CN111217949A - 一种高等规聚丙烯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高等规聚丙烯的制备方法,具体包括以下步骤:步骤一、催化剂的负载:将金属铈杂化poss络合物加入的无水无氧四氢呋喃溶液中,然后逐滴滴加四氯化钛,滴加完毕,于30~40摄氏度无水无氧条件下搅拌反应3~5h后,减压蒸馏去除溶剂,固体洗涤3次,即得poss负载四氯化钛催化剂;步骤二、聚合:向聚合釜内通入氢气后,先加入2/3的液体丙烯,再将poss负载四氯化钛催化剂和剩余的液体丙烯依次加入到聚合釜中后,于3~4MPa的压力下,升温至40~50摄氏度聚合3~5h,终止反应;即可。采用本发明方法可以制得高立构高等规性的聚丙烯。
Description
技术领域
本发明属于聚丙烯的制备领域,尤其是涉及一种高等规聚丙烯的制备方法。
背景技术
等规聚丙烯是部分结晶的聚合物材料,具有较高的强度、刚度、硬度和耐热性能。等规聚丙烯的结晶行为、力学性能和材料结构与立体规整度(等规度)紧密相关。高立构规整度的等规聚丙烯具有高刚性、高模量、高抗冲性等优异的力学性能,具有更为广泛的应用领域。因此,提高聚丙烯的等规度具有重要的实际应用价值。
一般制备高等规聚丙烯采用第三代聚丙烯催化剂,即高效载体催化剂,以氯化镁为载体,加入恰当的给电子体可以实现,此催化剂具有高活性和高立体选择性(等规度通常能够达到95%),同时又能实现产物的分子量分布和颗粒形态的可控,此催化剂MgCl2/(CH3)2Si(OCH3)2/TiCl4是TiCl4负载于MgCl2表面、边缘和缺陷处,增加了活性中心的数目,提高了聚合链增长速率常数。但是由于氯化镁载体中的氯无法在闪蒸灭活过程中除去,从而导致聚合物中卤素含量较高,而聚合物与金属物品接触时,就容易腐蚀金属,限制了聚合物的应用范围。
发明内容
本发明提供了一种高等规聚丙烯的制备方法,其采用金属铈杂化的poss络合物代替传统的氯化镁作为载体,其不需要另外添加三乙基铝和有机硅烷类给电子体,即可保证催化剂的活性,完成聚丙烯的聚合。
为达到上述目的,本发明所采取的技术解决方案为:
一种高等规聚丙烯的制备方法,具体包括以下步骤:
步骤一、催化剂的负载:按金属铈杂化poss络合物、四氯化钛与无水无氧四氢呋喃摩尔比1:1:40~60,将金属铈杂化poss络合物加入的无水无氧四氢呋喃溶液中,然后于60~70min内逐滴滴加四氯化钛,滴加完毕,于30~40摄氏度无水无氧条件下搅拌反应3~5h后,于40~50摄氏度减压蒸馏去除溶剂,固体用无水无氧甲醇洗涤3次,即得poss负载四氯化钛催化剂,备用;
步骤二、聚合:以液体丙烯、四氯化钛、氢气质量体积比1000kg:0.04~6kg:8Nm3,向聚合釜内通入氢气后,先加入2/3的液体丙烯,再将poss负载四氯化钛催化剂(折合四氯化钛计)和剩余的液体丙烯依次加入到聚合釜中后,于3~4MPa的压力下,升温至40~50摄氏度聚合3~5h至丙烯转化率大于等于75%后,终止反应;即可。
进一步的,还包括步骤三、闪蒸灭活:未反应完的液相丙烯排出,并经冷凝器冷凝回收,当压力降至0.05Mpa后,将聚合釜中的固相喷入闪蒸釜进行闪蒸分离和催化剂灭活,得聚丙烯颗粒。
进一步的,丙烯加入聚合釜前还需依次经过固碱塔脱水、水解、脱硫塔脱硫、分子筛脱水、脱氧塔脱氧、脱砷塔脱砷和分子筛脱水,脱除原料丙烯中的水、氧、硫、砷等杂质,制得精制丙烯。
更进一步的,所述精制丙烯中硫含量<3ppm、水含量<10ppm、氧含量<5ppm。
与现有技术相比,本发明所取得的有益效果如下:
1)本发明采用金属铈杂化的poss络合物负载TiCl4作为催化剂,不需要另外添加三乙基铝和有机硅烷类给电子体,即可保证催化剂的活性,制成高立构高等规性的聚丙烯,此外,采用金属铈杂化的poss络合物负载TiCl4作为催化剂,还将聚合反应的最适反应温度由传统的70~80摄氏度降低为40~50摄氏度,不仅节约了能耗,还便于反应中的控温操作。
2)本发明的TiCl4的载体金属铈杂化的poss络合物以具有笼状立体结构的poss为主体,由于其笼状空间位阻效应,不仅增大了催化剂的比表面积,还能够在促进丙烯的等规聚合。
具体实施方式
金属铈杂化POSS络合物的结构式为:
金属铈杂化POSS络合物的制备方法为:
步骤(1)、在装配有冷凝回流管和磁力搅拌子的500mL单口圆底烧瓶中依次加入360mL异丙醇,71.38g苯基三甲氧基硅烷,7.45g去离子水和9.50g氢氧化钠;将烧瓶置于油浴锅中,使其在70℃搅拌回流4h;然后冷却到室温,继续搅拌15h;反应完成后,经抽滤除去溶剂得到白色滤饼,再用异丙醇对滤饼洗涤抽滤3次,滤饼即为苯基笼状倍半硅氧烷四醇钠盐;
步骤(2)、在500mL四口烧瓶中加入57.80g苯基笼状倍半硅氧烷四醇钠盐、15.18g三乙胺(TEA)和300mL无水THF,冰浴搅拌0.5h。在氮气保护下,注入21.16g甲基二氯硅烷,在冰浴条件下反应3h,然后升至25℃继续反应15h;反应结束后,经抽滤除去不溶反应物,将溶液在温度40℃下减压蒸馏30min,再用甲醇对析出的固体洗涤过滤三次,即得两个硅氢基团的POSS;
步骤(3)、在500mL四口烧瓶中加入23.04g含两个硅氢基团的POSS、100mL甲苯和0.17g卡尔斯特铂金催化剂,温度升至95℃;将3.13g甲基丙烯酸叔丁酯溶解于100mL甲苯中,在氮气保护下将溶液缓慢滴加到上述烧瓶中;滴加完成后回流反应36h;反应完成后,将溶液在温度65℃下减压蒸馏30min,析出的白色固体用甲醇洗涤三次,即得单酯基POSS;
步骤(4)、在500mL四口烧瓶中加入20g单酯基POSS和200mL无水THF,升温至75℃搅拌回流0.5h后,加入0.4g对苯甲磺酸,并滴加2滴水,保持溶液在75℃下回流8h;反应完成后,将溶液在温度40℃下减压蒸馏30min;将析出的白色粉末溶解于30mL氯仿中,用50mL去离子水在分液漏斗中洗涤溶液三次,最后将有机相在温度40℃下减压蒸馏30min,即得单羧基POSS;
步骤(5)、在500mL四口烧瓶中加入7.2g单羧基POSS和100mL THF,搅拌均匀,然后将0.53g醋酸铈超声溶解于150mL甲醇中,并缓慢滴入四口烧瓶中,滴加完成温度保持在20℃,继续反应10h;反应完成后将溶液在温度40℃下减压蒸馏30min,得到的固体用50mL氯仿溶解过滤;并将滤液在温度40℃下减压蒸馏30min,析出的固体用甲醇洗涤三次,即得金属铈杂化POSS络合物。
实施例1
一种聚丙烯颗粒的制备方法:
步骤一、催化剂的负载:按金属铈杂化poss络合物、四氯化钛与无水无氧四氢呋喃摩尔比1:1:50,将金属铈杂化poss络合物加入的无水无氧四氢呋喃溶液中,然后于65min内逐滴滴加四氯化钛,滴加完毕,于35摄氏度无水无氧条件下搅拌反应4h后,于45摄氏度减压蒸馏去除溶剂,固体用无水无氧甲醇洗涤3次,即得poss负载四氯化钛催化剂,备用;
步骤二、聚合:首先将丙烯依次经过固碱塔脱水、水解、脱硫塔脱硫、分子筛脱水、脱氧塔脱氧、脱砷塔脱砷和分子筛脱水,脱除原料丙烯中的水、氧、硫、砷等杂质,使丙烯中硫含量<3ppm、水含量<10ppm、氧含量<5ppm;
然后,以丙烯、四氯化钛、氢气质量体积比1000kg:0.05kg:8Nm3,先向聚合釜内通入氢气后,先加入2/3的液体丙烯,再将poss负载四氯化钛催化剂(折合四氯化钛计)和剩余的液体丙烯依次加入到聚合釜中后,于3.5MPa的压力下,升温至45摄氏度聚合4h至丙烯转化率大于等于75%后,终止反应;即可。
步骤三、闪蒸灭活:未反应完的液相丙烯排出,并经冷凝器冷凝回收,当压力降至0.05Mpa后,将聚合釜中的固相喷入闪蒸釜进行闪蒸分离和催化剂灭活,得聚丙烯颗粒。
实施例2
一种聚丙烯颗粒的制备方法:
步骤一、催化剂的负载:按金属铈杂化poss络合物、四氯化钛与无水无氧四氢呋喃摩尔比1:1:60,将金属铈杂化poss络合物加入的无水无氧四氢呋喃溶液中,然后于70min内逐滴滴加四氯化钛,滴加完毕,于30摄氏度无水无氧条件下搅拌反应5h后,于50摄氏度减压蒸馏去除溶剂,固体用无水无氧甲醇洗涤3次,即得poss负载四氯化钛催化剂,备用;
步骤二、聚合:首先将丙烯依次经过固碱塔脱水、水解、脱硫塔脱硫、分子筛脱水、脱氧塔脱氧、脱砷塔脱砷和分子筛脱水,脱除原料丙烯中的水、氧、硫、砷等杂质,使丙烯中硫含量<3ppm、水含量<10ppm、氧含量<5ppm;
然后,以丙烯、四氯化钛、氢气质量体积比1000kg:0.06kg:8Nm3,先向聚合釜内通入氢气后,先加入2/3的液体丙烯,再将poss负载四氯化钛催化剂(折合四氯化钛计)和剩余的液体丙烯依次加入到聚合釜中后,于4MPa的压力下,升温至40摄氏度聚合5h至丙烯转化率大于等于75%后,终止反应;即可。
步骤三、闪蒸灭活:未反应完的液相丙烯排出,并经冷凝器冷凝回收,当压力降至0.05Mpa后,将聚合釜中的固相喷入闪蒸釜进行闪蒸分离和催化剂灭活,得聚丙烯颗粒。
实施例3
一种聚丙烯颗粒的制备方法:
步骤一、催化剂的负载:按金属铈杂化poss络合物、四氯化钛与无水无氧四氢呋喃摩尔比1:1:40,将金属铈杂化poss络合物加入的无水无氧四氢呋喃溶液中,然后于60min内逐滴滴加四氯化钛,滴加完毕,于40摄氏度无水无氧条件下搅拌反应3h后,于40摄氏度减压蒸馏去除溶剂,固体用无水无氧甲醇洗涤3次,即得poss负载四氯化钛催化剂,备用;
步骤二、聚合:首先将丙烯依次经过固碱塔脱水、水解、脱硫塔脱硫、分子筛脱水、脱氧塔脱氧、脱砷塔脱砷和分子筛脱水,脱除原料丙烯中的水、氧、硫、砷等杂质,使丙烯中硫含量<3ppm、水含量<10ppm、氧含量<5ppm;
然后,以丙烯、四氯化钛、氢气质量体积比1000kg:0.04kg:8Nm3,先向聚合釜内通入氢气后,先加入2/3的液体丙烯,再将poss负载四氯化钛催化剂(折合四氯化钛计)和剩余的液体丙烯依次加入到聚合釜中后,于3MPa的压力下,升温至50摄氏度聚合3h至丙烯转化率大于等于75%后,终止反应;即可。
步骤三、闪蒸灭活:未反应完的液相丙烯排出,并经冷凝器冷凝回收,当压力降至0.05Mpa后,将聚合釜中的固相喷入闪蒸釜进行闪蒸分离和催化剂灭活,得聚丙烯颗粒。
对比例1
步骤一、催化剂的负载:首先,在无水无氧条件下,往500ml三口烧瓶中,注入已无水无氧处理过200ml正己烷,然后注入100ml的n-BuLi(1mol/L),冰浴快速搅拌(1000r/min)下缓慢(15滴/min)滴入11.9ml(0.1mol)TiCl4,TiCl4滴加完毕后开始升温,升温至室温,继续搅拌4h后,溶液浓缩至100ml左右,静止沉淀,将上层清液滤去,固体用无水无氧处理过的乙醚洗涤3次,将得到的固体用二氯甲烷与正己烷以5:2溶解后,置-20℃下结晶,得晶体;
将干燥后的MgCl2与2.2摩尔倍数的C2H5OH于CH3CI2溶剂中回流48h,抽滤,得载体;取0.7664g载体与上述得到4.2260g晶体,再加入0.06mmol的2,6-二异丙基苯甲酸酐于庚烷中,加热至回流,保持2h,冷却至室温,静置,滤去滤液,用60℃的无水无氧的正己烷,洗涤三次,每次50ml,干燥,即得氯化镁负载TiCl4催化剂;
步骤二、首先将丙烯依次经过固碱塔脱水、水解、脱硫塔脱硫、分子筛脱水、脱氧塔脱氧、脱砷塔脱砷和分子筛脱水,脱除原料丙烯中的水、氧、硫、砷等杂质,使丙烯中硫含量<3ppm、水含量<10ppm、氧含量<5ppm;
然后,以丙烯、四氯化钛、助催化剂、外给电子体、氢气质量体积比1000kg:0.04kg、0.4kg:0.08kg:8Nm3,先向聚合釜内通入氢气后,先加入2/3的液体丙烯,再将液体丙烯、助催化剂三乙基铝、外给电子体甲基环己基二甲氧基硅烷(0.5M的正庚烷溶液)、氯化镁负载TiCl4催化剂(折合四氯化钛计)和其余的液体丙烯依次加入到聚合釜中后,于3MPa的压力下,升温至75摄氏度聚合3h至丙烯转化率大于等于75%后,终止反应;即可;
步骤三、闪蒸灭活:未反应完的液相丙烯排出,并经冷凝器冷凝回收,当压力降至0.05Mpa后,将聚合釜中的固相喷入闪蒸釜进行闪蒸分离和催化剂灭活,得聚丙烯颗粒。
效果例1
分别评价实施例1-3以及对比例1所生产的聚丙烯颗粒的性质,结果见下表:
粒径:机械振动筛分法;
熔融指数:GB/T 3682-2018;
重均分子量:高温凝胶色谱法;
分子量分布指数:高温凝胶色谱法;
等规度:正庚烷抽提法;
热变形温度/(摄氏度):GB/T 1634-2004。
表1
Claims (4)
1.一种高等规聚丙烯的制备方法,其特征在于:具体包括以下步骤:
步骤一、催化剂的负载:按金属铈杂化poss络合物、四氯化钛与无水无氧四氢呋喃摩尔比1:1:40~60,将金属铈杂化poss络合物加入的无水无氧四氢呋喃溶液中,然后于60~70min内逐滴滴加四氯化钛,滴加完毕,于30~40摄氏度无水无氧条件下搅拌反应3~5h后,于40~50摄氏度减压蒸馏去除溶剂,固体用无水无氧甲醇洗涤3次,即得poss负载四氯化钛催化剂,备用;
步骤二、聚合:以液体丙烯、四氯化钛、氢气质量体积比1000kg:0.04~6kg:8Nm3,向聚合釜内通入氢气后,先加入2/3的液体丙烯,再将poss负载四氯化钛催化剂和剩余的液体丙烯依次加入到聚合釜中后,于3~4MPa的压力下,升温至40~50摄氏度聚合3~5h至丙烯转化率大于等于75%后,终止反应;即可。
2.根据权利要求1所述的一种高等规聚丙烯的制备方法,其特征在于:还包括步骤三、闪蒸灭活:未反应完的液相丙烯排出,并经冷凝器冷凝回收,当压力降至0.05Mpa后,将聚合釜中的固相喷入闪蒸釜进行闪蒸分离和催化剂灭活,得聚丙烯颗粒。
3.根据权利要求1所述的一种高等规聚丙烯的制备方法,其特征在于:丙烯加入聚合釜前还需依次经过固碱塔脱水、水解、脱硫塔脱硫、分子筛脱水、脱氧塔脱氧、脱砷塔脱砷和分子筛脱水,脱除原料丙烯中的水、氧、硫、砷等杂质,制得精制丙烯。
4.根据权利要求3所述的一种高等规聚丙烯的制备方法,其特征在于,所述精制丙烯中硫含量<3ppm、水含量<10ppm、氧含量<5ppm。
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