CN111921482A - 一种高粘度聚合物环型捏合反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高粘度聚合物环型捏合反应器，该高粘度聚合物环型捏合反应器包括输送方向相反且采用各自独立的驱动机构驱动的两同向双轴捏合反应器，两同向双轴捏合反应器的起始端和末端分别通过连通管相连接使得两同向双轴捏合反应器的内腔构成循环内腔，且在其中一个同向双轴捏合反应器上设有进料口（3）且在另一个同向双轴捏合反应器上设有带阀门的出料口（4）；物料从进料口（3）进入两同向双轴捏合反应器构成的循环内腔中，至少经历进料口（3）至出料口（4）的剪切捏合后经出料口（4）输出或者在循环内腔中经历多个循环的剪切捏合后经出料口（4）输出。本发明的捏合反应器能够控制反应物料停留时间和高粘度高分子聚合物的转换率。

Description

一种高粘度聚合物环型捏合反应器

技术领域

本发明属于高粘度聚合物的熔融聚合或脱挥技术领域，具体地说是一种用于聚合或脱挥高分子聚合物的高粘度聚合物环型捏合反应器。

背景技术

捏合机是对高粘度、弹塑性物料的捏合、混炼、硫化、聚合的理想设备。捏合机可用于生产硅橡胶、密封胶、热熔胶、食品胶基、医药制剂等。捏合机是一种特殊的混合搅拌设备。

真空捏合机（ Vacuum Kneader）是捏合机中的一种，主要是用于硅橡胶、玻璃胶、丁基胶、热熔胶等化工生产领域。捏合机通常由捏合系统、真空系统、加热系统、冷却系统和电器控制系统等几大部件组成。

捏合反应器连续捏合机不但满足粉体工程的需要 ,还能解决粘稠物料的搅拌、均质。它实现了粉碎、搅拌、捏合、自清理、输送等多功能于一体 ,并能连续化生产作业。捏合机（Kneader reactor）是一种混合搅拌机，通常用于高粘度体系下的反应，混合，干燥等工艺，尤其适用于高分子材料，即塑料制品的制备与加工。捏合机的作用是将各种组分进行混合，通过机械搅拌和外界加热，使各组分相互反应，或将轻质组分分离。

在本体聚合高分子的工程实施中，单体和单体的混合物在极少量或完全没有溶剂稀释的情况下转化为高分子的聚合物，当高分子聚合物达到一定转化率后，聚合物粘度急剧上升，通常其粘度会从不足50Pa•s增加到1000Pa•s甚至更高，若采用传统的搅拌釜进行反应，在反应后期随着物料的粘度提高搅拌的效率迅速降低，反应体系中的传质与传热变得越发困难，聚合体系容易发生分子量分布变宽甚至爆聚的现象，无法完成高分子聚合物的界面更新、输送及出料。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种高粘度聚合物环型捏合反应器，以解决高粘度聚合物的聚合或脱挥工艺中的难出料物料的聚合和脱挥问题。

本发明的目的是通过以下技术方案解决的：

一种高粘度聚合物环型捏合反应器，其特征在于：该高粘度聚合物环型捏合反应器包括输送方向相反且采用各自独立的驱动机构驱动的两同向双轴捏合反应器，两同向双轴捏合反应器的起始端和末端分别通过连通管相连接使得两同向双轴捏合反应器的内腔构成循环内腔，且在其中一个同向双轴捏合反应器上设有进料口且在另一个同向双轴捏合反应器上设有带阀门的出料口；物料从进料口进入两同向双轴捏合反应器构成的循环内腔中，至少经历进料口至出料口的剪切捏合后经出料口输出、或者在循环内腔中经历多个循环的剪切捏合后经出料口输出。

所述同向双轴捏合反应器的壳体上设有邻近出料口的取样口。

所述的同向双轴捏合反应器中的螺杆上的螺纹包括输送螺纹、剪切螺纹和捏合螺纹，且剪切螺纹和捏合螺纹分布的区域位于输送螺纹分布的区域之间。

自同向双轴捏合反应器的起始端至末端的螺杆上，依次分布有输送螺纹、剪切螺纹、捏合螺纹和输送螺纹。

自同向双轴捏合反应器的起始端至末端的螺杆上，依次分布有输送螺纹、剪切螺纹、捏合螺纹、剪切螺纹、捏合螺纹和输送螺纹。

所述的螺纹还包括用于提高物料停留时间的反向螺纹，反向螺纹设置在螺杆的起始端和/或螺杆的末端和/或剪切螺纹与捏合螺纹之间。

所述的反向螺纹位于螺杆的起始端时，进料口位于反向螺纹后侧的输送螺纹处的同向双轴捏合反应器的壳体上。

所述的螺纹还包括脱气螺纹，脱气螺纹所处的同向双轴捏合反应器的壳体上设有抽气口。

所述的脱气螺纹位于螺杆的末端且脱气螺纹的前后侧至少有一侧为输送螺纹，脱气螺纹的螺距小于输送螺纹的螺距。

所述同向双轴捏合反应器的壳体上设有真空接口。

本发明相比现有技术有如下优点：

本发明的高粘度聚合物环型捏合反应器通过布置两个串联且能够构成循环的同向双轴捏合反应器，以解决反应物料停留时间短的问题和高粘度高分子聚合物转换率可控的问题，通过循环内腔的设置，解决了难出料物料的聚合和脱挥问题。

本发明的高粘度聚合物环型捏合反应器能够根据反应的种类不同、反应体系中反应物浓度不同、进料时的反应程度不同、对完成反应的时间要求不同确定螺杆的组态结构；且该螺杆的组态结构能够满足反应对停留时间、剪切速率及表面更新率的要求。

本发明的高粘度聚合物环型捏合反应器具有适宜的进料口以满足不同粘度或特定粘度的原料的加入，并能根据工艺要求在适当的位置增设第二、三甚至更多组分（如引发剂、终止剂、稳定计、偶联剂等）的加入口或脱挥口。

本发明的高粘度聚合物环型捏合反应器对于聚合反应尤其是本体聚合反应，具有良好的自清理能力且没有死角，能保证高粘物料的稳定输送以得到较窄的分子量分布并防止物料长时间停留在反应器中影响产品品质。

附图说明

附图1为本发明的高粘度聚合物环型捏合反应器的结构示意图；

附图2为本发明的高粘度聚合物环型捏合反应器的螺杆结构示意图；

附图3为本发明的高粘度聚合物环型捏合反应器的工作流程示意图。

其中：1—第一同向双轴捏合反应器；2—第二同向双轴捏合反应器；3—进料口；4—出料口；5—螺杆；6—螺纹；61—输送螺纹；62—剪切螺纹；63—捏合螺纹；64—反向螺纹；65—脱气螺纹；7—真空接口。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-3所示：一种高粘度聚合物环型捏合反应器，该高粘度聚合物环型捏合反应器包括输送方向相反且采用各自独立的驱动机构驱动的两同向双轴捏合反应器，两同向双轴捏合反应器分别为第一同向双轴捏合反应器1和第二同向双轴捏合反应器2，且第一同向双轴捏合反应器1位于第二同向双轴捏合反应器2的正上方，在第一同向双轴捏合反应器1的起始端设有进料口3且第一同向双轴捏合反应器1的末端通过一连通管与第二同向双轴捏合反应器2的起始端相连通、第二同向双轴捏合反应器2的末端通过另一连通管与第一同向双轴捏合反应器1的起始端相连通，使得第一同向双轴捏合反应器1和第二同向双轴捏合反应器2的内腔通过两连通管构成一循环内腔；且在第二同向双轴捏合反应器2的末端处设有带阀门的出料口4。上述驱动机构包括电动机、减速机、联轴器等部件，在图3中采用M1表示第一同向双轴捏合反应器1的驱动机构、采用M2表示第二同向双轴捏合反应器2的驱动机构。使用时，物料从第一同向双轴捏合反应器1上的进料口3进入两同向双轴捏合反应器构成的循环内腔中，至少经历进料口3至出料口4的剪切捏合后经出料口4输出、或者在循环内腔中经历多个循环的剪切捏合后经出料口4输出。

进一步的说，该同向双轴捏合反应器中的螺杆5上的螺纹6包括输送螺纹61、剪切螺纹62和捏合螺纹63，且剪切螺纹62和捏合螺纹63分布的区域位于输送螺纹61分布的区域之间。

螺纹6的组合结构有多种，下面简要列举几种：

一、自同向双轴捏合反应器的起始端至末端的螺杆5上，依次分布有输送螺纹61、剪切螺纹62、捏合螺纹63和输送螺纹61；

二、自同向双轴捏合反应器的起始端至末端的螺杆5上，依次分布有输送螺纹61、剪切螺纹62、捏合螺纹63、剪切螺纹62、捏合螺纹63和输送螺纹61；

三、螺纹6还包括用于提高物料停留时间的反向螺纹64，反向螺纹64设置在螺杆5的起始端和/或螺杆5的末端和/或剪切螺纹62与捏合螺纹63之间；当反向螺纹64位于螺杆5的起始端时，进料口3位于反向螺纹64后侧的输送螺纹61处的同向双轴捏合反应器的壳体上；

四、螺纹6还包括脱气螺纹65，脱气螺纹65的螺距小于输送螺纹61的螺距且脱气螺纹65所处的同向双轴捏合反应器的壳体上设有抽气口，抽气口用于抽出循环内腔内在反应时产生的气化物；当脱气螺纹65位于螺杆5的末端且脱气螺纹65的前后侧至少有一侧为输送螺纹61。

一个螺杆5的结构如图2所示，自同向双轴捏合反应器的起始端至末端的螺杆5上，依次分布有反向螺纹64、输送螺纹61、剪切螺纹62、反向螺纹64、捏合螺纹63、剪切螺纹62、捏合螺纹63、输送螺纹61、脱气螺纹65、输送螺纹61。

进一步的说，在同向双轴捏合反应器的壳体上设有邻近出料口4的取样口，当取样检测合格时，才会打开出料口4的阀门，输出经过充分反应的物料。

另外在同向双轴捏合反应器的壳体上还设有能够与抽真空机构相连接的真空接口7，该真空接口7对应输送螺纹61或脱气螺纹65设置，抽真空机构通过真空接口7将循环内腔抽真空，图3所示的真空接口7位于第一同向双轴捏合反应器1的末端。

如图3所示，本发明提供的高粘度聚合物环型捏合反应器工作时，物料从进料口 3加入到第一同向双轴捏合反应器1，第一同向双轴捏合反应器1的螺杆5推料，经连通管进入第二同向双轴捏合反应器2；第二同向双轴捏合反应器2再将反应物料推入第一同向双轴捏合反应器1中，从而使得反应物料形成循环反应；通过取样口取出物料检测物料反应状况，直到反应物料达到理想状态，打开出料口4的阀门，运用同向双轴捏合反应器中的自清洁双螺杆推动出料。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种高粘度聚合物环型捏合反应器，其特征在于：该高粘度聚合物环型捏合反应器包括输送方向相反且采用各自独立的驱动机构驱动的两同向双轴捏合反应器，两同向双轴捏合反应器的起始端和末端分别通过连通管相连接使得两同向双轴捏合反应器的内腔构成循环内腔，且在其中一个同向双轴捏合反应器上设有进料口（3）且在另一个同向双轴捏合反应器上设有带阀门的出料口（4）；物料从进料口（3）进入两同向双轴捏合反应器构成的循环内腔中，至少经历进料口（3）至出料口（4）的剪切捏合后经出料口（4）输出、或者在循环内腔中经历多个循环的剪切捏合后经出料口（4）输出。

2.根据权利要求1所述的高粘度聚合物环型捏合反应器，其特征在于：所述同向双轴捏合反应器的壳体上设有邻近出料口（4）的取样口。

3.根据权利要求1所述的高粘度聚合物环型捏合反应器，其特征在于：所述的同向双轴捏合反应器中的螺杆（5）上的螺纹（6）包括输送螺纹（61）、剪切螺纹（62）和捏合螺纹（63），且剪切螺纹（62）和捏合螺纹（63）分布的区域位于输送螺纹（61）分布的区域之间。

4.根据权利要求3所述的高粘度聚合物环型捏合反应器，其特征在于：自同向双轴捏合反应器的起始端至末端的螺杆（5）上，依次分布有输送螺纹（61）、剪切螺纹（62）、捏合螺纹（63）和输送螺纹（61）。

5.根据权利要求3所述的高粘度聚合物环型捏合反应器，其特征在于：自同向双轴捏合反应器的起始端至末端的螺杆（5）上，依次分布有输送螺纹（61）、剪切螺纹（62）、捏合螺纹（63）、剪切螺纹（62）、捏合螺纹（63）和输送螺纹（61）。

6.根据权利要求3、4、5任一所述的高粘度聚合物环型捏合反应器，其特征在于：所述的螺纹（6）还包括用于提高物料停留时间的反向螺纹（64），反向螺纹（64）设置在螺杆（5）的起始端和/或螺杆（5）的末端和/或剪切螺纹（62）与捏合螺纹（63）之间。

7.根据权利要求6所述的高粘度聚合物环型捏合反应器，其特征在于：所述的反向螺纹（64）位于螺杆（5）的起始端时，进料口（3）位于反向螺纹（64）后侧的输送螺纹（61）处的同向双轴捏合反应器的壳体上。

8.根据权利要求3、4、5任一所述的高粘度聚合物环型捏合反应器，其特征在于：所述的螺纹（6）还包括脱气螺纹（65），脱气螺纹（65）所处的同向双轴捏合反应器的壳体上设有抽气口。

9.根据权利要求8所述的高粘度聚合物环型捏合反应器，其特征在于：所述的脱气螺纹（65）位于螺杆（5）的末端且脱气螺纹（65）的前后侧至少有一侧为输送螺纹（61）。

10.根据权利要求1所述的高粘度聚合物环型捏合反应器，其特征在于：所述同向双轴捏合反应器的壳体上设有真空接口（7）。

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