医用PMMA模塑粉车间工艺设计(8000吨/年)开题报告
2021-03-11 12:03
1. 研究目的与意义(文献综述)
聚甲基丙烯酸甲酯(pmma,分子式[ch2c(ch3)(cooch3)]n)是甲基丙烯酸甲酯(mma)的均聚物或其共聚物,俗称有机玻璃、亚力克。是迄今为止合成透明材料中质地最优异,价格又相对适宜的品种。pmma具有优异的透明性与表观光泽性,常用来制作眼镜,摄像头的镜片[1];因其具有良好的抗电弧性与介电、电绝缘性能,将之溶于有机溶剂,如苯酚,苯甲醚等,通过旋涂形成薄膜,可以作为有机薄膜晶体管(otft)的介质层;又因其具有耐老化性能和后加工性能,有机玻璃被广泛应用于广告标示与建筑领域。另外,在医学方向,由于医用聚甲基丙烯酸甲酯具有良好的生物相容性与耐生物老化性。因此医用pmma也被用来作为颅骨修补材料、胸腔充填材料、人工关节骨粘固剂以及义齿、牙托等[2]。
但是,医用pmma也有一定的自身缺点,例如耐热性、耐磨性和耐有机溶剂性均较差,使用温度低、吸水率较高、容易燃烧等,很大的限制了它的应用范围。为了克服这些缺点,国内外进行了许多改性研究。从其实际应用的角度来看,pmma的改性主要集中在耐热性、耐磨损、增韧、阻燃等方面。常见的耐磨损改性可通过改进分子链结构,通过在主链上引入极性基团、在主链引入苯环、在分子链上引入金属元素等方法,将聚合物由线型结构变为体型结构[3]。另外,可以通过在pmma主链上引入环状结构来增加pmma的耐热性能。环状结构的引入能使聚合物主链变得僵硬,对链段运动具有较大的阻碍作用[4]。这种方法既能显著提高有机玻璃的耐热性能,又不会明显降低其力学性能。如何通过对医用pmma的改性有效的提高pmma的耐磨损性与耐热性能,使其能在医学领域得到更为宽广的前景,仍是pmma生产制造所面临的一大问题。
2. 研究的基本内容与方案
(1)基本内容
a.通过悬浮聚合制备聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)
b.设计聚合釜
c.选定其他工艺设备
d.车间平面布置设计
(2)技术方案
1).工艺设计
PMMA模塑粉的生产方法主要有三种[6-9],即悬浮聚合、溶液聚合、本体聚合。小规模间歇生产以悬浮聚合工艺为主,大规模连续生产则采用溶液聚合和本体聚合工艺。现如今,悬浮聚合和溶液聚合技术成熟,属于传统的生产技术,被绝大多数生产企业采用,其中本体聚合则因为对设备和技术的要求更为苛刻,只有德国、美国和日本几家生产企业掌握此技术[10]。由于悬浮聚合法制PMMA模塑粉具有反应体系粘度低,散热容易,传热和温度容易控制,产品分子量分布比较稳定,相对分子质量比溶液聚合高,杂质含量比乳液聚合的少的优点,本设计选择使用悬浮聚合的方法制造生产PMMA模塑粉。
悬浮聚合法是MMA单体、引发剂、水、分散剂四个基本组分在搅拌剪切作用下先形成悬浮液,最后制成珠状成品[11]。反应过程中,由于聚合体系粘度低,传质、传热易于控制,反应结束后聚合物溶液只需经过简单的分离、洗涤、干燥等后处理过程,即得到树脂产品,可直接用于成型加工;其技术成熟,设备投资费用较低。
悬浮聚合反应过程如下:(方程式不能正常显示出来,详见附件)
(1)引发剂的分解:
(2)链引发:
(3)链增长:
(4)链终止:
A歧化终止:
B偶合终止:
通过悬浮聚合的方式生产制备聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体,过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,硬脂酸为脱模剂,氢氧化镁为分散剂(由的NaOH与MgCl2配得),以水(与单体比5:1)为介质。先将物料加入聚合釜中,启动搅拌器,向夹套内通入蒸汽升温至75~85°C,保持20min,停止加热,釜内物料会因聚合放热升温至90~92°C,维持1.5h后,向夹套内通入冷却水降温至84°C左右,经过30min后通入冷却水降温至常温,将反应产物通入沉淀洗涤槽内,用水洗涤,最后经过干燥粉碎得到产品。
表1-1(工艺配方)
原料 | 用量(kg) |
甲基丙烯酸甲酯(MMA) | 500 |
过氧化苯甲酰(BPO) | 7.5 |
硬脂酸 | 2.5 |
MgCl2 | 11.2 |
NaOH | 9.4 |
水 | 2500 |
总量 | 3029.6 |
工艺流程简图如下:(框图不能正常显示出来,详见附件)
单体
引发剂
分散剂 聚合 分离 洗涤 干燥 成品
水
脱模剂
2).聚合釜与其他设备选型设计
悬浮聚合主要设备是悬浮聚合釜,一般为带有夹套的搪瓷釜或不锈钢釜,间歇操作。大型釜除依靠夹套传热外,还配有内冷管或(和)釜顶冷凝器,并设法提高传热系数。悬浮聚合体系粘度不高,搅拌一般采用小尺寸、高转数的透平式、桨式、三叶后掠式搅拌桨。
通过对物料衡算,釜体尺寸计算,搅拌器转速的计算等,选择合适的聚合釜与其他设备选型。
3).车间平面布置设计
结合工艺流程、物料衡算、设备选型等,按照国家设计规范与规定对车间平面布置进行合理的计算设计,规划生产、辅助生产、行政生活等区域的布局,编制出车间平面设计图。
3. 研究计划与安排
第一周---第二周: 相关资料的搜集
第三周: 方案的确定和物料衡算的计算
4. 参考文献(12篇以上)
[1]陈万友,吕洁,李晶,陈光岩,赵金德,刘哲,胡慧林.聚甲基丙烯酸甲酯模塑料生产技术与市场需求[j]. 弹性体,2009,(04):70-73.
[2]肖海军,薛锋.医用骨黏合剂的发展及应用进展[j].医学综述,2011,(10):1510-1513.
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