CN117619322B - 一种环烯烃共聚物连续溶液聚合模试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种环烯烃共聚物连续溶液聚合模试装置及方法,涉及环烯烃共聚物技术领域,所述装置重点在聚合反应釜的底部设置带有电磁开关阀的出料管线,电磁开关阀包括至少两个出口并分别连接带有过滤器的过滤管,至少两个所述过滤管汇合至带有液位调节阀的聚合物溶液出料管,基于液位计与电磁开关阀的信号连接、液位计与液位调节阀的信号连接,使得反应过程中产生的聚乙烯等不溶物被过滤,并维持聚合反应釜内液位在目标设定值,解决了环烯烃共聚物溶液聚合过程中产生不溶物,严重影响产品的品质,降低产品的透明度和耐热性的问题,同时解决了管路堵塞的问题,保障了环烯烃共聚物连续溶液聚合的安全稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及环烯烃共聚物技术领域,具体涉及一种环烯烃共聚物连续溶液聚合模试装置及方法。
背景技术
环烯烃共聚物(cyclic-olefin copolymers,COC)是指主链含有环状结构的聚烯烃材料,一般采用环烯烃与α-烯烃(通常是乙烯)通过加成共聚反应制备。环烯烃共聚物具有很高的透明度、优良的耐热性、化学稳定性,同时具有低介电常数、良好的隔湿性等。目前,环烯烃共聚物已被广泛地应用于制造各种光学镜头/镜片、偏光片膜、隐形眼镜或AR/VR,电子及电气部件,医药、食品包装材料等。
早期环烯烃聚合采用传统的Ziegler-Natta催化剂,该催化剂的高温稳定性较差,且聚合活性不高。随着茂金属催化剂的出现,环烯烃聚合的活性得到了很大的提高,且越来越多的溶液聚合工艺被应用于合成环烯烃共聚物。
中国专利CN105646785A公开了一种环烯烃共聚物的制备方法。在温度40-100℃、压力1-100bar的条件下,将惰性有机溶剂、环烯烃和乙烯分别加入反应器中;环烯烃的摩尔含量与乙烯的摩尔含量比为5:1~50:1;再加入链转移剂;最后加入双活性中心复合催化剂进行溶液聚合反应。
中国专利CN102702433A公开了一种环烯烃共聚物的制备方法。该方法将反应容器在真空下140~160℃烘烤5~6h后,冷却至20~100℃,加入助催化剂和降冰片烯的有机溶液,然后加入半茂金属配合物,降冰片烯与半茂金属配合物中过渡金属的摩尔比为0.05~5×105:1,优选为0.05~2.5×105:1。通入乙烯气体,至反应釜压力1~6atm,优选为3~6atm,进行反应。反应5~30min后,优选为10~20min,放空反应釜,用甲醇/HC1混合溶液终止反应,过滤,甲醇洗涤,40~70℃,优选为60℃条件下真空干燥,即得到环烯烃共聚物。
中国专利CN114392712A公开了一种烯烃模试连续溶液聚合装置和工艺,该聚合装置包括有:聚合反应釜(1),安装有压力计(11);气体进料管线(2),连接聚合反应釜(1);液体进料管线(3),连接聚合反应釜(1);排气管线(4),连接聚合反应釜(1),安装有与压力计(11)信号连接的第一控制阀(41);溢流罐(5),安装有传感器(51);溢流管线(6)和平衡管线(7),均连接聚合反应釜(1)和溢流罐(5);以及出料管线(8),连接溢流罐(5),安装有与传感器(51)信号连接的第二控制阀(81)。该专利还公开了一种应用有上述烯烃模试连续溶液聚合装置的工艺。
但是,申请人在研究中发现:采用上述专利方法做出来的产品,应用在光学部件上,会存在结晶点,严重影响光学部件的光学性能。针对上述技术问题,申请人发现,现有溶液聚合制备COC的技术方案中,在反应过程中会产生聚乙烯等不溶物,在工业化过程中如不进行有效设计规避,则会严重影响产品的品质,降低产品的透明度和耐热性,同时造成反应釜内壁附着、管路堵塞,最终影响生产安全。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题,本发明提供了一种环烯烃共聚物连续溶液聚合模试装置及方法,所述装置重点在聚合反应釜的底部设置带有电磁开关阀的出料管线,电磁开关阀包括至少两个出口并分别连接带有过滤器的过滤管,至少两个所述过滤管汇合至带有液位调节阀的聚合物溶液出料管,基于液位计与电磁开关阀的信号连接、液位计与液位调节阀的信号连接,使得反应过程中产生的聚乙烯等不溶物被过滤,并维持聚合反应釜内液位在目标设定值,解决了环烯烃共聚物溶液聚合过程中产生不溶物,严重影响产品的品质,降低产品的透明度和耐热性的问题,可以保证产品的透光率>90.0%,雾度<1.0%,同时解决了管路堵塞的问题,保障了环烯烃共聚物连续溶液聚合的安全稳定运行。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
本发明的目的之一在于提供一种环烯烃共聚物连续溶液聚合模试装置,包括有:
聚合反应釜,用于聚合反应,所述聚合反应釜上安装有液位计;
液体进料管线,用于供应液体原料,所述液体进料管线的出口端与所述聚合反应釜相连接;
气体进料管线,用于供应气体原料,所述气体进料管线的出口端与所述聚合反应釜相连接;
排气管线,用于排放尾气,所述排气管线的入口端与所述聚合反应釜相连接;
在所述聚合反应釜的底部设置带有电磁开关阀的出料管线,所述电磁开关阀与所述液位计信号连接,所述电磁开关阀包括至少两个出口并分别连接带有过滤器的过滤管,至少两个所述过滤管汇合至带有液位调节阀的聚合物溶液出料管,所述液位调节阀与所述液位计信号连接;所述电磁开关阀实现自动切换至某一个所述带有过滤器的过滤管保证连通,所述液位调节阀实现所述聚合反应釜内液位在目标设定值。
本发明所述装置重点在聚合反应釜的底部设置带有电磁开关阀的出料管线,电磁开关阀包括至少两个出口并分别连接带有过滤器的过滤管,至少两个所述过滤管汇合至带有液位调节阀的聚合物溶液出料管,基于液位计与电磁开关阀的信号连接、液位计与液位调节阀的信号连接,使得反应过程中产生的聚乙烯等不溶物被过滤,并维持聚合反应釜内液位在目标设定值,解决了环烯烃共聚物溶液聚合过程中产生不溶物,严重影响产品的品质,降低产品的透明度和耐热性的问题,可以保证产品的透光率>90.0%,雾度<1.0%,同时解决了管路堵塞的问题,保障了环烯烃共聚物连续溶液聚合的安全稳定运行。
作为本发明优选的技术方案,所述电磁开关阀包括两个出口并分别连接带有第一过滤器的过滤管与带有第二过滤器的过滤管,在所述第一过滤器的出口设置第一单向阀,在所述第二过滤器的出口设置第二单向阀,两个所述过滤管汇合至带有液位调节阀的聚合物溶液出料管。
需要说明的是,本发明所述电磁开关阀优选为一进二出式电磁开关阀,两个出口分别为A和B,始终保持一侧全开另一侧全关,例如通电是A开B关,断电则A关B开,上述操作在控制系统中完成。开始运行打开电磁开关阀通电走A出口,釜内液位维持在液位计的第一设定值,即,目标设定值,当第一过滤器堵塞导致液位计监测到液位升至第二设定值,即调节电磁开关阀通断电状态所对应的设定值,此时断电则电磁开关阀出口由A切换至B,液位回至第一设定值并保持,当B出口后端的第二过滤器堵塞使液位计升至第二设定值,通电使电磁开关阀出口由B切换至A,液位回至第一设定值并保持,以此形成连续自动控制;本发明所述过滤器都是带快拆滤芯的过滤器,当电磁开关阀出现切换的时候,控制系统会发出提醒,操作人员对滤芯进行快速更换即可。
作为本发明优选的技术方案,所述液体进料管线包括并联设置的共单体进料管线、溶剂进料管线、催化剂进料管线、助催化剂进料管线;
沿共单体流动方向,所述共单体进料管线上依次设置共单体纯化柱、共单体计量泵、共单体流量计,所述共单体计量泵与所述共单体流量计之间信号连接;
沿溶剂流动方向,所述溶剂进料管线上依次设置溶剂纯化柱、溶剂计量泵、溶剂流量计,所述溶剂计量泵与所述溶剂流量计之间信号连接;
沿催化剂流动方向,所述催化剂进料管线上依次设置催化剂配置罐、催化剂进料罐、催化剂计量泵、催化剂流量计,所述催化剂计量泵与所述催化剂流量计之间信号连接;
沿助催化剂流动方向,所述助催化剂进料管线上依次设置助催化剂配置罐、助催化剂进料罐、助催化剂计量泵、助催化剂流量计,所述助催化剂计量泵与所述助催化剂流量计之间信号连接;
所述气体进料管线包括并联设置的带有α-烯烃流量计的α-烯烃管线、带有氢气流量计的氢气管线、带有惰性气体流量计的惰性气体管线。
需要说明的是,本发明所述共单体纯化柱的内部填充除氧除水填料,共单体计量泵用于将共单体经过共单体纯化柱输送至聚合反应釜;本发明所述溶剂纯化柱的内部填充除氧除水填料,溶剂计量泵用于将溶剂经过溶剂纯化柱输送至聚合反应釜;催化剂配置罐用于将催化剂和溶剂配置成催化剂进料溶液,配置好的溶液转移至催化剂进料罐中,将溶液由催化剂计量泵输送至聚合反应釜;助催化剂配置罐用于将助催化剂和溶剂配置成助催化剂进料溶液,配置好的溶液转移至助催化剂进料罐中,将溶液由助催化剂计量泵输送至聚合反应釜;α-烯烃管线安装有带控制阀的流量计,氢气管线安装有带控制阀的流量计,惰性气体管线安装有带控制阀的流量计。
作为本发明优选的技术方案,所述聚合反应釜上安装有温度计,沿尾气流动方向,所述排气管线上依次设置压力计、压力调节阀,所述压力计与所述压力调节阀之间信号连接,在所述压力调节阀之后设置一旁路用于在线气相色谱。
需要说明的是,本发明所述温度计用于监测釜内溶液温度,压力计用于监测釜内压力,调节阀用于控制釜内压力,在线气相色谱用于监测尾气。
需要说明的是,本发明所述聚合反应釜的搅拌器选用下推进式斜桨,与搅拌轴固定连接有釜内壁刮板,聚合物溶液采取釜底出料形式。
作为本发明优选的技术方案,所述过滤器的滤芯孔径为7~100μm,例如7μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm等,但并不仅限于所列举的数值,上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明的目的之二在于提供一种环烯烃共聚物连续溶液聚合模试方法,采用目的之一所述的环烯烃共聚物连续溶液聚合模试装置,所述方法包括:
气体原料通过气体进料管线进入聚合反应釜,液体原料通过液体进料管线进入聚合反应釜,所述气体原料与所述液体原料在聚合反应釜中发生聚合反应,产生聚合物溶液和尾气;所述尾气通过排气管线排出;所述聚合物溶液通过带有电磁开关阀的出料管线,在液位计信号指示下,电磁开关阀自动切换至某一个带有过滤器的过滤管保证连通,使得所述聚合物溶液通过带有液位调节阀的聚合物溶液出料管进行收集,在液位计信号指示下,调整液位调节阀的阀门开度,维持聚合反应釜内液位在目标设定值。
本发明提供了一种环烯烃共聚物连续溶液聚合模试方法,基于本发明所述装置提供了一种将反应过程中产生的聚乙烯等不溶物过滤的过滤方法,采用溶液聚合法,共单体、溶剂、催化剂、助催化剂经计量泵进入反应釜,乙烯、氢气、惰性气体通过气体流量计进入反应釜进行反应,聚合物溶液从釜底进入电磁开关阀及过滤器,过滤掉不溶物后经液位计控制液位调节阀出料;整套装置工艺简明,可通过自动化控制实现连续聚合。
作为本发明优选的技术方案,所述液体原料包括共单体、溶剂、催化剂、助催化剂;
所述共单体进入共单体进料管线,依次通过共单体纯化柱、共单体计量泵、共单体流量计进入聚合反应釜;
所述溶剂进入溶剂进料管线,依次通过溶剂纯化柱、溶剂计量泵、溶剂流量计进入聚合反应釜;
所述催化剂进入催化剂进料管线,先与溶剂在催化剂配置罐中配置得到催化剂进料溶液,再依次通过催化剂进料罐、催化剂计量泵、催化剂流量计进入聚合反应釜;
所述助催化剂进入助催化剂进料管线,先与溶剂在助催化剂配置罐中配置得到助催化剂进料溶液,再依次通过助催化剂进料罐、助催化剂计量泵、助催化剂流量计进入聚合反应釜;
所述气体原料包括α-烯烃、氢气、惰性气体;所述α-烯烃通过带有α-烯烃流量计的α-烯烃管线,氢气通过带有氢气流量计的氢气管线,惰性气体通过带有惰性气体流量计的惰性气体管线,三者在气体进料管线中汇合后进入聚合反应釜。
作为本发明优选的技术方案,所述共单体包括四环十二碳烯及其衍生物或降冰片烯及其衍生物;
所述催化剂包括含有过渡金属的茂金属化合物,主要包括了含有Ti,Zr,Hf的茂金属化合物,所述催化剂包括Me2Si(Ind)2ZrCl2、Et(Ind)2ZrCl2、Me2SiCp2ZrCl2、(Ind)2ZrCl2、EtCp(Ind)ZrCl2、EtCp(Flu)ZrCl2、Ph2Cp(Ind)ZrCl2、Ph2Cp(Flu)ZrCl2、Me2(Ind)2ZrCl2、Me2Si(Ind)2TiCl2、Et(Ind)2TiCl2、Me2SiCp2TiCl2、(Ind)2TiCl2、EtCp(Ind)TiCl2、EtCp(Flu)TiCl2、Ph2Cp(Ind)TiCl2、Ph2Cp(Flu)TiCl2、Me2(Ind)2TiCl2、Me2Si(Ind)2HfCl2、Et(Ind)2HfCl2、Me2SiCp2HfCl2、(Ind)2HfCl2、EtCp(Ind)HfCl2、EtCp(Flu)HfCl2、Ph2Cp(Ind)HfCl2、Ph2Cp(Flu)HfCl2或Me2(Ind)2HfCl2中的任意一种或至少两种的组合。
所述助催化剂包括三烷基铝、烷基铝氧烷或有机硼化合物中的任意一种或至少两种的组合,所述助催化剂包括三甲基铝、三乙基铝、三异丁基铝、二乙基乙氧基铝、一氯二乙基铝、二氯乙基铝、倍半乙基氯化铝、三辛基铝、甲基铝氧烷(MAO)、改性甲基铝氧烷(MMAO)、乙基铝氧烷、环硼氧烷、三乙基硼烷、三苯基硼烷、三苯基硼烷氨络合物、硼氢化钠、硼酸三丁酯、硼酸三异丙酯、三(五氟苯基)硼烷、三苯甲基四(五氟苯基)硼酸盐、三(对正辛基苯)甲基四(五氟苯基)硼酸盐、二甲基苯基铵四(五氟苯基)硼酸盐、二乙基苯基铵四(五氟苯基)硼酸盐、甲基二苯基铵四(五氟苯基)硼酸盐、乙基二苯基铵四(五氟苯基)硼酸盐中的任意一种或至少两种的组合。
所述溶剂包括甲苯、二甲苯、正己烷、环己烷或正庚烷中的任意一种或至少两种的组合;
所述α-烯烃为乙烯,所述惰性气体包括氮气和/或氩气,惰性气体为不参与聚合反应的测试气体。
作为本发明优选的技术方案,所述尾气进入排气管线,依次通过压力计、压力调节阀后被放空;其中,在所述压力调节阀之后设置一旁路,导出部分尾气进行在线气相色谱;所述压力计监测聚合反应釜内部的压力至设定值后,将信号传至压力调节阀控制阀门开度,维持聚合反应釜内部的压力恒定。
作为本发明优选的技术方案,所述聚合反应的反应温度为20~90℃,例如20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃或90℃等,反应压力为2.0~5.0bar,例如2.0bar、2.5bar、3.0bar、3.5bar、4.0bar、4.5bar或5.0bar等,停留时间为5~30min,例如5min、8min、10min、13min、15min、18min、20min、23min、25min、27min或30mi等,但并不仅限于所列举的数值,上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
与现有技术方案相比,本发明至少具有以下有益效果:
本发明提供了一种环烯烃共聚物连续溶液聚合模试装置及方法,所述装置重点在聚合反应釜的底部设置带有电磁开关阀的出料管线,电磁开关阀包括至少两个出口并分别连接带有过滤器的过滤管,至少两个所述过滤管汇合至带有液位调节阀的聚合物溶液出料管,基于液位计与电磁开关阀的信号连接、液位计与液位调节阀的信号连接,使得反应过程中产生的聚乙烯等不溶物被过滤,并维持聚合反应釜内液位在目标设定值,解决了环烯烃共聚物溶液聚合过程中产生不溶物,严重影响产品的品质,降低产品的透明度和耐热性的问题,可以保证产品的透光率>90.0%,雾度<1.0%,同时解决了管路堵塞的问题,保障了环烯烃共聚物连续溶液聚合的安全稳定运行。
附图说明
图1是本发明所述环烯烃共聚物连续溶液聚合模试装置的示意图;
图2是图1中聚合反应釜的搅拌器示意图;
图中:1-聚合反应釜,11-液位计,12-在线气相色谱,13-温度计,14-压力计,15-压力调节阀;16-下推进式斜桨;17-搅拌轴;18-釜内壁刮板;2-共单体纯化柱,21-共单体计量泵,22-共单体流量计;3-溶剂纯化柱,31-溶剂计量泵,32-溶剂流量计;4-催化剂配制罐,41-催化剂进料罐,42-催化剂计量泵,43-催化剂流量计;5-助催化剂配置罐,51-助催化剂进料罐,52-助催化剂计量泵,53-助催化剂流量计;6-进气管线,61-α-烯烃流量计,62-氢气流量计,63-惰性气体流量计;7-出料管线,71-电磁开关阀,72-第一过滤器,73-第二过滤器,74-第一单向阀,75-第二单向阀,76-液位调节阀。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为更好地说明本发明,便于理解本发明的技术方案,本发明的典型但非限制性的实施例如下:
本发明提供了一种环烯烃共聚物连续溶液聚合模试装置,其示意图如图1所示,包括有:
聚合反应釜1,用于聚合反应,所述聚合反应釜1上安装有液位计11;
液体进料管线,用于供应液体原料,所述液体进料管线的出口端与所述聚合反应釜1相连接;
气体进料管线6,用于供应气体原料,所述气体进料管线6的出口端与所述聚合反应釜1相连接;
排气管线,用于排放尾气,所述排气管线的入口端与所述聚合反应釜1相连接;
在所述聚合反应釜1的底部设置带有电磁开关阀71的出料管线7,所述电磁开关阀71与所述液位计11信号连接,所述电磁开关阀71包括至少两个出口并分别连接带有过滤器的过滤管,至少两个所述过滤管汇合至带有液位调节阀76的聚合物溶液出料管,所述液位调节阀76与所述液位计11信号连接;所述电磁开关阀71实现自动切换至某一个所述带有过滤器的过滤管保证连通,所述液位调节阀76实现所述聚合反应釜1内液位在目标设定值;
所述电磁开关阀71包括两个出口并分别连接带有第一过滤器72的过滤管与带有第二过滤器73的过滤管,在所述第一过滤器72的出口设置第一单向阀74,在所述第二过滤器73的出口设置第二单向阀75,两个所述过滤管汇合至带有液位调节阀76的聚合物溶液出料管;即,所述电磁开关阀71为一进二出式电磁开关阀,两个出口分别为A和B;
所述液体进料管线包括并联设置的共单体进料管线、溶剂进料管线、催化剂进料管线、助催化剂进料管线;
沿共单体流动方向,所述共单体进料管线上依次设置共单体纯化柱2、共单体计量泵21、共单体流量计22,所述共单体计量泵21与所述共单体流量计22之间信号连接;
沿溶剂流动方向,所述溶剂进料管线上依次设置溶剂纯化柱3、溶剂计量泵31、溶剂流量计32,所述溶剂计量泵31与所述溶剂流量计32之间信号连接;
沿催化剂流动方向,所述催化剂进料管线上依次设置催化剂配置罐4、催化剂进料罐41、催化剂计量泵42、催化剂流量计43,所述催化剂计量泵42与所述催化剂流量计43之间信号连接;
沿助催化剂流动方向,所述助催化剂进料管线上依次设置助催化剂配置罐5、助催化剂进料罐51、助催化剂计量泵52、助催化剂流量计53,所述助催化剂计量泵52与所述助催化剂流量计53之间信号连接;
所述气体进料管线6包括并联设置的带有α-烯烃流量计61的α-烯烃管线、带有氢气流量计62的氢气管线、带有惰性气体流量计63的惰性气体管线;
所述聚合反应釜1上安装有温度计13,沿尾气流动方向,所述排气管线上依次设置压力计14、压力调节阀15,所述压力计14与所述压力调节阀15之间信号连接,在所述压力调节阀15之后设置一旁路用于在线气相色谱12;
其中,图2示出了图1中聚合反应釜1的搅拌器示意图,所述聚合反应釜的搅拌器选用下推进式斜桨16,聚合物溶液采取釜底出料形式,与搅拌轴17固定连接有釜内壁刮板18,釜内壁刮板18的横向距离稍微小于釜内径,既不会与釜壁发生摩擦,影响搅拌,还可以有效避免釜壁上附着不溶物。
实施例1
本实施例提供了一种环烯烃共聚物连续溶液聚合模试方法,共单体为四环十二碳烯,α-烯烃为乙烯,采用图1所示装置,所述方法包括:
气体原料通过气体进料管线6进入聚合反应釜1,所述气体原料包括乙烯、氢气、惰性气体;所述乙烯通过带有α-烯烃流量计61的α-烯烃管线,氢气通过带有氢气流量计62的氢气管线,惰性气体通过带有惰性气体流量计63的惰性气体管线,三者在气体进料管线6中汇合后再进入聚合反应釜1;
液体原料通过液体进料管线进入聚合反应釜1,采用四条液体原料管线进料,所述共单体进入共单体进料管线,依次通过共单体纯化柱2、共单体计量泵21、共单体流量计22进入聚合反应釜1;所述溶剂进入溶剂进料管线,依次通过溶剂纯化柱3、溶剂计量泵31、溶剂流量计32进入聚合反应釜1;所述催化剂进入催化剂进料管线,先与溶剂在催化剂配置罐4中配置得到催化剂进料溶液,再依次通过催化剂进料罐41、催化剂计量泵42、催化剂流量计43进入聚合反应釜1;所述助催化剂进入助催化剂进料管线,先与溶剂在助催化剂配置罐5中配置得到助催化剂进料溶液,再依次通过助催化剂进料罐51、助催化剂计量泵52、助催化剂流量计53进入聚合反应釜1;
所述气体原料与所述液体原料在聚合反应釜1中发生聚合反应,产生聚合物溶液和尾气;所述尾气通过排气管线排出;所述聚合物溶液通过带有电磁开关阀71的出料管线7,在液位计11信号指示下,电磁开关阀71自动切换至某一个带有过滤器的过滤管保证连通,使得所述聚合物溶液通过带有液位调节阀76的聚合物溶液出料管进行收集,在液位计11信号指示下,调整液位调节阀76的阀门开度,维持聚合反应釜1内液位在目标设定值;
采用三条气体原料管线进料,采用乙烯、氢气和氮气在进釜前混合进料,乙烯的进料速率为40NL/h,氢气的进料速率为1.0NL/h,氮气的进料速率为30NL/h;采用四条液体原料管线进料,四环十二碳烯的进料速率为0.1L/h,溶剂采用的甲苯,以0.62L/h的速度进料;采用的催化剂是Me2(Cp)(Flu)ZrCl2,用甲苯配制成浓度为10μmol/L的溶液,以0.64L/h的速度进料;助催化剂为MAO,用甲苯配制成20mmol/L的溶液,以0.64L/h的速度进料;聚合反应釜1的有效容积为1.0L,进行连续聚合的反应温度为50℃,聚合压力为5.0bar,停留时间为30min,本实施例中第4个停留时间即可达到稳态,稳态样品经洗涤处理80℃真空烘干24h,一个停留时间得到39.2g乙烯四环十二碳烯共聚物,将自动过滤器滤芯中一个停留时间中的不溶物洗出80℃真空干燥24h得到0.13g白色固体。
实施例2
本实施例提供了一种环烯烃共聚物连续溶液聚合模试方法,共单体为四环十二碳烯,α-烯烃为乙烯,相比于实施例1,区别仅在于:
四环十二碳烯的进料速率为0.09L/h,催化剂改为Et(Ind)2ZrCL2以0.90L/h的速度进料,助催化剂MAO以0.87L/h的速度进料,甲苯以1.14L/h的速度进料,聚合温度为80℃,停留时间为20min,其余条件与实施例1相同。经聚合后处理得到20.3g乙烯四环十二碳烯共聚物,不溶物1.13g白色固体。
实施例3
本实施例提供了一种环烯烃共聚物连续溶液聚合模试方法,共单体为降冰片烯,α-烯烃为乙烯,相比于实施例1,区别仅在于:
降冰片烯的进料速率为0.04L/h,催化剂改为Et(Ind)2TiCl2以0.72L/h的速度进料,助催化剂三乙基铝以0.73L/h的速度进料,甲苯以0.51L/h的速度进料,聚合温度为40℃,聚合压力保持在3bar,其余条件与实施例1相同。经聚合后处理得到25.6g乙烯降冰片烯共聚物,不溶物1.26g白色固体。
实施例4
本实施例提供了一种环烯烃共聚物连续溶液聚合模试方法,共单体为降冰片烯,α-烯烃为乙烯,相比于实施例1,区别仅在于:
降冰片烯的进料速率为0.72L/h,催化剂改为Et(Ind)2TiCl2以3.84L/h的速度进料,助催化剂三乙基铝以3.84L/h的速度进料,甲苯以3.60L/h的速度进料,聚合温度为40℃,聚合压力保持在3bar,停留时间5min,其余条件与实施例1相同。经聚合后处理得到35.7g乙烯降冰片烯共聚物,不溶物0.21g白色固体。
实施例5
本实施例提供了一种环烯烃共聚物连续溶液聚合模试方法,共单体为降冰片烯,α-烯烃为乙烯,相比于实施例1,区别仅在于:
降冰片烯的进料速率为0.12L/h,催化剂改为Ph2(Cp)(Flu)ZrCl2以0.64L/h的速度进料,助催化剂MAO以0.64L/h的速度进料,甲苯以0.6L/h的速度进料,聚合温度为20℃,聚合压力保持在2bar,其余条件与实施例1相同。经聚合后处理得到46.1g乙烯降冰片烯共聚物,不溶物0.46g白色固体。
对比例1
本对比例提供了一种环烯烃共聚物连续溶液聚合模试方法,共单体为四环十二碳烯,α-烯烃为乙烯,相比于实施例1,区别仅在于:
将装置中的电磁开关阀71、第一过滤器72、第二过滤器73、第一单向阀74、第二单向阀75完全删除,使得聚合物溶液直接通过带有液位调节阀76的聚合物溶液出料管进行收集,其余条件与实施例1相同。经聚合后处理得到40.2g乙烯四环十二碳烯共聚物。
将上述实施例与对比例得到的环烯烃共聚物进行如下性能表征,相关测试结果汇总在表1中:
(1)活性:聚合物反应活性=反应产生的聚合物(包括共聚物和不溶物)Kg/(使用的催化剂摩尔量mmol×停留时间h);
(2)玻璃化温度(Tg):由TAInstruments DSC25测定;取5.0~7.0mg聚合物样品,以20℃/min升温到260℃,恒温5min以消除热历史,然后以10℃/min降温到-40℃,再恒温3min后,以10℃/min速度升温到260℃,从第二次升温曲线中得到聚合物的玻璃化温度;
(3)透光率和雾度:由远方HAM-200雾度计测定,将聚合物模压成直径25mm,厚度1mm的原片,在380~780nm的标准C光源下测试得到透光率和雾度;
(4)聚合物的重均分子量(Mw)及其分布指数(PDI):采用高温凝胶渗透色谱测定(PL-GPC220);以1,2,4-三氯苯为溶剂,在160℃下配成0.1~0.3wt%的聚合物溶液,以窄分子量分布的聚苯乙烯为标样在160℃下测定,溶剂流速1.0ml/min;对所有PS标样使用参数k=5.91×10-4,α=0.69。
表1
由表1可以看出,采用本发明所述环烯烃共聚物连续溶液聚合模试装置及方法,通过过滤器过滤后的样品透光率明显更高,透光率>90.0%,雾度更低,雾度<1.0%;同时,将实施例1和对比例1比较后发现,实施例1得到的过滤后聚合物样品的玻璃化转变温度提高,说明耐热性增强,故本发明解决了现有技术中不溶物影响产品品质的问题。
综上所述,本发明提供了一种环烯烃共聚物连续溶液聚合模试装置及方法,所述装置重点在聚合反应釜的底部设置带有电磁开关阀的出料管线,电磁开关阀包括至少两个出口并分别连接带有过滤器的过滤管,至少两个所述过滤管汇合至带有液位调节阀的聚合物溶液出料管,基于液位计与电磁开关阀的信号连接、液位计与液位调节阀的信号连接,使得反应过程中产生的聚乙烯等不溶物被过滤,并维持聚合反应釜内液位在目标设定值,解决了环烯烃共聚物溶液聚合过程中产生不溶物,严重影响产品的品质,降低产品的透明度和耐热性的问题,可以保证产品的透光率>90.0%,雾度<1.0%,同时解决了管路堵塞的问题,保障了环烯烃共聚物连续溶液聚合的安全稳定运行。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征,但本发明并不局限于上述详细结构特征,即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (8)
1.一种环烯烃共聚物连续溶液聚合模试装置,其特征在于,包括有:
聚合反应釜(1),用于聚合反应,所述聚合反应釜(1)上安装有液位计(11);
液体进料管线,用于供应液体原料,所述液体进料管线的出口端与所述聚合反应釜(1)相连接;
气体进料管线(6),用于供应气体原料,所述气体进料管线(6)的出口端与所述聚合反应釜(1)相连接;
排气管线,用于排放尾气,所述排气管线的入口端与所述聚合反应釜(1)相连接;
在所述聚合反应釜(1)的底部设置带有电磁开关阀(71)的出料管线(7),所述电磁开关阀(71)与所述液位计(11)信号连接,所述电磁开关阀(71)包括至少两个出口并分别连接带有过滤器的过滤管,至少两个所述过滤管汇合至带有液位调节阀(76)的聚合物溶液出料管,所述液位调节阀(76)与所述液位计(11)信号连接;所述电磁开关阀(71)实现自动切换至某一个所述带有过滤器的过滤管保证连通,所述液位调节阀(76)实现所述聚合反应釜(1)内液位在目标设定值;
其中,所述过滤器的滤芯孔径为7~100μm;
其中,所述电磁开关阀(71)包括两个出口并分别连接带有第一过滤器(72)的过滤管与带有第二过滤器(73)的过滤管,在所述第一过滤器(72)的出口设置第一单向阀(74),在所述第二过滤器(73)的出口设置第二单向阀(75),两个所述过滤管汇合至带有液位调节阀(76)的聚合物溶液出料管。
2.根据权利要求1所述的环烯烃共聚物连续溶液聚合模试装置,其特征在于,所述液体进料管线包括并联设置的共单体进料管线、溶剂进料管线、催化剂进料管线、助催化剂进料管线;
沿共单体流动方向,所述共单体进料管线上依次设置共单体纯化柱(2)、共单体计量泵(21)、共单体流量计(22),所述共单体计量泵(21)与所述共单体流量计(22)之间信号连接;
沿溶剂流动方向,所述溶剂进料管线上依次设置溶剂纯化柱(3)、溶剂计量泵(31)、溶剂流量计(32),所述溶剂计量泵(31)与所述溶剂流量计(32)之间信号连接;
沿催化剂流动方向,所述催化剂进料管线上依次设置催化剂配置罐(4)、催化剂进料罐(41)、催化剂计量泵(42)、催化剂流量计(43),所述催化剂计量泵(42)与所述催化剂流量计(43)之间信号连接;
沿助催化剂流动方向,所述助催化剂进料管线上依次设置助催化剂配置罐(5)、助催化剂进料罐(51)、助催化剂计量泵(52)、助催化剂流量计(53),所述助催化剂计量泵(52)与所述助催化剂流量计(53)之间信号连接;
所述气体进料管线(6)包括并联设置的带有α-烯烃流量计(61)的α-烯烃管线、带有氢气流量计(62)的氢气管线、带有惰性气体流量计(63)的惰性气体管线。
3.根据权利要求1所述的环烯烃共聚物连续溶液聚合模试装置,其特征在于,所述聚合反应釜(1)上安装有温度计(13),沿尾气流动方向,所述排气管线上依次设置压力计(14)、压力调节阀(15),所述压力计(14)与所述压力调节阀(15)之间信号连接,在所述压力调节阀(15)之后设置一旁路用于在线气相色谱(12)。
4.一种环烯烃共聚物连续溶液聚合模试方法,其特征在于,采用权利要求1~3任一项所述的环烯烃共聚物连续溶液聚合模试装置,所述方法包括:
气体原料通过气体进料管线(6)进入聚合反应釜(1),液体原料通过液体进料管线进入聚合反应釜(1),所述气体原料与所述液体原料在聚合反应釜(1)中发生聚合反应,产生聚合物溶液和尾气;所述尾气通过排气管线排出;所述聚合物溶液通过带有电磁开关阀(71)的出料管线(7),在液位计(11)信号指示下,电磁开关阀(71)自动切换至某一个带有过滤器的过滤管保证连通,使得所述聚合物溶液通过带有液位调节阀(76)的聚合物溶液出料管进行收集,在液位计(11)信号指示下,调整液位调节阀(76)的阀门开度,维持聚合反应釜(1)内液位在目标设定值。
5.根据权利要求4所述的环烯烃共聚物连续溶液聚合模试方法,其特征在于,所述液体原料包括共单体、溶剂、催化剂、助催化剂;
所述共单体进入共单体进料管线,依次通过共单体纯化柱(2)、共单体计量泵(21)、共单体流量计(22)进入聚合反应釜(1);
所述溶剂进入溶剂进料管线,依次通过溶剂纯化柱(3)、溶剂计量泵(31)、溶剂流量计(32)进入聚合反应釜(1);
所述催化剂进入催化剂进料管线,先与溶剂在催化剂配置罐(4)中配置得到催化剂进料溶液,再依次通过催化剂进料罐(41)、催化剂计量泵(42)、催化剂流量计(43)进入聚合反应釜(1);
所述助催化剂进入助催化剂进料管线,先与溶剂在助催化剂配置罐(5)中配置得到助催化剂进料溶液,再依次通过助催化剂进料罐(51)、助催化剂计量泵(52)、助催化剂流量计(53)进入聚合反应釜(1);
所述气体原料包括α-烯烃、氢气、惰性气体;所述α-烯烃通过带有α-烯烃流量计(61)的α-烯烃管线,氢气通过带有氢气流量计(62)的氢气管线,惰性气体通过带有惰性气体流量计(63)的惰性气体管线,三者在气体进料管线(6)中汇合后进入聚合反应釜(1)。
6.根据权利要求5所述的环烯烃共聚物连续溶液聚合模试方法,其特征在于,所述共单体包括四环十二碳烯及其衍生物或降冰片烯及其衍生物;
所述催化剂包括含有过渡金属的茂金属化合物;
所述助催化剂包括三烷基铝、烷基铝氧烷或有机硼化合物中的任意一种或至少两种的组合;
所述溶剂包括甲苯、二甲苯、正己烷、环己烷或正庚烷中的任意一种或至少两种的组合;
所述α-烯烃为乙烯,所述惰性气体包括氮气和/或氩气。
7.根据权利要求4所述的环烯烃共聚物连续溶液聚合模试方法,其特征在于,所述尾气进入排气管线,依次通过压力计(14)、压力调节阀(15)后被放空;其中,在所述压力调节阀(15)之后设置一旁路,导出部分尾气进行在线气相色谱(12);所述压力计(14)监测聚合反应釜(1)内部的压力至设定值后,将信号传至压力调节阀(15)控制阀门开度,维持聚合反应釜(1)内部的压力恒定。
8.根据权利要求4所述的环烯烃共聚物连续溶液聚合模试方法,其特征在于,所述聚合反应的反应温度为20~90℃,反应压力为2.0~5.0bar,停留时间为5~30min。
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