CN107022081B - 一种高转化率107硅橡胶生产系统及其生产方法 - Google Patents

一种高转化率107硅橡胶生产系统及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高转化率107硅橡胶生产系统及其生产方法。包括聚合釜，所述聚合釜通过管道与进料计量罐连接，所述进料计量罐通过管道与过滤器连接，所述过滤器设有进料管。以二甲基二氯硅烷经水解、脱酸、分离环型体硅氧烷和水分后的高线型体硅氧烷水解物为原料，在碱性催化剂作用下，采用氮气脱除聚合生成的水分，在较低温度下即可完成聚合，聚合产物经加酸中和、真空脱低后得到产品107硅橡胶。本发明所用原料线型体硅氧烷含量较高，聚合过程中无需开环，反应活化能低，可在低温条件下聚合，一次转化率可达90%～95%，高于其它原料，低分子可返料至聚合釜回用，总收率高达99.5%，原料利用率极高。

Description

一种高转化率107硅橡胶生产系统及其生产方法
技术领域
本发明涉及聚硅氧烷合成技术领域，特别是一种高转化率107硅橡胶生产系统及其生产方法。
背景技术
107硅橡胶是羟基封端的聚二甲基硅氧烷（α,ω-二羟基聚硅氧烷），是配制缩合型室温硫化硅橡胶的基础胶料，是有机硅行业的重要产品之一。早期由于二甲基二氯硅烷水解物中离子等杂质含量较高，无法满足107硅橡胶的生产需求，国内有机硅生产企业多采用环型体硅氧烷混合物（即“DMC”）作为107硅橡胶生产原料。随着有机硅领域技术的不断革新和市场竞争的日益激烈，有机硅生产企业广泛改用二甲基二氯硅烷水解物作为107硅橡胶生产原料，省去了裂解、精馏环节，极大地降低了生产成本，但也面临着聚合反应一次转化率较低、原料预处理工序复杂、产品质量不稳定等问题，107硅橡胶的生产方法仍有一定的优化空间。
中国专利CN200810062215描述了一种107硅橡胶的合成新工艺，该工艺采用二甲基二氯硅烷水解物经水洗、脱水后，在氢氧化钾催化条件下制备107硅橡胶，可降低原料杂质含量，提高产品质量，但该方法工序较复杂，原料中线体含量较低，聚合温度较高，不利于提高一次转化率。中国专利CN201510695100描述了一种107硅橡胶的制备方法，该方法采用道康宁PMX-0156线体为原料，一水合氢氧化锂为催化剂，反应转化率较高，但氢氧化锂价格昂贵且不可重复使用，反应温度高、能耗高，聚合过程中采用真空脱除缩聚生成的水分，工艺控制难度大，脱出的低分子未回用，不利于降低生产成本。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种高转化率107硅橡胶生产方法。
本发明的技术方案如下：
一种高转化率107硅橡胶生产系统，包括聚合釜，所述聚合釜通过管道与进料计量罐连接，所述进料计量罐通过管道与过滤器连接，所述过滤器设有进料管；所述的过滤器为层叠式精密过滤器或其它精密过滤器，过滤精度为0.2～10.0μm；
所述聚合釜通过管道还与脱低冷凝器连接，所述脱低冷凝器通过管道与低分子收集器连接。
优选地，所述聚合釜设有氮气进入管、出料口、在线粘度计和导热油系统；
优选地，所述低分子收集器上方与真空机组连接，所述低分子收集器底部与低分子罐连接；所述脱低冷凝器设有循环水。
采用所述的生产系统进行高转化率107硅橡胶的生产方法，所述方法包括以下步骤：
1）进料：原料经过滤器除杂后进入进料计量罐，再进料至聚合釜，并根据进料计量罐液位变化计算进料量；
2）聚合：开启聚合釜搅拌及导热油系统，达到聚合温度后加入碱性催化剂，常压反应一段时间后向聚合釜中通入干燥氮气，停止氮气后进一步聚合；
3）中和：当在线粘度计示数达到5000～200000cp后，加酸中和停止反应；
4）脱低：在聚合釜内脱出胶料内低分子，低分子经脱低冷凝器冷凝后收集至低分子收集器，聚合釜内产品为107硅橡胶，由底部排出；完成高转化率107硅橡胶的生产。其中低分子为未聚合或聚合后再次裂解产生的小分子硅氧烷，以及原料聚合生成的水分。
优选地，所述步骤1）中聚合釜所用为原料为高线型体硅氧烷水解物，其线型体硅氧烷含量为90%～99%，环型体硅氧烷含量为1～10%。
优选地，所述步骤2）聚合温度为100～150℃，优选为110～130℃。
优选地，所述步骤2）的碱性催化剂为氢氧化钾或硅醇钾盐，催化剂用量以氢氧化钾质量分数计为10~50ppm，所述步骤3）采用的中和剂为磷酸或硅基磷酸酯，其质量为氢氧化钾质量的1.0-2.0倍。
优选地，所述步骤4）中的聚合釜内脱出胶料内低分子条件为：温度160～220℃，真空度0.09～0.10MPa；低分子蒸气经脱低冷凝器冷凝、冷凝后温度为10～50℃，收集至低分子收集器；
低分子收集器中的低分子经沉降、除杂后可返料至聚合釜回用。
优选地，所述107硅橡胶的粘度为5000～200000cp，浊度＜3NTU，挥发分含量＜1%。
本发明有益效果如下：
1、本发明采用层叠式精密过滤器可有效除去原料中夹带的机械杂质，产品质量优良。
2、本发明原料为高线型体硅氧烷水解物，该水解物中线型体硅氧烷含量高达90%～99%，而常规工艺水解物线型体硅氧烷含量仅为50%～70%。因此，本发明在聚合过程中无需开环，反应活化能低，反应启动温度低于其它原料，且聚合反应为放热反应，反应一次转化率高达90%～95%，高于其它原料，原料利用率极高，在物耗、能耗等方面具备较大的成本优势。因此，此方法较传统方法具有产率高、产量高，在物耗、能耗等方面具备较大的成本优势，同时产品规格可满足各种生产需求。
3、本发明所用原料不含游离水，无需脱水环节，节省了原料脱水消耗及相关设备投资，提高了生产效率。
4、本发明对胶料中脱出的低分子进行了沉降、除杂后返料至聚合釜回用，总收率高达99.5%，原料综合利用率极高。
5、本发明采用干燥氮气除去分子缩聚生成的水分，不仅可以达到促使反应平衡正向移动，提高一次转化率的目的，而且反应温和，产品粘度易控制。
6、设置的线粘度计，可对釜内胶料粘度进行实时监测，可根据生产需求对通入氮气时长、聚合时间进行调整，准确控制产品指标。
附图说明
图1为本发明生产方法的示意图，
其中：聚合釜1，进料计量罐2，低分子收集器3，脱低冷凝器4，过滤器5，在线粘度计6，氮气进入管7。导热油系统8。
具体实施方式
实施例1
一种高转化率107硅橡胶生产系统，包括聚合釜1，所述聚合釜1通过管道与进料计量罐2连接，所述进料计量罐2通过管道与过滤器5连接，所述过滤器5设有进料管；所述的过滤器5为层叠式精密过滤器或其它精密过滤器，过滤精度为0.2～10.0μm；
所述聚合釜1通过管道还与脱低冷凝器4连接，所述脱低冷凝器4通过管道与低分子收集器3连接。
优选地，所述聚合釜1设有氮气进入管7、出料口、在线粘度计6和导热油系统8；
优选地，所述低分子收集器3上方与真空机组连接，所述低分子收集器3底部与低分子罐连接；所述脱低冷凝器4设有循环水。
实施例2
采用实施例1所述的系统进行高转化率107硅橡胶的生产方法，所述方法包括以下步骤：
1）进料：原料经过滤器5除杂后进入进料计量罐2，再进料至聚合釜1，并根据进料计量罐2液位变化计算进料量；
2）聚合：开启聚合釜1搅拌及导热油系统，达到聚合温度后加入碱性催化剂，常压反应一段时间后向聚合釜1中通入干燥氮气，停止氮气后进一步聚合；
3）中和：当在线粘度计6示数达到5000～200000cp后，加酸中和停止反应；
4）脱低：聚合釜1内在脱出胶料内低分子，低分子经脱低冷凝器4冷凝后收集至低分子收集器3，聚合釜1内产品为107硅橡胶，由底部排出；完成高转化率107硅橡胶的生产。其中低分子为未聚合或聚合后再次裂解产生的小分子硅氧烷，以及原料聚合生成的水分。
优选地，所述步骤1）中聚合釜1所用为原料为有机硅水解物，其线型体硅氧烷含量为90%～99%，环型体硅氧烷含量为0～10%。
优选地，所述步骤2）聚合温度为100～150℃，优选为110～130℃。
优选地，所述步骤2）的碱性催化剂为氢氧化钾或硅醇钾盐，催化剂用量以氢氧化钾质量分数计算为10~50ppm，所述步骤3）采用的中和剂为磷酸或硅基磷酸酯，其质量为氢氧化钾质量的1.0-2.0倍。
优选地，所述步骤4）中的聚合釜1内脱出胶料内低分子条件为：温度160～220℃，真空度0.09～0.10MPa；低分子蒸气经脱低冷凝器4冷凝、冷凝后温度为10～50℃，收集至低分子收集器3；
低分子收集器3中的低分子经沉降、除杂后可返料至聚合釜1回用。
优选地，所述107硅橡胶的粘度为5000～200000cp，浊度＜3NTU，挥发分含量＜1%。
实施例3
采用实施例1所述的系统进行高转化率107硅橡胶的生产方法，所述方法为：
原料高线型体硅氧烷含量为90%的水解物经过滤器5除杂后进入进料计量罐2，再由计量罐进料1000kg至聚合釜1，开启聚合釜1导热油及搅拌，升温至150℃后加入50%KOH水溶液117g，搅拌1h后通入干燥氮气0.5h，氮气流量为0.1m3/h，停氮气后再继续搅拌0.5h，加入85%磷酸溶液117g，中和1h后升温至160℃，启真空机组将系统真空度逐步提升至0.1MPa，0.8h后无低分子脱出，低分子收集器3中收集低分子102kg，转化率为89.8%，产品粘度5000cp，浊度2.10NTU，挥发分0.85%。
实施例4
采用实施例1所述的系统进行高转化率107硅橡胶的生产方法，所述方法为：原料高线型体硅氧烷含量为94%的水解物，经过滤器5除杂后进入进料计量罐2，再由计量罐进料1000kg至聚合釜1，开启聚合釜1导热油及搅拌，升温至130℃后加入50%KOH水溶液23.4g，搅拌1.2h后通入干燥氮气0.8h，氮气流量为0.1m3/h，停氮气后再继续搅拌0.7h，加入85%磷酸溶液46.8g，中和1h后升温至220℃，启真空机组将系统真空度逐步提升至0.1MPa，0.8h后无低分子脱出，低分子收集器3中收集低分子85kg，转化率91.5%，产品粘度2×104cp，浊度2.23NTU，挥发分0.77%。
实施例5
采用实施例1所述的系统进行高转化率107硅橡胶的生产方法，所述方法为：原料高线型体硅氧烷含量为96%的水解物，
经过滤器5除杂后进入进料计量罐2，再由计量罐进料1000kg至聚合釜1，开启聚合釜1导热油及搅拌，升温至100℃后加入50%KOH水溶液46.8g，搅拌1.5h后通入干燥氮气1.2h，氮气流量为0.1m3/h，停氮气后再继续搅拌1h，加入85%磷酸溶液50.8g，中和1h后升温至180℃，启真空机组将系统真空度逐步提升至0.1MPa，0.8h后无低分子脱出，低分子收集器3中收集低分子65kg，转化率为93.5%，产品粘度8×104cp，浊度1.88NTU，挥发分0.83%。
实施例6
采用实施例1所述的系统进行高转化率107硅橡胶的生产方法，所述方法为：原料高线型体硅氧烷含量为99%的水解物，
经过滤器5除杂后进入进料计量罐2，再由计量罐进料1000kg至聚合釜1，开启聚合釜1导热油及搅拌，升温至115℃后加入50%KOH水溶液41.0g，搅拌1.5h后通入干燥氮气1.6h，氮气流量为0.1m3/h，停氮气后再继续搅拌1.2h，加入85%磷酸溶液44.0g，中和1h后升温至180℃，启真空机组将系统真空度逐步提升至0.1MPa，0.8h后无低分子脱出，低分子收集器3中收集低分子58kg，转化率为94.2%，产品粘度20×104cp，浊度1.69NTU，挥发分0.65%。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种进行高转化率107硅橡胶的生产方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1）进料：原料经过滤器（5）除杂后进入进料计量罐（2），再进料至聚合釜（1），并根据进料计量罐（2）液位变化计算进料量；
2）聚合：开启聚合釜（1）搅拌及导热油系统，达到聚合温度后加入碱性催化剂，常压反应一段时间后向聚合釜（1）中通入干燥氮气，停止氮气后进一步聚合；
3）中和：当在线粘度计（6）示数粘度达到5000～200000cp后，加酸中和停止反应；
4）脱低：在聚合釜（1）内脱出胶料内低分子，低分子经脱低冷凝器（4）冷凝后收集至低分子收集器（3），聚合釜（1）内产品为107硅橡胶，由底部排出；完成高转化率107硅橡胶的生产；
所述步骤1）中聚合釜（1）所用为原料为高线型体硅氧烷水解物，其线型体硅氧烷含量为90%～99%，环型体硅氧烷含量为1～10%；
所述步骤2）聚合温度为100～150℃；
所述方法采用系统包括聚合釜（1），所述聚合釜（1）通过管道与进料计量罐（2）连接，所述进料计量罐（2）通过管道与过滤器（5）连接，所述过滤器（5）设有进料管；所述的过滤器（5）为层叠式精密过滤器，过滤精度为0.2～10.0μm；
所述聚合釜（1）通过管道还与脱低冷凝器（4）连接，所述脱低冷凝器（4）通过管道与低分子收集器（3）连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述聚合釜（1）设有氮气进入管（7）、出料口、在线粘度计（6）和导热油系统（8）。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述低分子收集器（3）上方与真空机组连接，所述低分子收集器（3）底部与低分子罐连接；所述脱低冷凝器（4）设有循环水。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2）的碱性催化剂为氢氧化钾或硅醇钾盐，催化剂用量以氢氧化钾质量分数计为10~50ppm，所述步骤3）酸为磷酸或硅基磷酸酯，其质量为氢氧化钾质量的1.0-2.0倍。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤4）中的聚合釜（1）内脱出胶料内低分子条件为：温度160～220℃，真空度0.09～0.10MPa；低分子蒸气经脱低冷凝器（4）冷凝、冷凝后温度为10～50℃，收集至低分子收集器（3）；
低分子收集器（3）中的低分子经沉降、除杂后可返料至聚合釜（1）回用。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述107硅橡胶的粘度为5000～200000cp，浊度＜3NTU，挥发分含量＜1%。
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