容器。

其中，所述混和装置内的金属管由不锈钢制成，该金属管由粗径段和细径 段以一替一的形式组成，所述粗径段的内径范围是3mm-10mm，所述细径段的 内径范围是0.5mm-5mm，所述粗径段与所述细径段的交替次数为3-12次，所述 金属管的总长度为8-16cm。优选的，所述金属管的粗径段的内径范围是 3mm-6mm，细径段的内径范围是1mm-3mm，粗径段与细径段的交替次数为8-10 次，所述金属管的总长度为12-14cm。