專利名稱：聚合物降解和共聚的超聲反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于聚合物在超聲波作用下降解產(chǎn)生自由基，并能引發(fā)其它單體生成新的接枝或嵌段共聚物裝置，屬聚合物合成反應(yīng)領(lǐng)域。
在溶液中超聲波產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)是由于空化作用所致。在超聲波作用下，液體將迅速產(chǎn)生壓力起伏，出現(xiàn)壓縮和膨脹周期變化。膨脹時，產(chǎn)生的負(fù)壓足以克服液體分子間的引力，使液體產(chǎn)生小空穴，氣體逸進(jìn)空穴后形成微氣泡。在壓縮階段空竅穴崩潰時釋放出很大的能量，產(chǎn)生壓力瞬時可達(dá)幾百個大氣壓，同時從崩潰中心輻照出強(qiáng)列的沖擊波。溶液中的高分子在空穴崩潰時產(chǎn)生劇烈沖擊力作用下，有可能經(jīng)歷一系列的變化，如分子鏈取向，伸長，化學(xué)鍵變形(鍵長或鍵角變化)，分子被活化等。或通過斷鏈生成大分子自由基。利用這些新產(chǎn)生的自由基可以引發(fā)其它單體，使其聚合；或者通過由不同聚合物組成的混合溶液在超聲波輻照下生成的不同大分子自由基的再結(jié)合，或者通過生成的大分子自由基與另一高分子鏈的傳遞反應(yīng)皆有可能制得具有多種性能的接枝或嵌段共聚物。H·K巴拉姆鮑伊姆著，江蘭，黃鴻良譯，《高分子化合物力化學(xué)》Pl48，化學(xué)工業(yè)出版社1982年，A·CaSale，R、S.Popter Pblymer StressReactions Val·l P501 Acalamic Ress New-york 1979報導(dǎo)。
目前聚合物的超聲降解和共聚反應(yīng)均采用機(jī)電型超聲發(fā)生器產(chǎn)生超聲波和聲變輻桿浸入式超聲反應(yīng)器，這種反應(yīng)器是把超聲波“探頭”直接浸入到反應(yīng)液中，所謂探頭就是由超聲換觸器驅(qū)動的聲變輻桿的發(fā)射端。由換能器發(fā)射的超聲波經(jīng)過探頭直接輻射到反應(yīng)液體中。這種超聲反應(yīng)器雖然能進(jìn)行聚合物的降解和共聚反應(yīng)，但其容積一般較小，僅為數(shù)毫升至數(shù)百毫升之間，只適合在實(shí)驗(yàn)室作理論研究之用。李文端、徐僖，《高分子通訊》NO1 31(1983)；P.Kruns.Ultrasonics Vol.25，20(1987)。
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足夠而提供一種用于聚合物降解和共聚的超聲反應(yīng)裝置，它含有高壓液泵，超聲源和反應(yīng)釜。三者用管道連接構(gòu)成循環(huán)系統(tǒng)。通過控制支管中液體回流量調(diào)節(jié)主管道中液體壓力。高壓液泵可產(chǎn)生0.8MPa壓力，由安裝在主管線上的儀表監(jiān)測，超聲源是一種機(jī)械型超聲波發(fā)生器——液哨。該反應(yīng)裝置能通過聚合物的降解反應(yīng)制得分子量較低和分子量分布較窄的聚合物，或者通過一種聚合物 與另一種聚合物 的超聲共聚反應(yīng)制得 類型的共聚物。
本發(fā)明提供的聚合物降解和共聚的超聲反應(yīng)裝置如

圖1所示。
圖1為聚合物降解和共聚的超聲反應(yīng)裝置示意圖。
(1)反應(yīng)釜，(2)進(jìn)料口，(3)壓力表，(4)高壓液泵，(5)出料口。
圖2為反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)示意圖(6)濾板，(7)液哨，(8)釜體，(9)頂蓋，(10)夾套。
圖3為超聲源——液哨結(jié)構(gòu)示意圖(11)噴嘴，(12)刃口矩形板聚合物降解和共聚的超聲反應(yīng)裝置主要由高壓液泵(4)，超聲源——液哨(7)和反應(yīng)釜(1)組成，三者之間通過主管道連接成循環(huán)系統(tǒng)，主管道一端的進(jìn)料口(2)接高壓泵(4)，高壓泵(4)可產(chǎn)生0.8MPa以上壓力，通過控制支管中液體回流量調(diào)節(jié)主管道中液體壓力，由安裝在主管線上的壓力表(3)監(jiān)測，主管道另一端連接出料口(5)。
反應(yīng)釜(1)內(nèi)裝設(shè)超聲源一液哨(7)，液哨(7)的一端與物料進(jìn)口管主線連接，并安裝在釜體(8)的頂蓋(9)上，液哨(7)的另一端沉浸在反應(yīng)釜內(nèi)的液體中，釜體外設(shè)有加熱冷卻夾套(10)。
超聲源為液動式超聲發(fā)生器，選擇狹縫形狀的噴嘴(11)應(yīng)與帶刃口的矩形板(12)配套。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，將物料從進(jìn)料口(2)進(jìn)入高壓泵(4)加壓，流體經(jīng)過主管道壓力表監(jiān)測(3)至反應(yīng)釜(1)，利用支管道回流調(diào)節(jié)主管道壓力，流體經(jīng)超聲源一液哨的狹縫噴嘴(11)和刃口矩形板(12)噴射出來，便能引起矩形板激發(fā)振動，恰當(dāng)?shù)倪x取液流流速和噴嘴到矩形板間的距離，刃口矩形板就能發(fā)生諧振而產(chǎn)生強(qiáng)烈振動，并有效地向四周幅射出頻率可高達(dá)32kHz的超聲波。
下面參照附圖提供聚合物降解和共聚的超聲反應(yīng)裝置的應(yīng)用實(shí)施例1.在一個10立升的超聲反應(yīng)釜中加入8000～11000毫升2％聚乙烯醇水溶液，0.8-1.1克對苯二酚(自由基終止劑)和少量消泡劑，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)裝置中支管液體回流量控制主管道的液體壓力為0.8MPa左右，再控制反應(yīng)釜夾套內(nèi)冷卻水流量，使液體溫度為35℃左右，超聲降解反應(yīng)150分鐘后，聚乙烯醇的分子量從1.19×105下降至0.97×104，如圖4所示。
圖4為聚乙烯醇粘均分子量與超聲幅照時間的變化。
2.在一個10立升的超聲反應(yīng)釜中，加入8000-11000毫升0.5～1.0％聚氧化乙烯水溶液，0.8～1.1克對苯二酚和少量消泡劑，在實(shí)施例1的同樣條件下，壓力為0.8MPa，溫度為35℃下反應(yīng)600分鐘，可制得分子量較低的聚氧化乙烯，如圖5所示。
圖5為聚氧化乙烯粘均分子量與幅照時間變化3.在一個10立升的超聲反應(yīng)釜中，加入10000毫升2％聚乙烯醇水溶液，丙烯腈800毫升，甲酸(調(diào)節(jié)pH值為2～3)14毫升，反應(yīng)溫度為35℃。調(diào)節(jié)支管中液體壓力為0.4，0.6，0.8MPa下進(jìn)行超聲共聚反應(yīng)180分鐘，其共聚物產(chǎn)率分別為88％，12％，145％，(共聚物產(chǎn)率＝共聚物重量/聚乙烯醇投料量)如圖6所示。
圖6為不同壓力對共聚物產(chǎn)率的影響4.在一個10立升超聲反應(yīng)釜中，加入10000毫升2％聚乙烯醇水溶液，甲酸14毫升，使溶液的pH值為2～3，壓力0.8MPa，反應(yīng)溫度為35℃，丙烯腈用量分別為800，600，400，200毫升，反應(yīng)時間為180分鐘，其共聚物產(chǎn)率分別為145％，76％(反應(yīng)150分鐘)，64％，12％如圖7所示圖7為聚乙烯醇與丙烯腈投料比對共聚物產(chǎn)率的影響。
5.在一個10立升超聲反應(yīng)釜中，加入10000毫升2％聚乙烯醇水溶液，丙烯腈800毫升，主管道中液體壓力為0.8MPa，反應(yīng)溫度為35℃，當(dāng)甲酸用量為5，10，14，20毫升時，反應(yīng)180分鐘，其共聚物產(chǎn)率分別為120％，118％，145％，88％，如圖8所示。
圖8為甲酸用量對共聚物率的影響6.在一個10立升超聲反應(yīng)釜中，加入10000毫升2％聚乙烯醇水溶液，丙烯腈800毫升，甲酸14毫升，壓力為0.8MPa，在反應(yīng)溫度為35℃，45℃下反應(yīng)180分鐘，其共聚物產(chǎn)率分別為145％和70％，如圖9所示。
圖9為反應(yīng)溫度對共聚物產(chǎn)率的影響。
7.在一個10立升超聲反應(yīng)釜中，加入5000毫升0.5～2％聚氧化乙烯(PEO)水溶液和5000毫升0.5-1％羥乙基纖維素(HEC)水溶液，在主管道液體壓力為0.8MPa，反應(yīng)溫度38±3℃下反應(yīng)6小時，可得聚氧化乙烯-羥乙基纖維共聚物，其產(chǎn)率分別為26％(PEO∶HEC＝2∶1重量比，濃度為0.5％)，5.5％(PEO∶HEC＝2∶1，濃度為1.5％)，4.5％(PEO∶HEC＝1∶2，濃度為0.75％)。如圖10所示，
圖10為聚氧化乙烯與羥乙基纖維素的投料比對共聚物產(chǎn)率的影響。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，反應(yīng)容積大，易于工業(yè)應(yīng)用。
2、容易通過聚合物降解反應(yīng)制得分子量較低和分子量分布較窄的聚合物。
3、通過一種聚合物 與單體M超聲共聚反應(yīng)可制得 共聚物，或者通過一種 與另一種聚合物 的超聲共聚反應(yīng)可制得 類型的共聚物。
權(quán)利要求
1.一種用于聚合物降解和共聚的超聲反應(yīng)裝置，其特征在于該超聲反應(yīng)裝置主要由高壓泵(4)，超聲源——液哨(7)和反應(yīng)釜(1)組成，三者之間通過主管道連接成循環(huán)系統(tǒng)，主管道一端的進(jìn)料口(2)連接高壓泵(4)，控制支管道中液體回流量調(diào)節(jié)主管道中液體壓力，由安裝在主管線上的壓力表(3)監(jiān)測，主管道另一端連接出料口(5)。
2.按照權(quán)利要求1所述聚合物降解和共聚的超聲反應(yīng)裝置，其特征在于該超聲反應(yīng)裝置的反應(yīng)釜(1)內(nèi)裝設(shè)超聲源——液哨(7)，液哨(7)的一端與物料進(jìn)口管主線連接，并安裝在釜體(8)的頂蓋(9)上，液哨(7)的另一端沉浸在反應(yīng)釜內(nèi)的液體中。釜體外設(shè)有加熱或冷卻夾套(10)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述聚合物降解和共聚的超聲反應(yīng)裝置，其特征在于該超聲反應(yīng)裝置的超聲源為液動式超聲發(fā)生器。液哨(7)選擇狹縫形狀的噴嘴(11)應(yīng)與帶刃口的矩形板(12)配套。
全文摘要
一種用于聚合物降解和共聚的超聲反應(yīng)裝置，主要由高壓泵、超聲源-液哨和反應(yīng)釜組成，三者之間通過主管道連接成循環(huán)系統(tǒng)，主管道一端的進(jìn)料口連接高壓泵，高壓泵可產(chǎn)生0.8MPa以上壓力，控制支管中液體回流量調(diào)節(jié)主管道中液體壓力，由安裝在主管線上的壓力表監(jiān)測，物料流體經(jīng)高壓泵、壓力表進(jìn)入反應(yīng)釜，通過液哨的狹縫噴嘴和刃口矩形板噴射出來，刃口矩形板就能產(chǎn)生諧振而產(chǎn)生強(qiáng)烈振動，并有效地向四周輻射出超聲波。
文檔編號B01J19/10GK1135374SQ9511135
公開日1996年11月13日 申請日期1995年5月9日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月9日
發(fā)明者徐僖, 陳克強(qiáng), 李惠林, 郭少云, 向明 申請人:四川聯(lián)合大學(xué)