（转自：链塑网）
反应挤出（REX）是利用挤出机这一连续化共混设备，直接在挤出机中加入共混聚合物、引发剂和其它助剂，按照设计、以高度控制的方式、在典型的工艺时间范围内和长期稳定状态下进行的一种材料化学反应工艺。这一技术原料选择余地大，脱挥、造粒工艺简单，又无三废污染，因此特别适用于工业化生产。
但因为涉及到相对复杂的化学反应，反应挤出 (REX) 在许多人眼中，是共混行业中一个神秘莫测（甚至令人畏惧）的领域。然而，它也是一个增值工艺环节，精明的共混材料生产商可以借此脱颖而出，在竞争中脱颖而出。
今天这篇文章，我们将试图为您揭开这项“高利润挤出工艺”的神秘面纱，并提供一些在生产线内引入REX工艺的技术要点。
一
如何理解REX中挤出机的作用？
REX过程发生了什么
REX用于进行链官能化，取代和引入所需的官能团以赋予聚合物所需的性能；以及进行链改性（断链、链延伸、支化和部分交联），以赋予聚合物所需的熔融和固态性能。
我们可以将聚合反应视为单体分子“构建”成大分子结构的过程，而将聚合物加工视为聚合物分子的塑形和装修，因为它会产生具有特定大分子取向和形态分布的功能性塑料产品。这两个过程需要截然不同的加工设备，并且在不同的生产设施中进行。
广义上的反应性聚合物加工，以及在单轴或双轴挤出机中进行反应性加工的REX，是指在通常与聚合物加工相关的设备中同时执行两个工艺过程。在反应性聚合物加工和REX中，我们要么从单体到聚合物，要么更常见的是从聚合物到改性聚合物。在线REX甚至可以整个工艺过程，包括成品的成型和结构化。
双螺杆挤出机可以做什么
为了更好地在REX中操作挤出机，不妨将“挤出机”重新命名为“挤出工艺的暂存平台”之类的名称，以方便理解。
挤出机，尤其是双螺杆挤出机 (TSE)，具有独特的优势：它们能够轻松处理聚合物颗粒（进料和推进）；高效熔融聚合物颗粒，且加工时间极短（挤出机轴向距离短）；并且能够（通过适当的螺纹元件选择和排序）对高粘度熔体进行节能快速的层流分布混合，使其与反应物紧密均匀地（在空间上）混合，这是在短加工时间内完成反应并生产均匀产品的先决条件。
TSE的优势还在于其能够良好地控制温度和停留时间分布；能够在相当大的压力水平下进行单级或多级反应；并且能够去除挥发性未反应物或反应副产物。
最后，TSE是非常优秀的拖流增压装置，能够轻松排出粘稠改性熔体，通常使用齿轮泵提供精确的正向排放泵送。
因此，我们可以将挤出机视为反应挤出的“托管场所”，用于配置需要发生的流程，而不是使用某种神秘的，难以随时调控的密闭容器。
让我们以土豆泥的制作过程为例来说明挤出机的多功能性。
如果将所有牛奶都加入煮熟的切好的土豆块中，然后尝试混合它们，那么除了块状的土豆泥之外很难得到任何东西。但是，如果你只添加一点牛奶并混合，那么你就会打开土豆基质，之后你可以添加更多的牛奶来进一步降低土豆模量。接着就可以添加剩余的牛奶，很容易就能得到光滑的土豆泥。
挤出机中粘度差异很大的反应物和组分通常可以通过多次喂料或添加作为连续的子过程来处理，并获得同样良好的结果。这个例子，就像其他例子一样，鼓励我们仔细思考我们需要做什么，而不是害怕REX。
另一方面，挤出机也存在局限性，在为一些特定反应聚合物流选择设备时必须考虑这些局限性。两个主要局限性是难以处理单体到聚合物反应产生的大量聚合反应热，以及如果需要较长的反应时间，挤出机固有的停留时间可能会限制反应的充分发生。正是由于这两个局限性，只有少数经典的聚合反应能够在连续反应聚合物设备中进行，从单体进料到“成品”聚合物。
因此，挤出机，尤其是双螺杆挤出机，是进行聚合物链改性反应的首选反应器设备，这种反应能够产生满足特定产品性能的新型增值聚合物，且具有快速反应的特点。
二
反应挤出技术有哪些优点？
⑴可连续大规模进行生产，生产效率高，反应原料形态可以多样化，对原料有较大的选择余地。
⑵产品转型快，一条生产线就可以进行小批量、多品种产品的生产。
⑶易于实现自动化，可方便准确地进行物料温度控制，物料停留反应时间控制和剪切强度控制。
⑷未反应单体和副产物在机器内熔化状态下可以很容易地除去；节省能源和物耗。
⑸不使用溶剂，没有三废污染问题。
⑹要求的生产厂房面积小，工业生产投资少，操作人数少，劳动条件和生产环境好，产品的成本低，且技术含量高，利润高。
⑺在控制产品化学结构的同时还可以控制材料的微观形态结构。
⑻反应物料除了直混外，还有一定的背混能力，物料始终处于传质传热的动态过程，螺杆使熔融物形成薄层，并且不断更新表面，这样有利于热交换、物质传递，从而能迅速精确地完成预定的变化，或很方便地除去熔体中的杂质。
⑼螺杆具有自清洁能力，使物料停留时间短，产品质量好。
三
反应挤出和接枝反应有什么区别？
接枝反应往往位于REX连续谱的较易端。如果有一个“REX轻型”分类，许多接枝反应都会被归入其中。它们与REX中的缩聚反应形成对比，例如，缩聚反应的动力学往往使大多数应用处于该谱系的较难甚至不切实际的一端。
有人可能会认为，接枝反应，例如烯烃的酸酐官能化，看起来很像复合反应，其熔体流变性通常不会与纯聚合物的流变性产生太大差异。在各种聚合物中添加官能团是相当常规的做法。
由于缺乏空间位阻和特殊因素，接枝反应速率往往很快，这使得接枝REX工艺具有成本效益。高性能TSE在机筒内的停留时间可能短至9至15秒，在反应子工艺段的停留时间则更短。快速混合和受控的应力速率加速了接枝反应，从而充分利用了较短的停留时间。
其他REX工艺也非常快，例如 PMMA 的聚合，但很容易失控。而热固性粉末涂料的生产只需要有限的反应时间。挤出机必须足够短、运行速度足够快，并且通常能够将物料排料到辊筒上。这类反应虽然速度很快，但在 REX 工艺中仍然属于较难的一端。
有些反应太慢，REX 无法作为主要方法。对苯二甲酸和乙二醇单体通过双羟基对苯二甲酸酯的缩聚反应生成PET聚酯就是其中一种。在搅拌容器中反应4到8小时，使聚合物达到挤出机粘度后，可以尝试 REX。每除去一摩尔水，就能得到更大的聚合物。起初，排出水分很容易，但速度不快。需要使用高真空、连续排气以及排气口下方的大量表面更新。最后可以考虑使用惰性汽提，将水从基质中置换出来。即使是为了升级聚合物，除非目标有限，否则 62/1 L/D 的机器也很容易用完排气子流程。
虽然反应动力学不支持使用REX来生产主要树脂，但挤出机产能的提升可以支持对PET进行功能化，使其用于特殊用途。目前，已有企业利用REX在一定范围内回收、改进或调整树脂，甚至挑战自然规律，在PET颗粒或磨碎物表面水分侵蚀聚合物之前，将其去除。
当然，如果材料非常珍贵，例如用于航空航天工业，那么使用昂贵的挤出机以低速率运行，生产出低产量的REX材料也可能带来利润。因此，在考虑是否使用REX材料时，考虑反应动力学和物流至关重要。
四
需要什么类型的辅助设备？上游？挤出机类型？过滤？下游？
首先要考虑的是挤出机的类型和长径比 (L/D)。对于许多REX工艺（例如接枝、官能化、反应性共混，甚至某些聚合工艺），长径比为40:1至60:1的同向旋转双螺杆挤出机非常适用。对于化学动力学相对较慢（例如许多聚合工艺）或需要多个阶段（例如某些纳米复合材料的原位聚合）的REX操作，使用长径比可高达120:1的异向旋转、非啮合TSE可能更有利。如果有一个或多个排气口或下游进料口（散料和液体）可用，那就更好了。
所需的混合类型也有影响。对于高水平的分散混合，同向旋转TSE和单螺杆捏合机似乎效果最佳。或者，当分布混合对成功至关重要时，异向旋转、非啮合TSE可以以“全局”方式（即沿着整个螺杆）实现分布混合。
对于许多REX工艺而言，化学反应必须在无水条件下进行，在某些情况下，甚至需要在无氧条件下进行。这种情况并非罕见需要对上游原材料进行处理（干燥，必要时还要通入惰性气体）和管理（确保原材料以所需状态送入挤出机）。此外，还需要对挤出机、进料口、进料斗和螺杆进行适当的覆盖，喂料应将液体从非常坚固的细管路输送到高混合率的螺杆元件上，以最大程度地减少可能严重影响子工艺的涌流和积水。
在排气方面，REX可能需要在真空泵之前捕获并回收游离反应物和有害的排出成分。您可能需要洗涤器和废料处理方案，而且高真空度需要油封泵，而油封泵本身就很敏感。
另一个上游问题是某些材料（例如催化剂、功能化部分等）的配料比例非常低（例如，<1%）。这可能需要将非常少量的成分与较多的成分混合，或使用比常规混炼更需要精密的重量式喂料机，以确保配料的精确性和准确性。这可能需要研磨固体材料以获得均匀混合且易于流动的原料，或者在进料口正上方使用静态混合器来混合液体原料。
下游设备取决于挤出物或产品的性质以及任何特定的环保要求。例如，材料的软硬决定了是采用拉条切割还是模面切粒。如果产品对水敏感，则可能需要无水冷却（例如冷却带），或快速去除冷却水（例如拉条干燥机和/或颗粒干燥机）。当涉及单体或易燃物时，防爆措施也可能会大幅增加生产线的成本和许可，如果需要使用耐腐蚀合金，成本也会很高。所有这些与熔融配混和其他挤出操作中必须考虑的因素非常相似。
过滤对于至少某些操作至关重要。例如，硅烷接枝交联聚乙烯的生产。硅烷在螺杆和机筒上的沉积最终会剥落到产品中，这可能成为污染源，严重损害产品的性能。过滤可以将这些污染物隔离在产品之外，并且借助适当的仪表，可以指示何时需要停机和清洁挤出机。
无论采用哪种REX流程，重要的是将所有环节与监控和控制紧密结合。监控和控制应涵盖从物料转移到生产线组件、环境设备、质量控制和归档的各个环节，以便对产品进行认证并排除故障——理想情况下，防患于未然。
五
共混企业可以或者应该考虑进军REX吗？如果可以，该如何做？
有些公司已经开始使用REX工艺，曾经的GE公司研发部门和GE塑料公司（现为SABIC）实施过REX工艺（例如，生产Noryl GTX的反应性配混）。另一个例子是：Avient（前身为PolyOne）也使用REX工艺生产其Syncure可交联聚乙烯。
对于共混企业来说，考虑进军REX市场绝对是一件好事。这是一条非常有效的途径，能够获得全新、创新且专有的产品，并帮助他们占据绝对的竞争优势。另外需要注意的是，对于许多REX业务来说，共混企业可以沿用现有设备——原样使用，或者进行相对较小的改造。
不过，REX流程还是有一些特殊性，目前很多共混企业会望而却步，目前还没听说过有哪家企业专注于REX工艺的开发作为主要商业模式，但这并不意味着没有这样的企业。因此，可以考虑选择一些和改性具有共同点的流程，并适当推广。这种工艺可以在一定程度上缓解低利润材料改性业务的困境。
全球树脂制造商不仅生产大量大宗商品聚合物，还生产大量特种聚合物。尽管市面上这类聚合物种类繁多，但与无限可能的聚合物（大分子）结构相比，它们显得微不足道。
此类聚合物结构可利用现有的工业级聚合物，并通过REX工艺以及在REX设备中制备反应性增容聚合物共混物来改变其大分子结构和性能。REX 的这种结构-性能-产品“定制”是一项具有商业和技术价值的开发工作，一旦确定了特定产品的市场需求，其未来将持续发展。
