共聚聚甲醛合成装置和共聚聚甲醛合成方法

技术领域

本发明涉及聚甲醛合成技术领域，具体地涉及共聚聚甲醛合成装置和共聚聚甲醛合成方法。

背景技术

聚甲醛(polyformaldehyde，简称POM)，又名缩醛树脂、聚氧化亚甲基，聚缩醛，是热塑性结晶性高分子聚合物。由于聚甲醛具有类似金属的硬度、强度和钢性，在较宽的温度和湿度范围内都具有很好的自润滑性和良好的耐疲劳性，并富于弹性，此外还具有较好的耐化学品性。因此，聚甲醛已经广泛应用于电子电气、机械、仪表、日用轻工、汽车、建材、农业等领域。

目前，大多采用共聚聚甲醛生产工艺生产聚甲醛，在共聚聚甲醛生产工艺中，将聚合单体、共聚单体和控制聚合分子量的调整剂三种物质混合得到混合物，之后，将引发剂和混合物加入到反应器中，在引发剂的作用下引发链反应。

发明内容

本发明的目的是为了提供共聚聚甲醛合成装置，该共聚聚甲醛合成装置具有供链反应发生的反应器以及设置于反应器的进料管，进料管上设置有供所述共聚单体和所述引发剂预混以形成活性中间体的预混管段，这样，通过活性中间体引发链反应，从而能够有效控制链反应速率，使得链反应平稳进行。

为了实现上述目的，本发明一方面提供共聚聚甲醛合成装置，所述共聚聚甲醛合成装置包括：

反应器，所述反应器设置有供能够合成共聚聚甲醛的链反应发生的反应腔室，并且所述反应器设置有供反应物料进入所述反应腔室的进料口以及供合成的共聚聚甲醛排出的排料口；以及

进料管，所述进料管设置于所述进料口处，所述进料管设置有供聚合单体进入的第一进口以及供共聚单体和引发剂共同进入的第二进口，其中：所述第二进口设置于所述第一进口的沿所述进料管内的物料流动方向的上游，所述进料管具有形成于所述第二进口和所述第一进口之间的供所述共聚单体和所述引发剂预混以形成活性中间体的预混管段。

上述技术方案，通过在进料口处设置进料管，在进料管上设置第一进口和第二进口，并使得第一进口和第二进口之间形成预混管段，从而能够使得由第二进口进入的共聚单体和引发剂在预混管段内接触形成活性中间体，这样，能够引发反应腔室内的聚合单体进行链反应，由于通过由共聚单体和引发剂接触后形成的活性中间体引发链反应，因此能够有效控制链反应速率，使得链反应平稳进行，同时还能够提高反应转化率，例如可使得反应转化率达到90％以上。另外，通过活性中间体引发链反应，能够有效且均匀的触发起始反应，使得最终得到的共聚聚甲醛的分子量分布集中。

优选地，所述进料管包括：

第一管段，所述第一管段设置于所述进料口处，所述第一管段的远离所述进料口的端部形成为第一封闭端，所述第一封闭端设置有第一开口，所述第一进口设置于所述第一管段；

第二管段，所述第二管段设置于所述第一管段的沿所述进料管内的物料流动方向的上游，所述第二管段的靠近所述第一管段的端部形成为第二封闭端，所述第二封闭端设置有第二开口，所述第二管段的管径小于所述第一管段的管径，所述第二进口设置于所述第二管段；以及

第三管段，所述第三管段连通所述第一开口和所述第二开口，所述第三管段的管径小于所述第二管段的管径。

优选地，所述共聚聚甲醛合成装置包括导料组件，所述导料组件包括：

第一导料管，所述第一导料管能够输送所述共聚单体，所述第一导料管设置有分别供所述共聚单体进出的第一导料进口和第一导料出口，所述第一导料出口连通于所述第二进口；以及

第二导料管，所述第二导料管设置于所述第一导料管内，所述第二导料管能够输送所述引发剂，所述第二导料管设置有分别供所述引发剂进出的第二导料进口和第二导料出口，所述第二导料出口连通于所述第二进口。

优选地，所述第一导料进口设置于所述第一导料管的侧壁，所述第二导料进口设置于所述第二导料管的一端，所述第二导料出口设置于所述第二导料管的另一端；和/或

所述第一导料管的管径D1与所述第二导料管的管径D2比值为D1：D2＝ (2-10)：1。

优选地，所述共聚聚甲醛合成装置包括第一进料组件，所述第一进料组件包括能够输送所述共聚单体的第一进料管，所述第一进料管连通于所述第一导料进口，所述第一进料组件包括设置于所述第一进料管的能够控制所述第一进料管内的物料流通状态的第一阀组件；和/或

所述共聚聚甲醛合成装置包括第二进料组件，所述第二进料组件包括能够输送所述引发剂的第二进料管，所述第二进料管连通于所述第二导料进口，所述第二进料组件包括设置于所述第二进料管的能够控制所述第二进料管内的物料流通状态的第二阀组件。

优选地，所述共聚聚甲醛合成装置包括第三进料组件，所述第三进料组件包括能够输送聚合单体的第三进料管，所述第三进料管连通于所述第一进口，所述第三进料组件包括设置于所述第三进料管的能够控制所述第三进料管内的物料流通状态的第三阀组件。

优选地，所述共聚聚甲醛合成装置包括第四进料组件，所述第四进料组件包括能够输送分子量调节剂的第四进料管，所述第四进料管连通于所述第一进口，所述第四进料组件包括设置于所述第四进料管的能够控制所述第四进料管内的物料流通状态的第四阀组件。

优选地，所述第四进料管具有供分子量调节剂排出的排出口；

所述共聚聚甲醛合成装置包括设置于所述第三进料管的混合器，所述排出口连通于所述混合器，所述混合器能够将所述聚合单体和所述分子量调节剂混合。

优选地，所述共聚聚甲醛合成装置包括设置于所述反应器内的螺旋推杆，所述螺旋推杆能够围绕所述螺旋推杆的中心轴线转动以推动合成的聚甲醛朝向所述排料口移动。

本发明第二方面提供共聚聚甲醛合成方法，所述共聚聚甲醛合成方法包括：

步骤S10：将引发剂和共聚单体预混，以使得所述引发剂和所述共聚单体反应形成活性中间体；

步骤S20：将步骤S10中反应得到的活性中间体和聚合单体混合进行链反应，以得到共聚聚甲醛。

通过将引发剂和共聚单体预混以形成活性中间体，并利用活性中间体引发聚合单体进行链反应，从而能够有效控制链反应速率，使得链反应平稳进行，同时还能够提高反应转化率。

优选地，在所述步骤S10中，所述引发剂包括三氟化硼，所述共聚单体包括二氧戊环；和/或

在所述步骤S10中，所述引发剂与所述共聚单体的摩尔比为所述引发剂：所述共聚单体＝[(5-90)×10

优选地，所述步骤S20包括：

步骤S20a：将所述聚合单体和分子量调节剂混合，以得到混合物；

步骤S20b：将所述步骤S20a中得到的混合物和所述活性中间体混合进行链反应。

优选地，在所述步骤S20a中，所述聚合单体包括三聚甲醛，所述分子量调节剂包括甲缩醛；和/或

在所述步骤S20a中，所述分子量调节剂与所述聚合单体的摩尔比为所述分子量调节剂：所述聚合单体＝[(5-120)×10

附图说明

图1是本发明优选实施方式的共聚聚甲醛合成装置的整体结构示意图；

图2是图1所示的共聚聚甲醛合成装置的导料组件的整体结构示意图。

附图标记说明

10-共聚聚甲醛合成装置；12-反应器；120-反应腔室；124-排料口；126- 驱动电机；13-螺旋推杆；14-进料管；14a-第一管段；14b-第二管段；14c- 第三管段；16-导料组件；160-第一导料管；161-第一导料进口；162-第二导料管；18a-第一进料组件；180a-第一进料管；182a-第一阀；184a-第一容置体；18b-第二进料组件；180b-第二进料管；182b-第二阀；184b-导淋阀；186b- 流量计；188b-第二容置体；18c-第三进料组件；180c-第三进料管；182c-第三阀；184c-第三容置体；18d-第四进料组件；180d-第四进料管；182d-第四阀；184d-第四容置体；18e-吹扫组件；180e-吹扫管线；182e-吹扫控制阀； 184e-吹扫气容置体；19-混合器。

具体实施方式

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指结合附图和实际应用中所示的范围理解，“内、外”是指部件的轮廓的内、外。

本发明提供了一种共聚聚甲醛合成装置，如图1中所示，共聚聚甲醛合成装置10包括反应器12，反应器12设置有供能够合成共聚聚甲醛的链反应发生的反应腔室120，并且反应器12设置有供反应物料进入反应腔室120 的进料口以及供合成的共聚聚甲醛排出的排料口124，需要说明的是，反应物料进入到反应腔室120内后进行链反应得到共聚聚甲醛，共聚聚甲醛由排料口124排出，其中，共聚聚甲醛为本领域技术人员所熟知的高聚物，此处不再赘述；共聚聚甲醛合成装置10还包括进料管14，进料管14设置于进料口处，进料管14设置有供聚合单体如三聚甲醛进入的第一进口以及供共聚单体和引发剂共同进入的第二进口，其中：第二进口设置于第一进口的沿进料管14内的物料流动方向的上游，可以明白的是，进入进料管14内的物料可沿着进料管14的延伸方向流动，由于第二进口设置于第一进口的上游，因此，在同一时间进料的前提下，聚合单体由第一进口首先进入到反应腔室 120内，共聚单体和引发剂由第二进口稍后进入到反应腔室120内，进料管 14具有形成于第二进口和第一进口之间的供共聚单体和引发剂预混以形成活性中间体的预混管段，需要说明的是，共聚单体如二氧戊环和引发剂如三氟化硼在由第二进口进入到进料管14中后，能够在预混管段内彼此相互接触后形成活性中间体即络合物，该活性中间体的化学式为 HO-CH

如图1中所示，进料管14可包括第一管段14a、第二管段14b和第三管段14c。其中：第一管段14a可设置于进料口处，第一管段14a的远离进料口的端部可形成为第一封闭端，可在第一封闭端设置第一开口，第一进口可设置于第一管段14a，具体来讲，第一进口可设置于第一管段14a的侧壁；第二管段14b可设置于第一管段14a的沿进料管14内的物料流动方向的上游，从图1所示的方位看，第二管段14b可设置于第一管段14a的上方，第二管段14b的靠近第一管段14a的端部可形成为第二封闭端，可在第二封闭端设置第二开口，第二管段14b的管径小于第一管段14a的管径，第二进口可设置于第二管段14b，具体来讲，第二进口可设置于第二管段14b的远离第一管段14a的一端；第三管段14c可连通第一开口和第二开口，第三管段 14c的管径可小于第二管段14b的管径，可以明白的是，第二管段14b、第三管段14c以及第一管段14a的位于第一进口的上游的部分可形成为预混管段。通过将进料管14设置成为上述结构形式，可使得物料能够高速且稳定的进入到反应腔室120内。

为了便于将共聚单体和引发剂导入到进料管14中，共聚聚甲醛合成装置10可包括导料组件16，结合图1和图2中所示，导料组件16可包括第一导料管160和设置于第一导料管160内的第二导料管162，第一导料管160 能够输送共聚单体，第二导料管162能够输送引发剂。其中，第一导料管160 可设置有分别供共聚单体进出的第一导料进口161和第一导料出口，第一导料出口可连通于所述第二进口；第二导料管162可设置有分别供引发剂进出的第二导料进口和第二导料出口，第二导料出口可连通于第二进口。可以理解的是，第一导料管160可套设于第二导料管162的外部，引发剂可通过内部的管进入到进料管14中，共聚单体可通过第一导料管160进入到进料管 14中，由此可使得引发剂和共聚单体同时被加入到进料管14中。

如图2中所示，第一导料进口161可设置于第一导料管160的侧壁，第二导料进口可设置于第二导料管162的一端，第二导料出口可设置于第二导料管162的另一端，这样，可保证引发剂和共聚单体在进入进料管14之前彼此互不干涉。

其中，第一导料管160的管径可为D1，第二导料管162的管径可为D2， D1和D2之间的比值为D1：D2＝(2-10)：1，通过将二者之间的管径比值设定在上述范围内，可使得引发剂和共聚单体能够在相应的管内进行更好的输送，并且分别保证了引发剂的共聚单体的输送流量。优选地，D1和D2 之间的比值为D1：D2＝(3-8)：1，进一步优选地，D1和D2之间的比值为D1：D2＝(4-6)：1。

另外，可设置第一进料组件18a，第一进料组件18a可包括能够输送共聚单体的第一进料管180a，第一进料管180a连通于第一导料进口161，以将共聚单体导入到第一导料管160中，第一进料组件18a可包括设置于第一进料管180a的第一阀组件，第一阀组件能够控制第一进料管180a内的物料流通状态，可以理解的是，通过控制第一阀组件的阀的开关以控制第一进料管180a内的物料的流通与否，还可通过阀的开度以控制第一进料管180a内的物料的流量。其中，第一阀组件可包括设置于第一进料管180a的多个第一阀182a，多个第一阀182a可串联设置于第一进料管180a。另外，第一进料管180a的远离第一导料进口161的一端可连通于第一容置体184a，第一容置体184a可具有能够容纳共聚单体的第一容置腔室。第一进料组件18a 可将第一容置体184a内的共聚单体输送到第一导料管160中。

为了便于将引发剂导入到第二导料管162中，可设置第二进料组件18b，第二进料组件18b可包括能够输送引发剂的第二进料管180b，第二进料管 180b可连通于第二导料进口，第二进料组件18b可包括设置于第二进料管 180b的第二阀组件，第二阀组件能够控制第二进料管180b内的物料流通状态，可以理解的是，通过控制第二阀组件的阀的开关以控制第二进料管180b 内的物料的流通与否，还可通过阀的开度以控制第二进料管180b内的物料的流量。其中，第二阀组件可包括设置于第二进料管180b的多个第二阀182b，多个第二阀182b可串联设置于第二进料管180b。另外，第二进料管180b 的远离第二导料进口的一端可连通于第二容置体188b，第二容置体188b可具有能够容纳引发剂的第二容置腔室。第二进料组件18b可将第二容置体 188b内的引发剂输送到第二导料管162中。

为了便于监测第二进料管180b内的引发剂的流量，可在第二进料管 180b上设置流量计186b。此外，可在第二进料管180b上设置连通于第二进料管180b的连通管以及设置于连通管的导淋阀184b，以进行导淋和/或泄压。

另外，可设置第三进料组件18c，第三进料组件18c可包括能够输送聚合单体的第三进料管180c，第三进料管180c可连通于第一进口，第三进料管180c能够将聚合单体输送到进料管14中，第三进料组件18c可包括设置于第三进料管180c的第三阀组件，第三阀组件能够控制第三进料管180c内的物料流通状态，可以理解的是，通过控制第三阀组件的阀的开关以控制第二进料管180b内的物料的流通与否，还可通过阀的开度以控制第三进料管180c内的物料的流量。其中，第三阀组件可包括设置于第三进料管180c的多个第三阀182c，多个第三阀182c可串联设置于第三进料管180c。另外，第三进料管180c的远离第一进口的一端可连通于第三容置体184c，第三容置体184c可具有能够容纳聚合单体的第三容置腔室。第三进料组件18c可将第三容置体184c内的聚合单体输送到进料管14中。

如图1中所示，可设置第四进料组件18d以能够输送分子量调节剂，分子量调节剂可包括甲缩醛。其中，第四进料组件18d可包括能够输送分子量调节剂的第四进料管180d，第四进料管180d可连通于第一进口，第四进料组件18d可包括设置于第四进料管180d的第四阀组件，第四阀组件能够控制第四进料管180d内的物料流通状态，可以理解的是，通过控制第四阀组件的阀的开关以控制第四进料管180d内的物料的流通与否，还可通过阀的开度以控制第四进料管180d内的物料的流量。其中，第四阀组件可包括设置于第四进料管180d的多个第四阀182d，多个第四阀182d可串联设置于第四进料管180d。另外，第四进料管180d的远离第一进口的一端可连通于第四容置体184d，第四容置体184d可具有能够容纳分子量调节剂的第四容置腔室。第四进料组件18d可将第四容置体184d内的分子量调节剂输送到进料管14中。需要指出的是，第四进料管180d具有供分子量调节剂排出的排出口。

为了进一步提高合成得到的共聚聚甲醛的分子量分布的集中性和整个链反应的平稳性，可在第三进料管180c上设置混合器19，排出口可连通于混合器19，混合器19能够将聚合单体和分子量调节剂混合，聚合单体和分子量调节剂混合后可由第三进料管180c导入到进料管14中，混合器19可将聚合单体和分子量调节剂混合均匀。具体来讲，混合器19可设置于相邻的两个第三阀182c之间。

为了保证各个进料管以及容器的通畅，可设置吹扫组件18e，吹扫组件 18e包括能够输送吹扫气如氮气的吹扫管线180e以及设置于吹扫管线180e 的多个吹扫控制阀182e，吹扫管线180e可连通于第二进口，具体来讲，吹扫管线180e的排气端可设置于相邻的第一阀182a之间，多个吹扫控制阀 182e可串联设置于吹扫管线180e。当需要对进料管以及反应容器进行吹扫时，可使得吹扫控制阀182e处于打开状态，当吹扫完成后，可使得吹扫控制阀182e处于关闭状态。另外，可在吹扫管线180e的远离第二进口的一端设置有吹扫气容置体184e，吹扫气容置体184e设置有可容纳吹扫气如氮气的吹扫气容置腔室。

为了便于将合成得到的共聚聚甲醛排出排料口124，可在反应器12内设置螺旋推杆13，螺旋推杆13能够围绕螺旋推杆13的中心轴线转动以推动合成的聚甲醛朝向排料口124移动。可以理解的是，可在反应器12外设置与螺旋推杆13相连且能够驱动螺旋推杆13转动的驱动电机126。

本发明还提供了共聚聚甲醛合成方法，共聚聚甲醛合成方法可利用本发明所提供的共聚聚甲醛合成装置10进行，共聚聚甲醛合成方法包括：步骤 S10：将引发剂和共聚单体预混，以使得所述引发剂和所述共聚单体反应形成活性中间体，引发剂和共聚单体可在常温条件下预混而得到活性中间体；步骤S20：将步骤S10中反应得到的活性中间体和聚合单体混合进行链反应，以得到共聚聚甲醛，链反应可在常温条件下进行。通过将引发剂和共聚单体预混以形成活性中间体，并利用活性中间体引发聚合单体进行链反应，从而能够有效控制链反应速率，使得链反应平稳进行，同时还能够提高反应转化率，例如可使得反应转化率达到90％以上。另外，通过活性中间体引发链反应，能够有效且均匀的触发起始反应，使得最终得到的共聚聚甲醛的分子量分布集中。需要说明的是，经检测，反应得到的共聚聚甲醛的平均分子量为 50000。另外，通过将引发剂和共聚单体预混以形成活性中间体引发链反应，能够使得链反应时所产生的C–C键提早转移，并且使得C–C键有效均匀地分布到分子链中，由此提高了最终得到的共聚聚甲醛的产品的韧性、耐热性以及耐化学等性能。

在所述步骤S10中，引发剂可包括三氟化硼；另外，共聚单体可包括二氧戊环。

在所述步骤S10中，引发剂与所述共聚单体的摩尔比可为引发剂：共聚单体＝[(5-90)×10

为了进一步提高合成得到的共聚聚甲醛的分子量分布的集中性和整个链反应的平稳性，步骤S20可包括：步骤S20a：将聚合单体和分子量调节剂混合，以得到混合物；步骤S20b：将步骤S20a中得到的混合物和活性中间体混合进行链反应。可以理解的是，聚合单体在进行链反应之前，可首先与分子量调节剂混合，得到混合物；之后，活性中间体再与混合物混合，由此，活性中间体引发聚合单体进行链反应，在链反应的过程中，分子量调节剂能够调节分子量。

在所述步骤S20a中，聚合单体可包括三聚甲醛；另外，分子量调节剂可包括甲缩醛。

在所述步骤S20a中，所述分子量调节剂与所述聚合单体的摩尔比为所述分子量调节剂：所述聚合单体＝[(5-120)×10

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。