[发明专利]连续挤出工艺制备水性丙烯酸树脂的方法及实现该方法的生产设备

说明书

本发明提供了一种连续挤出工艺制备水性丙烯酸树脂的方法，该方法是采用环管式反应器和双螺杆挤出反应器串联作为连续反应器，先将单体、引发剂和任选的分子量调节剂在负压下从各原料桶中吸入混合原料配制罐中，再利用送料泵将配制罐中的物料以50‑150kg/小时的速度送至温度为120℃的环管式反应器中，物料在环管式反应器的停留时间为15分钟，物料进入双螺杆挤出反应器后，控制螺杆转速为20‑50转/分钟，开启脱挥段阀门使物料在第三段进行真空脱挥，脱挥后的产物在温度为30℃以下经水下造粒、干燥，再经旋风分离器后进行包装。本发明的方法，制备得到的水性丙烯酸树脂具有质量稳定性好、分子量大且分布窄的特点。本发明还提供一种实现上述方法的生产设备。

技术领域

本发明涉及一种丙烯酸树脂的制备方法，尤其涉及一种水性上光油、水性印刷油墨、水性木器漆或水性工业漆用的水性丙烯酸树脂的制备方法，更具体是涉及一种连续挤出工艺制备水性丙烯酸树脂的方法。本发明还提供一种实现上述方法的生产设备。

背景技术

1988年美国的庄臣公司发明了水性丙烯酸树脂作为水性光油乳液、水性印刷油墨乳液(连接料)的乳化剂及水性油墨色浆的分散树脂，自此全世界开始了水性印刷油墨的生产和使用。水性丙烯酸树脂是由具有高光高硬的单体苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸或丙烯酸聚合而成，主链为强疏水结构，侧基为酯基和羧基，用其制备的乳液光油或水性油墨，因无游离小分子乳化剂，故墨层或涂层的光泽高，附着牢度好，耐水性能好，而且对聚合物主体无增韧作用，一直以来，水性丙烯酸树脂是制备亮光油墨和光油的首选材料。

目前生产水性丙烯酸树脂主要有两种聚合实施方法，一种是溶液聚合法，另一种是本体聚合法。

溶液聚合方法的优点是：① 设备要求不高，采用常压自由基聚合就可实现；② 分子量及其分布控制稳定；③ 不需要特殊的物料转移输送泵；其致命的缺点是：当生产规模超过1500L后，如何将残余的溶剂(乙二醇或丙二醇的单醚类溶剂)脱至1%以下，若残留的醇醚溶剂太大，就很难作为水性光油、水性印刷油墨连接料——丙烯酸共聚物乳液聚合过程的乳化剂，只能作为油墨研磨色浆过程的分散树脂。早期韩国的韩华公司就是采用溶液法生产水性丙烯酸树脂，目前国内的北京裕金油墨公司、北京启东飞天公司等仍采用溶液法生产水性丙烯酸树脂，主要客户仍是油墨配制公司。溶液聚合法的另一缺点是，溶剂虽可以再循环使用，但仍有近5%的溶剂经真空泵排气口释放到大气中，造成环境污染和资源浪费。

本体法生产水性丙烯酸树脂是该领域必然的发展趋势，由本体法生产的水性丙烯酸树脂中的挥发份主要是未反应的单体，它们对乳液聚合过程稳定性无任何影响，这是溶液法永远比及不上的，本体法的第二个优点是生产效率高，生产效率可达90%，而溶液聚合发生产效率最多能达到50%。

目前本体法生产水性丙烯酸树脂的工艺主要有管式反应器本体聚合法和三釜串联连续本体聚合法，采用管式反应器本体聚合法生产水性丙烯酸树脂的缺点是，单体转化率必须接近100%，因此为达到把物料连续移除反应器，必须将反应器温度维持在270-300℃，即使这样，也只能生产重均分子量在10000Da以下的水性丙烯酸树脂，而不能生产重均分子量超过10000Da树脂，否则物料不能传输和流动。采用三釜串联连续本体聚合是目前的主流方法，但物料从首釜向第二釜和后继釜(第三釜)的物料转移泵价格非常昂贵，且管道泵体均需进行伴温处理，另一缺点是釜式反应器的设计压力高达7MPa，设备投资大；另外，三釜串联连续本体聚合法的最大缺点是分子量及其分布控制难度高，尤其是在后继釜阶段，由于体系粘度大，易产生自动加速效应，引发剂和链转移剂的加入也控制不了这种现象发生，而优异的水性丙烯酸树脂应具有更低的窄分子量分布，否则将影响乳液连接料的流变特性和展色性。

发明内容

为解决以上存在的问题，本发明的目的是提供一种连续挤出工艺制备水性丙烯酸树脂的方法，由该方法获得的水性丙烯酸树脂既可作为水性光油乳液、水性印刷油墨乳液(连接料)的乳化剂，也可作为油墨的分散树脂、涂料制备过程的分散剂及干粉砂浆的分散剂。