用于制備聚合物膠乳樹(shù)脂粉末的裝置以及使用該裝置制備聚合物膠乳樹(shù)脂粉末的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于制備聚合物膠乳樹(shù)脂粉末的裝置以及使用該裝置制備聚合 物膠乳樹(shù)脂粉末的方法，更具體而言，涉及一種用于制備聚合物膠乳樹(shù)脂粉末的裝置以及 使用該裝置制備聚合物膠乳樹(shù)脂粉末的方法，所述裝置包括膠乳槽、凝固浴、老化浴、脫水 器和干燥器，其中，通過(guò)向進(jìn)行凝固和老化的反應(yīng)器中引入非連續(xù)螺桿而提高了蒸汽、膠乳 和促凝劑的混合效率，并由此降低了淤漿的含水量，因此可以提高干燥效率，并可以使用減 少量的促凝劑制備出具有優(yōu)異顏色和粉末特性的聚合物膠乳樹(shù)脂粉末。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了減小體積、進(jìn)行各種應(yīng)用以及易于操作，可以將通過(guò)乳液聚合形成的聚合物 材料加工成粉末。為了將通過(guò)乳液聚合形成的聚合物材料制成粉末，需要對(duì)經(jīng)乳液聚合而 形成的膠乳進(jìn)行凝固、脫水和干燥。
[0003] 乳液聚合的聚合物膠乳的凝固，可以采用使用各種促凝劑的化學(xué)方法或經(jīng)施加強(qiáng) 剪切應(yīng)力而利用機(jī)械力的機(jī)械方法，通過(guò)破壞由乳液聚合過(guò)程中加入的乳化劑所穩(wěn)定的膠 乳粒子的穩(wěn)定性來(lái)進(jìn)行。在化學(xué)方法中，根據(jù)用于確保膠乳穩(wěn)定性的乳化劑的類(lèi)型而使用 不同的促凝劑來(lái)破壞穩(wěn)定性。在機(jī)械方法中，對(duì)膠乳施加強(qiáng)剪切應(yīng)力，使得膠乳粒子通過(guò)克 服乳化劑之間的排斥力而彼此凝聚。
[0004] 快速凝固法作為一種制備聚合物膠乳粉末的方法而被提出?？焖倌淌且粋€(gè)通過(guò) 加入過(guò)量的促凝劑（例如無(wú)機(jī)鹽或酸等）水溶液來(lái)破壞乳化劑的穩(wěn)定性，使得膠乳中的聚 合物粒子彼此快速凝聚的過(guò)程。這種膠乳中聚合物粒子的凝聚被稱(chēng)為凝固，而這些凝聚的 聚合物粒子的懸浮液被稱(chēng)為淤漿。這些聚合物粒子彼此較弱地物理結(jié)合，因此易于使用攪 拌器等通過(guò)外部剪切應(yīng)力來(lái)解散。由此，通過(guò)升高溫度對(duì)初步凝固的淤漿進(jìn)行老化，經(jīng)由鏈 的交聯(lián)而使結(jié)合力得到增強(qiáng)。對(duì)所得的淤漿進(jìn)行脫水和干燥，從而完成粉末型聚合物膠乳 的制備。
[0005] 在上述使用過(guò)量促凝劑進(jìn)行凝固的快速凝固中，膠乳的穩(wěn)定性被非?？斓仄茐?， 因此聚合物膠乳粒子的凝固發(fā)生得非常迅速和無(wú)序。由于這種無(wú)序的凝固，使得表觀比重 減小，且最終制得的粒子的粒度分布非常寬。
[0006] 圖1為示出了常規(guī)的用于制備聚合物膠乳樹(shù)脂粉末的裝置的視圖。所述裝置包 括：膠乳儲(chǔ)存槽1、凝固浴2、老化浴3、脫水器4和干燥器5。
[0007] 首先，將儲(chǔ)存在膠乳儲(chǔ)存槽1中的聚合物膠乳通過(guò)聚合物膠乳引入管線(xiàn)11引入到 凝固浴2中，然后將促凝劑水溶液和用于調(diào)節(jié)固含量濃度的水通過(guò)促凝劑引入管線(xiàn)12和水 供應(yīng)管線(xiàn)13分別加入到凝固浴2中的聚合物膠乳中。所加入的促凝劑水溶液用于破壞通過(guò) 乳化劑獲得的靜電穩(wěn)定性，由此使得膠乳中的聚合物粒子彼此凝聚，從而制得聚合物淤漿。 該凝固的聚合物淤漿被轉(zhuǎn)移至老化浴3中，然后在高溫下經(jīng)40至90分鐘停留時(shí)間進(jìn)行老 化。將最終制得的淤漿在脫水器4中進(jìn)行脫水并在干燥器5中干燥，制得聚合物粉末，然后 將所制的聚合物粉末通過(guò)聚合物粉末排出管線(xiàn)15排出。加入脫水器4中的促凝劑通過(guò)促 凝劑排出管線(xiàn)14排出。
[0008] 然而，當(dāng)使用這種裝置時(shí)，難以攪拌和轉(zhuǎn)移具有高粘度的淤漿，由此使得加工成粉 末的效率劣化。因此，在該裝置中難以為提高脫水和/或干燥效率而采用具有高固含量的 淤漿，而只能使用具有低固含量的淤漿，從而導(dǎo)致隨后的脫水和干燥過(guò)程較為耗時(shí)，并需要 付出大量的努力和能量。
[0009] 為了解決上述問(wèn)題，提出了多步驟連續(xù)凝固和老化的方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于 具有低固含量的聚合物淤漿可以被有效老化。然而，該方法不能應(yīng)用于具有高固含量的淤 漿，并且需要多個(gè)步驟而導(dǎo)致制備效率稍低。
[0010] 另外，提出了緩慢凝固法，該方法通過(guò)分流供入促凝劑來(lái)調(diào)節(jié)凝固速率，從而使最 終所得粒子的粉末特性得到增強(qiáng)。在這種方法中，凝固在具有能皇的第二阱區(qū)（secondary well region)中發(fā)生，因此凝固速率較慢且存在用于粒子再分布的空間，結(jié)果是，可以通過(guò) 有規(guī)律的填充來(lái)制備球形粒子。然而，該方法所使用促凝劑的總量與快速凝固法使用的促 凝劑總量接近，緩慢凝固與快速凝固之間的差異僅在于緩慢凝固是通過(guò)促凝劑的分流供入 來(lái)進(jìn)行。因此，由于過(guò)量促凝劑而造成的廢水產(chǎn)生是不可避免的，并且由于將比快速凝固中 更少量的促凝劑引入到第一凝固浴中，使得淤漿的粘度增大，因此，為了確保流動(dòng)性，需要 加入比快速凝固中更多的水。另外，緩慢凝固需要比快速凝固更高的含水量。
[0011] 在快速凝固和緩慢凝固兩者中，凝固后所制得的聚合物膠乳淤漿的流動(dòng)性受到固 含量、淤漿粒度分布和淤漿含水量等的影響，特別是受到固含量的極大影響。當(dāng)淤漿的固含 量達(dá)到特定程度以上時(shí)，該淤漿的流動(dòng)性顯著發(fā)生劣化并由此形成團(tuán)塊，從而使得裝置無(wú) 法運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，為了實(shí)現(xiàn)淤漿的順暢流動(dòng)，在凝固中需要再加入過(guò)量的水。過(guò)量水的加入提 高了將淤漿加熱至凝固溫度和老化溫度時(shí)所產(chǎn)生的能量成本，并導(dǎo)致在脫水過(guò)程中產(chǎn)生過(guò) 量的廢水，造成后處理成本的增加。另外，不能直接利用蒸汽而要將蒸汽冷凝成水來(lái)作為向 淤漿傳遞能量的介質(zhì)，這導(dǎo)致了效率的下降。
[0012] 作為另一種從乳液聚合膠乳中回收粉末的方法，利用氣相噴霧系統(tǒng)回收聚合物 膠乳粉末的方法得到了采用。這是一種使用噴霧器將具有高固含量的聚合物膠乳噴射到 具有過(guò)量促凝劑流動(dòng)的表面上，使聚合物膠乳凝固并以粉末回收該凝固的聚合物膠乳的方 法。在這種情況下，聚合物膠乳在保持高固含量的同時(shí)與促凝劑接觸，從而在與促凝劑接觸 時(shí)發(fā)生快速凝固，因此，得到了較高的表觀比重，并可以回收在緩慢凝固中可制得的球形粉 末。然而，該方法必須使用過(guò)量的促凝劑以充分反應(yīng)，因此過(guò)量廢水的產(chǎn)生是不可避免的， 而且頻繁地發(fā)生噴霧器的堵塞，導(dǎo)致制備過(guò)程的穩(wěn)定性較低。
[0013] 另外，關(guān)于在有機(jī)溶劑的存在下調(diào)節(jié)粉末粒度和改善表觀比重方面存在大量的研 宄，但是只有在使用過(guò)量的有機(jī)溶劑時(shí)才可以得到如上所述的粉末特性。
[0014] 另一種方法為剪切凝固，在該方法中，通過(guò)施加剪切應(yīng)力作為強(qiáng)機(jī)械力而使膠乳 中的粒子凝聚來(lái)制備淤漿。這種方法不需要促凝劑，在剪切凝固中，通過(guò)施加由4, OOOrpm 或大于4, OOOrpm的高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力來(lái)制備聚合物膠乳淤漿。然而，在因使用乳 化劑而確保穩(wěn)定性的乳液聚合的聚合物膠乳中，乳化劑會(huì)殘留在回收的粉末中，這會(huì)在加 工中不利地影響熱穩(wěn)定性和顏色。
[0015] 因此，仍然需要開(kāi)發(fā)一種用于制備聚合物膠乳樹(shù)脂粉末的裝置以及使用該裝置制 備聚合物膠乳樹(shù)脂粉末的方法，在所述裝置中，可以通過(guò)降低淤漿的含水量而提高干燥效 率，并可以通過(guò)減少促凝劑的量而制備具有優(yōu)異顏色和粉末特性的聚合物膠乳樹(shù)脂粉末。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 技術(shù)問(wèn)題
[0017] 因此，鑒于上述問(wèn)題而作出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種用于制備聚合物 膠乳樹(shù)脂粉末的裝置以及使用上述裝置制備聚合物膠乳樹(shù)脂粉末的方法，其中，通過(guò)向進(jìn) 行凝固和老化的反應(yīng)器中引入非連續(xù)螺桿而提高了混合蒸汽、膠乳和促凝劑的效率，并由 此降低了淤漿的含水量，因此可以提高干燥效率，并可以使用減少量的促凝劑制備出具有 優(yōu)異顏色和粉末特性的聚合物膠乳樹(shù)脂粉末。
[0018] 本發(fā)明的以上目的可以通過(guò)下文所述的本發(fā)明的實(shí)施方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0019] 技術(shù)方案