[发明专利]一种基于微反应量热仪的聚丙烯酸反应聚合焓变测定工艺

说明书

本发明公开了一种基于微反应量热仪的聚丙烯酸反应聚合焓变测定工艺，包括以下步骤：通过微通道反应模块、局部量热模块、连接配件、物料输送装置的组合，形成连续流微反应量热仪；配置反应溶液；利用三种不同尺寸的管道将配置的焦亚硫酸钠溶液、过硫酸钠溶液以及丙烯酸溶液送入连续流微量热仪内；反应物预热；混合反应；将反应过程中的温度和将反应释放的热量转化为电信号；在70℃下，以允许过硫酸钠的热启动产生自由基，与溶液中的丙烯酸相互作用；通过核磁氢谱计算得反应体系不同含量引发剂下聚丙烯酸的产率。该基于微反应量热仪的聚丙烯酸反应聚合焓变测定工艺，提高了反应效率并得到了较高的产率及最佳产率下的聚合反应焓值。

技术领域

本发明属于丙烯酸聚合反应连续流工艺技术领域，具体涉及一种基于微反应量热仪的聚丙烯酸反应聚合焓变测定工艺。

背景技术

聚丙烯酸是通过丙烯酸单体聚合而得到的，在实际的生产生活中，具有广泛的应用前景，常用于吸附剂，除锈剂，絮凝剂等领域，通常情况下，丙烯酸因在水中具有良好的溶解性，所以常在水溶液中进行聚合得到聚丙烯酸。而目前，丙烯酸聚合主要采用釜式间歇工艺，但在传热和传质上会有一定的局限性，如反应速度较慢，易造成局部热量累积，甚至出现反应失控等事故。因此，为了改善上述缺陷，需要聚丙烯酸反应聚合焓变测定。

但是，现有的，以丙烯酸为原料，过硫酸钠和焦亚硫酸钠为引发剂，用于研究微反应量热仪中聚丙烯酸的连续流合成工艺时，由于该反应加入的引发剂都是化学性较强的过氧化物，且反应需要在高压下进行，因此，若采用传统釜式间歇操作容易造成反应釜局部过热或压力骤增，存在较大的安全隐患和产物堵塞的缺陷，且普通的管道反应器又难以克服非均相的传质障碍，造成产物产率偏低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微反应量热仪的聚丙烯酸反应聚合焓变测定工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于微反应量热仪的聚丙烯酸反应聚合焓变测定工艺，包括以下步骤：

S1、通过微通道反应模块、局部量热模块、连接配件、物料输送装置的组合，形成适用于本聚合反应的反应量热系统，即形成连续流微反应量热仪；

S2、配置反应溶液：室温下，按照物料配比将焦亚硫酸钠，过硫酸钠配置成溶液；

S3、利用三种不同尺寸的管道将配置的焦亚硫酸钠溶液、过硫酸钠溶液以及丙烯酸溶液送入连续流微量热仪内；

S4、反应物预热；

S5、混合反应；

S6、通过微流控芯片和帕尔贴元件来将监测反应过程中的温度和将反应释放的热量转化为电信号；

S7、将实验温度设置在70℃，以允许过硫酸钠的热启动产生自由基，与溶液中的丙烯酸相互作用，包括以下步骤：

A1、利用酸碱反应对装置进行校准和验证；

A2、研究反应体系固含量即氢氧化钠、焦亚硫酸钠和过硫酸钠为10％、20％、30％、47％时的聚合及其热效应；

S8、通过核磁氢谱计算得反应体系不同含量引发剂下聚丙烯酸的产率，得到引发剂含量对聚丙烯酸产率的影响。

作为进一步的优选方案，所述S1中连续流微反应量热仪包括通过不锈钢板所形成的反应室与参考室，所述反应室与参考室内均安装有热电堆，热电堆上固定有蛇形微通道，所述不锈钢板的外围设置有绝缘泡沫，所述绝缘泡沫与所述不锈钢板之间设有传热层，所述绝缘泡沫的下端面设置有外接恒温循环油浴系统的换热孔道进口与换热孔道出口。

作为进一步的优选方案，所述热电堆为帕尔贴元件组成，且所述S1的连续流微反应量热仪规格为：微通道特征尺寸R＝2mm；帕尔贴元件组成的量热敏感区域50mm×50mm；反应器比表面积2500m2/m3；换热系数1700kW/(m2·K)。