CN114558517B - 一种可调节的偶联剂制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调节的偶联剂制备装置，包括反应容器和调节装置，调节装置包括驱动机构和运动机构；驱动机构位于运动机构上方，且驱动机构与运动机构传动连接；反应容器的侧壁上沿纵向设置有若干个呈条形的变形组件，变形组件通过若干变形拉杆与运动机构连接，变形拉杆沿变形组件的纵向依次间隔设置，变形拉杆的一端铰接于变形组件上，变形拉杆的另一端铰接在运动机构上。本发明的偶联剂制备装置可以调整反应容器的直径大小，进而根据反应容器直径的变化在偶联剂制备反应的进行过程实时调整反应容器内部的压力，使得反应容器内部气体反应产物的浓度降低，促进化学反应进行，提高偶联剂反应速率。

Description

一种可调节的偶联剂制备装置

技术领域

本发明涉及偶联剂制备相关技术领域，尤其涉及一种可调节的偶联剂制备装置。

背景技术

偶联剂是一种重要的、应用领域日渐广泛的处理剂，主要用作卨分子复合材料的助剂，能增进无机物和有机物之间粘合性能。偶联剂分子结构的最大特点是分子中含有化学性质不同的两个基团，一个是亲无机物的基团，易与无机物表面起化学反应；另一个是亲有机物的基团，能与合成树脂或其他聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。因此偶联剂被称作“分子桥”，用以改善无机物与有机物之间的界面黏接，从而大大提高复合材料的性能，如物理性能、电性能、热性能、光性能等。

偶联剂在复合材料方向，如玻璃纤维增强剂塑料，能增强玻璃纤维与树脂的结合能力。偶联剂用于橡胶工业中，可提高轮胎、胶板、胶管、胶鞋等产品的耐磨性和耐老化性能，并且能减小天然橡胶用敏，从而降低成本。偶联剂用在黏合方面能促进黏合剂与被黏物牢固地黏接起来，黏合强度有显著提高，而且还能提高胶层的耐水性和耐久性。此外，对金属箔与塑料薄膜的复合，偶联剂也有重要用途。

偶联剂的种类繁多，主要有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂、铬络合物及其他高级脂肪酸、醇、酯的偶联剂等，目前应用范围最广的是硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂。

硅烷偶联剂是人们研究最早、应用最早的一种偶联剂。由于其独特的性能及新产品的不断问世，使其应用领域逐渐扩大，已成为有机硅工业的重要分支。它是近年来发展较快的一类有机硅产品，其品种繁多，结构新颖，仅已知结构的产品就有百余种。硅烷偶联剂最早是20世纪40年代由美国联合碳化合物公司和道康宁公司首先开发的。是继硅油、硅橡胶、硅树脂之后有机硅产品的第四大类。1955年又由美国联合碳化合物公司首次提出了含氨基的硅烷偶联剂，从1959年开始陆续出现一系列改性氨基硅烷偶联剂，20世纪60年代初期出现的含过氧基硅烷偶联剂又大大丰富了硅烷偶联剂的品种。

硅烷偶联剂具有品种多、结构复杂、用量少而效果显著等特点，最初把它作为玻璃纤维的表面处理剂而用在玻璃纤维增强塑料中。随后在橡胶、塑料、填充复合材料、环氧封装材料、弹性体、涂料、黏合剂和密封剂等方面获得了广泛的应用。使用硅烷偶联剂极大的改善了上述材料的机械性能、电气性能、耐候性、耐水性、黏结性、分散性以及工艺操作性等。近几十年来，随着玻璃纤维增强塑料的发展，促进了各种偶联剂的研究与开发。

近年来，相对分子质量较大和具有特种官能团的硅烷偶联剂发展很快，如辛烯基、十二烷基等。Lawrenc等利用硅烷偶联剂对碳纤维表面进行处理，偶联剂中的甲基硅烷氧端基水解生成的硅羟基与碳纤维表面的羟基官能团进行键合，结果复合材料的拉伸强度和模量提高，空气孔隙率下降。硅烷偶联剂由于具有这两类化学基团，因此既能与无机物中的羟基反应，又能与有机物中的长分子链相互作用起到偶联的功效。

一般来说，硅烷偶联剂在制备过程中所产生的物料，比如盐酸等，会以气体的形式存在，需要在反应容器中保持合适的反应压力和物料浓度以保证化学反应向正向进行，但是现有技术中并没有可以实时调整反应容器容积以及反应压力的偶联剂制备装置存在，为此本发明的发明人根据实际生产中的经验，开发出了本发明的装置，以此填补市场空白。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，提供一种可调节的偶联剂制备装置，采用本发明的偶联剂制备装置可以实时调整反应容器直径的大小，进而在偶联剂制备反应的进行过程实时调整反应容器内部的压力，依此调整反应容器内部气体反应产物的浓度，促进化学反应向正向进行，提高偶联剂制备速率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种可调节的偶联剂制备装置，包括反应容器和调节装置，所述反应容器位于调节装置内部；所述调节装置包括驱动机构和运动机构；所述驱动机构位于所述运动机构上方，且所述驱动机构与所述运动机构传动连接；所述反应容器的侧壁上沿纵向设置有若干个呈条形的变形组件，所述变形组件通过若干变形拉杆与所述运动机构连接，若干所述变形拉杆沿所述变形组件的纵向依次间隔设置，每一个所述变形拉杆的一端铰接于所述变形组件上，所述变形拉杆的另一端铰接在所述运动机构上；所述驱动机构包括驱动电机和传动组件，所驱动电机通过所述传动组件驱动运动机构；还包括控制系统和监测机构，所述控制系统与所述驱动电机和所述监测机构相连，所述监测机构与所述反应容器连接。

进一步的，所述传动组件包括驱动盘和连接杆，所述驱动盘的一侧与所述驱动电机的输出轴连接，所述驱动盘的另一侧与所述连接杆的一端连接，所述连接杆的另一端与所述运动机构的顶部连接。

进一步的，所述传动组件包括驱动盘和主动齿条，所述驱动盘的一侧与所述驱动电机的输出轴连接，所述主动齿条设置在所述驱动盘的另一侧，所述运动机构的顶部设置有被动齿条，所述被动齿条与所述主动齿条相啮合。

进一步的，所述制备装置底端设置有底板，所述反应容器设置在所述底板上，所述底板上设置有滑槽，所述运动机构设置在滑槽内。

进一步的，所述滑槽外侧设置有刻度标示。

进一步的，所述反应容器的侧壁包括固体插板和变形组件，所述固体插板和所述变形组件相互间隔或相邻设置，所述固体插板和所述变形组件密封连接。

进一步的，所述监测机构包括位于反应容器内的监测探头，所述监测探头与所述监测机构连接。

进一步的，所述反应容器底部设置有锁止机构和限位机构，所述锁止机构与所述控制系统连接。

进一步的，所述运动机构侧壁设置有锁止机构和限位机构，所述锁止机构与所述控制系统连接。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明的偶联剂制备装置借助调节装置的转动，可以调整反应容器的直径大小，并可以在转动调整后采用锁止机构进行锁止固定，提高反应容器对不同化学反应种类的适应性，同时还可以使用相同的反应容器承载不同的反应物料，提高制备装置的使用灵活性。

采用本发明的偶联剂制备装置可以实时调整反应容器直径的大小，进而根据反应容器直径的变化在偶联剂制备反应的进行过程实时调整反应容器内部的压力，使得反应容器内部气体反应产物的浓度降低，促进化学反应进行，提高偶联剂反应速率。。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的偶联剂制备装置截面示意图；

图2为采用本发明的偶联剂制备装置进行顺时针和逆时针转动时反应容器内腔容积大小变化示意图。

图中：1-反应容器，2-调节装置，3-驱动机构，4-运动机构，5-变形拉杆，6-滑槽，7-驱动电机，8-传动组件，9-控制系统，10-变形组件，11-监测机构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本发明一部实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

出于简明和说明的目的，实施例的原理主要通过参考例子来描述。在以下描述中，很多具体细节被提出用以提供对实施例的彻底理解。然而明显的是，对于本领域普通技术人员，这些实施例在实践中可以不限于这些具体细节。在一些实例中，没有详细地描述公知方法和结构，以避免无必要地使这些实施例变得难以理解。另外，所有实施例可以互相结合使用。

如图1所示，本发明提供一种可调节的偶联剂制备装置，包括反应容器1和调节装置2，所述反应容器1位于调节装置2内部；反应容器1可以为圆形或者其他形状，通常情况下，为了使用方便，反应容器1一般选择为圆柱形，为了与反应容器1外形相配合，调节装置2也设置为具有圆柱形的外形，即，调节装置1和反应容器2一般选择为大圆柱套装小圆柱的组合形式。

本发明的调节装置2包括驱动机构3和运动机构4，所述驱动机构3位于所述运动机构4上方，且所述驱动机构3与所述运动机构4传动连接，驱动机构3用于驱动运动机构4转动，驱动机构3可以采用线性电机或者步进电机作为动力源。同时，根据需要，还可以采用手动装置进行驱动，即，驱动机构3为手动装置，作为典型的方式，手动装置可以为手动转轮盘和手动旋钮，同时为了提高手动转动调节时的精确度，本发明还为手动装置配置了阻尼装置和锁定装置，阻尼装置的使用可以提高进行手动旋转时的阻尼感和精确度，避免因过快旋转导致的过度调节或者调节程度不到位；锁定装置的使用可以在调节到适当位置时将调节装置锁定，以稳定、维持反应所需的反应容器体积。同时，还可以为手动装置配置相应的刻度标示，以提高使用时的便利性。

本发明的所述反应容器1的侧壁上沿纵向设置有若干个呈条形的变形组件10，通常情况下，对于圆柱形的反应容器1，本发明在圆柱形反应容器1的外壁上设置有固体插板和变形组件10，其中的固体插板为整个反应容器1提供一定的刚性，避免反应容器1发生意外形变；其中的变形组件10可以拉伸或者收缩，在拉伸的时候，会使整个圆柱形反应容器1外扩，使得其圆周直径增大，进而增大圆柱形反应容器1的内腔容积；在收缩的时候，会使整个圆柱形反应容器1回缩，使得其圆周直径变小，进而缩小圆柱形反应容器1的内腔容积。由于变形组件10的存在，本申请的反应容器1的内腔容积可以在一定程度内进行无极调节，而且调节过程不存在间断，内腔容积可调范围不存在断点。根据本发明的设计，本发明反应容器1的内腔容积存在一个最大值和最小值，其中的最小值即为变形组件10完全收缩的状态下的容积值，此时变形组件10完全收缩，反应容器1为内腔容积最小的初始形态；其中的最大值即为变形组件10在完全拉伸状态下的容积值，此时的变形组件10完全伸展，反应容器1为内腔容积最大的形态。同时，对于均采用圆柱形外形的反应容器1和调节装置来说，调节装置2的最大内径以及变形组件的最大拉伸程度限制了反应容器1直径外扩的程度，本发明的装置可以根据实际需要选择适当的调节装置2最大内径和变形组件10最大拉伸程度，以适应不同反应类型的使用。

为了带动变形组件10拉伸和收缩，本发明的所述变形组件10通过若干变形拉杆5与所述运动机构4连接，每一个所述变形拉杆5的一端铰接于所述变形组件10上，所述变形拉杆5的另一端铰接在所述运动机构4上。本发明反应容器1的变形组件10通过两端铰接的变形拉杆5与调节装置2的运动机构3连接，运动机构3被驱动机构3驱动时，通过变形拉杆5驱动变形组件10进行顺时针或者逆时针方向的转动，从而带动变形组件10进行拉伸或者收缩，进而在变形组件10被拉伸的情况下增大反应容器1的内腔容积，在变形组件10收缩的情况下缩小反应容器1的内腔容积，以此实现反应容器1内腔容积的调整。

本发明的若干所述变形拉杆5沿所述变形组件10的纵向依次间隔设置，根据需要，本发明的变形拉杆5可以划分为若干组，设置在每一条变形组件10上的变形拉杆为一组，即，为每一条变形组件10在沿其纵向方向上设置了多干个变形拉杆5，这些变形拉杆5为一组。由于变形组件10是沿着反应容器1的纵向设置的，且具有一定的长度，为了实现对变形组件10全长度上的拉伸以及收缩驱动，本发明一组内的变形拉杆5相互均匀间隔设置，即在变形组件10的纵向长度方向上均匀间隔设置了若干个变形拉杆5，以保证对变形组件10推拉驱动的稳定性。同时，本发明变形拉杆5的长度直接影响其在受运动机构4驱动对变形组件10进行推拉时的位移行程，进而影响变形组件的拉伸和收缩程度，进而影响反应容器内腔容积的可调范围，因此，变形拉杆5的尺寸和长度需要根据反应容器1内腔体积的调整范围进行合理设定；而且，变形拉杆5在推拉变形组件时，需要在反应容器1和调节装置2围成的空间内发生偏转，其会随着运动机构4的驱动时而贴近反应容器1外壁，时而远离反应容器1外壁，因此，需要在反应容器1和调节装置2之间设置适当的控制以容纳变形拉杆5的偏转，这也是需要根据反应容器1的具体需要进行调整，本发明对变形拉杆5的具体尺寸以及上述空间的大小并不做具体限定。

本发明的所述驱动机构3包括驱动电机7和传动组件8，所驱动电机7通过所述传动组件8驱动运动机构4，对于电动驱动方式来说，本发明优选采用电机作为动力源，为了驱动的精确性，本发明的驱动电机7通常可以选择为线性电机或者步进电机。驱动电机7可以直接驱动运动机构4转动，也可以通过传动组件间接驱动运动机构4转动，常用的驱动组件有齿轮系统或者连杆驱动系统。对于直接驱动方式，可以采用齿轮、齿盘系统，将驱动电机的输出轴直接与运动机构4进行动力连接；对于间接驱动方式，可以通过中间过渡驱动件，将驱动电机的动力间接传输给运动机构4，所述中间过渡件可以为驱动盘、驱动杆等，或者其他合适的驱动件形式。

为了实现对反应容器1内腔容积的自动调节和反馈调节，本发明还设置了控制系统9和监测机构11，所述控制系统9与所述驱动电机7和所述监测机构11相连，所述监测机构11与所述反应容器1连接。监测机构11实时监测反应容器1内部的反应情况变化，根据预设算法或者预设程序计算出此时反应所需要的压力以及反应容器1内腔体积，并与实时的反应容器1内腔体积进行比较，根据比较结果将信号反馈给控制系统，控制系统根据信号对驱动机构3发出控制命令，控制驱动机构3驱动运动机构4，对变形组件10进行推拉，使变形组件10发生拉伸或收缩，以此调整反应容器1的内腔容积，并将调整结果反馈给控制系统9，控制系统9再次接受监测机构11的监测信号，再次进行比较，并根据比较结果做出是否需要再次进行调整的决策，以此实现对反应容器1内腔体积的闭环控制。

对于驱动电机7采用间接方式驱动运动机构，本发明可以采用驱动盘和驱动连杆的方式进行驱动，本发明的所述传动组件8包括驱动盘和连接杆，所述驱动盘的一侧与所述驱动电机7的输出轴连接，所述驱动盘的另一侧与所述连接杆的一端连接，所述连接杆的另一端与所述运动机构的顶部连接。

对于驱动电机7采用间接方式驱动运动机构，本发明还可以采用齿盘、齿条相配合的方式进行驱动，所述传动组件8包括驱动盘和主动齿条，所述驱动盘的一侧与所述驱动电机的输出轴连接，所述主动齿条设置在所述驱动盘的另一侧，所述运动机构4的顶部设置有被动齿条，所述被动齿条与所述主动齿条相啮合。

本发明的所述制备装置底端设置有底板，所述反应容器1设置在所述底板上，所述底板上设置有滑槽6，所述运动机构4设置在滑槽6内。反应容器1设置在底板上可以保证其在工作过程中具有足够的稳定性，滑槽6的设定可以使运动机构4在转动时更为稳定，避免其在转动时发生意外的偏转或者其他不稳定的情况。并且，为了直观地显示调节的程度，本发明还在所述滑槽6外侧设置有刻度标示，所述刻度标示显示在运动机构4转动到一定程度时所对应的反应容器1内腔容积，这一对应关系可以事先通过计算得到。

本发明的所述反应容器1的侧壁包括固体插板和变形组件10，所述固体插板和所述变形组件10相互间隔或相邻设置，所述固体插板和所述变形组件10密封连接。当选择圆柱形的反应容器时，本发明在圆柱形反应容器的外壁上设置有固体插板和变形组件10，其中的固体插板为整个反应容器1提供一定的刚性，避免反应容器1发生意外形变，为了避免意外泄露，本发明的所述固体插板和所述变形组件10必须密封连接。本发明的变形组件10可以采用具有一定弹性的折叠状材料制成，可以在变形拉杆5的推拉作用下进行折叠和展开，同时，为了避免使用过程中发生腐蚀，变形组件10的材料本身还要具有防腐蚀性和可替换性。

本发明的所述监测机构11包括位于反应容器1内的监测探头，所述监测探头与所述监测机构11连接，监测探头用于监测反应容器1内部的反应情况，其采集的数据包括但不限于反应压力、产物浓度等，还可以根据需要设置可视化的视频探头。上述监测探头与监测机构11可以进行无线或者有线连接，同时，对于大规模工业化生产来说，可以将多个制备装置的监测机构11组成物联网，实时监测各个制备装置的反应情况。

本发明在所述反应容器1底部设置有锁止机构和限位机构，当运动机构4转动到一定位置后，需要将其固定，以固定变形组件10的伸展和收缩程度，进而固定反应容器1的内腔容积值；同时，本发明的所述锁止机构与所述控制系统连接，根据控制系统9的信号对锁止机构进行实时的锁止和解除锁止操作，即，当控制系统9做出决策认为需要驱动运动机构4进行调整时，解除锁止，当控制系统9做出决策认为已经调整完毕，不需要驱动运动机构4转动时，使锁止机构锁止，避免变形拉杆意外推动变形组件。此外，本发明还可以在所述运动机构4侧壁设置有锁止机构和限位机构，所述锁止机构与所述控制系统9连接，其具体的锁止、解锁控制方式与上述设置在反应容器1底部设置有锁止机构和限位机构的工作方式类似，不再赘述。

在制备偶联剂的反应过程中，一般将硅烷定量地反应容器的顶端泵入，它会与反应容器内部的醇发生反应，挥发性较低的烷氧基产物会向反应容器底部移动，并被上升的醇蒸汽所汽提而脱出盐酸，反应容器的底部可以得到中性的无醇的烷氧基硅烷，其反应过程中的产生的盐酸会呈气态存在于反应容器中，由于上述反应会持续地产生气态盐酸，过多的盐酸堆积会导致反应容器内气态盐酸浓度过高，进而影响反应的进程，因此，此时需要调整增大反应容器的内腔容积，以降低气态盐酸的浓度，促进反应进程。如图2中的A所示，此时可以驱动运动机构4顺时针转动，使变形拉杆5带动变形组件10扩展，使反应容器1的内腔容积扩大；反之则如图2中的B所示，驱动运动机构4逆时针转动，使变形拉杆5带动变形组件10收缩，使反应容器1的内腔容积减小，并通过控制系统实时监测反应容器内腔的反应情况实现对反应容器体积的实时反馈调整。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其配方、工艺所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种可调节的偶联剂制备装置，包括反应容器和调节装置，其特征在于，所述反应容器位于调节装置内部；所述调节装置包括驱动机构和运动机构；所述驱动机构位于所述运动机构上方，且所述驱动机构与所述运动机构传动连接；所述反应容器的侧壁上沿纵向设置有若干个呈条形的变形组件，所述变形组件通过若干变形拉杆与所述运动机构连接，若干所述变形拉杆沿所述变形组件的纵向依次间隔设置，每一个所述变形拉杆的一端铰接于所述变形组件上，所述变形拉杆的另一端铰接在所述运动机构上；所述驱动机构包括驱动电机和传动组件，所驱动电机通过所述传动组件驱动运动机构；还包括控制系统和监测机构，所述控制系统与所述驱动电机和所述监测机构相连，所述监测机构与所述反应容器连接；所述制备装置底端设置有底板，所述反应容器设置在所述底板上，所述底板上设置有滑槽，所述运动机构设置在滑槽内；所述滑槽外侧设置有刻度标示；所述反应容器的侧壁包括固体插板和变形组件，所述固体插板和所述变形组件相互间隔或相邻设置，所述固体插板和所述变形组件密封连接；所述传动组件包括驱动盘和连接杆，所述驱动盘的一侧与所述驱动电机的输出轴连接，所述驱动盘的另一侧与所述连接杆的一端连接，所述连接杆的另一端与所述运动机构的顶部连接；所述传动组件包括驱动盘和主动齿条，所述驱动盘的一侧与所述驱动电机的输出轴连接，所述主动齿条设置在所述驱动盘的另一侧，所述运动机构的顶部设置有被动齿条，所述被动齿条与所述主动齿条相啮合。

2.根据权利要求1所述的可调节的偶联剂制备装置，其特征在于，所述监测机构包括位于反应容器内的监测探头，所述监测探头与所述监测机构连接。

3.根据权利要求2所述的可调节的偶联剂制备装置，其特征在于，所述反应容器底部设置有锁止机构和限位机构，所述锁止机构与所述控制系统连接。

4.根据权利要求2所述的可调节的偶联剂制备装置，其特征在于，所述运动机构侧壁设置有锁止机构和限位机构，所述锁止机构与所述控制系统连接。

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