一种环氧丙烷-二氧化碳共聚用多元催化剂的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种环氧丙烷-二氧化碳共聚用多元催化剂的制备方法，特点是包括以下步骤：（1）将带搅拌器和乳化器的催化剂配制釜的内部气体用二氧化碳进行置换，然后充入高纯二氧化碳气体，维持催化剂釜内压力0.01-0.5MPag；（2）将低水高纯环氧丙烷充入釜内，然后启动搅拌器，维持搅拌转速30-60转/分，再依次加入定量的稀土盐和多元醇后，继续搅拌20-40分钟，直至形成均一悬浊状液体；（3）将二乙基锌加入釜中，维持搅拌转速30-60转/分，同时启动乳化器，乳化速度1200-1600转/分，乳化30-60分钟后，即得到多元催化剂，优点是能够将各种催化剂成分预先完全溶合乳化，并进一步提高催化剂催化效率。
【专利说明】一种环氧丙烷-二氧化碳共聚用多元催化剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多元催化剂的制备方法，尤其是涉及一种环氧丙烷-二氧化碳共聚用多元催化剂的制备方法。
【背景技术】
[0002]二氧化碳作为合成高分子材料的单体的研究工作受到了世界各国广泛的重视。二氧化碳与环氧丙烷共聚物类的脂肪族聚碳酸酯是二氧化碳合成高分子材料领域的一大亮点。二氧化碳一环氧丙烷共聚物(PPC)是一种新型高分子材料，它具有生物全降解性能，良好的氧气阻隔性能及优良的加工性能，不仅解决了当前塑料制品难以降解而导致的白色污染问题，也减少了二氧化碳的排放，因此，它的规模化制备备受材料工业界和下游产业界的重视和广泛关注。
[0003]现有的二氧化碳一环氧丙烷共聚物是通过将二氧化碳(CO2)与环氧丙烷(PO)置于合成反应釜中，控制釜体内的温度和压力，在催化剂的作用下直接进行反应合成。目前用于催化的催化剂多数都是稀土系多元络合催化剂。除原料成本外，目前大规模生产的主要成本是催化剂的制备，并且现有的稀土系多元络合催化剂存在催化效率低、聚合时间长的缺点，因此，如何降低催化剂成本，开发高效的催化剂是降低二氧化碳一环氧丙烷共聚物生产的关键。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术 问题是提供一种催化效率高、成本低的环氧丙烷-二氧化碳共聚用多元催化剂的制备方法。
[0005]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种环氧丙烷-二氧化碳共聚用多元催化剂的制备方法，包括以下步骤:
(1)将带搅拌器和乳化器的催化剂配制釜用二氧化碳气体进行置换，脱空气和水直至催化剂配制爸内氧含量和水含量均低于30ppm,然后充入纯度大于99.99%的二氧化碳气体，维持催化剂配制釜内压力0.01-0.5MPag ；
(2)将含水量低于50ppm，纯度高于99.9%的环氧丙烷充入催化剂配制釜，然后启动催化剂配制釜的搅拌器，维持搅拌转速30-60转/分，再依次加入定量的稀土盐和多元醇，继续搅拌20-40分钟，稀土盐和多元醇完全溶解在环氧丙烷中形成均一悬浊状液体；
(3)将定量的二乙基锌加入催化剂配制釜中，继续搅拌，维持转速30-60转/分，同时启动催化剂配制釜的乳化器进行乳化，在乳化速度为1200-1600转/分的条件下，乳化30-60分钟，得到环氧丙烷-二氧化碳共聚用多元催化剂。
[0006]所述的稀土盐为三氯乙酸钇，所述的多元醇为甘油，所述的环氧丙烷与所述的二乙基锌的质量比为(20-40): 1，所述的二乙基锌、所述的三氯乙酸钇与所述的甘油的质量比为(3-5):1:(1-1.5)。按上述比例配置的催化剂，催化性能最佳、效率最高。
[0007]所述的催化剂配制釜，包括直立设置的圆筒形釜体，所述的釜体内纵向设置有与外部第一电机连接的中心转轴，所述的中心转轴上设置有搅拌器，所述的搅拌器包括U型搅拌框和位于所述的U型搅拌框内的搅拌桨叶，所述的釜体内还设置有与外部第二电机连接的且与所述的中心转轴平行的偏心转轴，所述的偏心转轴的下端设置有乳化器，所述的乳化器位于所述的U型搅拌框和所述的搅拌桨叶之间。搅拌包裹着乳化，使各种催化剂充分混合、乳化。
[0008]所述的搅拌桨叶包括两片平直桨叶和两片竖直桨叶，所述的两片平直桨叶交错设置在所述的中心转轴上，所述的两片竖直桨叶分别固定设置在所述的平直桨叶的自由端。从不同角度对乳液进行剪切混合，使混合更加均匀。
[0009]所述的两片竖直桨叶的内侧分别水平设置有搅拌桨扰流片，所述的搅拌桨扰流片与中心转轴之间的距离为6-lOcm，两片所述的搅拌桨扰流片之间相互错开一定角度。从不同层次和角度对乳液进行剪切混合，使各催化剂成分混合更加均匀。 [0010]所述的乳化器为间歇式高剪切分乳化器。采用该乳化器可使乳液混合效率更佳。
[0011]所述的U搅拌框的高度为所述的釜体高度的1/2-2/3，所述的U搅拌框的外壁与所述的釜体的内壁之间的间距为30-50mm。该高度和间距设计，使搅拌器的搅拌效果最佳。
与现有技术相比，本发明的优点在于:本发明首次公开了一种环氧丙烷-二氧化碳共聚用多元催化剂的制备方法，首次披露了环氧丙烷-二氧化碳共聚用稀土系多元络合催化剂的物料配比，设计的新型催化剂配置釜可以实现对二乙基锌、稀土盐和多元醇(甘油)等混合成的多相物流进行连续式破碎、搅拌、混合与乳化的目的，在搅拌和乳化的双重作用条件下，使各种催化剂充分混合、乳化，从而达到最佳的催化效果，最终达到提高反应效率和产率的目的。该多元催化剂的制备过程中，采用环氧丙烷作为溶剂，二氧化碳气体作为惰性保护体，从而保证了催化剂制备过程在极低的氧含和水含条件下进行，使催化剂性能达到最佳；上述方法中搅拌器的转动速度与乳化器的转动速度按3~6:120~160的比例转动，使催化剂混合液在高速乳化的同时，进行匀速搅拌，达到完全溶合、乳化的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明催化剂配制釜的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
具体实施例
[0014]实施例一
本发明一种环氧丙烷-二氧化碳共聚用多元催化剂的制备方法，包括以下步骤:
(1)将带搅拌器和乳化器的催化剂配制釜的内部气体用二氧化碳进行置换，脱除氧气和水蒸汽直至催化剂配制釜内氧含量和水含量均低30ppm，然后充入纯度大于99.99%的二氧化碳气体，维持催化剂配制釜内压力0.01MPag ；
(2)将含水量低于50ppm，纯度高于99.9%的环氧丙烷充入催化剂配制釜，然后启动催化剂配制釜的搅拌器，维持搅拌转速30转/分，再依次加入定量的稀土盐和多元醇后，继续搅拌40分钟，至助催化剂三氯乙酸钇和多元醇完全溶解在环氧丙烷中形成均一悬浊状液体；
(3)将定量的二乙基锌加入催化剂配制釜中，继续维持搅拌转速30转/分，同时启动催化剂配制釜的乳化器进行乳化，在乳化速度为1200转/分的条件下，乳化60分钟，即得到多元催化剂。
[0015]在此具体实施例中，稀土盐为三氯乙酸钇，多元醇为甘油，环氧丙烷与二乙基锌的质量比为20:1，二乙基锌、三氯乙酸钇与甘油的质量比为3:1:1。按上述比例配置的催化剂，催化性能达到最佳、效率最高。
[0016]在此具体实施例中，如图1所示，包括直立设置的圆筒形釜体1，，釜体I内纵向设置有与外部第一电机2连接的中心转轴3，中心转轴3上设置有搅拌器，搅拌器包括U型搅拌框4和位于U型搅拌框4内的搅拌桨叶5，釜体I内还设置有与外部第二电机6连接且与中心转轴3平行的偏心转轴7，偏心转轴7的下端设置有乳化器8，乳化器8位于U型搅拌框4和搅拌桨叶5之间。
[0017]在此具体实施例中，搅拌桨叶5包括交错设置在中心转轴3上的两片平直桨叶9及两片竖直桨叶10，两片竖直桨叶10分别固定设置在平直桨叶9的自由端(即一片平直桨叶9的自由端设置有一片竖直桨叶10);两片竖直桨叶10的内侧分别水平设置有搅拌桨扰流片11，搅拌桨扰流片11与中心转轴3之间的距离为6-lOcm，两片搅拌桨扰流片11之间相互错开一定角度；在此具体实施例中，乳化器8采用间歇式高剪切乳化器，U搅拌框4的高度为釜体I高度的1/2-2/3，U搅拌框4的外壁与釜体I的内壁之间的间距为30-50mm。釜体I的上封头设置有进料口 12，釜体I的下封头设置有出料口 13，且出料口 13直接与二氧化碳一环氧丙烷共聚物反应合成釜密封连接。
[0018]实施例二
同实施例一，其区别在于:步骤(1)中催化剂配制釜内压力0.1MPag ;步骤(2)中搅拌器的搅拌转速为40转/分，搅拌时间为30分钟；步骤(3)中乳化器的乳化速度为1400转/分，乳化时间为40分钟；环氧丙烷与二乙基锌的质量比为30:1，二乙基锌、三氯乙酸钇与甘油的质量比为4:1:1.2 ;搅拌桨扰流片11与中心转轴3之间的距离为8cm ； U搅拌框4的高度为釜体I高度的1/2，U搅拌框4的外壁与釜体I的内壁之间的间距为40mm。
[0019]实施例三
同实施例一，其区别在于:步骤(1)中催化剂配制釜内压力0.5MPag ;步骤(2)中搅拌器的搅拌转速为60转/分，搅拌时间为20分钟；步骤(3)中乳化器的乳化速度为1600转/分，乳化时间为30分钟；环氧丙烷与二乙基锌的质量比为40:1，二乙基锌、三氯乙酸钇与甘油的质量比为5:1:1.5 ;搅拌桨扰流片11与中心转轴3之间的距离为IOcm ； U搅拌框4的高度为釜体I高度的2/3，U搅拌框4的外壁与釜体I的内壁之间的间距为50mm。
[0020] 当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本【技术领域】的普通技术人员在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种环氧丙烷-二氧化碳共聚用多元催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤: (1)将带搅拌器和乳化器的催化剂配制釜用二氧化碳气体进行置换，脱空气和水直至催化剂配制爸内氧含量和水含量均低于30ppm,然后充入纯度大于99.99%的二氧化碳气体，维持催化剂配制釜内压力0.01-0.5MPag ； (2)将含水量低于50ppm，纯度高于99.9%的环氧丙烷充入催化剂配制釜，然后启动催化剂配制釜的搅拌器，维持搅拌转速30-60转/分，再依次加入定量的稀土盐和多元醇，继续搅拌20-40分钟，稀土盐和多元醇完全溶解在环氧丙烷中形成均一悬浊状液体； (3)将定量的二乙基锌加入催化剂配制釜中，继续搅拌，维持转速30-60转/分，同时启动催化剂配制釜的乳化器进行乳化，在乳化速度为1200-1600转/分的条件下，乳化30-60分钟，得到环氧丙烷-二氧化碳共聚用多元催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种环氧丙烷-二氧化碳共聚用多元催化剂的制备方法，其特征在于:所述的稀土盐为三氯乙酸钇，所述的多元醇为甘油，所述的环氧丙烷与所述的二乙基锌的质量比为(20-40): 1，所述的二乙基锌、所述的三氯乙酸钇与所述的甘油的质量比为(3-5):1:(1-1.5)。
3.根据权利要求2所述的一种环氧丙烷-二氧化碳共聚用多元催化剂的制备方法，其特征在于:所述的催化剂配制釜，包括直立设置的圆筒形釜体，所述的釜体内纵向设置有与外部第一电机连接的中心转轴，所述的中心转轴上设置有搅拌器，所述的搅拌器包括U型搅拌框和位于所述的U型搅拌框内的搅拌桨叶，所述的釜体内还设置有与外部第二电机连接的且与所述的中心转轴平行的偏心转轴，所述的偏心转轴的下端设置有乳化器，所述的乳化器位于所述的U型搅拌框和所述的搅拌桨叶之间。
4.根据权利要求3所述的一种环氧丙烷-二氧化碳共聚用多元催化剂的制备方法，其特征在于:所述的搅拌桨叶包括两片平直桨叶和两片竖直桨叶，所述的两片平直桨叶交错设置在所述的中心转轴上，所述的两片竖直桨叶分别固定设置在所述的平直桨叶的自由端。
5.根据权利要求4所述的一种环氧丙烷-二氧化碳共聚用多元催化剂的制备方法，其特征在于:所述的两片竖直桨叶的内侧分别水平设置有搅拌桨扰流片，所述的搅拌桨扰流片与中心转轴之间的距离为6-lOcm，两片所述的搅拌桨扰流片之间相互错开一定角度。
6.根据权利要求3所述的一种环氧丙烷-二氧化碳共聚用多元催化剂的制备方法，其特征在于:所述的乳化器为间歇式高剪切分乳化器。
7.根据权利要求3所述的一种用于二氧化碳一环氧丙烷共聚物制备的催化剂配制釜，其特征在于:所述的U搅拌框的高度为所述的釜体高度的1/2-2/3，所述的U搅拌框的外壁与所述的釜体的内壁之间的间距为30-50_。
【文档编号】C08G64/34GK103923308SQ201410112396
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】颜焕敏, 王献红, 张庆财, 岳金明, 刘明亮, 彭永红, 谷新春 申请人:中国化学赛鼎宁波工程有限公司