CN1066980C - 力化学反应器 - Google Patents

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Abstract

一种力化学反应器，在加工高分子材料的过程中，能够提供强大的挤压、剪切作用，使材料受到垂直、环向、剪切等多种应力作用而破碎，产生较现有加工设备更有效的粉碎和力化学反应，可探索高分子材料在新的力化学反应器中的运动过程，反应机制，形态结构的变化以及材料改性和加工的新途径，实现采用力场技术制备特殊功能和高性能的新材料。

Description

力化学反应器
本发明属于聚合物力化学反应及加工设备领域。
高分子力化学的研究为高分子材料的改性和制备提供了新的方法和途径。多年来，各国学者利用现有的加工设备如挤出机、振动磨、超声辐照及高速搅拌等在高分子固体、溶液和熔体的力学化学反应方面作了大量的工作。Kunio Arisawa等研究了聚苯乙烯(PS)熔体在挤出过程中的降解K.Arisawa，R.S.Porter，J.Polymer Sci.Vol.14 P879-896(1970)H.Takahashi研究了在超高剪切场(104-107s-1)下，苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)/聚碳酸酯(PC)的互溶效应，H.Takahashi et al，J.Appl.Polym.Sci.36 1821(1980)我国学者徐僖等50年代后期开始致力于高分子力化学的研究，对高分子溶液的力化学降解和共聚反应进行了深入而系统的探讨，用高速搅拌和超声辐照方法合成了一系列用一般化学方法难以合成的嵌段/接枝共聚物。这些共聚物各有其独特的性能，可用于某些不相容聚合物体系的增容剂，油田采收的化学剂，流体减阻剂，金属冷加工润滑剂和新型合成纤维。徐僖等中科院高分子学术会议会刊1961科学出版社，Ye Shen，Keqiang Chen，Qi Wang，Huilin Li and Xi Xu，J.Macromol.Sci.Chem.A23(12)，1415(1986)，Xi Xu，Qi Wang and Huilin Li，J.Macromol.Sci.Chem.A23(12)，1433(1986)。
在高分子固体力化学方面，S.Murakami等研究了通过碾磨无机化合物产生的活性粒子引发乙烯和丙烯单体的聚合反应，S.Murakami et al，J.Appl.Polym.Sci.29，29(1984)，金子纯久研究了聚氯乙烯(PVC)/聚碳酸酯(PC)共聚物的力化学降解动力学，金子纯久、材料24(382)91(1985)C.V.Oprea等研究了通过振动磨和冷冻的方法使PVC与联苯胺及对苯二胺反应，改善了PVC的热稳定性，C.V.Oprea et al，RevueRoumaine de Chemie 29(8)，683(1984)。徐僖等用振动磨的方法研究了PVC和丙烯醛的共聚反应，以提高PVC的热稳定性，介电性和制品硬度等，徐僖、张素英等中科院高分子学术会议会刊1961科学出版社。
这些研究成果，丰富和发展了高分子力化学，但所用设备主要还是挤出机、球磨机、超声辐照以及高速搅拌等，大都借助于现有的加工设备，有一定的局限性，挤出机作为一种专用的塑料成型加工设备，对于材料的共混及改性很有效，但作为力化学的研究，物料受到的剪切作用和力化学反应的效果都是有限的。振动磨通过钢球的振动和球体间的碰撞，可使高分子材料受到瞬时的挤压和冲击作用，物料通过振动磨中球体之间接触碰撞，受到挤压碰撞的几率有限，振磨所需时间很长，少则十个小时，多则上百小时，受到的冲击力亦有限，较难实现工业化。超声辐照及高速搅拌等亦是借助现有设备进行聚合物溶液或乳液的力化学研究，应用范围有限。
本发明的目的是针对现有技术的不足而借鉴中国传统石磨的巧妙构思和独特结构的特点，自行设计和制造了可用于聚合物及填料的粉碎、混合和力化学反应的磨盘形新型力化学反应器，该反应器在加工高分子材料的过程中，能够提供强大的挤压、剪切作用，使材料受到垂直、环向、剪切等多种应力的作用而破碎，产生较现有加工设备更有效的粉碎和力化学反应，可探索高分子材料在新的力化学反应器中的运动过程，反应机制，形态结构的变化以及材料改性和加工的新途径。实现采用力场技术制备具有特殊功能和高性能的新材料。
本发明提供的力化学反应器如图1、图2所示
图1为磨盘形力化学反应器结构示意图：
1加料斗，2固定磨盘，3转动磨盘，4输料螺杆，5手柄，6介质入口，7输料软管，8出料口，9惰性气体入口，10电机，11支架，12传动装置。
图2为固定磨盘结构示意图：
图3为转动磨盘结构示意图：
13连接孔，14进料口，15导料槽。
力化学反应器由固定磨盘2固定的壳体上，转动磨盘3固定在支架11上的转轴上，通过马达10驱动传动装置12上转轴带动磨盘3转动，磨面间的压力可通过手柄5调节，整个系统为封闭式，入口6可通冷却或加热介质调节温度，出料口8侧可通惰性气体保护，物料从加料斗1经输料螺杆4连续进入磨盘内受力反应，反应物从输料软管7至出料口8出料。固定磨盘2和转动磨盘3由耐磨金属制造并经表面特殊处理的镶嵌式磨面啮合，磨面分成多个扇形区，每个扇形区设有若干平行于扇形区一边的磨齿面，磨齿面倾斜角α为5～25°。
磨面有连接孔13，进料口14，导槽15。
磨面棱宽为0.1～2.0mm。
力化学反应器可为立式、卧式和串联、并联以及它们的组合形式，为聚合物力化学反应及加工方法开辟了新途径。
下面参照附图提供力化学反应器的应用对比实施例：
实施例1：
聚乙烯(PE)在振动磨中，振动24小时，材料无变化，而在本发明反应器中，不到20分钟，材料被磨细，经过一次碾磨(从进料到出料不到1分钟)，材料便已被破碎。
实施例2：
脆性聚合物聚丙烯(PP)，粒料，粒径0.6～0.9mm，在振动磨中，振动24小时，仅有很少部分被粉碎，而在本发明反应器中，碾磨15次，(约18分钟)，平均粒度降至1.73μm。
实施例3：
聚苯乙烯，粒径3.0～4.6mm，平均分子量 Mn=1.06×105， Mw=3.05×105；碾磨15次后(约17分钟)，平均粒径为1.53μm，平均分子量下降为 Mn=0.74×105， Mw=2.82×105。
本发明具有如下优点：
1．力化学反应器构思新颖、巧妙、结构独特，可提供强大的挤压、剪切及环向应力作用。
2．物料在反应器中的运动轨迹为一螺旋线，反应器半径不大，但物料从进料到出料所经过的路径却很大，有利于物料的粉碎和反应。
3．反应时间短，有中国特色，很有工业化应用前景。
4．对脆性和韧性聚合物皆有良好的粉碎和降解作用。
5．可用作聚合物—聚合物，聚合物—单体，聚合物—填料体系在应力作用下进行共聚合的反应器。

Claims (3)

1．一种力化学反应器，其特征在于该力化学反应器由固定磨盘(2)固定在壳体上，转动磨盘(3)固定在支架(11)上的转轴上，通过马达
(10)驱动传动装置(12)上转轴带动磨盘(3)转动，磨面间距或者压力由手柄(5)调节，整个系统为封闭式，入口(6)通冷却水或加热介质调节温度，出料口(8)侧通惰性气体保护，物料从加料斗
(1)经输料螺杆(4)连续进入磨盘内受力反应，反应物从输料软管
(7)至出料口(8)出料，固定磨盘(2)和转动磨盘(3)由耐磨金属制造并经表面特殊处理的镶嵌式磨面啮合，磨面分成多个扇形区，每个扇形区设有若干平行于扇形区一边的磨齿面，磨齿面倾斜角α为5～25°。
2．按照权利要求1所述力化学反应器，其特征在于磨面中有连接孔(13)，进料口(14)，导槽(15)。
3．按照权利要求1或2所述力化学反应器，其特征在于磨面棱宽为0.1～2.0mm。
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