聚合物反应性加工概述

3. 反应挤出的缺点
尽管反应挤出技术有上述优点，但也存在一些缺点，如： ①技术难度大。不但要进行配方和工艺条件的研究，而且要针对不 同的反应设计所需的新型反应挤出机，研发资金投入大，时间长。 ②难以观察检测。物料在挤出机中始终处于动态、封闭的高温、高 压环境中，难以观察、检测物料的反应程度；物料停留时间较短， 一般只有几分钟时间，因而要求所要进行的反应必须快速完成；如 果反应时间超过2Omin，则用反应挤出技术就没有意义。 ③技术含量高。反应挤出技术涉及到聚合物材料、化学工程、聚合 反应工程、橡塑机械、聚合物成型加工、机械加工、电子等诸多学 科，需较长时间的研究和多方合作才能取得成果。
2 需进行繁杂的分离和提纯；
3 还要使用混炼机、压延机和挤出机等多种仪器和设备，耗 资大；
如何解决？！
背景介绍
如能把聚合过程和加工过程合二为一，在加工机械中 同时进行化学反应，连续生产，而且采用无溶剂的本体聚 合技术，无需进行分离和提纯，这样就可以使得工艺简单 、经济，且生产周期大大缩短。
有没有这种加工技术呢？
n H2C CHCl
H2 H CC
n
Cl
图 2 聚氯乙烯树脂的制备过程
背景介绍
⑵ 成型过程 以聚氯乙烯树脂为原料，通过相应的成型技术
技术（如注射、挤出）最终得到聚氯乙烯管道制品 。
图 3 注射成型示意图
背景介绍
聚乙烯水壶制备过程：
聚合过程
以乙烯为单体，通过相应的聚合技术（如本体聚 合）得到聚乙烯树脂；
反应性加工方法：10-30min
聚合物反应性加工的方法
反应性注射成型 反应性挤出成型 反应性共混
反应注射成型
定义：是指将两种以上低粘度低分子量的液体单体或预聚体，在高
压下撞击、混合后立即注入密闭的模具内，使液体混合物在模具内发 生化学反应，形成具有弹性和刚性的高分子制品的加工方法。
组份A 组份B
聚合物反应性加工
聚合物反应性加工的定义
所谓聚合物反应性加工技术，是指在加工过程中，使 不相容的共混物组份之间产生化学反应，从而实现共混改 性的方法，即共混物在成型过程中完成化学改性。
优点
工艺简便、经济 产品生产周期大大缩短 可以对原有聚合物进行改性
聚合物反应性加工的定义
传统的加工方法：8h
聚氯乙烯管道
聚合物反应性加工概述
主讲：金天翔 单位：化生材学院
内容介绍
背景介绍 聚合物反应性加工的定义 聚合物反应性加工的方法 反应性加工实例
背景介绍
脸盆
聚氯乙烯管道
PE水壶
汽车轮胎
火箭外壳 图1 聚合物材料制品
宇航服
背景介绍
传统的聚氯乙烯管道制备过程：
聚合过程
以氯乙烯为单体，通过相应的聚合技术（如本体 聚合、悬浮聚合）得到聚氯乙烯树脂；
2. 反应挤出的优点
⑥螺杆挤出机既是反应器，又是制品成型设备，从而使生 产工艺过程做到了工序少、流程短、能耗低、成本低、 生产效率高。节约大部分工厂设备和占地空间；
⑦节省回收稀释液所需的能量，没有溶剂或稀释液，无废 液排出；
⑧挤出机具有技术上的优势，因为它可以作为柱塞流反应 器或者微背混式塞流反应器。
n H2C CH2
H2 H2 CC
n
图 4 聚乙烯树脂的制备过程
背景介绍
成型过程 以聚乙烯树脂为原料，通过相应的成型技术技
术（如吹塑成型等）最终得到聚乙烯水壶制品。
图 5 吹塑成型示意图
背景介绍
传 统
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
① 单体聚合得到原料树脂
的
聚
合
物
加
工
过
程
② 成型加工
背景介绍
缺点：
1 从单体聚合到加工成型，工艺流程长，花费时间多；
突出特点：
聚合物产品力学强度和热稳定性高
生产效率高、能耗低
商品设计自由度大、成本低
应用： 增强聚氨酯；
汽车构件：车门、汽车挡泥板等。
反应性挤出成型
定义：是指将挤出机尤其是双螺杆挤出机作为一种连续的加工反应器
，初始物料从物料口加入后在螺杆的作用下，使输送、混合、剪切、 反应、传热、脱除挥发物、造粒或模具成塑在一个连续的过程得以实 现的一种成型方法。
计量
混合
充模
固化
脱模
后处理
图6 反应注射成型工艺流程图
问题：在反应性基础过程中最重要的控制因素是什 么？
组份A和B反应活性是怎样选择的？
计量是否要求准确？ 反应温度如何控制？
反应注射成型
突出特点： 生产效率高、能耗低
商品设计自由度大、成本低
应用： 聚氨酯（1974年 美国）
不饱和聚酯 聚碳酸酯 环氧树脂
反应性共混
定义：
是指在熔融混炼过程中，通过加入反应性物质，从而改善共混体 系的相容性，提高其最终制品性能的方法。
特点：
可在很大程度上解决界面张力和两相间的粘合力，从而改善共混体 系的相容性。
通用的增容反应类型：
反应性共混
反应性加工实例
丁烯-1反应挤出聚合和聚丁烯-1热塑性弹性体的合成 （ 国家863计划，编号2006AA03Z546）
图6 反应性挤出机
反应性挤出成型
图7 螺杆
螺杆的主要作用？ 传输 搅拌 混合、剪切
反应性挤出成型
控制因素:
反应单体活性 相容性 脱挥性 散热性
反应挤出的优点
①螺杆挤出机可根据需要设置多处加料口，根据各种化学反应 自身的规律，沿螺杆的轴向将物料按一定程序和最合适的方式 分步加入，可以控制化学反应按预定的顺序和方向进行。 ②可以精确控制反应温度，并可根据化学反应本身的特点和规 律，通过温度沿螺杆轴向的分布和分布梯度来控制反应进行的 方向、速度和程度，以减少副反应的发生。 ③螺杆挤出机的混合能力很强，提高了反应物料体系的混合均 匀程度。 ④通过调整螺杆转速和螺杆的几何结构，可以控制反应物料的 停留时间和停留时间分布。反应挤出比较适合于反应速度较快 的化学反应。 ⑤副反应较少，选择性较好。
聚丁烯-1热塑性弹性体反应挤出试验生产线
丁烯-1反应挤出聚合和聚丁烯-1热塑性弹性 体的合成（ 国家863计划，编号 2006AA03Z546）
综上所述，反应挤出技术具有研发投入高、技术含量高、产品 利润高的特点，虽在研发阶段困难多，但在工业应用上优势明显， 正因为如此，它才成为当前国际上的研究热点。
反应性挤出成型
应用：全世界60%以上的塑料产品是采用螺杆挤出法加工的
片材：PS、PP和ABS片材等 板材：PP、ABS和PP板材等 管材：PVC管材、交联聚乙烯管材等 薄膜 双向拉伸聚丙烯薄膜等
增强反应注射成型：
定义：是指在单体中加入增强材料，即反应单体与增强材料一同通
过混合头注入模具型腔制备复合材料制品的一种加工方法
组份A 组份B 增强材料
计量
混合
充模
固化
脱模
后处理
图7 增强反应注射成型工艺流程图
增强反应注射成型
与反应性注射成型区别：
原料中加入了增强材料，为什么选择反应性注射来增强？粘度。