聚醋酸乙烯聚合度的在线监测

朵伟芝

（安徽皖维高新材料股份有限公司，安徽 巢湖238000）

聚醋酸乙烯聚合度的在线监测

朵伟芝

（安徽皖维高新材料股份有限公司，安徽 巢湖238000）

基于聚醋酸乙烯聚合度和粘度的线性关系以及哈根·泊肃叶方程，提出聚合度在线监测的一种方法，该法应用于在线聚合度监测，结果令人满意。

聚醋酸乙烯；聚合度；粘度；哈根·泊肃叶方程；在线监测

在聚乙烯醇的生产工艺中，聚醋酸乙烯的聚合度决定着聚乙烯醇的聚合度，通过对聚醋酸乙烯聚合度的控制来实现不同品种聚乙烯醇的生产。因此，只有在聚合工段得到准确聚合度才能保证聚乙烯醇的质量稳定。目前，分析人员从取样到检测往往耗费2～3h，得到的结果比较滞后，导致不能及时调整控制策略，造成产品质量下降。因此，寻找到一种能在线监测聚醋酸乙烯聚合度的方法和显得尤为重要。

1 推算聚合度的经验公式

1.1 理论公式的推导

聚合物溶液的粘度和聚合物的分子量有关。当聚合物的种类、溶剂的种类和温度一定时，聚合物的粘度η仅由分子量M来确定，可用公式η=K·Ma（式1）来表示。M和平均聚合度P的关系是：M=M0·P（式2），其中M0是一个聚合物结构单元的分子量。由式1和式2得：η=K·（M0·P）a（式3），两边取对数得：ln[η]=lnK+a· lnM0+a·lnP（式4），令K1=lnK+a·lnM0，得到：ln[η]=a· lnP+K1（式5）。

对同一试样的聚合度，当温度一定时，聚合物的浓度和粘度有一定的关系，聚合物的浓度随着粘度的增大而增大。考虑到此因素，我们可以用ln[η]/C来代替ln [η]，其中，C为浓度，于是，式5变为：ln[η]/C=a·lnP+ K1（式6），整理变形得：lnP=（1/a）·ln[η]/C-K1/a，令K1=1/a，K2=K1/a，得lnP=K1·ln[η]/C+K2（式7）。因此，由式7可知，lnP与ln[η]/C存在一定的线性关系[1]。

1.2 旋转粘度计法测定粘度

称取5g左右经真空干燥充分的聚醋酸乙烯固体，加入100mL甲醇，加热搅拌使其完全溶解，置于30℃的恒温水浴槽中保温1h，然后利用NDJ旋转粘度计在750r/min的条件下测量其粘度η。再测经烘干冷却的称量瓶的质量为m0，取10mL聚醋酸乙烯的稀释液置于此称量瓶，称重为m1，放入100℃～105℃红外干燥箱内烘烤45min后取出，放入干燥器内冷却至室温，称重为m2，浓度C=（m2-m0）/（m1-m0）·100%。经过计算可得一系列的ln[η]/C数据。

1.3 奥式粘度计法测定聚合度

取上述稀释液10mL，加入奥式粘度计中，放到（30±0.1）℃的恒温水浴槽中，调整奥式粘度计与水平面垂直，测定稀释液在粘度计中从A到B的时间Z1，反复测定三次，同时测定稀释液的温度，查表得K。

则N=10×（m2-m0）/K，n=lg（Z1/Z0）/N+（N-1）× 0.01+0.003，P=n×11638-1154，其中：K为温度校正系数，Z0为奥式粘度计的甲醇空白。利用此公式计算得到聚合度P，由此可得lnP的一系列数据[2]。

1.4 数据拟合

利用Excel，绘制lnP-ln[η]/C的图形，见图1，经过直线拟合处理得一元线性方程：y=4.5565x+6.2636，R2=0.9464，其中y为lnP，x为ln[η]/C。将lnP=K1·ln[η] /C+K2与y=4.5565x+6.2636进行比较，得K1=4.5565，K2=6.2636，即式7可写为：lnP=4.5565ln[η]/C+6.2636，此即为聚合度的经验公式。

2 聚合度在线监测

假设一塔釜的聚醋酸乙烯溶液为牛顿流体，并在水平方向管道作稳定的层流运动，取经过树脂冷却器冷却后的水平管道，则由哈根·泊肃叶方程得：Q=∏·R4·ΔP/（8·η·L），即η=∏·R4·ΔP/8·L·Q，其中：R为流体流经管道的半径，L为取样段长度，ΔP为取样段的水平压差，Q为通过取样段截面的流量[3]，如图2。

图1 lnP-ln[η]/C的线性关系

图2 聚醋酸乙烯溶液流经的水平管道

在树脂冷却器冷却后的水平管道上取2m，在两端安装压力表，在B端安装涡轮流量计，利用η=∏·R4· ΔP/8·L·Q，通过信号传输和DCS系统数据采集与处理，可得在线的粘度。

利用此在线粘度和已有的一塔釜在线浓度的数据，以及之前得到的聚合度经验公式lnP=4.5565ln[η]/C+ 6.2636，经过信号传输与DCS系统的数据收集与处理，实现了在线实时聚合度的监测。

生产实践中，在线聚合度的变化趋势为聚合工段调整聚合度提供了很好的方向。在生产稳定时，在线聚合度与实际聚合度相差在±50以内，指导性较强，但在线聚合度受外界温度影响较大，在转换品种过程中，在线聚合度与实际聚合度有较大误差。

3 结论

（1）利用聚合度与粘度的关系，通过试验得到了聚合度的经验公式lnP=4.5565ln[η]/C+6.2636，再根据哈根·泊肃叶方程η=∏·R4·ΔP/8·L·Q可以实现聚合度在线监测。

（2）根据在线聚合度控制及时准确地调整聚合度，提高了产品质量。稳定生产时，在线聚合度的控制误差较小，在±50以内，指导性强；在转换品种或其它特殊情况时，在线聚合度可以提供准确的变化趋势，方便聚合工序及时进行预调节。

（3）此在线聚合度实时监测控制还有很多不完善之处，比如，未考虑到温度对聚合度的影响，因此在线聚合度受温度的影响较大；另外，在转换品种过程中监测的准确度还不够高等。

（4）在线聚合度的监测还需要在以后的长期生产实践中进一步改进和完善。

[1]潘祖仁.高分子化学[M].北京：化学工业出版社，2007.

[2]武汉大学.分析化学[M].高等教育出版社，2000.

[3]崔鹏，魏凤玉.化工原理[M].安徽：合肥工业大学出版社，2003.□

10.3969/j.issn.1008-553X.2016.05.031

O632.1

A

1008-553X（2016）05-0100-02

2016-02-15

朵伟芝（1985-），女，毕业于安徽工业大学，工程师，从事聚乙烯醇的研发工作，18792193382，duoweizhi007@163.com。