專利名稱：用于乳液聚合的環(huán)流反應器的制作方法
用于乳液聚合的環(huán)流反應器
本發(fā)明涉及包含一個或多個帶有一個或多個原材料入口 、 一個或多個 出口和使反應器進料在循環(huán)回路內(nèi)循環(huán)的循環(huán)泵的循環(huán)回路的聚合反應 器。
WO 00/07177公開了用于乳液聚合的環(huán)流反應器。該環(huán)流反應器包含 循環(huán)泵和將泵出口連接到其入口上的管式循環(huán)回路。將水、單體和穩(wěn)定劑 連續(xù)送入回路并循環(huán)并連續(xù)取出聚合物乳液。該反應器特別適用于制造例 如用在漆料或粘合劑中的衍生自乙烯基和/或丙烯酸單體的聚合物。
使用管式反應器的聚合法中遇到的問題是在反應器內(nèi)壁上形成來自反 應產(chǎn)物的沉積物。這些沉積物導致需要提高循環(huán)泵的輸送壓力并損害從反 應介質(zhì)向例如反應管周圍的護套中的冷卻劑的傳熱，由此造成更高且通常 有害的反應器溫度或必須具有提高的冷卻劑循環(huán)速率、較低的冷卻劑溫度 或降低的生產(chǎn)率。結(jié)垢也降低了反應器容積，提高再循環(huán)速率和乳液上的 剪切。這改變了可能已對潔凈反應器優(yōu)化的工藝條件。在任何情況下，產(chǎn) 物性質(zhì)會改變，消除了對連續(xù)反應器所期望的生產(chǎn)一致性優(yōu)點。在WO 00/07177中，使用清管器清潔反應管內(nèi)部。清管器的直徑大致為反應管的 內(nèi)徑。清管器從清管器基站(pigstation)發(fā)出，并被聚合乳液推過回路。由 于不允許清管器通過循環(huán)泵，所以提供旁通管以使清管器從該泵周圍繞過。
為了清潔不能用清管器清潔的部件，例如循環(huán)泵，定期用清潔溶劑沖 洗反應器。為此，必須首先排空整個反應器。盡管溶劑清潔僅用于清潔回 路的不能用清管器清潔的區(qū)段，但整個回路都被清潔溶劑填充。在清潔后， 除去溶劑并需要將整個反應器重新裝料。該程序造成生產(chǎn)時間的大量損失 和高的經(jīng)濟和環(huán)境成本。
本發(fā)明的目的是提供可以使用較少清潔溶劑更有效清潔的環(huán)流反應器。通過提供根據(jù)第 一段的具有繞過循環(huán)泵的旁通管的聚合反應器，實現(xiàn) 了本發(fā)明的目的，該旁通管將上游回路點與下游回路點相連，這兩個點均 配備三通閥，從而形成包含泵、清潔溶劑入口和清潔溶劑出口的短回路。 這樣有可能使泵區(qū)段短路，從而封閉主盤管?？梢允骨鍧嵢軇┰诟綦x的泵 區(qū)段中循環(huán)泵送以清潔該泵。由于現(xiàn)在只用溶劑清潔短路的泵區(qū)段而非整 個回路，所用清潔溶劑的量可以顯著降低卯％以上。此外，不再需要排空 主盤管。
為了有助于要清潔的區(qū)段中的聚合物殘留物的增溶，可以為該區(qū)段和/ 或旁通管配備與加熱介質(zhì)源，例如加熱的水相連的護套以加熱溶劑。
溶劑可以例如在其從設備中泵出之前再循環(huán)大約15至45分鐘。任選 地，再填充該線路以二次洗滌，或在清潔周期中將小溶劑流連續(xù)泵入該線 路，以使用過的溶劑溢出到儲器或類似物中。
適用在本聚合法中的一些典型單體包括，例如，丙烯酸丁酯、甲基丙 烯酸甲酯、苯乙烯、乙酸乙烯酯、Veova 9、 Veova IO(各自ex Shell)、 丙烯酸乙酯、丙烯酸2-乙基己酯、乙烯、和氯乙烯。通過自由基引發(fā)加成 反應以產(chǎn)生懸浮在聚合物不溶的介質(zhì)，通常是水中的直徑通常為50至3000 納米的高分子量聚合物粒子的分散體。常見的自由基生成劑包括過氧二硫 酸的鈉、鉀和銨鹽，例如過氧二石克酸銨?；蛘?，可以4吏用氧化還原耦。這 些由氧化劑和還原劑構(gòu)成。常用的氧化劑是過氧二硫酸的鹽和過氧化氫叔 丁基和過氧化氫本身。還原劑是亞硫酸鈉、偏亞疏酸氫鈉、甲醛次硫酸鈉 和連二;A酸鈉。
單體的聚合可以在水懸浮液中進行，在該情況下，原材料優(yōu)選通過單 獨的進料流提供。這些流體以分開的,〗、股流體？ 1入新鮮單體和稱作水相的 穩(wěn)定劑的水溶液，或例如，單體與水的預乳液及水溶液。在反應開始時， 向反應器中裝入在溶液槽中制成的水相。其它填料也是可以的，特別是來 自之前的操作的最終乳液聚合物(具有相同或不同組成)，任選稀釋至任何 濃度。
借助在線循環(huán)泵提供反應器中的攪拌。在進料流開始流動后不久，單
體開始反應并生熱。通過冷卻裝置，通常通過冷卻流體(例如水)經(jīng)過冷卻 護套受控循環(huán)使溫度穩(wěn)定。產(chǎn)物流入冷卻槽，在此殘留單體轉(zhuǎn)化成聚合物。 在冷卻后，在過濾器中過濾乳液聚合物以除去任何過大粒子或砂礫材 料并轉(zhuǎn)移到產(chǎn)物儲槽中。
任選地，聚合法可以在壓力下，例如在10至150巴的壓力下進行?；?者，可以在環(huán)境壓力下進行聚合。
合適的循環(huán)泵是例如容積式泵或離心泵。
通過附圖進一步例示本發(fā)明，其在

圖1中顯示了環(huán)流反應器的泵區(qū)段 1，其具有兩個連接到管式盤繞回路(未顯示)的外端4、 5上的外端2、 3。 泵區(qū)段1包含單體入口6、水相入口 7、和最終產(chǎn)物出口8。循環(huán)泵9充當 使反應器進料在循環(huán)回路內(nèi)循環(huán)的驅(qū)動裝置。繞過循環(huán)泵9的旁通管10 將泵9上游的回路點11與泵9下游的點12相連。這兩個點11、 12均配備 三通閥13、 14。第二旁通管15包括清管器基站16以存放一個或多個閑置 的清管器。清管器基站16可以使用閥隔離。在閥19下游，旁通管15形成 U-轉(zhuǎn)彎，回線隱藏在該圖的側(cè)視圖中。第二旁通管15剛好在閥14上游返 回主管路。U-轉(zhuǎn)彎的下游是出口 8。排放管20將清管器基站16連到出口 管8上。排放管20用于在清管器從盤管中返回之后將其帶向清管器基站 16中的安放位置。就在與排放管20的接點上游，出口管8配有閥21。排 放管20配有閥22。
為了清潔循環(huán)泵9，使用閥13、 14封閉主盤管并打開旁通管10。在通 過啟動閥13和14而圍住的隔離區(qū)段內(nèi)所含的聚合物乳液經(jīng)由閥23和位于 循環(huán)泵9和三通閥13之間的管道下方的排料管24排出。
打開閥18和22并關(guān)閉閥21?；蛘撸y214呆持打開，閥18和22保: 持關(guān)閉。這兩個閥選項各自都提供了溶劑的排出路徑。溶劑可以從排放管 20上移到出口管8或更筒單地經(jīng)由閥21垂直上移到管道8。在閥21上方， 具有管接頭25,在該接頭25之后緊接著一個三通閥(未顯示)，其用于將溶 劑轉(zhuǎn)移到小內(nèi)徑管并引向廢溶劑儲器。將高溫沸騰溶劑從溶劑供應管26 經(jīng)由循環(huán)泵9泵入清潔線路。該線路內(nèi)捕集的空氣經(jīng)由閥14附近的旁通管
10上的小閥27放出。然后使循環(huán)泵9運行以提供溶劑循環(huán)。這種循環(huán)有 助于任何聚合物沉積物的增溶。管道上的護套28用熱水加熱，這使溶劑溫 度升高并且也有助于增溶。在通常15至45分鐘的時間后，將溶液經(jīng)由閥 23從設備中泵出。任選地，再填充該線路以二次洗滌或在清潔周期中將小 溶劑流連續(xù)泵入該線路，以使其溢出到儲器或類似物中。當已經(jīng)排空所有 溶液時，向該線路填充水相，閥13、 14、 18和22和/或21回復到其初始 位置，此后可以重新開始生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種聚合反應器，包含一個或多個帶有一個或多個原材料入口、一個或多個出口和使反應器進料在循環(huán)回路內(nèi)循環(huán)的循環(huán)泵的循環(huán)回路，其特征在于繞過循環(huán)泵的旁通管將上游回路點與下游回路點相連，這兩個點均配備三通閥，從而形成包含該泵和清潔溶劑入口和排放出口的短回路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的反應器，其特征在于至少一部分該區(qū)段和/或旁通 管配有與加熱介質(zhì)源，例如加熱的水相連的護套。
3. —種用于清潔環(huán)流反應器的區(qū)段的方法，其特征在于用將該區(qū)段與 旁通管相連的三通閥將該區(qū)段與循環(huán)回路隔離以經(jīng)由泵形成短路，且特征 在于經(jīng)由短路區(qū)段中的溶劑入口引入溶劑并再循環(huán)通過該短路區(qū)段一次或 多次，隨后經(jīng)由溶劑排出口排出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于隨后啟動這兩個三通閥以封閉 旁通管并將該區(qū)段用泵與循環(huán)回路的另一部分相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4的方法，其特征在于至少一部分旁通管和/或該 區(qū)段用流經(jīng)圍繞管道的護套的加熱介質(zhì)加熱。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3-5任一項的方法，其特征在于在溶劑進料再循環(huán)過 程中，將小溶劑流連續(xù)泵入由該區(qū)段和旁通管構(gòu)成的線路中，同時在相同 速率下用過的溶劑經(jīng)出口連續(xù)溢出到容器中。
全文摘要
一種聚合反應器，包含一個或多個具有一個或多個原材料入口、一個或多個出口和使反應器進料在循環(huán)回路內(nèi)循環(huán)的循環(huán)泵的循環(huán)回路。繞過循環(huán)泵的旁通管將泵上游的回路點與泵下游的點相連，這兩個點均配備三通閥。
文檔編號B01J19/24GK101370578SQ200780003050
公開日2009年2月18日 申請日期2007年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月13日
發(fā)明者D·C·亞當斯 申請人:阿克佐諾貝爾國際涂料股份有限公司