CN114395365B - 一种用于连续生产高粘度107胶的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于连续生产高粘度107胶的方法和装置。本申请的连续生产高粘度107胶的方法和装置采用分段式双螺杆机，首先在双螺杆机的前端将低沸物逐步脱除，接着在双螺杆机的后端处在高温和高真空度下将高沸物脱除。本申请实现了连续化脱挥，效率高，能够有效地降低107胶的挥发分，提升了产品质量。本申请采用线性体二羟基封端的聚二甲基硅氧烷实施降解，使得粘度控制稳定且生产成本低。

Description

一种用于连续生产高粘度107胶的方法和装置

技术领域

本发明涉及107胶领域，且尤其涉及一种用于连续生产高粘度107胶的方法和装置。

背景技术

室温硫化硅橡胶为通用硅橡胶的老品种，具有耐水、耐臭氧、耐电弧、耐电晕和耐气候老化等优点。它可在-60-200℃的温度范围内使用，因而广泛用作电子电器元件的灌注和密封材料，仪器仪表的防潮、防震、耐高低温灌注和密封材料；也可用于制造模具,用于浇铸聚酯树脂、环氧树脂和低熔点合金零部件；也可用作齿科的印模材料。

室温硫化硅橡胶按粘度分类，可分为低粘度、常规粘度与高粘度，1500cS以下为低粘度，1500cS-20万cS为常规粘度，20万cS以上为高粘度。高粘度107胶更具有柔软性、疏水性、滋润型均很好的优良特性。虽然高粘度107胶拥有比常规107胶更多的优良特性，且市场需求量大，但是高粘度107胶对原材料及工艺的要求比较高，难以生产粘度稳定且挥发份低的107胶，鉴于高粘度107胶应用面广泛，市场需求量大，急需开发新的生产方法。

现有107胶的生产方法，以DMC(二甲基环硅氧烷)为原料，以氢氧化钾为催化剂，聚合到107胶粘度很高时，再加水降解，最后加磷酸酯中和，脱除低分子，得到107胶目标产品。然而，上述方法在生产时，要先对DMC进行脱水1小时，DMC聚合到很高粘度加水降解时要3小时，这种工艺步骤繁多，造成生产效率低。且用DMC作为原料生产时成本较高。且粘度控制不稳定，波动大。高粘度107胶釜式脱挥，生产效率低且脱挥不彻底，挥发份偏高。

申请号为CN104109245A，发明名称为一种高粘度端羟基室温硫化硅橡胶的制备方法公开了将一定量的DMC和粘度为100-1500cs的107胶加入装有搅拌器、温度计及冷凝回流管的反应器皿中，开启搅拌，升温至100-140℃时加入碱性催化剂，碱性催化剂包括氢氧化钾、四甲基氢氧化铵、四丁基氢氧化磷中的一种；在此温度下平衡反应2-5小时，直接进行中和或升温分解碱性催化剂；如果中和，则加入与催化剂同样质量的磷酸或其硅醇盐酸胶中和剂，如不需中和则直接升温分解碱性催化剂，继续搅拌1-2小时，然后脱除低沸物，当粘度达到客户需要的粘度时，停止脱低，冷却包装。这样制得的107胶挥发份无法控制。

申请号为CN102558563A，发明名称为一种高粘度107胶的制备方法公开了将一定量的DMC和粘度为100-1500cs的107胶加入装有搅拌器、温度计及冷凝回流管的反应器皿中，开启搅拌，升温至90-150℃时加入15-110ppm催化剂，在90-170℃下平衡反应2-4小时，直接进行中和或升温分解碱性催化剂；如果中和，则加入与催化剂同样质量的磷酸或其硅醇盐酸胶中和剂，如不需中和则直接升温分解碱性催化剂，继续搅拌1小时，然后脱除低沸物。

以上两种常规工艺，生产成本高，实验过程在玻璃瓶内脱低，如果在工业化操作属于釜式脱低，生产效率低，生产的107胶挥发份偏高。

因此，需要开发一种用于连续生产高粘度低挥发份107胶的方法和装置。

发明内容

本申请的一个目的是提供一种用于连续生产高粘度107胶的方法。

本申请的另一个目的是提供一种用于连续生产高粘度107胶的装置。

在一方面，本申请提供的用于连续生产高粘度107胶的方法包括下述步骤：a)在聚合釜内加入二甲基二氯硅烷水解物，保持温度在140-150℃，抽真空；b)当聚合温度达到150℃后，以所述二甲基二氯硅烷水解物与50％氢氧化钾水溶液催化剂的质量比为1:20-60ppm的量添加所述催化剂，控制氮气流量并保持负压，直至反应达到平衡，得到初始107胶；c)以所述二甲基二氯硅烷水解物与二羟基封端的聚二甲基硅氧烷的质量比为1:0.002-0.01的量向所得到的初始107胶中添加所述二羟基封端的聚二甲基硅氧烷进行降解，接着加入中和剂至完全中和；d)将完成中和的107胶引入中间罐中；e)使步骤d)得到的107胶在温度140-160℃，真空度90KPa下进行第一次脱挥以脱除低沸物；以及f)使步骤e)得到的107胶在温度180-200℃，真空度98到99KPa下进行第二次脱挥以脱除高沸物，即得到所述高粘度107胶。

在本申请中，术语“高粘度107胶”指的是具有20万cSt以上的粘度的107胶。

本申请将制备107胶的常用原料DMC改为二甲基二氯硅烷水解物。该水解物与碱性催化剂相溶性优于DMC，省去了脱水工序。且羟基封端的二甲基硅氧烷之间缩合反应，速率较快，不需要吸收能量开环后再缩合，提高了反应速率。本申请的基于水解物作为原料的生产工序较基于DMC原料的生产工序简单，生产成本低，省去了水解物裂解成为环体，然后再精馏提纯的工序。

本申请将常用的水或1500cSt 107胶改为采用线性体二羟基封端的聚二甲基硅氧烷进行降解，使得粘度控制稳定且生产成本低。

在本申请中，可逆的聚合反应达到平衡通常要确保单程转化率达到85％以上，此时可以通过在线粘度仪或聚合釜搅拌电流的值的变化来监测粘度变化。聚合到所需的粘度(通常比期望的最终目标粘度高10万-20万cst)再进行降解，确保转化率稳定，同时粘度可控。

在本申请中，由中和反应常用的指示剂来表征达到完全中和，如溴百里酚蓝指示剂显示为黄色即表明完全中和。

在本申请中，低沸物主要指八甲基环四硅氧烷、六甲基环三硅氧烷及少量的短链线性体。高沸物主要指十甲基环五硅氧烷、八甲基环四硅氧烷及少量的短链线性体。

可选地，所述中和剂选自磷酸和硅基磷酸酯。

在另一个方面，本申请提供的用于连续生产高粘度107胶的装置包括：聚合釜，其被配置成使二甲基二氯硅烷水解物、50％氢氧化钾水溶液催化剂、二羟基封端的聚二甲基硅氧烷、中和剂发生反应；至少一个中间罐，其连接至所述聚合釜；双螺杆机，其连接至所述中间罐，所述双螺杆机包括：第一脱挥段，其设置在所述双螺杆机的前端且被配置成脱除低沸物；以及第二脱挥段，其设置在所述双螺杆机的后端且被配置成脱除高沸物。

可选地，所述中间罐包括至少两个中间罐。

可选地，所述第一脱挥段被设定在90KPa的真空度和140℃-160℃的温度下。

可选地，所述第二脱挥段被设定在98到99Kpa的真空度和180℃-200℃的温度下。

本申请采用二甲基二氯硅烷水解物作为聚合原料，采用线性体二羟基封端的聚二甲基硅氧烷进行降解，提高了工艺的可操控性，为连续化、自动化生产工艺打下良好基石。

本申请基于常规的双螺杆机，然后对双螺杆机进行工艺改进。首先在双螺杆机的前端将低沸点的八甲基环四硅氧烷、六甲基环三硅氧烷及少量的短链线性体逐步脱除，接着在双螺杆机的后端(下游)处在高温和高真空度下将十甲基环五硅氧烷、八甲基环四硅氧烷及少量的短链线性体脱除。本申请采用的分段脱挥步骤防止前端蒸发器蒸发量大，影响效率；同时至少两段脱挥能够减少后端的蒸发量，提高了真空度。

本申请采用的分段脱挥步骤实现了连续化脱挥，效率高，能够有效地降低107胶的挥发性成分，能够使挥发性成分降低到小于0.5％，提升了产品质量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请一实施例提供的用于生产高粘度107胶的装置的示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请实施例的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请提供的用于生产107胶的方法包括下述步骤：a)在聚合釜内加入二甲基二氯硅烷水解物，保持温度在140-150℃，抽真空；b)当聚合温度达到150℃后，以所述二甲基二氯硅烷水解物与50％氢氧化钾水溶液催化剂的质量比为1:20-60ppm的量添加所述催化剂，控制氮气流量并保持负压，直至反应达到平衡，得到初始107胶；c)以所述二甲基二氯硅烷水解物与二羟基封端的聚二甲基硅氧烷的质量比为1:0.002-0.01的量向所得到的初始107胶中添加所述二羟基封端的聚二甲基硅氧烷进行降解，接着加入中和剂至完全中和；d)将完成中和的107胶引入中间罐中；e)使步骤d)得到的107胶在温度140-160℃，真空度90KPa下进行第一次脱挥以脱除低沸物；以及f)使步骤e)得到的107胶在温度180-200℃，真空度98到99KPa下进行第二次脱挥以脱除高沸物，即得到所述高粘度107胶。

本申请提供的用于连续生产高粘度107胶的装置包括：聚合釜，其被配置成使二甲基二氯硅烷水解物、50％氢氧化钾水溶液催化剂、二羟基封端的聚二甲基硅氧烷、中和剂发生反应；至少一个中间罐，其连接至所述聚合釜；双螺杆机，其连接至所述中间罐，所述双螺杆机包括：第一脱挥段，其设置在所述双螺杆机的前端且被配置成脱除低沸物；以及第二脱挥段，其设置在所述双螺杆机的后端且被配置成脱除高沸物。

下面参考由图1所示的根据本申请一实施例的用于连续生产高粘度107胶的装置的示意图来在下述实施例中说明连续生产高粘度107胶的方法。

为了简化，图1省去了一些常规的设备和单元，如用于双螺杆机的加热器、冷却系统、氮气输送系统、用于输送物料的输送泵、进料泵等。

以下实施例中采用的物质和设备，除了注明的之外，其余均为市售的或本领域中常用的。

实施例1

在聚合釜10内加入1.2T的二甲基二氯硅烷水解物，开启聚合釜搅拌，温度控制在140-150℃，氮气5Nm³/h，真空度10KPa。聚合温度达到150℃后，加入48g 50％氢氧化钾水溶液，氮气5Nm³/h，真空度40KPa。聚合反应完成后，得到粘度65万cSt的初始107胶。接着加入4kg线性体进行降解，降解至粘度为47万cSt后，加入43g磷酸进行中和。中和大约40min后至溴百里酚蓝指示剂显示为黄色，表明完全中和；接着将中和好的107胶引入中间罐20，然后将107胶连续注入双螺杆机30中。107胶首先通过温度140-160℃且真空度90KPa的第一脱挥段30a，此处107胶的挥发性成分如八甲基环四硅氧烷、六甲基环三硅氧烷及少量的短链线性体被脱除；然后107胶继续行至温度180-200℃且真空度98-99KPa的第二脱挥段30b，此处107胶的挥发性成分如十甲基环五硅氧烷、八甲基环四硅氧烷及少量的短链线性体被脱除。最终得到粘度为60万cSt的107胶，挥发份0.46％，收率86％。

实施例2

在聚合釜10内加入1.2T的二甲基二氯硅烷水解物，开启聚合釜搅拌，温度控制在140-150℃，氮气5Nm³/h，真空度10KPa。聚合温度达到150℃后，加入48g 50％氢氧化钾水溶液，氮气5Nm³/h，真空度40KPa。聚合反应完成后，得到粘度65万cSt的初始107胶。接着加入6kg线性体进行降解，降解至粘度为29万cSt后，加入43g磷酸进行中和。中和大约40min后至溴百里酚蓝指示剂显示为黄色，表明完全中和；接着将中和好的107胶引入中间罐20，然后将107胶连续地注入双螺杆机30中。107胶首先通过温度140-160℃且真空度90KPa的第一脱挥段30a，此处107胶的挥发性成分如八甲基环四硅氧烷、六甲基环三硅氧烷及少量的短链线性体被脱除；然后107胶继续行至温度180-200℃且真空度98-99KPa的第二脱挥段30b，此处107胶的挥发性成分如十甲基环五硅氧烷、八甲基环四硅氧烷及少量的短链线性体被脱除。最终得到粘度为40万cSt的107胶，挥发份0.43％，收率85％。

实施例3

在聚合釜10内加入1.2T的二甲基二氯硅烷水解物，开启聚合釜搅拌，温度控制在140-150℃，氮气5Nm³/h，真空度10KPa。聚合温度达到150℃后，加入48g 50％氢氧化钾水溶液，氮气5Nm³/h，真空度40KPa。聚合反应完成后，得到粘度为65万cSt的初始107胶。接着加入7kg线性体进行降解，降解至粘度为21万cSt后，加入43g磷酸进行中和。中和大约40min后至溴百里酚蓝指示剂显示为黄色，表明完全中和；接着将中和好的107胶引入中间罐20，然后将107胶连续注入双螺杆机30中。107胶首先通过温度140-160℃且真空度90KPa的第一脱挥段30a，此处107胶的挥发性成分如八甲基环四硅氧烷、六甲基环三硅氧烷及少量的短链线性体被脱除；然后107胶继续行至温度180-200℃且真空度98-99KPa的第二脱挥段30b，此处107胶的挥发性成分如十甲基环五硅氧烷、八甲基环四硅氧烷及少量的短链线性体被脱除。最终得到粘度为30万cSt的107胶，挥发份0.45％，收率85％。

本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种用于连续生产高粘度107胶的方法，包括下述步骤：

a）在聚合釜内加入二甲基二氯硅烷水解物，保持温度在140-150℃，抽真空；

b）当聚合温度达到150℃后，以所述二甲基二氯硅烷水解物与50%氢氧化钾水溶液催化剂的质量比为1: 20-60ppm的量添加所述催化剂，控制氮气流量并保持负压，直至反应达到平衡，得到初始107胶；

c）以所述二甲基二氯硅烷水解物与二羟基封端的聚二甲基硅氧烷的质量比为1:0.002-0.01的量向所得到的初始107胶中添加所述二羟基封端的聚二甲基硅氧烷进行降解，接着加入中和剂至完全中和；

d）将完成中和的107胶引入中间罐中；

e）使步骤d）得到的107胶在温度140-160℃，真空度90 KPa下进行第一次脱挥以脱除低沸物；以及

f）使步骤e）得到的107胶在温度180-200℃，真空度98到99 KPa下进行第二次脱挥以脱除高沸物，即得到所述高粘度107胶；

所述第一次脱挥和所述第二次脱挥在双螺杆机中进行。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述中和剂选自磷酸和硅基磷酸酯。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述低沸物包括八甲基环四硅氧烷和六甲基环三硅氧烷。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述高沸物包括十甲基环五硅氧烷和八甲基环四硅氧烷。

5.根据权利要求1所述的方法，用于连续生产高粘度107胶的装置，包括：

聚合釜，其被配置成使二甲基二氯硅烷水解物、50%氢氧化钾水溶液催化剂、二羟基封端的聚二甲基硅氧烷、中和剂发生反应；

至少一个中间罐，其连接至所述聚合釜；

双螺杆机，其连接至所述中间罐，所述双螺杆机包括：

第一脱挥段，其设置在所述双螺杆机的前端且被配置成脱除低沸物；以及

第二脱挥段，其设置在所述双螺杆机的后端且被配置成脱除高沸物。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述中间罐包括至少两个中间罐。

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一脱挥段被设定在90 KPa的真空度和140℃-160℃的温度下。

8.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二脱挥段被设定在98到99KPa的真空度和180℃-200℃的温度下。