生产接枝聚烯烃的方法、螺杆挤出机及接枝聚烯烃
技术领域
本发明涉及一种新颖的聚烯烃功能化接枝新工艺、实施该工艺的设备,以及通过该工艺得到的接枝聚烯烃产品。
背景技术
聚烯烃具有优良的机械性能、加工性能及回收性能,已被广泛应用于消费品及工业产品生产。但聚烯烃的非极性特性又限制了其与极性材料的相容性和粘接性能,因而限制了其在更广泛领域的应用。为克服这一缺点,人们已提出了多种方法来对聚烯烃进行改性,以实现其功能化,进而增强与极性材料的粘接性。
聚烯烃改性方法中很重要的一种是聚烯烃接枝功能化,或称聚烯烃功能化接枝、聚烯烃接枝,即在聚烯烃分子链上连接极性官能团。最常用的接枝方法是采用自由基机制对聚烯烃分子链进行极性官能团的接枝改性。接枝改性常用的引发剂为过氧化物类引发剂,比如过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷等;官能团供体,或称接枝单体、反应单体、功能单体,通常为小分子的α,β-不饱和羧酸或酸酐,比如丙烯酸、顺丁烯二酸酐等。
聚烯烃自由基接枝通常采用溶液聚合物反应和本体聚合物反应两种方法。溶液聚合物反应,可以很好地控制反应动力学,但产物需要进行后处理,同时大量溶剂的使用会严重影响环境,因此溶液法在生产成本及其环保方面均不占优势。此外,溶剂链转移反应(thechain transfer reactions to the solvent molecules)降低了引发剂和反应单体的利用率,使反应终产物的接枝率偏低。所以溶液聚合物反应已经逐步被其他方法所取代。本体聚合物反应除了能克服上述溶液聚合物反应的缺点外,还能利用反应挤出实现连续式生产,提高了生产效率,减少了产品后处理工序。
反应挤出(reactive extrusion)用于聚烯烃功能化改性的主要原理为:在挤出机的进料区添加聚烯烃、接枝单体和引发剂等原料。在塑化区实现原料粒子的塑化熔融,实现反应原料间的混合均化。同时当物料温度达到一定值时引发剂分解并引发接枝反应。但是如果温度过高或者剪切过大,则根据聚烯烃的性质引发聚合物交联或者聚合物降解等副反应。副反应的发生将影响产品的基本性能,产生凝胶点(gels)和碳化点(char specks),降低熔体粘度,进而影响产品的应用。
可用于反应挤出的设备包括各种挤出机,如:单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、三螺杆挤出机及行星式多螺杆挤出机等。在反应挤出过程中,聚合物反应原料的熔融一般通过两个步骤实现。以双螺杆挤出机为例,第一步,聚合物反应原料与加热的机筒进行热交换,在粒子表面形成软化熔融膜;第二步,软化的粒子经过捏合段(即捏合模块),在强大的剪切力下机械能转化为热能,同时物料从固态转化成熔融态。捏合模块中粒子所受的剪切力分布极不均匀,即捏合模块螺棱处的物料所受的剪切力最大,而靠近中心部位的物料所受的剪切相对较小。这种天然存在的剪切力分布是造成物料受热不均以及过热现象的根本原因。在反应挤出中,如果物料过热,会导致严重的聚合物交联或降解副反应。在高温条件下,这些副反应将导致产品凝胶化和碳化,同时降低产物的粘度并影响其加工流动性能。
就挤出机中温度的控制而言,通常情况下,挤出机同时利用机筒的加热棒式电加热元件和机筒的钻孔式室温冷凝水系统来间歇地控制物料的温度。然而,在吨级生产线上,由于设备的比表面积较小,因此加热和冷凝模块(尤其是冷凝模块)很难实现对在强大剪切力作用下的物料进行有效控温,物料过热现象尤为明显,特别是在捏合模块中。这也是温敏性挤出放大生产困难的主要原因之一。在反应挤出中,反应温度失控将直接改变主副反应的反应动力学,过高的反应温度导致引发剂爆炸式分解,进而引起严重的聚合物交联或降解副反应。这些副反应直接导致产品在后续加工中出现凝胶点和碳化黑点。因此,利用反应挤出进行聚烯烃功能化接枝必须严格控制工艺参数,包括反应温度、反应物料间的混合均匀度、反应时间等,尤其是反应温度。
EP0713891B1公开了一种烯烃的接枝方法,其使用了不饱和羧酸酸酐作为反应物,加入引发剂,并用挤出机挤出,并将温度控制在50~250℃,在一定程度上减少了未反应的单体数量。
同样,为了提高反应效率,也有如US4753997那样选用催化剂的,在一定程度上可以提高接枝率,但催化剂在反应后很难从反应体系中排出。
此外,US4857600公开了一种烯烃接枝反应方法,将反应区的反应温度沿螺物料运行的方向控制在200~250℃,进而提高反应效率。除了更改反应参数,也有技术人员特别设计了挤出机的结构用于辅助接枝反应,例如,US4268176公开了一种挤出机,其将挤出机的螺杆分为三段,长度依次递减,以此使进料变的容易,并可分散内部压力,使原料在挤出机内的输送过程更为流畅。WO/2005/049750所公开的挤出机,其螺杆上设置有与主方向相反的齿轮,可以使挤出机内部的物料往复输送数次,其混合更为均匀,反应更为充分。通过改变对挤出机螺杆的设计一定程度上可以平衡反应体系内的温度。
再例如,US5510073公开了一种更为复杂的行星式挤出机,其主螺杆周围排布多组粗细不同的行星螺杆,且挤出机机筒内壁上也设置有齿轮,可以施加剪切力的点比普通挤出机多出很多,施力点更多,剪切时的作用力更均匀,按照这样的挤出机设计,也能够使原料内部的热量分布差异更小。
但是,包括这些专利文献在内的现有技术尚没有公开采用何种技术手段能够在提高接枝效率并控制接枝率的同时来降低接枝聚烯烃产品中的凝胶含量和碳化杂质含量,虽然以上的数篇文献提出了种种使原料在挤出机内混合更为均匀,或是剪切力更为均匀的方法,但不足以防止由物料过热现象引发的副反应。
发明内容
为了克服现有技术的不足之处,尤其是克服现有的反应挤出工艺中聚烯烃接枝产品易发生凝胶化和碳化的缺陷,本发明提供了一种生产成本低、工艺参数易于控制、聚烯烃接枝产品质量好的本体聚合物反应新工艺。
本发明公开了一种生产接枝聚烯烃的方法,使聚烯烃、接枝单体和引发剂在螺杆挤出机中混合并进行接枝反应,其特征在于,所述挤出机的至少一根螺杆的转轴中设有可流通热交换介质的管道,所述管道与热交换循环系统相连接,在进行接枝反应时,所述热交换介质在流入所述转轴时的温度T1与流出所述转轴时的温度T2的差值小于25℃。
此种设计可以进行连续控温,上述差值更优选不超过20℃,更优选不超过15℃,更优选不超过10℃,最优选不超过5℃。
对于多螺杆挤出机行星式螺杆挤出机等,优选在全部螺杆中通入热交换介质,或根据需要只在易产生热量不均的位置的螺杆中设置流通热交换介质的管道。
热交换介质的沸点一般高于反应温度,优选导热系数较高、价格和粘度较低的油;相比非连续的间歇流动,连续流动的热交换介质的传热效果更好,控温精度更高。
根据本发明的另一个方面,
若T1大于T2,则增大所述热交换介质的单位时间的流量,和/或在流入前使热交换介质的温度降低并提高螺杆剪切力,以降低所述差值;
若T1小于T2,则增大所述热交换介质的单位时间的流量,和/或在流入前使热交换介质的温度升高并降低螺杆剪切力,以降低所述差值。
由于挤出机的各段温度不同,例如物料刚进入挤出机时温度较低,随后温度会随着挤出过程逐步升高,若热交换介质温度足够低,例如低于物料的进料温度,则是对各段物料均起到冷却作用,若是热交换介质温度足够高,例如大幅高于反应温度时,则是对各段物料均起到加热作用,若热交换介质温度适中,例如介于反应温度和进料温度之间,或介于反应温度与出料口温度之间,则可同时对低温时的物料起加热作用,而对高温中的物料起到冷却作用。
而机筒由于可以分段,所以优选根据不同段控制加热或冷却,但也可以不分段或不用热交换介质的手段,而是用传统方式控温。
所以此处的热交换介质是“加热介质”还是“冷却介质”,是指该热交换介质在挤出机中全程所起到的是加热作用还是冷却作用,若热交换介质进入螺杆前温度T1高于从螺杆流出时的温度T2,则起到加热作用,是加热介质,若热交换介质进入螺杆前温度T1低于从螺杆流出时的温度T2,则起到冷却作用,是冷却介质。
若所述热交换介质是加热介质,该介质总体上可向螺杆和物料贡献一部分热量,此时达到反应温度所需的热量一部分由热交换介质提供,螺杆的剪切力就可以相对降低,此时,若上述差值偏大,说明反应系统内温度出现失衡,挤出机内的热量暂时不足,此时可以通过加快热交换介质的流量提高热量供给,也可以将螺杆转速加大,使机械能转化为热能,而螺杆提高转速时,往往其控制不会很精密,会出现机械能转化量过多的情况,所以同时配合降低热交换介质的温度,可减少热交换介质向挤出机的热量供给,最终将热交换介质进入和流出螺杆间的温度差值控制在一个指定范围内,实现稳定控温,使反应温和有序地进行。若所述热交换介质是冷却介质,该介质总体上可从螺杆和物料带走一部分热量,此时达到反应温度所需的热量主要由螺杆机械能转换为热能而提供,螺杆的剪切力就需要相对提高,此时,若上述差值偏大,说明反应系统内温度出现失衡,挤出机内的热量暂时过剩,此时可以通过加快热交换介质的流量提高冷却效率,也可以将螺杆转速降低,使机械能转化为热能的过程变缓,而螺杆降低转速时,往往其控制不会很精密,会出现机械能转化量过低的情况,所以同时配合提高热交换介质的温度,可减少热交换介质从挤出机流出热量的速度,最终将热交换介质进入和流出螺杆间的温度差值控制在一个指定范围内,实现稳定控温,使反应温和有序地进行。
螺杆中的热交换介质一般都是用作加热介质,少数情况下是冷却介质,在温度调节中,极少情况下热交换介质可在加热介质和冷却介质间转换。例如,上述差值在0℃附近正负转换时就会出现上述情况。
根据本发明的另一个方面,所述挤出机机筒上设有连续控温装置。
所述连续控温是指,机筒上各个区段上都根据需要设有若干控温区域或位置,在控温时不会导致局部温度过高,影响反应效果。通过机筒和螺杆上的不同位置的控温,可以使控温精度更高,降低螺杆附近与机筒附近的温度差,其中机筒和螺杆上都可采用连续的控温方式,提高控温精度,该连续的控温方式可以采用连续流动的热交换介质等,同时采用计算机程序化控温控制介质温度等。
例如,该连续控温装置可以使用与上述相同的流通热交换介质的管道,其进出口温度差值也可参照上述方式设置,例如25℃内,更优选不超过20℃,更优选不超过15℃,更优选不超过10℃,最优选不超过5℃。
也可以在螺杆各个需要控温的区段设置检测装置,并分析检测装置返回的数据,以分析结果为依据改变流通的热交换介质的温度或流动速度,控温方式除了热交换介质以外,采用电(或电磁)加热,或在机筒内使用流动的热交换介质,或改变螺杆转速等方法均可。
螺杆和机筒可以采用相同的控温方式,也可以不同,由于机筒可分段,而且机筒外侧面积较大,机筒上可进行加热或冷却的位置也较多,因此可选的控温方式也较多,但优选机筒和螺杆都采用流通热交换介质的方式进行加热,例如,可以按挤出机功能区域分段设置管道,用不同温度的热交换介质分别控温,也可不分段。
机筒也使用连续热交换介质控温时,其控温相对于螺杆更为容易,一般上述差值较容易被控制在5℃以内,而螺杆若要控制在5℃内需要的控制精密度会大幅提高,因而根据需要,一般将上述差值控制在25℃内即可,而只对需要高精度控温的反应,根据需要缩小上述差值范围即可。
根据本发明的另一个方面,所述挤出机的比表面积(挤出机跟物料的接触表面积与设备所能容纳物料的体积的比值(surface-to-volume ratio))大于0.05mm-1,更优选大于0.1mm-1,再更优选大于1mm-1。在挤出过程中热交换的有效性以及反应物料的混合均化效果很大程度上取决于物料在挤出设备的比表面积。比表面积越大,物料表面翻新效率越高,设备的共混和控温效果越高,不同区域物料间的温差越小,反应挤出的可控性越高。
根据本发明的另一个方面,所述原料在挤出机内的平均停留时间为所述引发剂半衰期的1~6倍。在本发明的生产接枝聚烯烃的方法中,为了保障较高的接枝效率和可控的接枝率,应控制反应物料添加速度,使得物料在挤出机设备内保持一定的停留时间,以便充分进行接枝反应。通过设计挤出机内的螺杆组合、设置机筒长度、机筒温度、螺杆转速、物料添加速度等,可控制物料在挤出机设备内的平均停留时间。物料在挤出机内的平均停留时间最好是引发剂半衰期的2~4倍,更优选2.5~3.5倍,更优选3倍。
本发明还公开了一种由上述方法生产的接枝聚烯烃。
本发明还公开了一种螺杆挤出机,所述挤出机的至少一根螺杆的转轴中设有用以在反应时流通热交换介质的管道,所述管道与热交换循环系统相连接;
所述挤出机在工作时,所述热交换介质在通入所述转轴时的温度T1与流出所述转轴时的温度T2的差值小于25℃。
更优选不超过20℃,更优选不超过15℃,更优选不超过10℃,最优选不超过5℃。
通过上述设计,可以更好地平衡挤出机内的温度,热交换介质的沸点一般高于反应温度,优选导热系数较高、价格和粘度较低的油。在螺杆内部进行加热,可以降低使物料熔融所需要的最大剪切力,从而使剪切力的分布范围更小,因而更为均匀。相比非连续的间歇流动,连续流动的热交换介质的传热效果更好,控温精度更高。
根据本发明的另一个方面,
若T1大于T2,则增大所述热交换介质的单位时间的流量,和/或在流入前使热交换介质的温度降低并提高螺杆剪切力,以降低所述差值;
若T1小于T2,则增大所述热交换介质的单位时间的流量,和/或在流入前使热交换介质的温度升高并降低螺杆剪切力,以降低所述差值。
该控温原理与上述反应方法中的描述相同。
根据本发明的另一个方面,所述挤出机机筒上设有连续控温装置。所述连续控温是指,机筒上各个区段上都根据需要设有若干控温点,在调温时不会导致局部温度过高,影响反应效果。
其中机筒和螺杆上都可采用连续的控温方式,提高控温精度,该连续的控温方式可以采用连续流动的热交换介质等,也可以采用计算机辅助的程序化控温方式等。通过机筒和螺杆的协同控温,降低挤出机内物料的径向温度差,实现更高精度控温的目的。
例如,该连续控温装置可以使用与上述相同的流通热交换介质的管道,其进出口温度差值也可参照上述方式设置,例如25℃内,更优选不超过20℃,更优选不超过15℃,更优选不超过10℃,最优选不超过5℃。
或者可以在螺杆各个需要控温的区段设置检测装置,并分析检测装置返回的数据,以分析结果为依据改变流通的热交换介质的温度或流动速度,加热方式除了热交换介质以外,采用电加热,或在机筒内使用流动的热交换介质,或提高螺杆转速等方法均可。
螺杆和机筒可以采用相同的控温方式,也可以不同,由于机筒可分段,而且机筒外侧面积较大,机筒上可进行加热或冷却的位置也较多,因此可选的控温方式也较多,但优选机筒和螺杆都采用流通热交换介质的方式进行加热,例如,可以按挤出机功能区域分段设置管道,用不同温度的热交换介质分别控温,也可不分段。
机筒也使用连续热交换介质控温时,其控温相对于螺杆更为容易,一般上述差值较容易被控制在5℃以内,而螺杆若要控制在5℃内需要的控制精密度会大幅提高,因而根据需要,一般将上述差值控制在25℃内即可,而只对需要高精度控温的反应,根据需要缩小上述差值范围即可。
通过这样的设计,可以更好地平衡挤出机内的温度,热交换介质的沸点一般高于反应温度,优选导热系数较高、价格和粘度较低的油。在螺杆内部进行加热,可以降低使物料熔融所需要的最大剪切力,从而使剪切力的分布范围更小,因而更为均匀。
根据本发明的另一个方面,所述挤出机比表面积(挤出机跟物料的接触表面积与设备所能容纳物料的体积的比值(surface-to-volume ratio)大于0.05mm-1,优选0.1mm-1,更优选大于1mm-1。
本发明还公开了一种由上述挤出机生产的接枝聚烯烃。
由本发明所述的方法或设备生产的接枝聚烯烃,其接枝率可控,接枝效率较高,可极力避免鱼眼、凝胶等影响产品性能的现象产生。
在本发明中,多螺杆挤出机共同使用的效果好于单螺杆挤出机,最优选行星挤出机,可以获得更高的挤出效率,物料与设备(螺杆+机筒)接触的比表面积更大,多螺杆或行星式螺杆组合还可以提高设备的自我清洁能力,减少挤出中的死体积。
本发明的螺杆内置控温系统,可以连续地加热或冷却,加快热量传递,控温精度更高,同时,机筒上也设有控温装置,可用于连续地加热或冷却,多方面协同,进一步提高控温精度,有效降低不同区域的物料在反应时的温差。
本发明通过精确控制反应物料温度,实现接枝反应在持续恒定的温度范围条件下进行。同时大比表面积可保证反应本体温度的稳定和均一性。因此在保证反应接枝的同时,可以有效消除因过热效应导致的聚合物交联和降解反应。
附图说明
图1为反应接枝产物红外图谱。
其中,a对应实施例3,b对应实施例21,c对应实施例20,d对应实施例18。
1780cm-1为饱和顺丁烯二酸酐羰基非对称伸缩振动峰,1720cm-1为顺丁烯二酸酐羰基对称伸缩振动峰。以EVA为反应原料的接枝产物,其在1720cm-1处的吸收峰被酯键羰基上的吸收峰覆盖。从红外分析结果来看,反应挤出后LLDPE、EVA以及LLDPE和EVA的混合物都成功地接枝了顺丁烯二酸酐。
具体实施方式
本发明主要通过螺杆组合设计,机筒长度设置,热交换介质的选定以及工艺参数(比如反应温度、反应物料间的混合均匀度、反应时间等)的严格控制来制备性能优良的聚烯烃功能化接枝产品。这些参数与反应原料及产品质量要求比如接枝率密切相关。
本发明的技术方案是在挤出机中通过反应挤出工艺实现的。挤出类型可以为连续挤出或者是非连续挤出,优选连续挤出。
挤出机自加料端至机头一般分为进料、塑化(或称混炼、混合、捏合、均化、挤压)和出料3个区(段)。其中整个工艺过程包括固体输送,塑化熔融+混合均化,熔体输送和建压输出。接枝反应主要在塑化段及其之后进行,也就是塑化区和熔体输送区(主要是熔体输送区)。因此塑化段和熔体输送段的工艺参数控制尤其重要,直接涉及产品质量。
本文中有时将挤出机中的“区”、“段”或“区段”称为“模块”,它们是指挤出机中相同的部位或区域。比如,有时将“塑化段”称为“塑化模块”。
就整台挤出机的构成而言,挤出机由塑化系统、加热与冷却系统、传动系统和电气控制系统4个部分组成。本文中有时将挤出机的这些“系统”称为“模块”,它们是指挤出机的相同构成部分。比如,有时将“加热/冷却系统”称为“加热/冷却系统模块”。
本文中的术语“物料”在挤出机中的不同区时的组成是不相同的。其在进料区是指“反应原料”或称“反应物料”,即聚烯烃、引发剂、接枝单体的原料或者它们的混合物;其在塑化段是指反应原料与聚烯烃接枝产物的混合物;其在出料段主要是指聚烯烃接枝产物。这是本领域技术人员公知的。
本文中术语“接枝效率”是指功能单体接枝在聚烯烃中的量占功能单体在接枝反应中的加入总量,即功能单体的利用率。
本文中术语“接枝率”是接枝上的功能单体与聚合物质量的比值。
接枝效率和接枝率都反映了聚烯烃接枝反应的有效性。
本发明使用的挤出机螺杆内置有控温模块,即加热/冷却模块,例如,可以通过向空心螺杆内输入热交换介质控温。
塑化段,包括塑化工序和熔体输送工序,其工艺参数主要取决于原料聚烯烃、接枝单体、引发剂的种类以及投料比例。
本发明的工艺适用于绝大部分聚烯烃及其共聚物。聚烯烃包括但不限于:高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、茂金属催化低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、聚乙烯弹性体、聚丙烯、聚乙烯醋酸乙烯酯共聚物,以及它们中两种以上的混合物。
接枝单体的种类取决于聚烯烃的改性目的和功能化要求,通常为小分子的α,β-不饱和羧酸或酸酐,包括、但不限于:丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、顺丁烯二酸、顺丁烯二酸酐、衣康酸、衣康酸酐,以及它们中两种以上的混合物。
引发剂的种类取决于接枝单体的种类,通常为过氧化物,包括但不限于:过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯、过氧化-3,5,5-三甲基己酸叔丁酯、过氧化-2-三甲基己基碳酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔戊酯、4,4-二(叔丁基过氧)戊酸正丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷、二(叔丁基过氧异丙基)苯,以及它们中两种以上的混合物。
原料聚烯烃、接枝单体和引发剂的投料比例不仅取决于原料聚烯烃、接枝单体、引发剂的种类,而且取决于预期要达到的接枝效率或接枝率。
表1.本发明中用到的物料配比,给出的为质量份数比
此外,根据实际需要,本发明的工艺中的原料还可以包括抗氧化剂或氧化稳定剂,UV吸收剂,例如三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯的复合物等。
在本发明生产接枝聚烯烃的方法中,塑化段对原料进行塑化熔融和混合均化,通过本体聚合物反应实现接枝。为保障不产生凝胶化和碳化的接枝聚烯烃,并且控制接枝率、提高接枝效率,塑化段物料的最低温度应保障聚烯烃接枝反应能正常进行,同时塑化段物料的最高温度应低于引发聚合物交联或降解的温度。比如,以熔点为115~130℃的聚乙烯为例,选用适宜的引发剂后,塑化段物料的最低温度可以为115℃,优选130℃,更优选140℃,更优选150℃,更优选155℃,更优选158℃,更优选160℃;塑化段物料的最高温度可以为250℃,更优选230℃,更优选210℃,更优选200℃,更优选190℃,更优选185℃,更优选182℃,更优选180℃。
而且,应当精确控制塑化段的物料温度,实现接枝反应在持续恒定的温度范围条件下进行,即保证反应本体温度的稳定性和均一性,以便有效消除因过热效应导致的聚合物交联和降解反应。
然而,现有技术的挤出机很难实现精确而稳定地控制塑化段中物料的温度,因为仅具有传统的机筒间歇式加热/冷却系统难以精确控制螺杆高剪切物料而带来的局部过热。为了实施本发明的聚烯烃功能化接枝新工艺,发明人改进了挤出机的结构,从而提供出一种新的能够精确控制塑化段物料温度的挤出机。
本发明挤出机不仅具有传统的机筒加热/冷却模块,而且改变了传统的螺杆结构,使其具有内置的加热/冷却模块。与此同时所有控温模块均采用连续式控温模式,以克服传统间歇式控温模式导致的温度不稳定的缺点。通过利用挤出机机筒加热/冷却模块和螺杆内置加热/冷却模块的内外协同作用,增加了反应物料与控温装置的接触面积,同时连续式控温模式提高了热交换介质的控温精度,因此整个反应挤出体系达到了连续有效控制接枝物料反应温度的目的。在这个体系中,机筒和螺杆内的热交换介质通过热传递,保证精确控制反应物料温度,热交换介质可同时作用为加热介质和冷却介质。
通过这种设备结构上的改进,本发明可以提供一种生产成本较低的接枝聚烯烃生产方法,其可选择在预混合期间单独地对原料聚烯烃、引发剂或者接枝单体分别进行或者不进行额外的加工处理,优先选择不处理。也可选择将聚烯烃、引发剂或者接枝单体一步加料或者分阶段加料(比如中国专利申请号201210268380.8、中国专利申请号200610124032.8公开的那样),优先选择一步加料,进行本体聚合物反应。即将包含聚烯烃、引发剂、接枝单体的原料在挤出机中进料区经一次性加料,通过混合进行本体聚合物反应,就可产生没有凝胶化和碳化的接枝聚烯烃。其中,挤出机中塑化段的物料最高温度低于引发聚合物交联或降解的温度;物料在挤出机内的平均停留时间是引发剂半衰期的1~6倍。
发明人采用了不同的螺杆数目来试验控制聚烯烃功能化接枝。在相同条件下,双螺杆挤出机优于单螺杆挤出机,三螺杆挤出机优于双螺杆挤出机,行星多螺杆挤出机为最优。
相对于现有的本体聚合物反应法而言,本发明的工艺可得到质量更好的接枝聚烯烃产品,凝胶化和碳化不产生或者很小,接枝效率高,接枝率可控,因而经济效益更高,可保障下游产品的质量。
实施例
以下结合具体实施例,对本发明作进一步说明。应理解,以下实施例仅用于说明本发明而不用于限定本发明的范围。其中,如无特别说明,实施例中所用单位“份”是指重量份或质量份;所用单位“百分比”是指重量百分比或质量百分比。
实施例1
茂金属催化线性低密度聚乙烯接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料和设备
茂金属催化线性低密度聚乙烯,MFI=3.5g/10min(测试方法参照:ASTM D1238,测试条件:2.16kg/190℃),薄膜级,Dow。
顺丁烯二酸酐,通用。
引发剂(2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷(~92%,液体),AkzoNobel,其在156℃下的半衰期为0.1h,170℃下的半衰期为90s。
行星式螺杆挤出机,具有机筒加热/冷却模块和螺杆内置加热/冷却模块,其中所有加热/冷却为连续模式,热交换介质为油。
制备工艺
步骤一,混料:按质量分数计将50kg(100份)的聚乙烯、0.5kg(1份)的顺丁烯二酸酐、0.015kg(0.03份)的引发剂进行配料,使用混合机混合均匀。
步骤二,生产:将上述物料加入行星挤式多螺杆挤出机中,设定螺杆转为60rpm,进料温度25℃,中心螺杆温度160℃,塑化反应温度为160℃,塑化区物料温度为178℃,出料温度196℃,物料最短停留时间为108秒。本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在18℃,其进口温度高于出口温度,若温差过大则提高热交换介质流速,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在2℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.95mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=0.33g/10min
接枝率:0.55%(测试方法参照:P.Citovicky and V.Chrastova,Plast.Kautschuk 31,374,1984.)
接枝效率:55%
鱼眼、僵块:0个/dm2(直径>2mm);0/dm2(直径在0.6-2mm间);(评估方法参照包装行业标准BB/T0041-2007,因原有工艺产品每平方米上的鱼眼僵块数量过多,所以采用每平方分米单位进行统计,这也是本发明需要重点解决的问题)
拉伸强度:~25MPa
断裂伸长率:>700%
实施例2
茂金属催化线性低密度聚乙烯接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料和设备
采用与实施例1中相同的茂金属催化线性低密度聚乙烯、顺丁烯二酸酐、引发剂。
采用与实施例1中相同的操作步骤。
采用与实施例1相同的设备。
制备工艺
步骤一,混料:与实施例1中相同。
步骤二,生产:将上述物料加入行星挤式多螺杆挤出机中,设定螺杆转为90rpm,进料温度25℃,中心螺杆温度160℃,塑化反应温度为160℃,塑化区物料温度为185℃,出料温度208℃,物料最短停留时间为75秒。
本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在15℃,其进口温度高于出口温度,若温差过大则提高热交换介质流速,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在2℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.95mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=0.36g/10min
接枝率:0.58%
接枝效率:58%
鱼眼、僵块:0个/dm2(直径>2mm);0/dm2(直径在0.6-2mm间)
拉伸强度:~25MPa
断裂伸长率:>700%
实施例3
茂金属催化线性低密度聚乙烯接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料和设备
采用与实施例1中相同的茂金属催化线性低密度聚乙烯、顺丁烯二酸酐、引发剂。
采用与实施例1中相同的操作步骤。
采用与实施例1相同的设备。
制备工艺
步骤一,混料:与实施例1中相同。
步骤二,生产:将上述物料加入行星挤式多螺杆挤出机中,设定螺杆转为120rpm,进料温度25℃,中心螺杆温度160℃,塑化反应温度为160℃,塑化区物料温度为192℃,出料温度219℃,物料最短停留时间为62秒。
本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在10℃,其进口温度高于出口温度,若温差过大则提高热交换介质流速,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在2℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.95mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=0.38g/10min
接枝率测试:0.62%
接枝效率:62%
鱼眼、僵块:0个/dm2(直径>2mm);0/dm2(直径在0.6-2mm间)
拉伸强度:~25MPa
断裂伸长率:>700%
实施例4
茂金属催化线性低密度聚乙烯接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料和设备
采用与实施例1中相同的茂金属催化线性低密度聚乙烯、顺丁烯二酸酐、引发剂。
采用与实施例1中相同的操作步骤。
采用与实施例1相同的设备。
制备工艺
步骤一,混料:与实施例1中相同。
步骤二,生产:将上述物料加入行星挤式多螺杆挤出机中,设定螺杆转为120rpm,进料温度25℃,中心螺杆温度140℃,塑化反应温度为140℃,塑化区物料温度为174℃,出料温度202℃,物料最短停留时间为65秒。
本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在14℃,其进口温度高于出口温度,若温差过大则在流入前使热交换介质的温度降低并提高螺杆剪切力,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在2℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.95mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=0.52g/10min
接枝率测试:0.57%
接枝效率:57%
鱼眼、僵块:0个/dm2(直径>2mm);0/dm2(直径在0.6-2mm间)
拉伸强度:~25MPa
断裂伸长率:>700%
实施例5
茂金属催化线性低密度聚乙烯接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料和设备
采用与实施例1中相同的茂金属催化线性低密度聚乙烯、顺丁烯二酸酐、引发剂。
采用与实施例1中相同的操作步骤。
采用与实施例1相同的设备。
制备工艺
步骤一,混料:与实施例1中相同。
步骤二,生产:将上述物料加入行星挤式多螺杆挤出机中,设定螺杆转为120rpm,进料温度25℃,中心螺杆温度180℃,塑化反应温度为180℃,塑化区物料温度为206℃,出料温度228℃,物料最短停留时间为59秒。
本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在5℃,其进口温度高于出口温度,若温差过大则在流入前使热交换介质的温度降低并提高螺杆剪切力,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在2℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.95mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=0.32g/10min
接枝率测试:0.63%
接枝效率:63%
鱼眼、僵块:0个/dm2(直径>2mm);0/dm2(直径在0.6-2mm间)
拉伸强度:~25MPa
断裂伸长率:>700%
实施例6
茂金属催化线性低密度聚乙烯接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料和设备
采用与实施例1中相同的茂金属催化线性低密度聚乙烯、顺丁烯二酸酐、引发剂。
采用与实施例1中相同的操作步骤。
三螺杆挤出机,具有机筒加热/冷却模块和螺杆内置加热/冷却模块,其中所有加热/冷却为连续模式,热交换介质为油。
制备工艺
步骤一,混料:与实施例1中相同。
步骤二,生产:将上述物料加入三螺杆挤出机中,螺杆转速200rpm,进料设定温度25℃,螺杆温度为160℃,塑化设定温度为160℃,塑化区温度为207℃,出料温度为220℃,物料最低停留时间为65秒。
本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在22℃,其进口温度高于出口温度,若温差过大则在流入前使热交换介质的温度降低并提高螺杆剪切力,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在5℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.1mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=0.76g/10min
接枝率:0.42%
接枝效率:42%
鱼眼、僵块:0个/dm2(>2mm);2~6个/dm2(0.6-2mm)
拉伸强度:~25MPa
断裂伸长率:>700%
实施例7
茂金属催化线性低密度聚乙烯接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料和设备
采用与实施例1中相同的茂金属催化线性低密度聚乙烯、顺丁烯二酸酐、引发剂。
采用与实施例1中相同的操作步骤。
双螺杆挤出机,具有机筒加热/冷却模块和螺杆内置加热/冷却模块,其中所有加热/冷却为连续模式,热交换介质为油。
制备工艺
步骤一,混料:与实施例1中相同。
步骤二,生产:将上述物料加入双螺杆挤出机中,螺杆转速400rpm,进料设定温度25℃,螺杆温度为160℃,塑化设定温度为160℃,塑化区温度为214℃,出料温度为232℃,物料最低停留时间为48秒。
本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在25℃,其进口温度高于出口温度,若温差过大则增加热交换介质流速,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在5℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.07mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=0.78g/10min
接枝率:0.37%
接枝效率:37%
鱼眼、僵块:0个/dm2(>2mm);8-16个/dm2(0.6-2mm)
拉伸强度:~25MPa
断裂伸长率:>700%
实施例8
茂金属催化线性低密度聚乙烯接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料和设备
采用与实施例1中相同的茂金属催化线性低密度聚乙烯、顺丁烯二酸酐、引发剂。
采用与实施例1中相同的操作步骤。
单螺杆挤出机,具有机筒加热/冷却模块和螺杆内置加热/冷却模块,其中所有加热/冷却为连续模式,热交换介质为油。
制备工艺
步骤一,混料:与实施例1中相同。
步骤二,生产:将上述物料加入单螺杆挤出机中,螺杆转速100rpm,进料设定温度25℃,螺杆温度为160℃,塑化设定温度为160℃,塑化区温度为189℃,出料温度为208℃,物料最低停留时间为78秒。
本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在12℃,其进口温度高于出口温度,若温差过大则增加热交换介质流速,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在5℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.05mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=0.67g/10min
接枝率:0.33%
接枝效率:33%
鱼眼、僵块:2-3个/dm2(>2mm);10~15个/dm2(0.6-2mm)
拉伸强度:~25MPa
断裂伸长率:>700%
比较例1
茂金属催化线性低密度聚乙烯接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料、设备
采用与实施例1中相同的茂金属催化线性低密度聚乙烯、顺丁烯二酸酐、引发剂。
采用与实施例1中相同的操作步骤。
与实施例1不同的是,采用市售的双螺杆挤出机,机型其具有机筒加热/冷却模块,其中加热介子为电加热棒,冷却介质为水。加热/冷却为间歇模式。且没有螺杆内置加热/冷却模块。
制备工艺
步骤一,混料:与实施例1中相同。
步骤二,生产:将上述物料加入双螺杆挤出机中,螺杆转速400rpm,进料设定温度25℃,塑化设定温度为160℃,出料温度为241℃,物料最低停留时间为46秒。
本实施例中,机筒采用了间歇式控温方式。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.07mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=0.89g/10min
接枝率:0.28%
接枝效率:28%
鱼眼、僵块:1-2个/dm2(>2mm);20-25个/dm2(0.6-2mm)
拉伸强度:~25MPa
断裂伸长率:>700%
比较例2
茂金属催化线性低密度聚乙烯接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料、设备
采用与实施例1中相同的茂金属催化线性低密度聚乙烯、顺丁烯二酸酐、引发剂。
采用与实施例1中相同的操作步骤。
与实施例1不同的是,采用市售单杆挤出机,机型其具有机筒加热/冷却模块,其中加热介子为电加热棒,冷却介质为水。加热/冷却为间歇模式。且没有螺杆内置加热/冷却模块。
制备工艺
步骤一,混料:与实施例1中相同。
步骤二,生产:将上述物料加入单螺杆挤出机中,螺杆转速100rpm,进料设定温度25℃,塑化设定温度为160℃,出料温度为216℃,物料最低停留时间为78秒。
本实施例中,机筒采用了间歇式控温方式。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.05mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=0.63g/10min
接枝率:0.36%
接枝效率:36%
鱼眼、僵块:3~4个/dm2(>2mm);23-27个/dm2(0.6-2mm)
拉伸强度:~25MPa
断裂伸长率:>700%
由实施例1,2,3,4,5,6,7,8与比较例1,2的产品比较可以看出,实施例1,2,3,4,5,6,7,8的产品接枝效率更高而凝胶和降解效应更低。而且实施例1,2,3,4,5已经消除了凝胶和降解效应。
实施例9
茂金属催化线性低密度聚乙烯接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料和设备
采用与实施例1中相同的茂金属催化线性低密度聚乙烯、顺丁烯二酸酐、引发剂。
采用与实施例1中相同的操作步骤。
采用与实施例1相同的设备。
制备工艺
步骤一,混料:按质量分数计将50kg(100份)的茂金属催化线性低密度聚乙烯、0.5kg(1份)的顺丁烯二酸酐、0.025kg(0.05份)的引发剂进行配料,使用混合机混合均匀。步骤二,生产:与实施例3相同,其中测得塑化区物料温度为194℃,出料温度220℃,物料最短停留时间为64秒。
本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在13℃,其进口温度高于出口温度,若温差过大则增加热交换介质流速,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在2℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.95mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=0.25g/10min
接枝率:0.63%
接枝效率:63%
鱼眼、僵块:0个/dm2(直径>2mm);0/dm2(直径在0.6-2mm间)
拉伸强度:~25MPa
断裂伸长率:>700%
实施例10
茂金属催化线性低密度聚乙烯接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料和设备
采用与实施例1中相同的茂金属催化线性低密度聚乙烯、顺丁烯二酸酐、引发剂。
采用与实施例1中相同的操作步骤。
采用与实施例1相同的设备。
制备工艺
步骤一,混料:按质量分数计将50kg(100份)的茂金属催化线性低密度聚乙烯、0.5kg(1份)的顺丁烯二酸酐、0.01kg(0.02份)的引发剂进行配料,使用混合机混合均匀。
步骤二,生产:与实施例3相同,其中测得塑化区物料温度为189℃,出料温度214℃,物料最短停留时间为62秒。
本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在17℃,其进口温度高于出口温度,若温差过大则增加热交换介质流速,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在2℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.95mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=1.1g/10min
接枝率:0.55%
接枝效率:55%
鱼眼、僵块:0个/dm2(直径>2mm);0/dm2(直径在0.6-2mm间)
拉伸强度:~25MPa
断裂伸长率:>700%
实施例11
茂金属催化线性低密度聚乙烯接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料和设备
采用与实施例1中相同的茂金属催化线性低密度聚乙烯、顺丁烯二酸酐、引发剂。
采用与实施例1中相同的操作步骤。
采用与实施例1相同的设备。
制备工艺
步骤一,混料:按质量分数计将50kg(100份)的茂金属催化线性低密度聚乙烯、0.4kg(0.8份)的顺丁烯二酸酐、0.01kg(0.02份)的引发剂进行配料,使用混合机混合均匀。
步骤二,生产:与实施例3相同,其中测得塑化区物料温度为189℃,出料温度216℃,物料最短停留时间为64秒。
本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在17℃,其进口温度高于出口温度,若温差过大则增加热交换介质流速,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在2℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.95mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=0.99g/10min
接枝率:0.43%
接枝效率:53.8%
鱼眼、僵块:0个/dm2(直径>2mm);0/dm2(直径在0.6-2mm间)
拉伸强度:~25MPa
断裂伸长率:>700%
实施例12
茂金属催化线性低密度聚乙烯接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料和设备
采用与实施例1中相同的茂金属催化线性低密度聚乙烯、顺丁烯二酸酐、引发剂。
采用与实施例1中相同的操作步骤。
采用与实施例1相同的设备。
制备工艺
步骤一,混料:按质量分数计将50kg(100份)的茂金属催化线性低密度聚乙烯、0.3kg(0.6份)的顺丁烯二酸酐、0.01kg(0.02份)的引发剂进行配料,使用混合机混合均匀。
步骤二,生产:与实施例3相同;其中测得塑化区物料温度为189℃,出料温度216℃,物料最短停留时间为64秒。
本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在17℃,其进口温度高于出口温度,若温差过大则增加热交换介质流速,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在2℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.95mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=0.92g/10min
接枝率:0.34%
接枝效率:56.7%
鱼眼、僵块:0个/dm2(直径>2mm);0/dm2(直径在0.6-2mm间)
拉伸强度:~25MPa
断裂伸长率:>700%
实施例13
线性低密度聚乙烯接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料和设备
线性低密度聚乙烯,MFI=2.0g/10min(测试条件:2.16kg/190℃),薄膜级,Exxonmobil。
顺丁烯二酸酐,通用。
引发剂(2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷(~92%,液体),AkzoNobel,其在156℃下的半衰期为0.1h,170℃下的半衰期为90s。
行星式螺杆挤出机,具有机筒加热/冷却模块和螺杆内置加热/冷却模块,其中所有加热/冷却为连续模式,热交换介质为油。
制备工艺
步骤一,混料:按质量分数计将50kg(100份)的聚乙烯、0.5kg(1份)的顺丁烯二酸酐、0.015kg(0.03份)的引发剂进行配料,使用混合机混合均匀。
步骤二,生产:将上述物料加入行星挤式多螺杆挤出机中,设定螺杆转为120rpm,进料温度25℃,中心螺杆温度160℃,塑化反应温度为160℃,塑化区物料温度为210℃,出料温度247℃,物料最短停留时间为68秒。
本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在9℃,其进口温度低于出口温度,若温差过大在流入前使热交换介质的温度升高并降低螺杆剪切力以降低所述差值,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在2℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.95mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=0.03g/10min
接枝率:0.61%
接枝效率:61%
鱼眼、僵块:0个/dm2(直径>2mm);0/dm2(直径在0.6-2mm间)拉伸强度:~25MPa
断裂伸长率:>800%
实施例14
线性低密度聚乙烯接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料和设备
线性低密度聚乙烯,MFI=2.3g/10min(测试条件:2.16kg/190℃),薄膜级,DOW。
顺丁烯二酸酐,通用。
引发剂(2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷(~92%,液体),AkzoNobel,其在156℃下的半衰期为0.1h,170℃下的半衰期为90s。
行星式螺杆挤出机,具有机筒加热/冷却模块和螺杆内置加热/冷却模块,其中所有加热/冷却为连续模式,热交换介质为油。
制备工艺
步骤一,混料:按质量分数计将50kg(100份)的聚乙烯、0.5kg(1份)的顺丁烯二酸酐、0.015kg(0.03份)的引发剂进行配料,使用混合机混合均匀。
步骤二,生产:将上述物料加入行星挤式多螺杆挤出机中,设定螺杆转为120rpm,进料温度25℃,中心螺杆温度160℃,塑化反应温度为160℃,塑化区物料温度为203℃,出料温度231℃,物料最短停留时间为66秒。
本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在9℃,其进口温度低于出口温度,若温差过大则增加热交换介质流速,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在2℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.95mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=0.18g/10min
接枝率:0.57%
接枝效率:57%
鱼眼、僵块:0个/dm2(直径>2mm);0/dm2(直径在0.6-2mm间)
拉伸强度:~28MPa
断裂伸长率:>600%
实施例15
低密度聚乙烯接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料和设备
低密度聚乙烯,MFI=3.8g/10min(测试条件:2.16kg/190℃),薄膜级,Mitsui。
顺丁烯二酸酐,通用。
引发剂(2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷(~92%,液体),AkzoNobel,其在156℃下的半衰期为0.1h,170℃下的半衰期为90s。
行星式螺杆挤出机,具有机筒加热/冷却模块和螺杆内置加热/冷却模块,其中所有加热/冷却为连续模式,热交换介质为油。
制备工艺
步骤一,混料:按质量分数计将50kg(100份)的聚乙烯、0.5kg(1份)的顺丁烯二酸酐、0.015kg(0.03份)的引发剂进行配料,使用混合机混合均匀。
步骤二,生产:将上述物料加入行星挤式多螺杆挤出机中,设定螺杆转为120rpm,进料温度25℃,中心螺杆温度160℃,塑化反应温度为160℃,塑化区物料温度为197℃,出料温度223℃,物料最短停留时间为64秒。
本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在10℃,其进口温度高于出口温度,若温差过大则增加热交换介质流速,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在2℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.95mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=0.7g/10min
接枝率:0.61%
接枝效率:61%
鱼眼、僵块:0个/dm2(直径>2mm);0/dm2(直径在0.6-2mm间)
拉伸强度:~16MPa
断裂伸长率:>500%
实施例16
高密度聚乙烯接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料和设备
高密度聚乙烯,MFI=8g/10min(测试条件为2.16kg/10min),薄膜级,伊朗石化。
顺丁烯二酸酐,通用。
引发剂过氧化二异丙苯(≥99%),AkzoNobel,其在154℃的半衰期为0.1h,168℃的半衰期为90s。
采用与实施例1中相同的操作步骤。
采用与实施例1相同的设备。
制备工艺
步骤一,拌料:按质量分数计将50kg(100份)的高密度聚乙烯、0.5kg(1份)顺丁烯二酸酐、0.035kg(0.07份)的引发剂进行配料,使用混合机混合均匀;
步骤二,生产:与实施例3相同,其中测得塑化区物料温度为187℃,出料温度215℃,物料最短停留时间为57秒。
本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在14℃,其进口温度高于出口温度,若温差过大则增加热交换介质流速,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在2℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.95mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=3.3g/10min
接枝率:0.53%
接枝效率:53%
鱼眼、僵块:0个/dm2(>2mm);0个/dm2(0.6-2mm)
拉伸强度:23MPa
断裂伸长率:>800%
比较例3
高密度聚乙烯接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料、设备
采用与实施例16中相同的高密度聚乙烯、顺丁烯二酸酐、引发剂。
采用与实施例16中相同的操作步骤。
与实施例16不同的是,采用与比较例1相同的设备。
制备工艺
步骤一,混合:采用与实施例16相同的步骤。
步骤二,生产:采用与比较例1相同;其中测得的出料温度为235℃,物料最低停留时间为44秒。
本实施例中,机筒采用了间歇式控温方式。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.07mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=5.8g/10min
接枝率:0.30%
接枝效率:30%
鱼眼、僵块:1-2个/dm2(>2mm);24-26个/dm2(0.6-2mm)
拉伸强度:23MPa
断裂伸长率:>800%
由实施例16与比较例3的产品比较可以看出,实施例16接枝率更高,并消除了凝胶和降解效应。
实施例17
聚丙烯无规共聚物接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料和设备
聚丙烯无规共聚,MFI=2g/10min(测试条件:2.16kg/190℃),薄膜级,台塑。
顺丁烯二酸酐,通用。
引发剂(2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷(~92%,液体),AkzoNobel,其在156℃下的半衰期为0.1h,170℃下的半衰期为90s。
抗氧剂三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯的复合物,巴斯夫。
行星式螺杆挤出机,具有机筒加热/冷却模块和螺杆内置加热/冷却模块,其中所有加热/冷却为连续模式,热交换介质为油。
制备工艺
步骤一,混料:按质量分数计将50kg(100份)的聚乙烯弹性体、0.5kg(1份)的顺丁烯二酸酐、0.025kg(0.05份)的引发剂、0.1kg(0.2份)的抗氧剂进行配料,使用混合机混合均匀;
步骤二,生产:将上述物料加入行星挤式多螺杆挤出机中,设定螺杆转为120rpm,进料温度25℃,中心螺杆温度160℃,塑化反应温度为160℃,塑化区物料温度为178℃,出料温度202℃,物料最短停留时间为54秒。
本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在13℃,其进口温度高于出口温度,若温差过大则增加热交换介质流速,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在2℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.95mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=6.4g/10min
接枝率:0.29%
接枝效率:29%
鱼眼、僵块:0个/dm2(直径>2mm);0/dm2(直径在0.6-2mm间)
拉伸强度:23MPa
断裂伸长率:>700%
比较例4
聚丙烯无规共聚物接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料、设备
采用与实施例17中相同的聚乙烯醋酸乙烯酯共聚物、顺丁烯二酸酐、引发剂。
采用与实施例17中相同的操作步骤。
采用与对比例1相同的设备。
制备工艺
步骤一,混料:与实施例17相同。
步骤二,生产:将上述物料加入双螺杆挤出机中,螺杆转速400rpm,进料设定温度25℃,塑化设定温度为160℃,其中出料温度为224℃,物料最低停留时间为42秒。
本实施例中,机筒采用了间歇式控温方式。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.07mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=20g/10min
接枝率:0.14%
接枝效率:14%
鱼眼、僵块:1-2个/dm2(>2mm);25-30个/dm2(0.6-2mm)
拉伸强度:23MPa
断裂伸长率:>700%
由实施例17与比较例4的产品比较可以看出,实施例17接枝率更高,并消除了凝胶和降解效应。
实施例18
聚乙烯醋酸乙烯酯共聚物接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料和设备
聚乙烯醋酸乙烯酯共聚物,MI=0.7g/10min(测试条件:2.16kg/190℃),薄膜级,DuPont。
顺丁烯二酸酐,通用。
引发剂(2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷(~92%,液体),AkzoNobel,其在156℃的半衰期为0.1h,170℃的半衰期为90s。
采用与实施例1相同的设备。
制备工艺
步骤一,预混:50kg(100份)的聚乙烯醋酸乙烯酯共聚物、0.5kg(1份)顺丁烯二酸酐和0.025kg(0.05份)的引发剂进行配料,使用混合机混合均匀。
步骤二,生产:将上述物料加入行星挤式多螺杆挤出机中,设定螺杆转为120rpm,进料温度25℃,中心螺杆温度120℃,塑化反应温度为150℃,塑化区物料温度为184℃,出料温度204℃,物料最短停留时间为68秒。
本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在5℃,其进口温度高于出口温度,若温差过大则增加热交换介质流速,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在2℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.95mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=0.2g/10min
接枝率:0.64%
接枝效率:64%
鱼眼、僵块:0个/dm2(>2mm);0个/dm2(0.6-2mm)
拉伸强度:~18MPa
断裂伸长率:>700%
比较例5
聚乙烯醋酸乙烯酯共聚物接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料、设备
采用与实施例18中相同的聚乙烯醋酸乙烯酯共聚物、顺丁烯二酸酐、引发剂。
采用与实施例18中相同的操作步骤。
采用与对比例1相同的设备。
制备工艺
步骤一,混料:与实施例18相同。
步骤二,生产:将上述物料加入双螺杆挤出机中,螺杆转速400rpm,进料设定温度25℃,塑化设定温度为150℃。其中出料温度为228℃,物料最低停留时间为56秒。
本实施例中,机筒采用了间歇式控温方式。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.07mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MI=0.6g/10min
接枝率:0.42%
接枝效率:42%
鱼眼、僵块:0个/dm2(>2mm);3-5个/dm2(0.6-2mm)
拉伸强度:~21MPa
断裂伸长率:>700%
由实施18与比较例5的产品比较可以看出,实施例18的产品接枝率更高,并消除了凝胶和降解效应。
实施例19
线性低密度聚乙烯和POE弹性体接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料和设备
线性低密度聚乙烯,MI=3.5g/10min(测试条件:2.16kg/190℃),沙特基础工业。
POE弹性体,MI=3.0g/10min(测试条件:2.16kg/190℃),LG Chem。
顺丁烯二酸酐,通用。
引发剂,过氧化二异丙苯(≥99%),AkzoNobel,其在154℃的半衰期为0.1h,168℃的半衰期为90s。
采用与实施例3相同的设备。
制备工艺
步骤一,拌料:按质量分数计将40kg(80份)的线性低密度聚乙烯、10kg(20份)的POE、0.5kg(1份)顺丁烯二酸酐和0.035kg(0.07份)的引发剂进行配料,使用混合机混合均匀。
步骤二,生产:与实施例3相同,其中测得塑化区物料温度为192℃,出料温度219℃,物料最短停留时间为62秒。
本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在10℃,其进口温度高于出口温度,若温差过大则增加热交换介质流速,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在2℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.95mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=0.8g/10min
接枝率:0.66%
接枝效率:66%
鱼眼、僵块:0个/dm2(>2mm);0个/dm2(0.6-2mm)
拉伸强度:~14MPa
断裂伸长率:540%
比较例6
线性低密度聚乙烯和POE弹性体接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料、设备
采用与实施例19中相同的线性低密度聚乙烯、POE弹性体、顺丁烯二酸酐、引发剂。
采用与实实施例19中相同的操作步骤。
采用与对比例1相同的设备。
制备工艺
步骤一,混合:实施例19相同。
步骤二,生产:与比较例4相同,其中测的出料温度为236℃,物料最低停留时间为54秒。
本实施例中,机筒采用了间歇式控温方式。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.07mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=2.8g/10min
接枝率:0.4%
接枝效率:40%
鱼眼、僵块:0-1个/dm2(>2mm);14-19个/dm2(0.6-2mm)
拉伸强度:~14MPa
断裂伸长率:540%
由实施例19与比较例6的产品比较可以看出,实施例19的产品接枝率更高,并消除了凝胶和降解效应。
实施例20
茂金属催化线性低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和聚乙烯醋酸乙烯酯共聚物接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料和设备
茂金属催化线性低密度聚乙烯,MFI=3.5g/10min(测试条件:2.16kg/190℃),Dows。
线性低密度聚乙烯,MFI=19g/10min(测试条件:2.16kg/190℃),镇海炼化。
聚乙烯醋酸乙烯酯共聚物,MI=0.7g/10min(测试条件:2.16kg/190℃),DuPont。
顺丁烯二酸酐,通用。
引发剂(2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷(~92%,液体),AkzoNobel。
采用与实施例1相同的设备。
制备工艺
步骤一,预混:按质量分数计将20kg(40份)的茂金属催化线性低密度聚乙烯、5kg(10份)的线性低密度聚乙烯、25kg(50份)的聚乙烯醋酸乙烯酯共聚物、0.5kg(1份)顺丁烯二酸酐和0.02kg(0.04份)的引发剂进行配料,使用混合机混合均匀。
步骤二,生产:与实施例18相同,其中测得塑化区物料温度为187.5℃,出料温度212℃,物料最短停留时间为68秒。
本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在11℃,其进口温度高于出口温度,若温差过大则增加热交换介质流速,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在2℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.95mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=0.4g/10min
接枝率:0.65%
接枝效率:65%
鱼眼、僵块:0个/dm2(>2mm);0个/dm2(0.6-2mm)
拉伸强度:~21MPa
断裂伸长率:>700%
比较例7
茂金属催化线性低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和聚乙烯醋酸乙烯酯共聚物接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料、设备
采用与实施例20中相同的线性低密度聚乙烯、聚乙烯醋酸乙烯酯共聚物、顺丁烯二酸酐、引发剂。
采用与实施例20中相同的操作步骤。
采用与对比例1相同的设备。
制备工艺
步骤一,混料:与实施例20相同。
步骤二,生产:与对比例4相同,其中出料温度为230℃,物料最低停留时间为53秒。
本实施例中,机筒采用了间歇式控温方式。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.07mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MI=2.4g/10min
接枝率:0.30%
接枝效率:30%
鱼眼、僵块:0个/dm2(>2mm);7-10个/dm2(0.6-2mm)拉伸强度:~21MPa
断裂伸长率:>700%
由实施例20与比较例7的产品比较可以看出,实施例20的产品接枝率更高,并消除了凝胶和降解效应。
实施例21
茂金属催化线性低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和聚乙烯醋酸乙烯酯共聚物接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料和设备
采用与实施例20中相同的线性低密度聚乙烯、聚乙烯醋酸乙烯酯共聚物、顺丁烯二酸酐、引发剂。
采用与实施例20中相同的操作步骤。
采用与对比例1相同的设备。
制备工艺
步骤一,预混:按质量分数计将26.66kg(53.33份)的茂金属催化线性低密度聚乙烯、6.66kg(13.33份)的线性低密度聚乙烯、16.66kg(33.33份)的聚乙烯醋酸乙烯酯共聚物、0.5kg(1份)顺丁烯二酸酐和0.0183kg(0.0367份)的引发剂进行配料,使用混合机混合均匀。
步骤二,生产:与实施例18相同,其中测得塑化区物料温度为188.5℃,出料温度214℃,物料最短停留时间为67秒。
本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在14℃,其进口温度高于出口温度,若温差过大则增加热交换介质流速,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在2℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.95mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=0.3g/10min
接枝率:0.63%
接枝效率:63%
鱼眼、僵块:0个/dm2(>2mm);0个/dm2(0.6-2mm)
拉伸强度:~18MPa
断裂伸长率:>700%
比较例8
茂金属催化线性低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和聚乙烯醋酸乙烯酯共聚物接枝顺丁烯二酸酐的方法:
材料、设备
采用与实施例21中相同的线性低密度聚乙烯、聚乙烯醋酸乙烯酯共聚物、顺丁烯二酸酐、引发剂。
采用与实施例21中相同的操作步骤。
采用与对比例1相同的设备。
制备工艺
步骤一,混料:与实施例20相同。
步骤二,生产:与对比例4相同。其中出料温度为227℃,物料最低停留时间为53秒。
本实施例中,机筒采用了间歇式控温方式。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.07mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MI=4.8g/10min
接枝率:0.31%
接枝效率:31%
鱼眼、僵块:0个/dm2(>2mm);5-8个/dm2(0.6-2mm)
拉伸强度:~18MPa
断裂伸长率:>700%
实施例22
茂金属催化线性低密度聚乙烯接枝丙烯酸的方法:
材料和设备
茂金属催化线性低密度聚乙烯,MFI=3.5g/10min(测试条件:2.16kg/190℃),薄膜级,Dow。
丙烯酸,通用。
引发剂(2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷(~92%,液体),AkzoNobel,其在156℃下的半衰期为0.1h,170℃下的半衰期为90s。
行星式螺杆挤出机,具有机筒加热/冷却模块和螺杆内置加热/冷却模块,其中所有加热/冷却为连续模式,热交换介质为油。
制备工艺
步骤一,混料:按质量分数计将50kg(100份)的聚乙烯弹性体、0.5kg(1份)的顺丁烯二酸酐、0.075kg(0.15份)的引发剂进行配料,使用混合机混合均匀。
步骤二,生产:将上述物料加入行星挤式多螺杆挤出机中,设定螺杆转为120rpm,进料温度25℃,中心螺杆温度160℃,塑化反应温度为160℃,塑化区物料温度为196℃,出料温度227℃,物料最短停留时间为62秒。
本实施例中,在螺杆进出口检测热交换介质的温度,其温差控制在8℃,其进口温度高于出口温度,若温差过大则增加热交换介质流速,机筒采用了相同的控温方式,各机筒平均出油和回油温差控制在2℃以内。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.95mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=0.9g/10min
接枝率:0.52%
接枝效率:52%
鱼眼、僵块:0个/dm2(直径>2mm);0/dm2(直径在0.6-2mm间)
拉伸强度:~25MPa
断裂伸长率:>700%
比较例9
茂金属催化线性低密度聚乙烯接枝丙烯酸的方法:
采用与实施例22中相同的线性低密度聚乙烯、聚乙烯醋酸乙烯酯共聚物、顺丁烯二酸酐、引发剂。
采用与实施例22中相同的操作步骤。
采用与对比例1相同的设备。
制备工艺
步骤一,混料:与实施例22相同。
步骤二,生产:与对比例4相同。其中出料温度为238℃,物料最低停留时间为48秒。
本实施例中,机筒采用了间歇式控温方式。
通过部件参数计算,所述挤出机与物料的接触表面积,与挤出机容纳物料的体积的比值为0.07mm-1。
步骤三,出料整形:经牵条、冷却、切粒、搅拌、包装。
产品性能
熔指:MFI=2.8g/10min
接枝率:0.24%
接枝效率:24%
鱼眼、僵块:1-2个/dm2(直径>2mm);22~27/dm2(直径在0.6-2mm间)
拉伸强度:~25MPa
断裂伸长率:>700%
由实施例22与比较例9的产品比较可以看出,实施例22的产品接枝率更高,并消除了凝胶和降解效应。
由以上实施例可以看出,本发明的工艺可得到质量优良的接枝聚烯烃产品,凝胶化和碳化程度很小或者没有,接枝效率高;同时工艺操作简单,能够节约生产成本。