利用聚合反应自动连续在线监测(ACOMP)，开发了一种新的系统，可以清晰地了解所有聚合和最终产物聚合物的性质。该技术是在杜兰大学Wayne Reed教授的研究实验室中开发和使用了近20年，作为研究聚合技术的工具，如自由基聚合、控制自由基聚合、溶液聚合、体聚合和乳液聚合。这项技术使得杜兰大学的研究人员能够实时控制聚合过程，针对特定的聚合物特性。需要注意的是，该技术允许实时表征分子量、特性粘度、反应动力学、聚合物转化和残留单体浓度。在适当的条件下，ACOMP可以确定共聚单体的组成和分子量分布，而不需要使用色谱。终端性能的正确组合对所选应用的性能至关重要，对这些性能的实时监测和控制一直是开发聚合物领域的许多研究人员和制造商的兴趣所在，这些聚合物可用于涂料、粘合剂、建筑材料和许多其他特殊应用。188金宝搏bet官网

ACOMP如何工作

ACOMP研究反应器监测和控制系统在这个特殊的应用中被用来描述聚(2-甲基丙烯酸甲酯)自由基均聚(通常被称为聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)在乙酸丁酯作为溶剂中的重量、平均分子量和其他性能的实时变化。这种类型的聚合物及其许多衍生物被发现在各种涂料应用中。

该系统由两个独立的组件组成，ACOMP外壳和反应堆控制和仪表外壳。ACOMP框可以独立提供并定制，以附加到已存在的系统并监视其运行(图1)。

反应堆控制和仪表外壳包含一个加热器浴，两个气体供给控制器和两个供给泵。这些组件允许对反应堆温度的精确控制，氮，氧或其他惰性气体的精确供应，以及最多两种同时液体溶液的供应，单体，引发剂，链转移剂或其他组件。所有这些组件的适当自动化和控制，包括一个人机界面(HMI)，也安置在反应堆控制柜中。反应容器是一个1.0升的半球形底部反应器。一个正排量泵被固定在反应器的底部端口上，通过一个采样环路循环反应器内容物，在聚合过程中从该采样环路中连续提取一小股反应器内容物。

ACOMP外壳包含所有样品提取和调节组件，以及用于适当监测聚合物反应的检测器。在这种情况下，检测器是紫外/可见光谱仪(UV/Vis)用于直接测量单体浓度，差压传感器用于特性粘度，多角度静态光散射用于分子量，最后是用于附加聚合物浓度分析的差示折光仪。其他探测器如电导率，近红外和傅里叶变换红外也可以加入到探测器序列中。同样，每个组件(包括HMI)的所有适当的自动化和控制都包含在ACOMP外壳中。

ACOMP样品流的分析与典型的尺寸排除色谱(SEC)技术非常相似。然而，有一个主要的区别;所有的ACOMP分析都是实时进行的，而不使用基于尺寸排除的色谱分离样品。这种方法可以对聚合物进行连续和实时的表征。此外，由于离散样品之间没有像SEC那样的延迟，可以确定更完整的动力学表示。ACOMP分析的这个非常特殊的特性，使用户不仅可以更好地测量反应动力学，而且可以实时预测和控制反应动力学和聚合物性能。

在收集到稳定的溶剂基线后，从研发ACOMP操作员或模拟工厂控制系统接收单体基线触发，以便以稀释和调节所需的适当速率提取反应器内容物。单体基线通常收集30-40分钟，同时将反应器加热到反应温度并用惰性气体净化。一旦反应器被净化并达到设定温度，就会收到引发剂触发，ACOMP分析开始计算单体和聚合物的浓度、降低粘度和分子量。该过程是自动化的工业系统，以减少操作人员的交互。

对于这个反应，在到达检测器之前，反应器浓度在调理阶段被稀释了16倍。稀释因子范围从10倍到1000倍以上，取决于反应器浓度，估计分子量和特性粘度，以避免饱和检测器，聚合物链之间的相互作用和一些光学检测器的污垢。稀释因子和流速也被考虑在内，以减少从采样到分析的任何延迟时间。典型的延迟时间从1到5分钟。这种轻微的延迟在整个反应过程中是连续的，即系统在整个过程中每秒钟收集数据，但它是在测量前1到5分钟观察反应事件。

通过集成分析包对原始数据进行分析，可以自动确定感兴趣的聚合物性能;分子量和特性粘度。这些聚合物的性能可以与其他聚合物的特性或流变特性相关，如工艺粘度、拉伸强度、粘附性、聚结性、粘性、流体流动或流平性。这些特性在涂料类型的应用中特别重要，因为它们影响耐久性和耐候性。ACOMP还可以用来测定共聚单体的组成、交联效应和链转移效应。

通过监测聚合过程中特定波长的紫外光的吸收，可以确定聚合物浓度的总量和聚合物转化率。图2显示了聚合物转化率随时间的变化，这可以用来确定聚合温度、引发剂类型和浓度等不同间歇条件下的聚合速率和效率。

对光散射信号与由紫外检测器测定的聚合物浓度进行解释，可得出PMMA产物的分子量是时间或聚合物转化率的函数。图3显示了由于单体在整个聚合过程中自由基的消耗，预期的绝对分子量随时间的函数下降。

在工业过程方面，ACOMP技术已经从研究规模的研发工具进一步完善为工业过程分析仪。在该应用中，工业ACOMP系统是定制设计的，以解决特定的相关工艺特征，如单体残留浓度，聚合完成度和最终产品质量参数，如分子量和特性粘度。APMT的第一个工业ACOMP系统目前已经在服务中监测了一批特种聚合物工艺超过18个月，可用性超过97%。这种可用性是通过超过100个自我监测传感器阵列和纠正措施程序来实现的，这些程序可以在任何计划外的过程事件中进行，如堵塞和压力过大。除了监测聚合过程，实时数据显示给过程操作员，系统化学家和QC/QA经理，通过充分集成到工厂的分布式控制系统和历史。此外，该系统能够发送每个生产批次的自动报告。这些实时数据为消除失败的反应和不合格的产品，减少批次周期时间和减少排放提供了见解。图4显示了APMT的工业ACOMP系统在NEMA 4x空气净化外壳中的图像，该外壳额定用于1级2级危险环境。

结论

APMT为应用工程项目开发了ACOMP研究反应堆监测和控制系统，同时也在开发ACOMP衍生的无色谱分离的分子量分布(MWD)。这将提供反应过程中的随钻测量值，包括最终产物的随钻测量值。ACOMP可以用来补充离线GPC分析，也可以集成，将准备好的样品直接发送到GPC系统。迄今为止，ACOMP技术不仅被证明能够全面监控研究和工业聚合过程，而且还被证明有能力实时自动控制聚合反应，以提供“天生特征”的聚合物。