一種基于微分散技術(shù)的聚乙烯醇縮丁醛合成工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于樹(shù)脂合成技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于微分散技術(shù)的聚乙烯醇縮丁醛合成工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]聚乙烯醇縮丁醛(PVB)是聚乙烯醇(PVA)與正丁醛在酸催化作用下的縮合產(chǎn)物。當(dāng)前，高檔汽車(chē)幾乎全部使用PVB夾層玻璃做前擋風(fēng)玻璃，建筑市場(chǎng)對(duì)于PVB涂料及粘合劑的需求量也以每年20%以上的速度遞增。PVB膜片的應(yīng)用范圍雖然很窄，但由于其特殊的功效，國(guó)際上仍大量使用PVB膜片作為夾層玻璃中間膜。除此之外，在太陽(yáng)能電池光伏板、LED基板等制作過(guò)程中也需要用到PVB作為粘合劑中間消耗品，并且對(duì)于PVB品質(zhì)的要求更高。PVB的質(zhì)量越高，其分子中縮醛基的百分含量(即縮醛度)也越高。能夠滿足制膜要求的PVB，縮醛度至少應(yīng)達(dá)到78 %。
[0003]PVB的常見(jiàn)合成方法有四種:一步法、溶解法、沉淀法和均相醇法。沉淀法是摻雜最少，可實(shí)現(xiàn)性最強(qiáng)的工藝方法。傳統(tǒng)的沉淀法采用攪拌法完成原料PVA溶液與丁醛的混合，在一定溫度下加以控制地滴加催化劑鹽酸。但是，傳統(tǒng)攪拌釜混合效率低下，造成的高度非均勻性對(duì)于產(chǎn)品的縮醛度有著非常不利的影響。為了降低不利影響，通常采用5?15°C的初始反應(yīng)溫度以降低反應(yīng)速率，低溫反應(yīng)的結(jié)果是PVB的縮醛度緩慢增加。當(dāng)縮醛度達(dá)到20 %?30 %時(shí)，疏水性的PVB分子沉淀析出。析出后的固相PVB在升溫的情況下繼續(xù)和溶液中的丁醛反應(yīng)形成最終的PVB產(chǎn)品。然而，固液相間的反應(yīng)進(jìn)行得十分緩慢，需要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到反應(yīng)極限，并且在這個(gè)過(guò)程中，反應(yīng)隨機(jī)性強(qiáng)，難以精確控制，無(wú)法保證反應(yīng)的批次穩(wěn)定性，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。而傳統(tǒng)的攪拌設(shè)備要獲得均勻分散的微米級(jí)液滴需要數(shù)分鐘的時(shí)間，在此過(guò)程中前期溶解的丁醛在H+催化作用下生成的PVB已經(jīng)發(fā)生低縮醛度的沉淀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種基于微分散技術(shù)的聚乙烯醇縮丁醛合成工
Ο
[0005]—種基于微分散技術(shù)的聚乙烯醇縮丁醛合成工藝，其工藝裝置包括依次串聯(lián)連接的混合器1、微分散器2、管式反應(yīng)器3和收集釜4，工藝流程包括:
[0006](1)將PVA水溶液和HC1水溶液通過(guò)混合器1混合均勻，得到混合料液；
[0007](2)將正丁醛通過(guò)微分散器2快速分散到混合料液中，均勻分散成2?150 μ m的液滴，引發(fā)縮醛反應(yīng)，并完成80%以上半縮醛反應(yīng)和部分縮醛反應(yīng)，生成反應(yīng)液；
[0008](3)反應(yīng)液送入管式反應(yīng)器3中繼續(xù)進(jìn)行縮醛反應(yīng)，形成PVB懸濁液；
[0009](4)PVB懸濁液在收集釜4中收集，并完成縮醛反應(yīng)，生成產(chǎn)物PVB。
[0010]所述PVA水溶液中PVA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2?15 %，HC1水溶液中HC1的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5?38%，混合料液中HC1與PVA的質(zhì)量比為(0.02?0.5): 1，加入混合料液中的正丁醛與PVA的質(zhì)量比為(0.5?1.6):1。
[0011]所述混合器1為攪拌釜、靜態(tài)混合器、微槽混合器或微通道混合器。
[0012]所述微分散器2為膜分散裝置或微篩孔分散裝置，其中膜分散裝置的膜平均孔徑為5?50 μ m，微篩孔分散裝置中微篩孔孔徑為100?1000 μπι。
[0013]所述管式反應(yīng)器3內(nèi)至少具有一根供反應(yīng)液流動(dòng)的列管，且列管帶有控制反應(yīng)溫度的夾套。
[0014]所述收集釜4為帶有控溫用換熱管道或者換熱夾套的攪拌釜。
[0015]所述混合器1中混合溫度為10?50 °C。
[0016]所述微分散器2中操作溫度為10?50°C，物料停留時(shí)間為1?120s。
[0017]所述管式反應(yīng)器3中反應(yīng)溫度為10?75 °C，反應(yīng)時(shí)間為1?30min。
[0018]所述收集釜4中收集溫度為25?75 °C，收集時(shí)間為2?10h。
[0019]本發(fā)明的有益效果為:
[0020](1)本發(fā)明利用混合器完成PVA與催化劑的均勻混合，為后續(xù)均勻反應(yīng)的發(fā)生奠定良好基礎(chǔ)；
[0021](2)本發(fā)明提出利用微分散器合成聚乙烯醇縮丁醛的方法，相比于傳統(tǒng)攪拌釜，能夠短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)丁醛液滴在含有PVA和HC1的混合料液中快速均勻分散成2?150 μ m的液滴，大大強(qiáng)化了正丁醛的溶解和反應(yīng)，不必在初始反應(yīng)階段刻意維持低溫，使得因混合非均勻性而受到低溫慢速反應(yīng)的限制問(wèn)題得以解決；利用該系統(tǒng)強(qiáng)化初期反應(yīng)，在PVB形成沉淀前快速完成絕大部分半縮醛反應(yīng)和部分縮醛反應(yīng)，從而保證產(chǎn)物高縮醛度及其均一性；
[0022](3)在反應(yīng)迅速被引發(fā)的基礎(chǔ)上，利用管式反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品縮醛度的有效控制，保證產(chǎn)品的批次穩(wěn)定性；
[0023](4)催化劑濃鹽酸在初期被均勻混合，減少了整個(gè)工藝的用水量。
[0024]本發(fā)明的方法，所得產(chǎn)品PVB的縮醛度為77?83%、羥值在17?21%范圍內(nèi)可調(diào)控，以數(shù)均分子量為75000±5000的PVA為原料合成的PVB，其5%乙醇溶液的粘度為60?llOmPa.s，能夠滿足建筑級(jí)、汽車(chē)級(jí)等多種膜片的生產(chǎn)要求。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為一種基于微分散技術(shù)的聚乙烯醇縮丁醛合成工藝流程示意圖；
[0026]標(biāo)號(hào)說(shuō)明:1_混合器；2_微分散器；3_管式反應(yīng)器；4_收集釜；A_PVA水溶液；B-HC1水溶液；C-混合料液；D-正丁醛；E-反應(yīng)液；F-PVB懸濁液。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0028]—種基于微分散技術(shù)的聚乙烯醇縮丁醛合成工藝，流程如圖1所示，工藝裝置由混合器1、微分散器2、管式反應(yīng)器3和收集釜4依次串聯(lián)連接組成；所述混合器1為攪拌釜、靜態(tài)混合器、微槽混合器或微通道混合器；所述微分散器2為膜分散裝置或微篩孔分散裝置；所述管式反應(yīng)器3內(nèi)至少具有一根供反應(yīng)液流動(dòng)的列管，且列管帶有控制反應(yīng)溫度的夾套；所述收集釜4為帶有控溫用換熱管道或者換熱夾套的攪拌釜。
[0029]工藝流程如下:
[0030](1)將PVA水溶液A和HC1水溶液B通過(guò)混合器1混合均勻，得到混合料液C ;
[0031](2)將正丁醛D通過(guò)微分散器2均勻分散到混合料液C中，引發(fā)縮醛反應(yīng)，完成絕大部分半縮醛反應(yīng)和部分縮醛反應(yīng)，生成反應(yīng)液E ;
[0032](3)反應(yīng)液E送入管式反應(yīng)器3中完成絕大部分縮醛反應(yīng)，形成PVB懸濁液F ；
[0033]⑷PVB懸濁液F在收集釜4中收集，并完成縮醛反應(yīng)，得到產(chǎn)物PVB。
[0034]將PVB懸濁液F離心過(guò)濾，得到的固體使用去離子水洗滌5次，干燥后取樣分析其縮醛度、羥值和5% PVB乙醇溶液的粘度。
[0035]實(shí)施例1
[0036]工藝裝置:使用攪拌釜作為混合器1，使用填有5 μπι金屬燒結(jié)膜的膜分散裝置作為微分散器2，使用帶有控溫夾套的單列管式管式反應(yīng)器3，使用帶換熱夾套的攪拌釜作為收集釜4。
[0037]反應(yīng)條件:PVA水溶液A中PVA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 % ;HC1水溶液B中HC1的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31 %，混合料液C中HC1與PVA的質(zhì)量比為0.08:1 ;加入混合料液C的正丁醛D與PVA的質(zhì)量比為0.70:1。混合器1的混合溫度為25°C ;微分散器2的操作溫度為50°C，物料停留時(shí)間為7s ;管式反應(yīng)器3的反應(yīng)溫度為50°C，反應(yīng)時(shí)間為2min ;收集釜4的收集溫度為55°C，收集時(shí)間為6.0h。
[0038]反應(yīng)結(jié)果:產(chǎn)物PVB的縮醛度為78.9 %，羥值為19.1 %，5 % PVB乙醇溶液的粘度為 72mPa.s。
[0039]實(shí)施例2
[0040]反應(yīng)裝置:使用微通道混合器作為混合器1，使用直徑為500 μπι的微篩孔分散裝置作為微分散器2，使用帶有控溫夾套的單列管式管式反應(yīng)器3，使用帶換熱夾套的攪拌釜作為收集釜4。
[0041 ] 反應(yīng)條件:PVA水溶液A中PVA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8 % ;HC1水溶液B中HC1的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36 %，混合料液C中HC1與PVA的質(zhì)量比為0.25:1 ;加入混合料液C中的正丁醛D與PVA的質(zhì)量比為0.63:1?；旌掀?的混合溫度為20°C ;微分散器2的操作溫度為30°C，物料停留時(shí)間為20s ;管式反應(yīng)器3的反應(yīng)溫度為75°C，反應(yīng)時(shí)間為5min ;收集釜4的收集溫度為75 °C，收集時(shí)間為3.5h。
[0042]反應(yīng)結(jié)果:產(chǎn)物PVB的縮醛度為79.4%，羥值為18.6%，5% PVB乙醇溶液的粘度為 88mPa.s。
[0043]實(shí)施例3
[0044]反應(yīng)裝置:使用靜態(tài)混合器作為混合器1，使用填有20 μπι金屬燒結(jié)膜的膜分散裝置作為微分散器2，使用帶有控