CN110343216B - 一种采用复合引发体系制备氯化马来酸酐改性聚乙烯材料的方法 - Google Patents
一种采用复合引发体系制备氯化马来酸酐改性聚乙烯材料的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种采用复合引发体系制备氯化马来酸酐改性聚乙烯材料的方法。首先,将聚乙烯分散在含有乳化剂、分散剂和水的反应釜中,在持续搅拌的条件下,让聚乙烯处于悬浮状态,加入过氧化物类的复合引发剂;在一定温度下加入一定量马来酸酐,反应一段时间后降温,通入一定量的氯气,继续进行氯化反应。最后,氯化产物经过水洗脱酸、中和、脱水和干燥处理后,获得氯化马来酸酐改性聚乙烯。本发明使用复合引发体系使得生产效率得到提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性聚乙烯的制备方法,具体涉及了一种采用复合引发体系制备氯化马来酸酐改性聚乙烯材料的方法。
背景技术
氯化聚乙烯(CPE)的性能是由其上的氯含量及其分布决定的。随着氯含量增加,CPE的玻璃化温度升高,而含氯量为20%-70%(质量分数)的CPE具有工业价值。此外,CPE的性能还与其大分子链上氯的分布状况有关。在氯化的过程中,反应条件和工艺决定氯原子在CPE大分子链上的分布状态。一种为无规均匀分布,另一种为不均匀嵌段式分布。氯在大分子链上的无规均匀分布决定了前者为非晶态弹性体,而不均匀嵌段式分布决定了后者为硬质塑料。
20世纪60年代,我国开始研究CPE的生产工艺。20世纪90年代后,得益于国外先进生产设备及工艺技术的引进,国内CPE产业开始大规模发展,产能逐年增加。目前主要有固相法、溶剂法和悬浮法3种生产工艺。其中溶剂法是最早、最成熟的工艺,但所用溶剂对人体和臭氧层伤害较大,已逐渐被淘汰。固相法生产规模普遍较小,且生产控制问题尚需解决,应用不多。对于水相悬浮法,由于其不采用有机溶剂,简化了产品的分离工艺,使得产品生产成本大幅降低,是目前国内外生产CPE的主要方法。在水相悬浮法制备CPE中,聚乙烯原料的粉碎程度决定产品的氯分布均匀性,高分散的聚乙烯原料所制得的CPE产品,具有均匀的氯分布。作为一种新型的高分子材料,氯化聚乙烯在塑料、建材、医学、农业、橡胶、油漆、颜料、轮船、纺织、包装、涂料、钢材等方面具有广泛的应用。但同时,它也存在着一些问题,如低极性基团含量等,这限制了它在某些特殊领域的应用。所以,对研究者来说,解决氯化聚乙烯在极性界面的低附着性问题就尤为重要。接枝改性是解决氯化聚乙烯低界面附着性问题的有效方法。在众多的接枝方法中,用马来酸酐改性聚乙烯占据主导地位,其改性后的产品是一类重要的化工产品。目前已知的马来酸酐改性聚乙烯的报道中,改性方法通常是在氯化聚乙烯制备的基础上进行改性,即至少需要两步以上的生产步骤,表现出复杂的工艺及难以控制聚乙烯上的氯和马来酸酐含量的缺点。同时,改性所用的引发剂单一,难以维持稳定的引发速率。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供一种采用复合引发体系制备氯化马来酸酐改性聚乙烯材料的方法。
本发明所采用的技术方案的步骤如下:
步骤1)使用乳化剂和分散剂将粒度70-90目的聚乙烯分散在含有水的反应釜中,在持续搅拌的条件下使聚乙烯处于悬浮状态;
步骤2)加入复合引发剂,在100℃下加入马来酸酐进行接枝反应;降温至 60℃,通入氯气,进行氯化反应得到氯化产物;
步骤3)通入空气赶走反应釜内未反应的氯气,氯化产物经水洗脱酸、中和、脱水和干燥处理后,得到氯化马来酸酐改性聚乙烯材料。
所述的乳化剂与聚乙烯的重量比例为1:300-3:300,乳化剂为环氧乙烯与环氧丙烯1:1共聚物和聚甲基丙烯酸钠的混合物,环氧乙烯与环氧丙烯1:1共聚物和聚甲基丙烯酸钠的重量比例为2:3-3:2。
所述的分散剂为蓖麻油与环氧乙烷的缩合物,分散剂与聚乙烯的重量比例为1:300-3:300。
所述的复合引发剂与聚乙烯的重量比例为1:300-3:300;复合引发剂包括重量比例为(1-0.8):(1-0.8):(1-0.8)的过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰和过氧化二叔丁基。
所述的马来酸酐与聚乙烯的重量比例为10:300-20:300。
所述的氯气与聚乙烯的重量比例为2.5:1-5.5:1。
所述的水为过滤后洁净的工业用水、去离子水或蒸馏水,水与聚乙烯的重量比例为10:1-50:1。
所述步骤2)中加入马来酸酐后反应时间为1-2h;通入氯气后反应时间6-8h。
所述步骤3)制得的氯化马来酸酐改性聚乙烯材料的含氯量的重量比为 55%-70%。
本发明提供一种由复合引发剂体系制备氯化马来酸酐改性聚乙烯的工艺,是向含有聚乙烯、复合引发剂和乳化剂的悬浮溶液中加入马来酸酐,然后再通入氯气。其中,复合引发剂中的过氧化二异丙苯和过氧化二叔丁基主要引发高温下的马来酸酐接枝反应,而过氧化二苯甲酰主要引发中温下聚乙烯的进一步与马来酸酐接枝反应及大分子链的氯化。在高温下,过氧化二苯甲酰自由基半衰期远小于过氧化二异丙苯自由基,所以过氧化二异丙苯自由基具有更高活性;在中温下,由于过氧化二异丙苯自由基存在位阻,所以过氧化二苯甲酰自由基活性更高。而且,由于此时温度降低,聚乙烯链的交联反应几率减少。而对于过氧化二叔丁基,虽其引发速率低,但其可在提供少部分聚合反应所需的自由基的同时,又可以减少聚乙烯的交联反应。所以,通过复合引发剂的使用,不仅可以维持引发剂的匀速引发,提高改性聚乙烯的氯含量,还可以减少大分子链的交联程度。氯化聚乙烯的结晶度下降(氯含量的提高会降低改性聚乙烯的结晶度)和分子链交联程度减少,可以进一步提高其在有机溶剂中的溶解度(澄清透明溶液),从而增加其对界面的附着力。
本发明制备氯化马来酸酐改性聚乙烯材料所用到的氯气原材料相比现有技术的方法大大减少,大大降低了制备成本,提高了生产效率;而且在氯气原材料用量极少的情况下,通过改变复合引发剂的加入量,复合引发剂中三者的重量配比以及接枝反应和氯化反应的反应时间,得到不同氯含量的氯化马来酸酐改性聚乙烯。
本发明的有益效果如下:
1)改性聚乙烯所进行的接枝与氯化反应均在一个反应釜中,工艺简单,操作便捷,对周围环境的污染小,氯含量可控。
2)使用复合引发剂,使得引发剂在中温与高温中均能维持较高的匀速引发速率,不仅提高改性聚乙烯的氯含量,还降低改性聚乙烯大分子链的交联程度。
3)该工艺制备的氯化马来酸酐改性聚乙烯具有优良的表面粘结性和与其它极性材料良好的相容性。
4)制备所需的氯气使用量较少,降低了制备成本,生产效率得到提高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例一:
在持续搅拌的条件下,将300Kg聚乙烯(粒度80目)分散在含有3Kg乳化剂(环氧乙烯与环氧丙烯1:1共聚物2040和聚甲基丙烯酸钠的重量比例为1:1)、2Kg蓖麻油与环氧乙烷的缩合物BY140和4000Kg水的反应釜中,让聚乙烯处于悬浮状态,加入2Kg复合引发剂(过氧化二异丙苯:过氧化二苯甲酰:过氧化二叔丁基=0.8:1:0.8),在100℃下加入15Kg马来酸酐后,反应1h,降温至60℃,通入900Kg氯气,继续反应6h。待反应结束后,通入空气赶走反应釜内未反应的氯气,氯化产物经水洗脱酸、中和、脱水和干燥处理后,即可得到含氯量约55%(重量比)的氯化马来酸酐改性聚乙烯。
实施例二:
在持续搅拌的条件下,将300Kg聚乙烯(粒度80目)分散在含有3Kg乳化剂(2040和聚甲基丙烯酸钠的重量比例为1:1)、2Kg BY140和4000Kg水的反应釜中,让聚乙烯处于悬浮状态,加入3Kg复合引发剂(过氧化二异丙苯:过氧化二苯甲酰:过氧化二叔丁基=0.8:1:0.8),在100℃下加入15Kg马来酸酐后,反应1h,降温至60℃,通入900Kg氯气,继续反应6h。待反应结束后,通入空气赶走反应釜内未反应的氯气,氯化产物经水洗脱酸、中和、脱水和干燥处理后,即可得到含氯量约58%(重量比)的氯化马来酸酐改性聚乙烯。
实施例三:
在持续搅拌的条件下,将300Kg聚乙烯(粒度80目)分散在含有3Kg乳化剂(2040和聚甲基丙烯酸钠的重量比例为1:1)、2Kg BY140和4000Kg水的反应釜中,让聚乙烯处于悬浮状态,加入3Kg复合引发剂(过氧化二异丙苯:过氧化二苯甲酰:过氧化二叔丁基=1:1:1),在100℃下加入15Kg马来酸酐后,反应1h,降温至60℃,通入900Kg氯气,继续反应6h。待反应结束后,通入空气赶走反应釜内未反应的氯气,氯化产物经水洗脱酸、中和、脱水和干燥处理后,即可得到含氯量约60%(重量比)的氯化马来酸酐改性聚乙烯。
实施例四:
在持续搅拌的条件下,将300Kg聚乙烯(粒度80目)分散在含有3Kg乳化剂(2040和聚甲基丙烯酸钠的重量比例为1:1)、2Kg BY140和4000Kg水的反应釜中,让聚乙烯处于悬浮状态,加入3Kg复合引发剂(过氧化二异丙苯:过氧化二苯甲酰:过氧化二叔丁基=1:1:1),在100℃下加入15Kg马来酸酐后,反应1h,降温至60℃,通入1200Kg氯气,继续反应6h。待反应结束后,通入空气赶走反应釜内未反应的氯气,氯化产物经水洗脱酸、中和、脱水和干燥处理后,即可得到含氯量约63%(重量比)的氯化马来酸酐改性聚乙烯。
实施例五:
在持续搅拌的条件下,将300Kg聚乙烯(粒度80目)分散在含有3Kg乳化剂(2040和聚甲基丙烯酸钠的重量比例为1:1)、2Kg BY140和4000Kg水的反应釜中,让聚乙烯处于悬浮状态,加入3Kg复合引发剂(过氧化二异丙苯:过氧化二苯甲酰:过氧化二叔丁基=1:1:1),在100℃下加入15Kg马来酸酐后,反应1h,降温至60℃,通入1500Kg氯气,继续反应6h。待反应结束后,通入空气赶走反应釜内未反应的氯气,氯化产物经水洗脱酸、中和、脱水和干燥处理后,即可得到含氯量约65%(重量比)的氯化马来酸酐改性聚乙烯。
实施例六:
在持续搅拌的条件下,将300Kg聚乙烯(粒度80目)分散在含有3Kg乳化剂(2040和聚甲基丙烯酸钠的重量比例为1:1)、2Kg BY140和4000Kg水的反应釜中,让聚乙烯处于悬浮状态,加入3Kg复合引发剂(过氧化二异丙苯:过氧化二苯甲酰:过氧化二叔丁基=1:1:1),在100℃下加入15Kg马来酸酐后,反应2h,降温至60℃,通入1500Kg氯气,继续反应6h。待反应结束后,通入空气赶走反应釜内未反应的氯气,氯化产物经水洗脱酸、中和、脱水和干燥处理后,即可得到含氯量约67%(重量比)的氯化马来酸酐改性聚乙烯。
实施例七:
在持续搅拌的条件下,将300Kg聚乙烯(粒度80目)分散在含有3Kg乳化剂(2040和聚甲基丙烯酸钠的重量比例为1:1)、2Kg BY140和4000Kg水的反应釜中,让聚乙烯处于悬浮状态,加入3Kg复合引发剂(过氧化二异丙苯:过氧化二苯甲酰:过氧化二叔丁基=1:1:1),在100℃下加入15Kg马来酸酐后,反应2h,降温至60℃,通入1500Kg氯气,继续反应8h。待反应结束后,通入空气赶走反应釜内未反应的氯气,氯化产物经水洗脱酸、中和、脱水和干燥处理后,即可得到含氯量约70%(重量比)的氯化马来酸酐改性聚乙烯。
现有技术中制备氯化马来酸改性聚乙烯材料所用到的氯气与聚乙烯的重量比例有:32:1~55:1,而本发明所用到的氯气与聚乙烯的重量比例为2.5:1-5.5:1,相比制备相同含氯量的改性聚乙烯材料来说,本发明所用氯气大大减少。这是因为本发明使用的复合引发剂,复合引发剂在中温与高温中均能维持较高的匀速引发速率,并且降低聚乙烯大分子链的交联程度,提高改性聚乙烯的氯含量及马来酸酐接枝率,用更少的氯气制备得到含氯量55%-70%(重量比)的氯化马来酸酐改性聚乙烯。因此,本发明的制备方法所用原材料更少,降低了制备成本,生产效率得到提高。
再者,本发明通过改变复合引发剂的加入量,复合引发剂中三者的重量配比以及接枝反应和氯化反应的反应时间,得到不同氯含量的氯化马来酸酐改性聚乙烯。例如实施例1与实施例2的复合引发剂的加入量不同,实施例2的复合引发剂增多了1Kg,制备得到的材料含氯量也增加了3%,说明复合引发剂的确对氯化马来酸酐改性聚乙烯的氯含量产生影响,因此通过改变复合引发剂的加入量,复合引发剂中三者的重量配比以及接枝反应和氯化反应的反应时间等,从而使得氯含量可控。
最后,本发明通过改变改性聚乙烯的氯含量,得到具有优良的表面粘结性和与其它极性材料良好的相容性的氯化马来酸酐改性聚乙烯。因为氯含量的提高会降低改性聚乙烯的结晶度和增加大分子链的极性,同时受到分子链交联程度减少的影响,改性聚乙烯在有机溶剂中的溶解度得到改善,从而提高其对界面的附着力。
Claims (8)
1.一种采用复合引发体系制备氯化马来酸酐改性聚乙烯材料的方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤1)使用乳化剂和分散剂将粒度70-90目的聚乙烯分散在含有水的反应釜中,在持续搅拌的条件下使聚乙烯处于悬浮状态;
步骤2)加入复合引发剂,在100℃下加入马来酸酐进行接枝反应;降温至60℃,通入氯气,进行氯化反应得到氯化产物;
所述的复合引发剂与聚乙烯的重量比例为1:300-3:300;复合引发剂包括重量比例为(1-0.8):(1-0.8):(1-0.8)的过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰和过氧化二叔丁基;
步骤3)通入空气赶走反应釜内未反应的氯气,氯化产物经水洗脱酸、中和、脱水和干燥处理后,得到氯化马来酸酐改性聚乙烯材料。
2.根据权利要求1所述的一种采用复合引发体系制备氯化马来酸酐改性聚乙烯材料的方法,其特征在于:所述的乳化剂与聚乙烯的重量比例为1:300-3:300,乳化剂为环氧乙烷与环氧丙烷1:1共聚物2040和聚甲基丙烯酸钠的混合物,2040和聚甲基丙烯酸钠的重量比例为2:3-3:2。
3.根据权利要求1所述的一种采用复合引发体系制备氯化马来酸酐改性聚乙烯材料的方法,其特征在于:所述的分散剂为蓖麻油与环氧乙烷的缩合物BY140,分散剂与聚乙烯的重量比例为1:300-3:300。
4.根据权利要求1所述的一种采用复合引发体系制备氯化马来酸酐改性聚乙烯材料的方法,其特征在于:所述的马来酸酐与聚乙烯的重量比例为10:300-20:300。
5.根据权利要求1所述的一种采用复合引发体系制备氯化马来酸酐改性聚乙烯材料的方法,其特征在于:所述的氯气与聚乙烯的重量比例为2.5:1-5.5:1。
6.根据权利要求1所述的一种采用复合引发体系制备氯化马来酸酐改性聚乙烯材料的方法,其特征在于:所述的水为过滤后洁净的工业用水、去离子水或蒸馏水,水与聚乙烯的重量比例为10:1-50:1。
7.根据权利要求1所述的一种采用复合引发体系制备氯化马来酸酐改性聚乙烯材料的方法,其特征在于:所述步骤2)中加入马来酸酐后反应时间为1-2h;通入氯气后反应时间6-8h。
8.根据权利要求1所述的一种采用复合引发体系制备氯化马来酸酐改性聚乙烯材料的方法,其特征在于:所述步骤3)制得的氯化马来酸酐改性聚乙烯材料的含氯量的重量比为55%-70%。
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