反应挤出中的反应类型介绍

反应挤出中的化学反应类型主要有6种，其中包括：本体聚合反应，接枝反应，反应共混，偶联或交联反应，控制降解，功能化反应等。

1、本体聚合反应

本体聚合反应，是指单体或单体的混合物在很少量或无稀释剂存在下转化成高分子量的聚合物。随着反应的进行，反应混合物的粘度可能会迅速猛增，通常由小于50Pa·s到大于1000Pa·s，这样体系的热转移作用比较困难。所以作为本体反应的挤出机反应器，已设计成在不同的机筒部分能同时传递粘度相差很大的反应物和生成物，以及高效地控制反应混合物的温度梯度，同时进入挤出段之前，在减压排出处及时地移去未反应的单体和脱挥除副产物，达到有效地控制聚合度和得到稳定的单一产物。在挤出机进行的本体聚合反应包括缩合聚合反应和加成聚合反应。

1.1缩合聚合反应。由于缩合聚合反应是按逐步反应机理并且伴随有小分子产生的反应，因此在以挤出机作为反应器时，一是必须在机筒一处或多处提供真空出口，有效地除去低分子的副产物，达到最佳的反应平衡点；二是当反应物为两种或两种以上的单体时，为了能得到高分子量的聚合物，对反应物的化学计量必须严格控制，因此反应物尽量以熔融或液体状态进入挤出机的加料口。

1.2加成聚合反应。虽然加成聚合反应无低分子量的副产物，但在挤出机中进行的本体加成聚合反应中，同样需在机筒适当处留有真空出口以除去未反应的单体。由于加成聚合反应会导致产生大量的反应热，通常采取加入易挥脱的惰性物质，以达到控制反应体系的热效应。在挤出机进行的本体聚合反应，由于反应温度较高（物料的熔融温度以上），粘度迅速增大，因此聚合链自由基的扩散转移及链段的运动比较困难，从而终止速率降低，所以生成的聚合物分子量较大，单体的转化率较高而人们通常研究的聚合反应动力学只限制在低转化率及低反应温度条件下的情况，在高温存在下的因素较为复杂，特别需考虑生成的自由基链的断裂过程，即反应的上限温度，螺杆的螺旋速率、物流量、机筒温度、充模阻力以及引发剂浓度和挤出机的一些设计参数等综合性影响更为复杂。用扭转流变仪模拟反应挤出机对ε-己内酰胺的阴离子开环聚合反应，成功地解决了熔融状态下己内酰胺易从混合物的密封表面漏流的主要问题。

应用挤出技术进行本体聚合反应最关键的问题：一是物料的有效熔融混合、均化和防止形成固相而发生对挤出机的阻塞；二是单体有效地向增长的聚合物链自由基转移；三是聚合反应热的有效去除，以保证反应温度低于聚合反应的上限温度。

2、接枝反应

两种或两种以上的聚合物通过共混作用而使它们的物理性能得到互补而获得新的高分子材料，但共混过程中不同聚合物的相容性大小对共混的程度及共混物的性能有极大影响。对于相容性不好的共混，传统的方法主要是采取加入嵌段或接枝共聚物等方法来改善其相容性，这种方法从经济角度上不利于工业化。近年来，人们转向利用反应挤出技术得到的嵌段或接枝共聚物对共混物起到就地增容的作用。

作为接枝反应的挤出机一般要求有较强的混合段，设计的螺杆能使聚合物与接枝单体有最大的接触表面，所以单体通常注射到熔融态聚合物中，引发剂在单体注射前或后加入或者预先与聚合物混合，未反应的单体和一些易挥发成分在脱挥段通过真空出口而去除。

不同的接枝单体，其均聚作用与接枝作用的竞聚率不同，单体与聚合物的有效混合能使形成的均聚物达到最小程度。一些单体易于产生均聚作用，导致接枝链较长，其接枝共聚物与聚合物基体的物理性质完全不同。根据各个反应及聚合物与单体的摩尔比、引发剂的量、反应温度及其他条件，接枝链也可以很短，甚至只由1个分子单元组成在这种情况下，虽然聚合物基体与接枝物的物理性能无很大的差异，但化学性能却有很大不同。如马来酸酐与聚烯烃的接枝而产生的官能化作用。

3、共混作用

在较短的时间内能得到性能优良的高分子材料，聚合物之间共混是最有发展前途的领域，因此国内外在这方面的研究极为活跃。由于许多聚合物之间是不相容的，从而给改善其物理性能带来困难。人们通过引入嵌段或接枝共聚物等相容剂的方法来达到使聚合物之间有较好的相容性。就地增容技术在聚合物共混中得到了较为广泛的应用，该方法利用反应挤出技术具有一些无可比拟的特点：一是螺杆在较高的旋转速率下能产生很高的剪切应力而使物料的粘度降低，使它们得到充分混合，特别是能避免相容剂或偶联剂过于聚集而降低其增容作用；二是共混作用与产品的造粒或模具成型能在一个连续过程中迅速得以完成，经济效益显著。因此，国外对 PP / PA 、 PE / PA 、 PS / PE 等体系的共混改性作了大量的工作。通常采用的增容方法是用含有羧酸、磷酸、磺酸等单体与 PP 、 PE 、 SEBS 等聚合物形成接枝物，然后与另一聚合物所含的基团以离子键方式相结合而达到相容共混的目的。

其他反应类型还有：控制高分子量聚合物的降解(控制流变性)；在聚合物的主链、端基或侧链等位置上引入功能基团，或对已有的功能基改性；对聚合物进行改性、降解、连续的挤出-取向。