[发明专利]一种聚合方法,设备和聚合物

说明书

本发明涉及一种用于生产干的聚合物的喷射聚合方法和设备和有新颖的物理特性的聚合物。更具体地说，本发明涉及一种在控制气氛中，从液态的单体源连续地生产包括所要求的粒度、形状和密度的聚合物颗粒的基本上是干的聚合物颗粒粉末的聚合方法。

通过逐步聚合法和链型聚合法可以合成聚合物在本领域是已知的。链型聚合法是通过被称为引发剂的一种或几种化合物所产生的活性基来引发。通常，单体对产生链型聚合的反应中心的类型显示出不同程度的选择性。虽然速率不同，但是一些单体在阴离子和阳离子引发剂之间显示出高的选择性，而许多单体将进行游离基引发剂引发的聚合。在游离基引发剂存在下，将进行聚合成高分子量聚合物的单体的类型的实例包括：乙烯；1，3-二烯烃；苯乙烯；卤代烯烃；乙烯基酯类；丙烯酸酯类；甲基丙烯酸酯类；丙烯腈；甲基丙烯腈；甲基丙烯酸酯类；丙烯腈；甲基丙烯腈；丙烯酰胺；甲基丙烯酰胺；N-乙烯基咔唑；N-乙烯基吡咯烷酮。

大体上，游离基引发的聚合状况，或是均相聚合或是多相聚合，这由起始反应混合物是均相或多相来决定。但是，由于聚合物在反应介质中的不溶性，当聚合进行时，一些均相反应体系可以变成多相反应体系。通常，本体和溶液聚合法是均相聚合法，而悬浮聚合法和乳液聚合法是多相聚合法。所有的单体都可以通过各种聚合方法中的任何一种来进行聚合，但是，从工业角度考虑，人们常常发现，具体单体的聚合最好是通过上述方法的一种或两种来进行。

纯单体的整体或本体聚合提供了最简单的且产品污染最小的聚合方法。但是，由于游离基链型聚合的特性，本体聚合难于控制。本体聚合法是高度放热的，且涉及高的活化能，并有向凝胶效果的倾向。这些特性使得热量的分散困难，因此，在本体聚合过程期间，要求严格地控制温度。再者，在较低转化率时，反应体系的粘度迅速地增加，因此要求使用精心设计的搅拌设备。局部的“热点”出现，可出现破坏、降解和变色的聚合物产品，并且由于聚合物分子间的链转移，可生成宽的分子量分布。在极端的情况下，也有聚合反应速率未控制的加速，可导至产生灾难性的远离反应类型的危险。

通过在溶剂(溶液聚合)中的单体聚合可以克服本体聚合的许多缺点。可以是水的溶剂起一种稀释的作用，且有助于聚合反应热的转移。溶剂可能是易于搅拌，因此就降低了反应混合物的粘度。虽然溶液聚合法的热量控制比本体或整体聚合法的容易，但是如果在聚合过程中和在随后的聚合反应过程中有除去溶剂的困难的话，那么聚合物的纯度可能会受到影响。

多相聚合法广泛地用于控制常常与均相聚合法有关的热粘性的一些问题。沉淀聚合法是一种多相聚合法，它开始象均相聚合法一样，但是后来转化成多相聚合。在整体或在溶液(通常水溶液，但有时是有机溶液)聚合法中的单体生成在反应介质中不溶的聚合物。沉淀聚合可以认为是粉末或粒状聚合，因为在聚合过程中生成并得到了最后的聚合物产品。在沉淀聚合法中所使用的引发剂溶于起始的反应介质，随着反应的继续进行，单体吸收进入聚合物颗粒。

悬浮聚合法也称为成珠状或成珠聚合法，是通过将单体(分散相)作为小滴(50-500μm直径)悬浮在水中(连续相)来进行。在许多聚合反应过程中水与单体的比率一般约在1∶1-4∶1的范围内改变。由于搅拌的作用和悬浮稳定剂存在、也称为分散剂或表面活性剂的存在，基本上转化成聚合物颗粒的单体小滴并不聚结。稳定剂可以是水溶性的聚合物或水不溶性的无机粉末。悬浮稳定剂一般所使用的量小于0.1％(wt)的水相量。在悬浮聚合法中，如果没有搅拌，就不能够维持两相悬浮体系。

悬浮聚合引发剂溶于单体小滴，并称为油溶性引发剂。在高浓度的水溶性稳定剂存在下，悬浮聚合用于生产小粒度颗粒的似胶乳的分散体。这种悬浮聚合可以称为分散聚合。反微悬浮聚合包括有机溶剂作为纯净的或溶在水中的水溶性单体的连续相。反分散体指的是包含有机溶剂作为产生不溶聚合物的溶解单体引发剂连续相的体系。

乳液聚合包含乳液状的，即胶态的分散体的单体的聚合。乳液聚合在聚合进行的类型和在更小的粒径方面、所采用的引发剂的种类及聚合物的分子量由反应参数决定这些方面与悬浮聚合不同。对大多数的聚合方法，聚合反应速率和聚合物分子量间存在相反的关系。通过使用链转移剂而不改变聚合反应速率可显著降低聚合物的分子量。通过降低引发剂的浓度，或通过降低反应温度来仅通过降低聚合反应速率，可以大大地提高分子量。