[发明专利]通过悬浮聚合制备均一粒径的聚合物珠粒的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及通过悬浮聚合制备均一粒径的聚合物珠粒的方法和设备。

背景技术

通过悬浮聚合制备均一粒径(UPS)的聚合物珠粒的方法通常通过以下方式进行：通过毛细孔将含有引发剂的聚合单体的有机相喷入含有悬浮稳定剂的不混溶性液相中，以在该液相中形成单体液滴，然后将使单体液滴聚合成聚合物珠粒。通常将聚合物珠粒转化为各种离子交换树脂。阳离子交换树脂通过磺化聚合物珠粒制得，而氯甲基化和胺化聚合物珠粒将提供阴离子交换树脂。在丙烯酸阳离子交换树脂的情形中，在丙烯酸聚合后进行丙烯酸阴离子交换树脂的后续水解和氨解。离子交换树脂具有广泛应用，例如可用于各种水处理应用、脱氧或脱碱应用、污染物或杂质的脱除、糖或水的脱色，或者金属的回收。

Koestler和Robin(US3922255)描述了一种通过悬浮聚合制备均一粒径的聚合物珠粒的方法，所述方法包括：使单体液体通过具有小孔的穿孔盘从第一柱(液滴形成柱)的一端进入第一柱，使单体不混溶性水性液体从第一柱的所述端同向进入，使含有液滴的液体从第一柱的另一端进入第二柱(凝胶柱)的上部并且将向下流动的水性流同向引入第二柱的上部以使所述液滴部分聚合，使分散在水性液体中的部分聚合的液滴由第二柱的下部流入分离容器中以使液滴重力分离，并浓缩水性液体中的液滴，并使相对浓缩的液滴浆由分离容器流向搅拌聚合反应器的储罐，其中将液滴进一步聚合为聚合物珠粒。

上述方法需要用于形成和浓缩液滴的大量装置，即液滴形成柱、用于部分聚合和稳定液滴的凝胶柱，和用于浓缩液滴和形成液滴浆的分离容器。由于需要大量装置，因此用于实施该方法的装置配置的成本非常高。由于单体、水性溶液和液滴以复杂的之字形方式通过一系列装置，因此实施该方法的周期时间也较长。此外，单体相和水性相分别由液滴形成柱的底部和侧部进入液滴形成柱，并且在凝胶柱中，含有液滴的液体由其侧部进入，而水性流由其顶部进入。结果，在液滴形成柱和凝胶柱中存在妨碍液滴流动和聚结的可能，由此会影响液滴的均一性，并且最终会影响聚合物珠粒的均一性。

Lange和Striiver(US4427794)描述了一种具有经改善的均一粒径和均一品质的聚合物珠粒的制造方法，所述方法包括：使用同心双喷嘴将单体溶液和与单体溶液不混溶的水性溶液由反应柱的底部同向供给至反应柱中。所述柱包括液滴形成部分、包封部分和壳硬化部分。在反应柱的液滴形成部分中，在水性溶液中形成单体的液滴。通过将包封和壳硬化成分由反应柱的侧部供给至反应柱的相应部分中，液滴将在反应柱的包封和壳硬化部分中分别进行包封和硬化。反应柱的不同部分的温度不同，并且独立地由监控装置控制。使经包封且壳硬化的液滴由反应柱向下流动进入聚合容器中。由于受到包封，液滴在聚合容器中的搅拌过程中将是稳定的，液滴于其中将进一步聚合为聚合物珠粒。聚合后除去包封物。

在上述方法中，单体液滴在同一反应柱的不同部分中形成、进行包封和壳硬化，并且反应柱各个部分的不同温度独立地受控于监控装置。此外，该方法涉及液滴壳的脱除。由于所有这些因素，周期时间将延长，并且该方法的实施十分昂贵、困难和繁琐。温度监控装置会增加反应柱的资金和维护成本并降低可靠性。由于反应柱各个部分之间的温度梯度，液滴可能经历热冲击。还存在因来自反应柱侧部的包封和壳硬化成分的流动而妨碍液滴流动和聚结的可能。液滴的热冲击和聚结将降低聚合物珠粒的均一性。

Timm(US4444961)教导了制备均一粒径聚合物珠粒的方法和设备。通过使包含聚合性单体的单体相通过具有多个小孔的孔板流入包含与所述单体不混溶的液体和稳定剂的连续悬浮相，形成具有层流特性的单体射流。单体射流受振动激励，以将其吐出为包含单体的液滴。液滴在聚合容器中聚合为球状聚合物珠粒。

振动激励通过如机械、电声、水声或电磁振动器或磁阻换能器等振动装置提供给单体射流，所有这些装置就资金投入、维护和能耗而言均提高了成本，并且也降低了可靠性。由于振动激励，还存在液滴聚结从而降低聚合物珠粒的粒径分布均一性的可能性。此外，所述液相由设备的侧部进入设备，而所述单体相射流通过设备底部的孔板沿向上的方向进入液相。也由于这一点，存在妨碍液滴的流动和聚结进而降低聚合物珠粒的粒径分布均一性的可能。