[发明专利]一种生产溴化聚苯乙烯的循环微反应装置及其方法

说明书

本发明公开一种生产溴化聚苯乙烯的循环微反应装置，所述装置，由循环反应釜、循环泵、前置换热器、微混合器、后置换热器首尾串联连接；本发明还公开一种生产溴化聚苯乙烯的循环微反应方法。在该微反应装置内开展聚苯乙烯的低温溴化反应，聚合物溶液在循环反应釜和微混合器之间循环流动，微混合器起到强化溴化剂和聚苯乙烯溶液之间混合的作用，前置换热器和后置换热器用于严格控制反应温度，保证反应体系的温度均一性和溴取代位的选择性。使用本微反应装置生产的溴化聚苯乙烯溴含量≥66%，1%热失重温度≥348℃，5%热失重≥372℃。

技术领域

本发明涉及化学化工领域，具体涉及一种生产溴化聚苯乙烯的循环微反应装置。

背景技术

溴化聚苯乙烯是一种添加型高分子溴系阻燃剂，具有溴含量高、毒性低、耐热性和耐冲击性优越、流动性好、不起霜等优点，广泛用于尼龙、聚酯等耐高温树脂的阻燃加工。

溴化聚苯乙烯主要通过聚苯乙烯和溴化剂的亲电取代反应完成。以溴素作为溴化剂为例，原料溴素首先在路易斯酸催化剂作用下解离出Br⁺离子，然后将苯环上氢取代完成溴化，反应方程式如公式1所示。

这一系列反应过程中同时伴随着溴化剂与聚苯乙烯主链之间的副反应（反应方程式2），导致主链被卤化，该副反应的机理通常被认为是自由基反应机理。主链溴的存在是影响产品热稳定性的主要原因。

在下游加工过程中，溴化聚苯乙烯主链溴先脱落，造成塑料制件颜色差并产生起泡现象，而且释放的酸性气体严重腐蚀设备，主链溴的存在对溴化聚苯乙烯产品的影响非常明显，因此溴化聚苯乙烯的生产装备和工艺条件的选择尤为重要。

传统工艺生产溴化聚苯乙烯主要通过间歇搅拌反应装置完成，该装置内通过缓慢滴加反应原料控制副反应的形成。例如中国专利CN200810053940.1 , CN200910070904.0公开了将聚苯乙烯、卤代烃溶剂和路易斯酸催化剂依次加入搅拌釜内，通过数小时滴加氯化溴完成溴化反应。该方法虽然能够高选择性的制备溴化聚苯乙烯产品，但是生产效率严重低下，安全风险高，因此连续高效的生产装置对于溴化聚苯乙烯产品的生产十分重要。从化学反应原理上讲，聚苯乙烯苯环亲电取代反应过程本身是快反应过程，因此副产物的形成主要在于反应物的快速均匀混合不易实现，限于传统化工设备的传质传热能力，仅能采用保守的缓慢滴加的生产方式。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种生产溴化聚苯乙烯的循环微反应装置及其方法，实现以下发明目的：

（1）提高制备的溴化聚苯乙烯的热稳定性，提高热失重温度；

（2）过程安全，生产效率高，安全环保。

为解决现有技术存在的不足，本发明采用以下技术方案：

一种生产溴化聚苯乙烯的循环微反应装置，该装置由前置换热器、微混合器、后置换热器、循环反应釜循环串联构成，循环反应釜设有换热夹套，循环反应釜顶部设置溶剂冷凝器，聚合物溶液循环由釜底部循环泵驱动。

反应装置中所使用的微混合器形式为微筛孔分散混合器或膜分散微混合器；

进一步该循环微反应装置若使用的微筛孔分散混合器则至少含有1个孔径为0.5 ~ 1mm的微筛孔，若使用膜分散微混合器则至少含有一张面积≥10 mm2的微孔膜，模孔径为50~ 500 μm，两种微混合设备中微筛孔或微孔膜内用于将溴化剂溶液均匀分散至聚合物溶液中完成物料混合。

进一步该循环微反应装置中前置换热器、后置换热器、溶剂冷凝器为玻璃、碳化硅或石墨材质的列管式换热器。

一种生产溴化聚苯乙烯的循环微反应，包括配制溴化剂溶液、加入聚苯乙烯和催化剂、

加入溴化剂溶液、老化；