CN111004345A - 一种溶液聚合法合成的氯醋树脂的连续分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及氯醋树脂的合成,具体的说是一种溶液聚合法合成的氯醋树脂的连续分离方法。在低温条件下,将溶液聚合法合成的氯醋树脂溶液和沉降剂同时连续的添加至胶体磨中,利用胶体磨的高剪切力将氯醋树脂从氯醋树脂溶液中得以分离,进而获得疏松的固体氯醋树脂。本发明采用的分离方法生产效率高,适用于连续化生产。所得到的氯醋树脂在酮类、酯类溶剂中具有良好的溶解性,溶解后透明度高。根据本发明制备的氯醋树脂,可广泛应用于溶剂墨水、高档涂料、包装等领域。
Description
技术领域
本发明涉及氯醋树脂的合成,具体的说是一种溶液聚合法合成的氯醋树脂的连续分离方法。
背景技术
氯醋树脂是氯乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物,也包括少量的其他共聚单体,如马来酸、丙烯酸酯类等。作为氯乙烯共聚物树脂中产量最大的一种,由于其良好的性能,在油墨、涂料、包装领域有重要的应用。
溶液聚合法法制备的氯醋树脂具有溶解性好、溶液透明度高、聚合物分子支化度低、溶液久置不泛黄等优点。相比悬浮聚合、乳液聚合方法,在高档涂料、溶剂墨水等应用领域其性能优势十分明显。
溶液法氯醋树脂的合成主要包括聚合、分离、溶剂和单体回收几个步骤。
其中聚合部分是指氯乙烯、醋酸乙烯和其他共聚单体在引发剂的作用下在适当溶剂中聚合形成氯醋树脂聚合物溶液,根据聚合转化率的不同,溶液中除了氯醋树脂聚合物、溶剂外,还有未反应的单体和残留引发剂。
分离是指将聚氯醋树脂从其聚合后形成的聚合物溶液中提取出来,形成疏松的固体树脂,以便运输和使用,这个步骤也是溶液法氯醋树脂合成中最困难的一步。聚合后的氯醋树脂溶液中主要包括树脂、溶剂、未反应单体及少量引发剂,如果处理不当,处理后的树脂中将包含大量的单体和溶剂,导致树脂成为粘稠的胶状物,难以干燥和粉碎,无法成为粉末或颗粒状产品。
因此,成功将氯醋树脂从其聚合物中分离,是实现溶液聚合法氯醋树脂工业化生产的关键步骤。
溶液法制备氯醋树脂的文献报道较少,美国专利US2345660中,氯乙烯和醋酸乙烯酯溶解在溶剂丙酮中,加入双氧水作为催化剂,在40℃下反应5-7小时,单体转化率43-47%,得到的氯醋树脂中氯乙烯含量85%。缺点是作为催化剂的双氧水遇到金属易分解,反应釜需要进行特殊处理。
美国专利US2075575中,氯乙烯和醋酸乙烯酯在溶剂丙酮中,以过氧化苯甲酰为催化剂,存在少量醋酸下在60℃进行反应33小时,制备氯醋树脂。
上述两篇专利中没有涉及聚合物溶液的分离。
中国专利201110233888.X中,氯乙烯、醋酸乙烯酯和引发剂在丙酮和环己烷混合溶剂中,经过22小时聚合反应,得到聚合物溶液。将反应液高速搅拌下加入到异丙醇水溶液中,再滴加至异丙醇、水混合溶液中,形成球状颗粒。过滤后再洗涤滤饼,最后过滤干燥后得到氯醋树脂固体颗粒。
上述报道的间歇分离方法,首先将聚合物溶液加入到异丙醇水溶液中,混合均匀。在此过程中,虽然高速搅拌提供了强剪切力,但是聚合物溶液开始加入时,与大量的醇溶液混合,需要非常精准的操作,控制聚合物溶液的加入速度和加入方式,否则形成的树脂沉淀物内部会包含溶剂和单体,导致最终形成大块粘稠的胶状沉淀。
上述专利指出,聚合物溶液与异丙醇溶液混合均匀后,再滴入异丙醇水溶液中。在此过程中,聚合物溶液与异丙醇溶液混合后,呈粘稠状液体,不易形成细小的液滴。大的液滴内部会含有较多的溶剂和单体,很难在异丙醇水溶液中除去。大的液滴还会互相粘连聚集,难以最终干燥形成疏松的固体树脂。因此,上述处理方法对操作技术要求高,生产效率低,在工业化生产中无法实施。
发明内容
本发明目的在于提供一种溶液聚合法合成的氯醋树脂的连续分离方法。
为实现上述目的,本发明采用技术方案为:
一种溶液聚合法合成的氯醋树脂的连续分离方法,在低温条件下,将溶液聚合法合成的氯醋树脂溶液和沉降剂同时连续的添加至胶体磨中,利用胶体磨的高剪切力将氯醋树脂从氯醋树脂溶液得以分离,进而获得疏松的固体氯醋树脂。
在-20-10℃的低温条件下,将溶液聚合法合成的氯醋树脂溶液和沉降剂同时连续的添加至胶体磨中,利用胶体磨的高剪切力将氯醋树脂以颗粒状悬浮于沉降剂和聚合溶剂中,而后在-20-10℃搅拌15—30min,过滤悬浮液收集滤饼,再将滤饼经水洗涤在0-5℃搅拌15—30min,过滤,滤饼干燥后可得疏松的固体氯醋树脂。
进一步的说,将上述氯醋树脂溶液和沉降剂降低到所需温度,分别按照比例连续注入到胶体磨中,胶体磨转速在3000-4000转/分,胶体磨中中定子和转子间隙为0.1mm。离开胶体磨的氯醋树脂以颗粒状悬浮于沉降剂和聚合溶剂中,离开胶体磨的悬浮液连续注入到分离釜中,一定温度下搅拌15分钟,过滤悬浮液。将滤饼加入到水中,在指定温度下搅拌15分钟,再次过滤,滤饼干燥后可得固体的氯醋树脂。
整个分离过程的温度应使氯醋树脂从聚合物溶液中析出且不发生粘连。分离温度一般为-20-10℃,优选-10-0℃,
所述沉淀剂为低碳醇;其添加量为氯醋树脂溶液重量的2-10倍。优选3-5倍。所加入的沉淀剂的量应使氯醋树脂从其聚合物溶液中析出。
所述沉淀剂为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇或戊醇。优选甲醇、乙醇或异丙醇中的一种。
所述溶液聚合法合成的氯醋树脂溶液为在高压反应釜中,加入溶剂、单体、引发剂,氮气置换反应釜内空气后,通入氯乙烯单体,釜内升温,进行聚合反应;反应结束后,除去残余的氯乙烯单体,得到含残余醋酸乙烯及其他共聚单体的氯醋树脂溶液,待用。
所述聚合物溶液的质量浓度在10%-50%。优选聚合物溶液的质量浓度20%-30%。如聚合液浓度过高,可加聚合用溶剂稀释至所需浓度。
本发明所具有的优点:
本发明通过引入与单体和聚合反应溶剂互溶、氯醋树脂不溶的第三方溶剂作为沉降剂,聚合物溶液和沉淀剂按一定比例在低温下连续加入至胶体磨中,依靠胶体磨的强剪切力将二者混合均匀,氯醋树脂立即从其溶液中沉淀下来,在低温下形成微小的表面坚硬的固体颗粒悬浮于液体中。氯醋树脂溶液和沉淀剂按比例连续进料的方法保证了在每一时刻内混合物料的组成固定,在胶体磨的强剪切下氯醋树脂以微小的颗粒状沉淀析出,且形成的颗粒表面有空隙与内部相连,利于颗粒内部残留的溶剂和单体被洗脱。低温的操作条件使颗粒外表面比较坚硬,不易发生粘连。从胶体磨连续出料后,此悬浮液搅拌低温一段时间,使颗粒内的溶剂和单体逐步析出。过滤后,树脂再加水搅拌洗去表面的溶剂和沉淀剂,过滤、干燥即可得疏松的氯醋树脂。
本发明通过选择合适的沉降剂和分离温度,利用胶体磨的强剪切力,采用连续进料连续沉淀的方法使待处理氯醋树脂聚合物溶液很方便的分离得到固体树脂。整个处理过程可操作性强,沉淀的树脂彼此间不粘连,处理方法对氯醋树脂的分子量和组成没有特殊要求,可以处理各种采用溶液聚合法合成的氯醋树脂。
采用本发明的处理方法工艺简单,对前期的聚合过程没有特殊要求;连续化分离方法操作简单、生产效率高,处理时间短,分离效果好;连续分离的方法可以保证产品具有良好的质量稳定性,适用于大规模的工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样属于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
向聚合釜中分别加入醋酸乙烯酯55公斤、过氧化苯甲酰0.42公斤、丙酮170公斤、甲苯170公斤,氮气置换。再向反应釜中加入氯乙烯单体150公斤,升温到55℃,反应8小时后降温至室温,结束反应。氮气置换出聚合釜中未反应的氯乙烯,得到聚合物溶液465公斤。经测定,聚合转化率51%,聚合溶液中除溶剂外,含醋酸乙烯单体33公斤,聚合物104公斤,聚合物溶液质量浓度22.4%。
将上述聚合物溶液降温至-10℃,将1395公斤甲醇降温至-10℃,将聚合物溶液与甲醇按照1:3的质量比例以2500公斤/小时的加料速度连续将两种物料同时加入胶体磨中,胶体磨转速3000转/分,定子与转子的间隙0.1毫米。从胶体磨出来的物料进入洗涤釜,在-5℃下搅拌15分钟。过滤,滤饼加入100公斤去离子水,室温下搅拌15分钟,过滤,干燥后可得白色粉末状氯醋树脂103.5公斤,具体指标见表1。
实施例2
按照实施例1所述的实验方法,将氯乙烯、醋酸乙烯在丁酮、催化剂存在下进行聚合反应,得到500公斤氯乙烯、醋酸乙烯二元氯醋树脂聚合物溶液,其中内含氯醋树脂80公斤、醋酸乙烯12公斤、丁酮408公斤,树脂含量16%。
将上述聚合物溶液降温至-5℃,将1750公斤甲醇降温至-5℃,将聚合物溶液与甲醇按照1:3.5的质量比例以2000公斤/小时的加料速度连续将两种物料同时加入胶体磨中,胶体磨转速3300转/分,定子与转子的间隙0.1毫米。从胶体磨出来的物料进入洗涤釜,在-5℃下搅拌15分钟。过滤,滤饼加入100公斤去离子水,室温下搅拌15分钟,过滤,干燥后可得白色粉末状氯醋树脂79.3公斤,具体指标见表1。
实施例3
按照实施例1所述的实验方法,将氯乙烯、醋酸乙烯、马来酸在丙酮、催化剂存在下进行聚合反应,得到1000公斤三元氯醋树脂聚合物溶液,其中内含氯醋树脂275公斤、马来酸4.5公斤、醋酸乙烯60.7公斤、丙酮659.8公斤,树脂含量27.5%。
将上述聚合物溶液降温至-2℃,将4000公斤乙醇降温至-2℃,将聚合物溶液与乙醇按照1:4的质量比例以3000公斤/小时的加料速度连续将两种物料同时加入胶体磨中,胶体磨转速3500转/分,定子与转子的间隙0.1毫米。从胶体磨出来的物料进入洗涤釜,在-5℃下搅拌15分钟。过滤,滤饼加入300公斤去离子水,室温下搅拌15分钟,过滤,干燥后可得白色粉末状氯醋树脂274.5公斤,具体指标见表1。
实施例4
按照实施例1所述的实验方法,将氯乙烯、醋酸乙烯、丙烯酸羟乙酯在乙酸乙酯、催化剂存在下进行聚合反应,得到700公斤三元氯醋树脂聚合物溶液,内含氯醋树脂204.4公斤、醋酸乙烯27公斤、丙烯酸羟乙酯11公斤、乙酸乙酯457.6公斤,树脂含量29.2%。
将上述聚合物溶液降温至-5℃,将2800公斤异丙醇降温至-5℃,将聚合物溶液与异丙醇按照1:4的质量比例以3000公斤/小时的加料速度连续将两种物料同时加入胶体磨中,胶体磨转速3200转/分,定子与转子的间隙0.1毫米。从胶体磨出来的物料进入洗涤釜,在-5℃下搅拌15分钟。过滤,滤饼加入250公斤去离子水,室温下搅拌15分钟,过滤,干燥后可得白色粉末状氯醋树脂203.5公斤,具体指标见表1。
表1、实施例中所得氯醋树脂的指标
由表1可见采用胶体磨分离聚合物技术,大大缩短溶液法氯醋树脂制备后期分离时间,分离方法生产效率高,适用于连续化生产。所得到的氯醋树脂在酮类、酯类中具有良好的溶解性,溶解后透明度高。根据本发明制备的氯醋树脂,可广泛应用于溶剂墨水、高档涂料、包装等领域。
Claims (8)
1.一种溶液聚合法合成的氯醋树脂的连续分离方法,其特征在于:在低温条件下,将溶液聚合法合成的氯醋树脂溶液和沉降剂同时连续的添加至胶体磨中,利用胶体磨的高剪切力将氯醋树脂从氯醋树脂溶液中得以分离,进而获得疏松的固体氯醋树脂。
2.按权利要求1所述溶液聚合法合成的氯醋树脂的连续分离方法,其特征在于:在-20-10℃的低温条件下,将溶液聚合法合成的氯醋树脂溶液和沉降剂同时连续的添加至胶体磨中,利用胶体磨的高剪切力将氯醋树脂以颗粒状悬浮于沉降剂和聚合溶剂中,而后在-20-10℃搅拌15—30min,过滤悬浮液收集滤饼,再将滤饼经水洗涤在0-5℃搅拌15—30min,过滤,滤饼干燥后可得疏松的固体氯醋树脂。
3.按权利要求1或2所述溶液聚合法合成的氯醋树脂的连续分离方法,其特征在于:所述沉淀剂为低碳醇;其添加量为氯醋树脂溶液重量的2-10倍。
4.按权利要求3所述溶液聚合法合成的氯醋树脂的连续分离方法,其特征在于:所述沉淀剂为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇或戊醇。
5.按权利要求3所述溶液聚合法合成的氯醋树脂的连续分离方法,其特征在于:所述沉淀剂添加量为氯醋树脂溶液重量的3-5倍。
6.按权利要求1或2所述溶液聚合法合成的氯醋树脂的连续分离方法,其特征在于:所述溶液聚合法合成的氯醋树脂溶液为在高压反应釜中,加入溶剂、单体、引发剂,氮气置换反应釜内空气后,通入氯乙烯单体,釜内升温,进行聚合反应;反应结束后,除去残余的氯乙烯单体,得到含残余醋酸乙烯及其他共聚单体的氯醋树脂溶液,待用。
7.按权利要求6所述的溶液聚合法合成的氯醋树脂的连续分离方法,其特征在于:所述聚合物溶液的质量浓度在10%-50%。
8.按权利要求7所述的溶液聚合法合成的氯醋树脂的连续分离方法,其特征在于:所述聚合物溶液的质量浓度20%-30%。
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