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推荐一种苯乙烯聚合微反应装置及微反应方法与流程

泰宁新闻网 http://www.tainingxinwen.cn 2020-10-18 09:00 出处:网络
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本发明涉及化工合成技术领域,具体设计一种苯乙烯聚合技术。



背景技术:

低分子量聚苯乙烯(ps)是一种用途广泛的高分子聚合物,具有优良的热稳定性及相容性质。既可直接用做点绝缘性能改进剂、颜料分散剂、增粘剂等,又可经改性后使用,如经溴化后获得的溴化聚苯乙烯(bps)可作为阻燃剂用于聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、尼龙(pa)等塑料的改性,经磺化后也可用作混凝土减水剂、水煤浆分散剂及钻井泥浆分散剂等。

以苯乙烯作为单体合成聚苯乙烯可通过多种途径实现,例如自由基聚合法、阳离子聚合法、配位聚合法以及阴离子聚合法等。其中,自由聚合法及阳离子聚合法所得到的产品分子量分布(通过多分散指数pdi表征)较宽,尽管通过链转移剂的使用可以适当改善pdi值。例如,中国专利cn00124447.7采用2,4-二间甲苯基-4-甲基-1-戊烯为链转移剂来控制聚苯乙烯的分子量和分子量分布,通过热引发自由基本体聚合或过氧化物引发悬浮聚合制得了低分子量聚苯乙烯,其获得的ps分量为1000-120000,pdi最低可达1.8。cn101824113a公开了一种叔丁基锂为引发剂的阴离子聚合工艺,尽管可以获得不同分子量的ps,但未公开其pdi方面的性质。因为窄分子量分布的ps在使用方面具有更好的技术效果,例如作为bps原料使用时,窄分子量分布的ps具有更好的阻燃特性,因此其生产技术备受关注。



技术实现要素:

本发明所要解决的第一个技术问题是:针对现有技术存在的不足,提供一种苯乙烯聚合微反应装置,能够实现连续化生产,生产效率高,且能精准控制重均分子量,获得分子量分布窄的聚苯乙烯产品。

本发明所要解决的第二个技术问题是:针对现有技术存在的不足,提供一种苯乙烯聚合微反应方法,能够实现连续化生产,生产效率高,反应过程容易控制,安全环保,且能精准控制重均分子量,获得分子量分布窄的聚苯乙烯产品。

为解决上述第一个技术问题,本发明的技术方案是:

一种苯乙烯聚合微反应装置,所述微反应装置包括依次连通的原料微混合器、气液微分散器、加热器、反应管道和淬灭微混合器;所述气液微分散器为微小通道混合器,所述微小通道混合器内至少含有一个t型或y型交汇的流体通道;所述微小通道混合器在t型或y型交汇处设有惰性气体进口;所述流体通道的水力学直径为0.5~5mm。

作为改进的一种技术方案,所述原料微混合器、所述淬灭微混合器选自微筛孔分散混合器或膜分散混合器。

作为改进的一种技术方案,所述微筛孔分散混合器中至少含有1个孔径为0.2~0.8mm的微筛孔。

作为改进的一种技术方案,所述膜分散混合器中至少含有一张面积≥10mm2的微孔膜;所述微孔膜的孔径为5~100μm。

作为改进的一种技术方案,所述加热器为列管式加热器。

作为改进的一种技术方案,所述反应管道为带有换热夹套的列管式反应管道。

为解决上述第二个技术问题,本发明的技术方案是:

一种聚苯乙烯微反应方法,使用所述的微反应装置,包括以下步骤:

(1)将苯乙烯溶于溶剂后形成的苯乙烯溶液和引发剂溶液分别通入所述原料微混合器内混合得到混合溶液;

(2)将所述混合溶液进入所述气液微分散器,惰性气体自所述气液微分散器的t型或y型交汇处进入,与所述混合溶液形成气液柱塞流;所述惰性气体与所述混合溶液的体积流量比为0.2~1:1;

(3)将所述气液柱塞流进入加热器,形成高温反应溶液;

(4)将所述高温反应溶液进入所述反应管道进行阴离子聚合反应,得到反应产物溶液;所述高温反应溶液和所述反应管道内物料的温度均为70~150℃,所述气液柱塞流在加热器和反应管道内的停留时间总计为0.1~10min;

(5)将所述反应产物溶液进入所述淬灭微混合器,与终止剂溶液混合淬灭反应,得到产物溶液;所述淬灭反应的温度在所述产物溶液的沸点10℃以下;

(6)将所述产物溶液经沉淀、过滤、干燥后得到聚苯乙烯产品。

作为优选的一种技术方案,所述混合溶液中苯乙烯的摩尔浓度为0.1~5mol/l、所述引发剂的摩尔浓度为0.1~1mol/l。

作为改进的一种技术方案,所述混合溶液的水含量低于120mg/l;所述苯乙烯溶液的体积流量是引发剂溶液的10~100倍。

作为优选的一种技术方案,所述引发剂溶液为正丁基锂溶液或异丁基锂溶液;所述溶剂为环己烷、甲基环己烷、甲苯、二甲苯的纯组分溶剂,或其与四氢呋喃、甲基四氢呋喃的混合物溶剂;其中四氢呋喃、甲基四氢呋喃在混合物溶剂中的质量分数≤25%。

作为改进的一种技术方案,所述惰性气体为含水量低于50mg/l的高纯氮气或氩气。

作为优选的一种技术方案,所述终止剂溶液为甲醇溶液、乙醇溶液或异丙醇溶液;所述淬灭反应时终止剂溶液的摩尔浓度为0.05~2mol/l。

作为改进的一种技术方案,所述淬灭微混合器内反应溶液体积流量是终止剂溶液的10~50倍,且终止剂与引发剂的摩尔比≥2。

由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:

本发明的微反应装置包括依次连通的原料微混合器、气液微分散器、加热器、反应管道和淬灭微混合器;所述气液微分散器为微小通道混合器,所述微小通道混合器内至少含有一个t型或y型交汇的流体通道;所述微小通道混合器在t型或y型交汇处设有惰性气体进口;所述流体通道的水力学直径为0.5~5mm。在气液微分散器内,惰性气体自t型或y型交汇处进入,通过在合理的水力学通道内控制合适的气液流量比,与原料混合溶液形成气液柱塞流,保证在反应管道中能够快速反应,并能精准控制聚合后产品聚苯乙烯的分子量和分子量分布,本发明制备的产品重均分子量可在1000-150000之间进行精准调控,pdi可达1.05。

本发明的苯乙烯聚合微反应方法,可以实现连续化生产,生产过程容易控制,安全环保。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例的结构示意图;

图中,1.原料微混合器;2.气液微分散器;21.惰性气体进口;3.加热器;4.反应管道;5.淬灭微混合器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例,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,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示,一种苯乙烯聚合微反应装置,所述微反应装置包括依次连通的原料微混合器1、气液微分散器2、加热器3、反应管道4和淬灭微混合器5;所述气液微分散器2为微小通道混合器,所述微小通道混合器内至少含有一个t型或y型交汇的流体通道;所述微小通道混合器在t型或y型交汇处设有惰性气体进口21。

作为优选的实施方式,所述原料微混合器、所述淬灭微混合器选自微筛孔分散混合器或膜分散混合器。所述微筛孔分散混合器中至少含有1个孔径为0.2~0.8mm的微筛孔。所述膜分散混合器中至少含有一张面积≥10mm2的微孔膜;所述微孔膜的孔径为5~100μm。所述流体通道的水力学直径为0.5~5mm。所述加热器为列管式加热器;所述反应管道为带有换热夹套的列管式反应管道。

实施例1

原料苯乙烯在使用前先进行提纯,提纯方法:将苯乙烯用5wt%的氢氧化钠溶液反复洗至无色(每次用量为苯乙烯质量的1/5),再用蒸馏水洗涤到水层呈中性为止,用无水硫酸镁干燥,干燥后的苯乙烯在20℃下进行减压蒸馏(真空度为:-0.1mpa),收集馏分既得。

实施例2

(1)将提纯后的苯乙烯溶于溶剂后形成的苯乙烯溶液和引发剂溶液分别通入原料微混合器内混合得到混合溶液;所述混合溶液的水含量低于120mg/l。

(2)将所述混合溶液进入气液微分散器,含水量低于50mg/l的高纯惰性气体自所述气液微分散器的t型或y型流体通道的交汇处进入,与所述混合溶液形成气液柱塞流;所述惰性气体与所述混合溶液的体积流量比为0.2~1:1。

(3)将所述气液柱塞流进入加热器,形成高温反应溶液。

(4)将所述高温反应溶液进入所述反应管道进行阴离子聚合反应,得到反应产物溶液;所述反应管道内物料的温度为70~150℃,所述气液柱塞流在加热器和反应管道内的停留时间总计为0.1~10min。

(5)将所述反应产物溶液进入所述淬灭微混合器,与终止剂溶液混合淬灭反应,得到产物溶液;所述淬灭反应的温度在所述产物溶液的沸点10℃以下;反应溶液体积流量是终止剂溶液的10~50倍。

(6)将所述产物溶液经沉淀、过滤、干燥后得到聚苯乙烯产品。

实施例2-4的实验步骤同实施例1,实验条件以及实施例1-5的产品参数见表1。

表1


技术特征:

1.一种苯乙烯聚合微反应装置,其特征在于:所述微反应装置包括依次连通的原料微混合器、气液微分散器、加热器、反应管道和淬灭微混合器;所述气液微分散器为微小通道混合器,所述微小通道混合器内至少含有一个t型或y型交汇的流体通道;所述微小通道混合器在t型或y型交汇处设有惰性气体进口;所述流体通道的水力学直径为0.5~5mm。

2.如权利要求1所述的苯乙烯聚合微反应装置,其特征在于:所述原料微混合器、所述淬灭微混合器选自微筛孔分散混合器或膜分散混合器。

3.如权利要求2所述的苯乙烯聚合微反应装置,其特征在于:所述微筛孔分散混合器中至少含有1个孔径为0.2~0.8mm的微筛孔;所述膜分散混合器中至少含有一张面积≥10mm2的微孔膜;所述微孔膜的孔径为5~100μm。

4.如权利要求1所述的苯乙烯聚合微反应装置,其特征在于:所述加热器为列管式加热器。

5.如权利要求1所述的苯乙烯聚合微反应装置,其特征在于:所述反应管道为带有换热夹套的列管式反应管道。

6.一种聚苯乙烯微反应方法,其特征在于使用如权利要求1所述的微反应装置,包括以下步骤:

(1)将苯乙烯溶于溶剂后形成的苯乙烯溶液和引发剂溶液分别通入所述原料微混合器内混合得到混合溶液;

(2)将所述混合溶液进入所述气液微分散器,惰性气体自所述气液微分散器的t型或y型交汇处进入,与所述混合溶液形成气液柱塞流;所述惰性气体与所述混合溶液的体积流量比为0.2~1:1;

(3)将所述气液柱塞流进入加热器,形成高温反应溶液;

(4)将所述高温反应溶液进入所述反应管道进行阴离子聚合反应,得到反应产物溶液;所述高温反应溶液和所述反应管道内物料的温度均为70~150℃,所述气液柱塞流在加热器和反应管道内的停留时间总计为0.1~10min;

(5)将所述反应产物溶液进入所述淬灭微混合器,与终止剂溶液混合淬灭反应,得到产物溶液;所述淬灭反应的温度在所述产物溶液的沸点10℃以下;

(6)将所述产物溶液经沉淀、过滤、干燥后得到聚苯乙烯产品。

7.如权利要求6所述的聚苯乙烯微反应方法,其特征在于:所述混合溶液中苯乙烯的摩尔浓度为0.1~5mol/l、所述引发剂的摩尔浓度为0.1~1mol/l;所述混合溶液的水含量低于120mg/l;所述苯乙烯溶液的体积流量是引发剂溶液的10~100倍。

8.如权利要求6所述的聚苯乙烯微反应方法,其特征在于:所述引发剂溶液为正丁基锂溶液或异丁基锂溶液;所述溶剂为环己烷、甲基环己烷、甲苯、二甲苯的纯组分溶剂,或其与四氢呋喃、甲基四氢呋喃的混合物溶剂;其中四氢呋喃、甲基四氢呋喃在混合物溶剂中的质量分数≤25%。

9.如权利要求6所述的聚苯乙烯微反应方法,其特征在于:所述惰性气体为含水量低于50mg/l的高纯氮气或氩气。

10.如权利要求6所述的聚苯乙烯微反应方法,其特征在于:所述终止剂溶液为甲醇溶液、乙醇溶液或异丙醇溶液;所述淬灭反应时终止剂溶液的摩尔浓度为0.05~2mol/l;所述淬灭微混合器内反应溶液体积流量是终止剂溶液的10~50倍,且终止剂与引发剂的摩尔比≥2。

技术总结
本发明公开了一种苯乙烯聚合微反应装置及微反应方法,所述微反应装置包括原料微混合器、气液微分散器、加热器、反应管道和淬灭微混合器;反应方法包括以下步骤:(1)将苯乙烯溶液和引发剂溶液分别通入原料微混合器内混合得到混合溶液;(2)将混合溶液进入气液微分散器,惰性气体进入与混合溶液形成气液柱塞流;(3)将气液柱塞流进入加热器,形成高温反应溶液;(4)将高温反应溶液进入反应管道进行阴离子聚合反应,得到反应产物溶液;(5)将反应产物溶液进入淬灭微混合器,淬灭反应得到产物溶液;(6)将反应产物溶液经沉淀、过滤、干燥后得到聚苯乙烯产品。本发明能精准控制产品的分子量和分子量分布,得到分子量分布窄的聚苯乙烯。

技术研发人员:王凯;骆广生;王德强;杨凯;李金忠;杨振振;翟祖词
受保护的技术使用者:山东旭锐新材有限公司;清华大学
技术研发日:2020.03.06
技术公布日:2020.06.26

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