CN102153683B

CN102153683B - 一种气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯的方法

Info

Publication number: CN102153683B
Application number: CN201110006747A
Authority: CN
Inventors: 白杰
Original assignee: HANGZHOU XINYUAN CHEMICAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: HANGZHOU XINYUAN CHEMICAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2011-01-13
Filing date: 2011-01-13
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2031-01-13
Also published as: CN102153683A

Abstract

本发明属于氯磺化聚乙烯制备领域，具体涉及一种气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯的方法，所述的方法包括：将氯化聚乙烯粉末和防粘结剂加入多层搅拌式固定床反应器中，在紫外线照射和搅拌下，通入雾化的磺酰氯，磺酰氯加入总量为氯化聚乙烯投入量的4～15%；控制反应温度＜80℃，反应结束后，用氮气置换出反应废气，加入水进行漂洗以除去副产物，经离心脱水，热空气干燥，得到氯磺化聚乙烯成品。本发明采用气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯，避免了使用有机氯溶剂对环境的负面影响，解决了气固相法存在的过程控制困难、设备腐蚀严重、产品硫化胶拉伸强度低，特别是设备大型化困难等问题。

Description

一种气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯的方法

技术领域

本发明属于氯磺化聚乙烯制备领域，具体涉及一种气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯的方法。

背景技术

氯磺化聚乙烯是聚乙烯经过氯化和氯磺化反应制得的特种合成橡胶。由于结构的饱和性和氯磺酰基的存在，因此具有良好的可交联性，且硫化胶的耐候性、耐臭氧性、耐油性、耐化学药品性、耐磨性、抗辐射性、阻燃性和气密性优良，色泽稳定性好，被广泛应用于汽车橡胶零配件、阻燃电线电缆、屋面防水和橡胶坝、化工设备防腐衬里、制鞋和涂料等领域。

氯磺化聚乙烯的生产方法有溶剂法和气固相法两种，目前工业生产普遍采用溶剂法，US2879261、US3299014、US3542747公开了溶剂法制备氯磺化聚乙烯的方法。溶剂法制备氯磺化聚乙烯的方法是：将聚乙烯溶解于四氯化碳中，先通入氯气反应，然后通入氯气和二氧化硫进行反应得到氯磺化聚乙烯的四氯化碳溶液，再分离出四氯化碳，得到产品。由于该方法在生产过程中使用和消耗大量四氯化碳，进而对大气臭氧层造成破坏，已被列入限制发展的项目。

气固相法已逐步被用于氯磺化聚乙烯的制备，但目前采用的均为流化床反应器的方法和流程，如CN101735350A公开的方法。该方法是将氯化聚乙烯粉末置于流化床反应器中，在紫外线照射条件下，通入氯气和二氧化硫进行反应而制得。该方法不适用氯溶剂，绿色环保，但存在生产流程长，设备投资大且腐蚀严重，过程控制困难，氯和二氧化硫收率低，生产系统内粉尘量大且难以去除，废气处理困难且耗碱量大等问题，特别是产物中氯磺酰基的分布不均匀，造成硫化胶的拉伸强度降低，尚有待改进。此外反应器的大型化更是困难。

发明内容

为克服上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种可解决生产系统粉尘多，设备腐蚀严重，反应器难以大型化，反应废气处理困难且耗碱量大，生产成本高等问题的一种气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯的方法。

为实现本发明的发明目的，发明人提供如下技术方案：

一种气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯的方法，包括下述步骤：

（1）将氯化聚乙烯粉末和防粘结剂加入反应器中，其中，防粘结剂用量为氯化聚乙烯粉末质量的0～5%；所述的反应器采用多层搅拌式固定床反应器，其顶部设有插入式搅拌器，所述的插入式搅拌器的底部为框式搅拌桨且上部为多层叶片式搅拌桨，多层搅拌桨的作用是：底层框式搅拌桨保证固体物料均匀翻动，上层多个叶片式搅拌桨使得反应器内的氯气、二氧化硫保持分布均匀。

（2）反应器抽真空（至反应器内压力为-0.1～-0.05MPa）后充入氮气（使反应器内压力升至0.2～0.4MPa），然后泄掉压力并再次抽真空（至反应器内压力为-0.1～-0.05MPa），开启搅拌和内置紫外线灯照射，向反应器中通入雾化的磺酰氯，控制反应温度＜80℃（优选温度为＜65℃），当磺酰氯的投料量达到氯化聚乙烯粉末质量的4-15%时，停止通入雾化的磺酰氯，继续搅拌10-30分钟，前期的抽真空、充氮气置换，以保证反应系统中极低的氧含量。

（3）开启排空阀，通入氮气将反应产生的废气（主要包括HCl、SO₂、Cl₂和N₂）排入酸性废气处理系统，

（4）向反应器加水，搅拌洗涤至洗涤水pH＞6，将物料排出，离心脱水，再干燥至挥发分＜0.5wt%，得到氯磺化聚乙烯。干燥可使用沸腾干燥器，在80-110℃热风下干燥至挥发分小于0.5wt%。

磺酰氯，别名硫酰氯，分子式：SO₂Cl₂，是一种无色液体。

作为优选，根据本发明所述的气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯的方法，其中：所述的氯化聚乙烯粉末：门尼粘度ML100℃1+4为30～130，氯含量为23～40wt%，挥发分＜1wt%，粒径＜500μm。作为更优选，所选用的氯化聚乙烯粒径为70-400μm，以保证反应所得产物性能均匀。氯化聚乙烯由低密度聚乙烯或高密度聚乙烯与氯气反应制得。

作为优选，根据本发明所述的气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯的方法，其中：所述的多层搅拌式固定床反应器选用的内衬材质为搪玻璃，以保证设备不被腐蚀。

作为优选，根据本发明所述的气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯的方法，其中：所述的磺酰氯加入到耐压0.6MPa搪玻璃压力容器内，加入完毕后向该容器充入氮气，使压力升至0.1～0.4MPa，备用。作为更优选，为使得加入的磺酰氯雾化均匀，向容器中充氮气使压力达到0.15～0.3MPa，备用。

作为优选，根据本发明所述的气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯的方法，其中：所述的酸性废气处理系统由二氧化硫吸收塔、氯化氢吸收塔以及尾气吸收塔串联组成，废气在二氧化硫吸收塔中除去二氧化硫副产硫酸，在氯化氢吸收塔中除去氯化氢副产盐酸，尾气经喷淋吸收塔净化后排空（喷淋循环液为10%NaOH)。

作为优选，根据本发明所述的气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯的方法，其中：所述的插入式搅拌器的搅拌桨为2-3层。下层搅拌为框式，用于物料的搅拌，上层为单层或双层叶片式，用于反应器上部气体的流动。

作为优选，根据本发明所述的气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯的方法，其中：所述的步骤（4）中：向反应器加入水，加入量为氯化聚乙烯粉末质量的4～8倍，搅拌洗涤10～20分钟，抽掉洗涤水35-50%，再补加同等量的水，如此反复操作至洗涤水pH＞6，以保证产品中不含酸。

作为优选，根据本发明所述的气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯的方法，其中：所述的防粘结剂为白炭黑和滑石粉，白炭黑的用量为氯化聚乙烯粉末质量的1%，滑石粉的用量为氯化聚乙烯粉末质量的2%。过少的用量容易造成产品的粘结，使得反应速度降低，产品性能下降。

作为优选，根据本发明所述的气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯的方法，其中：所述的磺酰氯的加入速度为总加入量的10～20%/每10分钟，因为过快的通入速度容易使得反应热来不及转移，物料因温度过高而造成粘结甚至焦烧。

作为优选，根据本发明所述的气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯的方法，其中：所述的磺酰氯的投入量为氯化聚乙烯粉末质量的4～10%。

本发明中开启的紫外线灯可以是单光源，也可以是多光源，为使得紫外线照射均匀，可采用多点光源，也更适合于大型反应器。

与现有技术相比，本发明的优点有：

本发明采用气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯，避免了使用有机氯溶剂对环境的负面影响，解决了气固相法存在的过程控制困难、设备腐蚀严重、产品硫化胶拉伸强度低，特别是设备大型化困难等问题。

本发明具有绿色环保，生产过程控制可靠，产品性能良好、质量稳定，装置容易大型化，制造成本低等特点。

具体实施方式

下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。若无特别指明，实施例采用的方法为本领域通用技术。

实施例1

一种磺酰氯与氯化聚乙烯气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯的方法，其步骤如下：

（1）选取门尼粘度ML100℃1+4 45；氯含量33.1wt%；挥发分0.46wt%的氯化聚乙烯粉末，过30目筛，取10Kg，加入200L三层搅拌式搪玻璃固定床反应器中（搅拌器底部为框式搅拌桨，上面两层为叶片式搅拌桨），再加入200g超细滑石粉。

（2）将0.8Kg磺酰氯加入50L搪玻璃容器中，充入氮气使压力升至0.3MPa。

（3）将反应器抽真空至-0.08MPa，再充入氮气使压力升至0.3MPa，然后抽真空至-0.05MPa。开启搅拌和紫外线灯照射（25W工业紫外线灯），向反应器通入磺酰氯并使其通过喷嘴形成雾状，控制加入速度为150g/10分钟，控制反应温度＜60℃，将0.8Kg磺酰氯全部加入后，继续搅拌20分钟，关闭紫外线灯。

（4）开启排空阀，并连续充入氮气，将反应废气排入酸性废气处理系统（该系统由两个串级鼓泡吸收塔和一个喷射式真空泵组成，10%NaOH作循环吸收剂），直至排出的气体基本不含酸性，关闭氮气阀和排空阀。

（5）向反应釜内加入80L水，搅拌洗涤15分钟，抽出40L水，再加入40L水，如此重复两次，测试洗涤水pH=6.5。将物料排出反应器放入三足式离心机脱水，再置真空干燥箱内，90℃干燥4小时，氯磺化聚乙烯得产品。

测试所得产品：硫含量1.06 wt%（GB4497）；氯含量36.1wt%（GB/T 9872）；门尼粘度ML100℃1+4 54（GB/T 1232.1）；挥发分0.42wt%。

实施例2

（1）选取门尼粘度ML100℃1+4 86；氯含量32.5wt%；挥发分0.31wt%的氯化聚乙烯粉末。过30目筛，取15Kg，加入200L四层搅拌式搪玻璃固定床反应器中（搅拌器底部为框式搅拌桨，上面三层为叶片式搅拌桨），加入100g沉淀法白炭黑、100g超细滑石粉。

（2）将1.5Kg磺酰氯加入50L搪玻璃压力容器中，充入氮气使压力升至0.35MPa。

（3）向反应器抽真空至压力-0.05MPa，再充入氮气使压力升至0.35MPa,然后抽真空至-0.07MPa。开启搅拌和紫外线灯照射（25W工业紫外线灯），向反应器通入磺酰氯并使其通过喷嘴形成雾状，控制通入速度为200g/10分钟，控制反应温度＜70℃。将1.5Kg磺酰氯全部加入后，继续搅拌15分钟，关闭紫外线灯。

（4）开启排空阀，并连续充入氮气，将反应废气排入酸性废水处理系统（该系统由两个串级鼓泡吸收塔和一个喷射式真空泵组成，10%NaOH作循环吸收剂），直至排出的气体基本不含酸性，关闭氮气阀和排空阀。

（5）向反应釜加入80L水，搅拌洗涤20分钟，抽出30L水，再加入30L水，如此重复三次，测试洗涤水pH=6.5。将物料排出反应器后放入三足式离心机脱水，再置沸腾床内100℃热风干燥3小时，得氯磺化聚乙烯产品。

测试所得产品：硫含量1.3 wt%（GB4497）；氯含量35.4 wt%（GB/T 9872）；门尼粘度ML100℃1+4 95（GB/T 1232.1）；挥发分0.33 wt%。

实施例3

（1）选取门尼粘度ML100℃1+4 38；氯含量24.5wt%；挥发分0.5wt%的氯化聚乙烯粉末，过20目筛，取70Kg，加入500L三层搅拌式搪玻璃固定床反应器内（底层框式搅拌桨，中、上层叶片式搅拌桨，转速60转/分钟），加入500g沉淀法白炭黑、2Kg超细滑石粉。

（2）将7Kg磺酰氯加入50L搪玻璃压力容器中，充入氮气使压力升至0.4MPa。

（3）将反应器抽真空至压力-0.05MPa，再充氮气使压力升至0.35MPa，然后抽真空至压力-0.05MPa。开启搅拌和紫外线灯照射（25W工业紫外线灯），向反应器通入磺酰氯并使其通过喷嘴形成雾状，控制通入速度为1000g/10分钟，控制反应温度＜65℃。将7Kg磺酰氯全部通入后，继续搅拌30分钟，关闭紫外线灯。

（4）开启排空阀，并连续充入氮气，将反应废气排入酸性废气处理系统（该系统由两级二氧化硫吸收塔、两级氯化氢吸收塔和尾气喷淋吸收塔串级组成，10%NaOH作循环吸收剂），测试经处理后排空的废气不含酸性。

（5）向反应器加入400L水，搅拌洗涤20分钟，抽出150L水，再加入150L水，如此重复三次，测试洗涤水pH=6。将物料排出反应器放入三足式离心机脱水，再置沸腾干燥器内，热风温度100℃干燥3.5小时，得氯磺化聚乙烯产品。

测试所得产品：硫含量1.3 wt%（GB4497）；氯含量27.1 wt%（GB/T 9872）；门尼粘度ML100℃1+4 51（GB/T 1232.1）；挥发分0.41 wt%。

硫化胶性能测试：

检测配方（质量份Phr）：氯磺化聚乙烯CSM 100；高活性氧化镁 10；炭黑N330 20；炭黑N774 20；TOTM 16；季戊四醇 3；DPTT 2；

硫化条件：160℃，10分钟。

按GB/T 528标准测试硫化胶的拉伸强度（MPa），实施例的拉伸强度与比较例的拉伸强度相比，提高了10%以上。比较例是指按背景技术中指出的CN101735350A报道的通过流化床反应器得到的氯磺化聚乙烯产品。

尽管发明人已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域一个熟练的技术人员来说，对上述实施例作出修改和/或变通或者采用等同的替代方案是显然的，都不能脱离本发明精神的实质，本发明中出现的术语用于对本发明技术方案的阐述和理解，并不能构成对本发明的限制。

Claims

1.一种气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯的方法，其特征在于，所述的方法包括下述步骤：

（1）将氯化聚乙烯粉末和防粘结剂加入反应器中，其中，防粘结剂用量为氯化聚乙烯粉末质量的0～5%；所述的反应器采用多层搅拌式固定床反应器，其顶部设有插入式搅拌器，所述的插入式搅拌器的底部为框式搅拌桨且上部为多层叶片式搅拌桨，所述的多层搅拌式固定床反应器的内衬材质为搪玻璃；所述的氯化聚乙烯粉末：门尼粘度ML100℃1+4为30～130，氯含量为23～40wt%，挥发分＜1wt%，粒径＜500μm；所述的防粘结剂为白炭黑和滑石粉，白炭黑的用量为氯化聚乙烯粉末质量的1%，滑石粉的用量为氯化聚乙烯粉末质量的2%，

（2）反应器抽真空后充入氮气，然后泄掉压力并再次抽真空，开启搅拌和内置紫外线灯照射，向反应器中通入雾化的磺酰氯，控制反应温度＜80℃，当磺酰氯的投料量达到氯化聚乙烯粉末质量的4-15%时，停止通入雾化的磺酰氯，继续搅拌10-30分钟，所述的磺酰氯加入到耐压0.6MPa搪玻璃压力容器内，加入完毕后向该容器充入氮气，使压力升至0.1～0.4MPa；所述的磺酰氯的加入速度为总加入量的10～20%/每10分钟，

（3）开启排空阀，通入氮气将反应产生的废气排入酸性废气处理系统，

（4）向反应器加水，搅拌洗涤至洗涤水pH＞6，将物料排出，离心脱水，再干燥至挥发分＜0.5wt%，得到氯磺化聚乙烯。

2.根据权利要求1所述的气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯的方法，其特征在于：所述的酸性废气处理系统由二氧化硫吸收塔、氯化氢吸收塔以及尾气吸收塔串联组成，废气在二氧化硫吸收塔中除去二氧化硫副产硫酸，在氯化氢吸收塔中除去氯化氢副产盐酸，尾气经喷淋吸收塔净化后排空。

3.根据权利要求1所述的气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯的方法，其特征在于：所述的插入式搅拌器的搅拌桨为2-3层。

4.根据权利要求1所述的气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯的方法，其特征在于：所述的步骤（4）中：向反应器加入水，加入量为氯化聚乙烯粉末质量的4～8倍，搅拌洗涤10～20分钟，抽掉洗涤水35-50%，再补加同等量的水，如此反复操作至洗涤水pH＞6。

5.根据权利要求1所述的气固液三相反应制备氯磺化聚乙烯的方法，其特征在于：所述的磺酰氯的投入量为氯化聚乙烯粉末质量的4～10%。