[发明专利]研究剪切作用下本体自由基聚合反应动力学的装置及方法

说明书

本发明涉及研究剪切作用下本体自由基聚合反应动力学的装置及方法，属于高分子化学技术领域。包括同心圆筒反应釜，同心圆筒反应釜由圆柱状转轴和圆柱状筒体组成，圆柱状转轴位于圆柱状筒体内，圆柱状转轴外接电机，电机用于驱动圆柱状转轴在圆柱状筒体内转动，以提供圆柱状筒体内溶液的均匀剪切环境；圆柱状筒体上设置有进料口、排气口及多个取样口，进料口用于单体和引发剂的进料，多个取样口分别通过管道与取样容器连接，取样容器用于接收聚合反应后的聚合溶液，同心圆筒反应釜在反应期间置于油浴加热装置中。本发明装置能提供精确剪切速率及精准温控，从而可以研究剪切作用下本体自由基聚合反应动力学。

技术领域

本发明涉及高分子化学技术领域，尤其是涉及一种研究剪切作用下本体自由基聚合反应动力学的装置及方法。

背景技术

自由基聚合反应主要以带不饱和双键的烯类单体作为原料，用自由基引发，从而使链增长自由基不断增长。在聚合反应中期，反应速率会出现快速增加的现象，也即常见的自动加速效应。自由基聚合是工业应用最为广泛的一种聚合方式，关于其反应动力学的研究也被广泛报道。

膨胀计法是最常用的研究自由基聚合动力学的方法之一，例如P R.等(The viscosity effect on autoacceleration of the rate of free radicalpolymerization,Polymer Engineering and Science,1981,21:792-796)以十二烷基硫醇为链转移剂，过氧化二苯甲酰为引发剂，在膨胀计中研究了甲基丙烯酸甲酯的聚合动力学。V.等(Analysis of DSC curve of dodecyl methacrylate polymerization by two-peak deconvolution method,Journal of Thermal Analysis and Calorimetry,2010,101:1059-1063)通过差示扫描量热仪研究了甲基丙烯酸十二烷基酯的本体自由基聚合的动力学。G A.O’Neil(A Critical Experimental Examination of the Gel Effect inFree Radical Polymerization:Do Entanglements Cause Autoacceleration？Macromolecules,1996,29:7477-7490)等采用一种特制试管研究了苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的自由基聚合动力学。该试管用橡胶塞进行密封，通过氮气流清除氧气，实验时将试管放入恒温水浴中，并在一根管内装有热电偶导线。在不同的时刻从水浴中取出试管，用液氮冷冻以停止反应。最后通过称量法计算聚合转化率。

然而，对例如反应挤出聚合等聚合物制备技术而言，聚合体系自始至终会受到强烈的剪切作用，而上述研究聚合动力学的方法都并未考虑剪切作用这个因素对自由基聚合过程的重要影响。此外，在膨胀计、差示扫描量热仪、试管乃至烧瓶等装置中实施的本体自由基聚合，由于缺乏搅拌，体系的传质效果较差，更重要的是反应体系的传热会存在不均匀的情况。

M.Cioffi等(Reducing the gel e！ect in free radical polymerization,Chemical Engineering Science,2001,56:911-915)曾报道过在锥板式流变仪及螺旋管流变仪中进行的苯乙烯与甲基丙烯酸正丁酯的聚合动力学研究。K V K.Boodhoo等(Influence of centrifugal field on free-radical polymerization kinetics,Journal of Applied Polymer Science,2002,85:2283-2286)利用一个旋转圆盘反应器研究了离心力对自由基聚合动力学的影响。然而，以上研究装置和方法却不能进行定时取样，因而也缺乏获得各动力学参数的方法。因此，为了拓展自由基聚合在剪切作用下的理论研究，继而促进反应挤出自由基聚合技术的工业化应用，有必要开发一种提供精确剪切速率的研究自由基聚合动力学的装置以及与此相匹配的聚合动力学研究方法。

发明内容