用于制備聚合物膠乳樹脂粉末的裝置以及使用該裝置制備聚合物膠乳樹脂粉末的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于制備聚合物膠乳樹脂粉末的裝置以及使用該裝置制備聚合 物膠乳樹脂粉末的方法，更具體而言，涉及一種用于制備聚合物膠乳樹脂粉末的裝置以及 使用該裝置制備聚合物膠乳樹脂粉末的方法，所述裝置包括膠乳槽、凝固浴、老化浴、脫水 器和干燥器，其中，通過向進行凝固和老化的反應器中引入非連續(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脂粉末。
【背景技術】
[0002] 為了減小體積、進行各種應用以及易于操作，可以將通過乳液聚合形成的聚合物 材料加工成粉末。為了將通過乳液聚合形成的聚合物材料制成粉末，需要對經乳液聚合而 形成的膠乳進行凝固、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方法或經施加強 剪切應力而利用機械力的機械方法，通過破壞由乳液聚合過程中加入的乳化劑所穩(wěn)定的膠 乳粒子的穩(wěn)定性來進行。在化學方法中，根據用于確保膠乳穩(wěn)定性的乳化劑的類型而使用 不同的促凝劑來破壞穩(wěn)定性。在機械方法中，對膠乳施加強剪切應力，使得膠乳粒子通過克 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€通過 加入過量的促凝劑（例如無機鹽或酸等）水溶液來破壞乳化劑的穩(wěn)定性，使得膠乳中的聚 合物粒子彼此快速凝聚的過程。這種膠乳中聚合物粒子的凝聚被稱為凝固，而這些凝聚的 聚合物粒子的懸浮液被稱為淤漿。這些聚合物粒子彼此較弱地物理結合，因此易于使用攪 拌器等通過外部剪切應力來解散。由此，通過升高溫度對初步凝固的淤漿進行老化，經由鏈 的交聯(lián)而使結合力得到增強。對所得的淤漿進行脫水和干燥，從而完成粉末型聚合物膠乳 的制備。
[0005] 在上述使用過量促凝劑進行凝固的快速凝固中，膠乳的穩(wěn)定性被非常快地破壞， 因此聚合物膠乳粒子的凝固發(fā)生得非常迅速和無序。由于這種無序的凝固，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脂粉末的裝置的視圖。所述裝置包 括：膠乳儲存槽1、凝固浴2、老化浴3、脫水器4和干燥器5。
[0007] 首先，將儲存在膠乳儲存槽1中的聚合物膠乳通過聚合物膠乳引入管線11引入到 凝固浴2中，然后將促凝劑水溶液和用于調節(jié)固含量濃度的水通過促凝劑引入管線12和水 供應管線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 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移至老化浴3中，然后在高溫下經40至90分鐘停留時間進行老 化。將最終制得的淤漿在脫水器4中進行脫水并在干燥器5中干燥，制得聚合物粉末，然后 將所制的聚合物粉末通過聚合物粉末排出管線15排出。加入脫水器4中的促凝劑通過促 凝劑排出管線14排出。
[0008] 然而，當使用這種裝置時，難以攪拌和轉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，從而導致隨后的脫水和干燥過程較為耗時，并需要 付出大量的努力和能量。
[0009] 為了解決上述問題，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，該方法不能應用于具有高固含量的淤 漿，并且需要多個步驟而導致制備效率稍低。
[0010] 另外，提出了緩慢凝固法，該方法通過分流供入促凝劑來調節(jié)凝固速率，從而使最 終所得粒子的粉末特性得到增強。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，結果是，可以通過 有規(guī)律的填充來制備球形粒子。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促凝劑的分流供入 來進行。因此，由于過量促凝劑而造成的廢水產生是不可避免的，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。當淤漿的固含 量達到特定程度以上時，該淤漿的流動性顯著發(fā)生劣化并由此形成團塊，從而使得裝置無 法運轉。因此，為了實現(xiàn)淤漿的順暢流動，在凝固中需要再加入過量的水。過量水的加入提 高了將淤漿加熱至凝固溫度和老化溫度時所產生的能量成本，并導致在脫水過程中產生過 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作為向 淤漿傳遞能量的介質，這導致了效率的下降。
[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 具有過量促凝劑流動的表面上，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與促凝劑接觸，從而在與促凝劑接觸 時發(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，該方法必須使用過量的促凝劑以充分反應，因此過量廢水的產生是不可避免的， 而且頻繁地發(fā)生噴霧器的堵塞，導致制備過程的穩(wěn)定性較低。
[0013] 另外，關于在有機溶劑的存在下調節(jié)粉末粒度和改善表觀比重方面存在大量的研 宄，但是只有在使用過量的有機溶劑時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，通過施加剪切應力作為強機械力而使膠乳 中的粒子凝聚來制備淤漿。這種方法不需要促凝劑，在剪切凝固中，通過施加由4, OOOrpm 或大于4, OOOrpm的高速旋轉所產生的剪切應力來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，乳化劑會殘留在回收的粉末中，這會在加 工中不利地影響熱穩(wěn)定性和顏色。
[0015] 因此，仍然需要開發(fā)一種用于制備聚合物膠乳樹脂粉末的裝置以及使用該裝置制 備聚合物膠乳樹脂粉末的方法，在所述裝置中，可以通過降低淤漿的含水量而提高干燥效 率，并可以通過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脂粉末。

【發(fā)明內容】

[0016] 技術問題
[0017] 因此，鑒于上述問題而作出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種用于制備聚合物 膠乳樹脂粉末的裝置以及使用上述裝置制備聚合物膠乳樹脂粉末的方法，其中，通過向進 行凝固和老化的反應器中引入非連續(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脂粉末。
[0018] 本發(fā)明的以上目的可以通過下文所述的本發(fā)明的實施方案來實現(xiàn)。
[0019] 技術方案