CN106986957A - 本体法聚氯乙烯防粘釜生产方法 - Google Patents

本体法聚氯乙烯防粘釜生产方法 Download PDF

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陈洪
罗云
邓敏
罗泽蓉
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Abstract

本发明涉及一种聚氯乙烯树脂的生产工艺，具体公开了一种本体法聚氯乙烯防粘釜生产方法，包括以下步骤：a、预聚合，得到“种子”；b、将计量的硝酸溶液与计量的聚合助剂一起加入聚合釜内，并对聚合釜进行真空置换；c、向聚合釜中加入氯乙烯单体、引发剂以及步骤A的“种子”，进行聚合反应，反应结束得到聚氯乙烯树脂。本发明的优点是：1)聚合反应过程平稳，无聚合“爆聚”现象发生；2)清釜频率降低，实现一月开釜清一次，同时清釜物大幅减少，控制在100kg以内；员工劳动强度下降，也提高了聚合釜生产效率，工作环境得到改善；3)产品中“鱼眼”减少，98％以上达到优级品，提高了产品质量。

Description

本体法聚氯乙烯防粘釜生产方法
技术领域
本发明涉及一种聚氯乙烯的生产方法，尤其是一种本体法生产聚氯乙烯的方法。
背景技术
目前，国际上生产聚氯乙烯树脂(PVC)的方法主要有悬浮法、乳液法、溶液法和本体法。本体聚合生产工艺，其主要特点是反应过程中不需要加水和分散剂。其典型的生产工艺为聚合分2步进行：
第1步为预聚合：在预聚釜中加入定量的VCM(氯乙烯)单体、引发剂和添加剂，经加热后在强搅拌(相对第2步聚合过程)的作用下，釜内保持恒定的压力和温度进行预聚合。当VCM的转化率达到8％～12％停止反应，将生成的“种子”送入聚合釜内进行第2步反应。
第2步为本体聚合后聚合：聚合釜在接收到预聚合的“种子”后，再加入一定量的VCM单体、添加剂和引发剂，在这些“种子”的基础上继续聚合，使“种子”逐渐长大到一定的程度，在低速搅拌的作用下，保持恒定压力进行聚合反应。当反应转化率达到60％～85％(根据配方而定)时终止反应，并在聚合釜中脱气、回收未反应的单体，而后在釜内汽提，进一步脱除残留在PVC粉料中的VCM，最后经风送系统将釜内PVC粉料送往分级、均化和包装工序。
由于本体法聚氯乙烯生产工艺技术特点是本体聚合不用水作分散介质，氯乙烯及其聚合物直接与釜壁接触，因此在氯乙烯聚合过程中，有一部份聚合物料会粘结在聚合釜壁、搅拌器、档板上，行业内称之为“粘釜”现象，粘釜给本体法PVC生产带来了极大的危害：
1、釜壁粘结后，对釜壁的传热性能影响特别大，使釜壁的传热系数下降，最大时可达20％，反应热不易带走，聚合速率降低；
2、粘釜料孔隙率低，加工塑化性能差，混入产品中易生成“鱼眼”，而“鱼眼”是使PVC制品老化，破裂的最薄弱环节，从而影响制品的质量；
3、清釜不仅延长了生产周期，降低了釜的利用率，而且人工清釜环境恶劣，劳动强度大，严重影响了员工的身体健康与人身安全。
目前国内解决粘釜的方法主要依靠引进的法国阿托化学公司提供的防粘釜技术，在预聚合开始之前加入防粘釜剂，聚合反应完成出料后进行高压水机械清洗。
即便如此，在实际生产中本体法聚合粘釜情况仍然相当严重，相比较悬浮聚合来看，目前氯乙烯悬浮聚合的防粘釜问题已基本上得到了解决，可以做到一年左右不开釜，实现密闭化生产。但氯乙烯本体聚合的粘釜比较严重，其防粘釜问题，目前只能做到一个周左右不开盖，且每次清釜物高达800kg左右。因此，研究本体聚合防止粘釜或减轻粘釜的技术，应当成为本体法PVC生产中的重点研究课题。
发明内容
为解决本体法聚氯乙烯生产过程中粘釜现象严重的问题，本发明提供了一种本体法聚氯乙烯防粘釜生产方法。
本发明所采用的技术方案是：本体法聚氯乙烯防粘釜生产方法，包括以下步骤：
A、预聚合，得到“种子”；
B、将计量的硝酸溶液与计量的聚合助剂一起加入聚合釜内，并对聚合釜进行真空置换；
C、向聚合釜中加入氯乙烯单体、引发剂以及步骤A的“种子”，进行聚合反应，反应结束得到聚氯乙烯树脂。
发明人认为，聚合釜中之所以容易发生粘釜现象，是因为釜壁对聚合物料的吸附与粘结效应；随着聚合反应的进行，聚合釜壁与聚合物之间发生接技聚合反应，从而产生粘釜现象。发明人通过实验发现，在聚合反应前加入硝酸溶液，可起到钝化聚合釜壁的表面活性的作用，在聚合釜壁形成一层保护膜，能有效阻止聚合釜壁与聚合物之间的接技聚合反应，而釜壁是粘釜形成的最基本条件，没有釜壁对聚合物料的吸附，粘釜物将难以形成。
另外，发明人认为，导致粘釜现象的另一大原因是聚合反应中的“爆聚”现象，其产生原因主要是聚合反应过程中聚合热难以传出，导致一部分树脂颗粒在高温下发生熔融软化，软化后的树脂极易粘附在釜壁和搅拌装置上。而硝酸溶液中的氢离子起到调节聚合体系pH值作用，使聚合体系处于弱酸性环境，更适合本体聚合反应场所，本体聚合反应从液相变成粘稠状到全部变成固相过程，聚合热更容易传出，避免了聚合“爆聚”现象发生。
待聚合反应结束，物料出料后，采用高压冲洗杆对聚合釜进行冲洗即可有效清洗掉釜壁和搅拌装置上粘附的聚合物。
作为本发明的进一步改进，步骤B中硝酸溶液的质量浓度为18％～22％。若使用质量浓度过稀的硝酸溶液，不能起到完全钝化聚合釜壁的表面活性的作用，防粘釜的效果不明显，聚合粘釜物仍较多，清釜频率仍较高；同时由于浓度过稀，相同情况下增加了硝酸加入量，而硝酸溶液中的含水量也增加，导致进入聚合体系的水含量增加，而本体聚合过程是没有水的聚合过程，体系中水含量增加要影响聚合反应，容易出现聚合结块现象，产品中树脂粒径分布不均匀，细颗粒料含量要增加，影响了产品质量。若使用质量浓度过浓的硝酸溶液，由于硝酸具有腐蚀性，浓度过高，要腐蚀聚合釜壁，聚合釜壁金属表面会出现分布不均的小凹点，一旦釜壁凹凸不平后粘釜情况更为恶化；同时长期使用硝酸后釜壁会腐蚀越来越严重，给聚合生产带来严重的安全隐患。
发明人通过大量实验总结出了本发明硝酸溶液的适宜添加量：每批聚合投料时在其他配方条件一样的情况下，硝酸的用量调整是依据所加入的氯乙烯单体的质量指标变化来调整，单体中总酸度这一指标决定着硝酸的用量变化。在生产中，本发明的氯乙烯单体中总酸度质量指标最好控制在0.7～1.0ug/g，当单体总酸度低于0.7ug/g时，为调整聚合体系处于弱酸性聚合环境，避免产生“爆聚”，硝酸用量需适当加多些；当单体总酸度高于1.0ug/g时，为防止加入硝酸后体系酸度过高，腐蚀设备，硝酸用量需加少些。
本发明的有益效果是：1)聚合反应过程平稳，无聚合“爆聚”现象发生；2)清釜频率降低，实现一月开釜清一次，同时清釜物大幅减少，控制在100kg以内；员工劳动强度下降，也提高了聚合釜生产效率，工作环境得到改善；3)产品中“鱼眼”减少，98％以上达到优级品，提高了产品质量。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例一：
按照以下方法生产聚氯乙烯树脂：
(1)将液态氯乙烯单体用泵输入预聚合釜中，进料量为17.5t，加入其总质量0.04％的引发剂，然后将温度升高至68℃，压力为12kg/cm2，进行预聚合反应，反应15分钟后得到种子。
(2)将1.5L质量浓度为20％的硝酸溶液与3200g聚合助剂一起加入聚合釜内，并对聚合釜进行真空置换；然后向聚合釜中加入15t氯乙烯单体，并加入步骤(1)得到的种子，再加入总质量0.04％的引发剂，然后在聚合釜壳体夹层中通入80℃的热水对混合物料进行加热，引发聚合反应，在加热物料的同时用搅拌器进行搅拌，使物料温度压力均匀，直至聚合釜内压力升到12.6kg/cm2时，聚合反应结束，对未反应完VCM进行脱气回收，蒸汽汽提后得到聚氯乙烯树脂。
(3)出料后，采用两根高压冲洗杆从釜上对称角度位置自动伸入釜内，顶端冲洗头360℃旋转，喷出30MPa压力的高压水，由程序控制在不同位置清洗釜壁和搅拌上粘附的聚合物。
(4)检测聚氯乙烯树脂的各项产品指标，检测结果见表1。
(5)每月对聚合釜进行一次人工清釜，对清釜物质量进行统计，统计结果见表1。
实施例二：
按照以下方法生产聚氯乙烯树脂：
(1)将液态氯乙烯单体用泵输入预聚合釜中，进料量为17.5t，加入其总质量0.04％的引发剂，然后将温度升高至68℃，压力为12kg/cm2，进行预聚合反应，反应15分钟后得到种子。
(2)将2L质量浓度为18％的硝酸溶液与3200g聚合助剂一起加入聚合釜内，并对聚合釜进行真空置换；然后向聚合釜中加入15t氯乙烯单体，并加入步骤(1)得到的种子，再加入总质量0.04％的引发剂，然后在聚合釜壳体夹层中通入80℃的热水对混合物料进行加热，引发聚合反应，在加热物料的同时用搅拌器进行搅拌，使物料温度压力均匀，直至聚合釜内压力升到12.6kg/cm2时，聚合反应结束，对未反应完VCM进行脱气回收，蒸汽汽提后得到聚氯乙烯树脂。
(3)出料后，采用两根高压冲洗杆从釜上对称角度位置自动伸入釜内，顶端冲洗头360℃旋转，喷出30MPa压力的高压水，由程序控制在不同位置清洗釜壁和搅拌上粘附的聚合物。
(4)检测聚氯乙烯树脂的各项产品指标，检测结果见表1。
(5)每月对聚合釜进行一次人工清釜，对清釜物质量进行统计，统计结果见表1。
实施例三：
按照以下方法生产聚氯乙烯树脂：
(1)将液态氯乙烯单体用泵输入预聚合釜中，进料量为17.5t，加入其总质量0.04％的引发剂，然后将温度升高至68℃，压力为12kg/cm2，进行预聚合反应，反应15分钟后得到种子。
(2)将1L质量浓度为22％的硝酸溶液与3200g聚合助剂一起加入聚合釜内，并对聚合釜进行真空置换；然后向聚合釜中加入15t氯乙烯单体，并加入步骤(1)得到的种子，再加入总质量0.04％的引发剂，然后在聚合釜壳体夹层中通入80℃的热水对混合物料进行加热，引发聚合反应，在加热物料的同时用搅拌器进行搅拌，使物料温度压力均匀，直至聚合釜内压力升到12.6kg/cm2时，聚合反应结束，对未反应完VCM进行脱气回收，蒸汽汽提后得到聚氯乙烯树脂。
(3)出料后，采用两根高压冲洗杆从釜上对称角度位置自动伸入釜内，顶端冲洗头360℃旋转，喷出30MPa压力的高压水，由程序控制在不同位置清洗釜壁和搅拌上粘附的聚合物。
(4)检测聚氯乙烯树脂的各项产品指标，检测结果见表1。
(5)每月对聚合釜进行一次人工清釜，对清釜物质量进行统计，统计结果见表1。
对比例四：
按照以下方法生产聚氯乙烯树脂：
(1)将液态氯乙烯单体用泵输入预聚合釜中，进料量为17.5t，加入其总质量0.04％的引发剂，然后将温度升高至68℃，压力为12kg/cm2，进行预聚合反应，反应15分钟后得到种子。
(2)将3200g聚合助剂加入聚合釜内，并对聚合釜进行真空置换；然后向聚合釜中加入15t氯乙烯单体，并加入步骤(1)得到的种子，再加入总质量0.04％的引发剂，然后在聚合釜壳体夹层中通入80℃的热水对混合物料进行加热，引发聚合反应，在加热物料的同时用搅拌器进行搅拌，使物料温度压力均匀，直至聚合釜内压力升到12.6kg/cm2时，聚合反应结束，对未反应完VCM进行脱气回收，蒸汽汽提后得到聚氯乙烯树脂。
(3)出料后，采用两根高压冲洗杆从釜上对称角度位置自动伸入釜内，顶端冲洗头360℃旋转，喷出30MPa压力的高压水，由程序控制在不同位置清洗釜壁和搅拌上粘附的聚合物。
(4)检测聚氯乙烯树脂的各项产品指标，检测结果见表1。
(5)每月对聚合釜进行一次人工清釜，对清釜物质量进行统计，统计结果见表1。
表1
鱼眼(个/400cm2) 质量等级 聚合时间 清釜物质量
实施例一 18 优级品 2h30min 56Kg
实施例二 24 优级品 2h30min 82Kg
实施例三 28 优级品 2h30min 78Kg
对比例四 75 合格品 2h30min 1208Kg

Claims (3)

1.本体法聚氯乙烯防粘釜生产方法，包括以下步骤：
A、预聚合，得到“种子”；
B、将计量的硝酸溶液与计量的聚合助剂一起加入聚合釜内，并对聚合釜进行真空置换；
C、向聚合釜中加入氯乙烯单体、引发剂以及步骤A的“种子”，进行聚合反应，反应结束得到聚氯乙烯树脂。
2.根据权利要求1所述的本体法聚氯乙烯防粘釜生产方法，其特征在于：步骤B中硝酸溶液的质量浓度为18％～22％。
3.根据权利要求1或2所述的本体法聚氯乙烯防粘釜生产方法，其特征在于：步骤B中硝酸溶液的加入量为将氯乙烯单体中总酸度控制在0.7～1.0ug/g。
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