CN1412205A

CN1412205A - 塔式反应器合成高分子化合物

Info

Publication number: CN1412205A
Application number: CN 01135929
Authority: CN
Inventors: 林鸿亮
Original assignee: Shenzhen Xingyuan Gas Turbine Service & Development Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Xingyuan Gas Turbine Service & Development Co Ltd
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2003-04-23

Abstract

本发明是一种新型高分子化合物合成方法。该方法以填料塔作为塔式反应器，通过建立相应的物料循环系统，制备高分子化合物。该方法不仅使单体原料的聚合反应速度快、转化率高以及产物收率好，而且适应范围广、操作弹性大，同时使聚合物的聚合度、分子量及分子量分布易于控制。

Description

塔式反应器合成高分子化合物

本发明涉及有机高分子化合物的合成技术领域。

调查研究发现，目前对高分子化合物的合成，基本上采用间歇带搅拌的釜式反应器法，也有采用管式反应器、带桨叶或挡板的塔式反应器、流化床反应器和螺杆型反应器等特殊反应器的。但是在这些方法中，均存在反应介质接触面小、传质传热效率低及反应不充分等缺点，从而造成反应物料转化率低、产品收率不高，而且对聚合物产品的分子量、聚合度以及分子量分布较难控制，进而影响产品质量。尤其对一些具有不同聚合度的水溶性及油溶性高分子化合物，更是如此。

本发明之目的就是要建立一种新型、高效、适应性强的合成方法来制备高分子化合物，尤其对一些可以有不同聚合度和分子量要求的水溶性及油溶性高分子化合物。该发明以填料塔作为反应器，通过在塔内装填高效填料并建立相应的汽、液相密闭循环来有效地实现合成反应，进而制备高分子聚合物产品。以本发明方法制备的高分子化合物就能克服釜式法制高分子化合物在上述工艺和产品上的缺点。因为该方法中的填料塔式反应器为反应物料提供了充分的接触空间和时间，使反应系统不仅具有普通填料塔传质传热效率高、操作弹性好、适用范围广等特点，而且使系统内温度呈梯度变化，非常有利于聚合反应的进行，从而保证了系统反应速度和转化率的提高。同时能方便地控制聚合反应的进行，达到对聚合物聚合度、分子量控制的目的。通过对以环氧乙烷、环氧丙丙烷为起始原料，以多元醇为引发剂，合成嵌段共聚高分子化合物进行试验，结果证明该方法不仅在对聚合物分子量分布、聚合度的控制方面比釜式法方便，从而很容易地实现产品所设定的分子量和聚合度。而且反应速度比釜式法快许多倍，生产能力大大提高，产品的其它质量技术指标也均优于釜式法。

本发明的技术方案包括如下设备与装置：

填料塔式反应器、换热器；气、液相强制循环系统；控制系统；以及其它相应的辅助设备。

附图1为本发明的技术方案流程示意图。

在本发明的试验体系中，反应体系为气—液非均相反应系统，体系内气体为连续相、液体为分散相，气液两相能充分、均匀混合，从而达到高速传质、传热与充分反应。体系中局部热效应小，付反应受到抑制，从而保证了主反应及产率，使聚合物分子中结构单元均一、产品的相对分子量分布变窄。另外，在系统中引入惰性气体(N₂)，既为系统起保护作用又为气相增加了分压，使系统物料反应几率增加、反应更完全。反应系统的操作是采用逆流操作，气相从塔下部引入，液体用塔底循环泵经换热后送至塔顶部喷淋而下，气液两相在塔内逆流接触进行传质传热和反应。系统操作压力可通过循环风机、引入氮气和真空系统来调控，系统温度则通过塔釜加热器、循环换热器来控制。随着反应的进行，聚合物分子量增加，系统中物料的粘度越来越大，根据分子量与粘度的对应关系，就可以通过检测粘度来控制循环泵的转速和循环流量，进而有效地控制反应的进行，以达到方便地控制聚合物分子量和聚合度的目的。

通过工艺条件、操作参数的改变以及配方的调整，可以合成不同型号规格、性能各异、具有不同分子量分布和聚合度的高分子化合物。本发明的方法既适应于缩聚和离子型聚合，也适应于溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。在本发明的试验中，合成的是含环氧乙烷和环氧丙烷结构单元的嵌段型高分子化合物(其中包括油溶性与水溶性)，平均分子量可在1000～100000。对其它类油溶性或水溶性高分子化合物，其分子量可以达到更大。

本发明方法的重要技术特征是塔式反应器直径可不受限制，塔内填料为空隙率大、阻力降小、传质传热效率高的规整填料或乱堆填料，如Y型、X型、W型金属丝网、孔板规整填料及金属环形、阶梯形、矩鞍形与陶瓷环形、矩鞍形等乱堆填料。反应器及内构件(包括液体分布器、搅拌器、填料支撑环、支撑板、耳、架等)的材质可为碳钢、不锈钢、高强度塑料或内衬非金属材料。循环风机流量可在液泛气速以下、压缩比可为0～5.0、主体材质可为碳钢、不锈钢、高强度塑料或内衬非金属材料。循环泵可为防暴、耐腐(或普通)离心泵、螺杆泵、柱塞泵，主体材质可为碳钢、不锈钢、高强度塑料或内衬非金属材料，流量则按塔的结构和填料的具体型号来决定。

本发明结合实施例作如下进一步说明：

(1)按附图1建立填料塔式反应系统。反应器直径为Φ300mm，装250Y型不锈钢丝网填料高600mm(或乱堆填料高1000mm)，底部直径为Φ600mm，底部筒体高1000mm。同时建立汽、液相循环，其中循环风机流量在10～150m³/h、压缩比为1.10，功率1.5千瓦，主体材质为0Cr18Ni9Ti；循环泵为Y型防暴耐腐离心油泵，其扬程30m，流量20m³/h，功率3千瓦。其它未注明材质的设备，其材质为碳钢。

(2)在上述反应系统中，将乙二醇2.0kg，KOH 50g，加入塔底釜内，加热到100℃真空脱水。脱毕后，再加入二甲苯1500ml，升温至130℃～150℃，控制系统压力在0.35MPa，并在N₂保护下，分批加入环氧乙烷10kg和环氧丙烷2kg进行反应。同时开启气、液两相循环系统，并保持系统的温度、压力和操作流量的稳定，防止超压。风机流量控制在50m³/h，循环泵流量控制在15m³/h。

(3)反应2～3小时后，取样分析，测得游离环氧乙烷小于20ppm即可终止反应。并降温、减压，调整二甲苯含量后即得到半成品。

以同样的物料配方用前述的釜式带搅拌反应器进行同样分子量聚合物的对比合成试验，结果是本发明方法的转化率、产品收率比前者明显提高，反应速度也明显加快。

Claims

1.本合成方法工艺特征之一是反应器为填料塔式，所用填料为空隙率大、阻力降小、传质传热效率高的规整填料或乱堆填料，如Y型、X型、W型金属丝网、孔板规整填料及金属环形、阶梯形、矩鞍形与陶瓷环形、矩鞍形等乱堆填料等；

2.如权利要求1所述的反应器，其直径和高度不受限制；

3.如权利要求1、2所述反应器及内构件(包括液体分布器、填料支撑环、支撑板、耳、架等)的材质可为碳钢、不锈钢、高强度塑料以及内衬非金属材料等；

4.由权利要求1、2、3所述反应器组成的反应系统，包括汽、液相强制循环系统，同时，也可以使用塔内搅拌器；

5.由权利要求1、2、3、4所述反应系统合成的高分子化合物为油溶性(有机溶剂)或者水溶性的低、中、高聚物。