一步法生产聚羧酸减水剂单体聚醚的连续化工艺的制作方法
【专利说明】
[0001]—、
技术领域
本发明属于聚醚合成技术领域，一步法生产聚羧酸减水剂单体聚醚的连续化工艺。
[0002]二、
【背景技术】
高效聚羧酸减水剂是第三代高性能减水剂，与前两代减水剂相比具有掺量低、减水率大、不离析和高保坍等特点，是我国高速客运铁路指定外加剂。单体聚醚是合成高效聚羧酸减水剂的主要原料，其通常大多是由不饱和醇或不饱和醇醚为起始剂，如丙烯醇及其同系物、异戊烯醇、甲基丙烯醇乙二醇醚、四羟丁基乙烯基醚等合成而来，反应方式为间歇法釜式生产。间歇法釜式生产存在的问题是产品从原料合成到成品后，再次生产时反应釜内还残留一定量的成品，如果对反应釜进行清洗，就会产生大量的废水；如果不清洗就会造成质量波动，影响产品质量。除此之外，在合成高分子量的产品时，由于受到反应爸直径、容积和反应形式等影响，通常要先合成一个较低分子量的中间体，无法一步合成到产品。另外产品的生产周期长、收率偏低使产品的成本增加，降低了产品的市场竞争力。
[0003]三、
【发明内容】
本发明的目的是提供一种一步法生产聚羧酸减水剂单体聚醚的连续化工艺，采用该工艺制备的单体聚醚能有效地解决现有技术工艺中的诸多缺点。
[0004]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:该工艺为:以不饱和醇类、不饱和醇醚或者不饱和胺类为起始剂，在一定温度、压力及催化剂的作用下，通过在多个反应釜分段进环氧化物聚合，进行连续合成制得产品。
[0005]上述起始剂和环氧化物摩尔比为1:20-112，分子量为1000-5000。
[0006]上述不饱和醇类主要是不饱和一元醇，包括丙烯醇、甲基丙烯醇、异戊烯醇、丁烯醇、庚烯醇及其同系物和同分异构体等，同时包括同系物的同分异构体；不饱和醇醚为丙烯醇乙二醇醚、甲基丙烯醇乙二醇醚、四羟丁基乙烯基醚、四羟丁基甲基丙烯醇及其同系物和同分异构体等，同时包括同系物的同分异构体；不饱和胺类为烯丙基胺、二烯丙基胺、甲基烯丙基胺、乙基烯丙基胺及其同系物，同时包括其同系物的同分异构体。
[0007]上述反应温度T=80_160°C，反应压力P〈0.6MPa。
[0008]上述催化剂用量不高于总投料量的2%。
[0009]上述反应用催化剂为碱金属、碱金属氢氧化物、碱金属氢化物、碱土金属的氢氧化物、碱金属的烷氧化物、碱土金属的氧化物、有机碱催化剂及其中的两种或两种以上；其中碱金属为钠、钾；碱金属氢氧化物为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂；碱金属氢化物为:氢化钠、氢化钾；碱土金属的氢氧化物为氢氧化镁、氢氧化钙；碱金属的烷氧化物为甲醇钠、乙醇钠、甲醇钾、甘油醇钾；碱土金属的氧化物为氧化镁、氧化钙；有机碱催化剂为乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺。
[0010]上述聚合用环氧化物为环氧乙烷、环氧丙烷和环氧丁烷中的一种或多种。
[0011]上述反应用反应釜为白钢反应釜、搅拌式压力反应容器或循环式压力反应容器，其中白钢反应釜为标准型或非标准型。
[0012]上述反应用反应釜为3台或者4台。
[0013]上述制备的单体聚醚分子量为1000-5000。
[0014]上述反应用反应釜为3台时，起始剂和环氧化物摩尔比为1:20-66，分子量为1000-3000，具体工艺为:
①在反应釜A中投入原料和催化剂，采用高纯度N2置换反应釜内空气三次，再真空抽到-0.095MPa以下，反应釜加热升温到反应温度，缓慢匀速的连续向反应釜内通入环氧化物；控制在一定的温度和压力下，将环氧化物全部进完，后降压熟化，然后将物料全部导入反应釜B中；
②A釜倒料结束后，继续重复A釜工艺生产；与此同时B釜内物料开始连续通入环氧化物；控制在一定的温度和压力下，将环氧化物全部进完，后降压熟化，然后将物料全部导入反应釜C中；
③B釜倒料结束后，A釜的物料反应也已经结束；将A釜物料全部导入B釜，继续重复B釜工艺生产，A釜也继续重复工艺生产；此时的C釜物料也开始缓慢匀速的连续向反应釜内通入环氧化物；控制在一定的温度和压力下，将环氧化物全部进完，后降压熟化，然后对物料进行脱气、中和、切片并包装形成产品。
[0015]上述反应用反应釜为4台时，起始剂和环氧化物摩尔比为1:43-112，分子量为2000-5000，具体工艺为:
①在反应釜A中投入原料和催化剂，采用高纯度队置换反应釜内空气三次，再真空抽到-0.095MPa以下，反应釜加热升温到反应温度，缓慢匀速的连续向反应釜内通入环氧化物；控制在一定的温度和压力下，将环氧化物全部进完，后降压熟化，然后将物料全部导入反应釜B中；
②A釜倒料结束后，继续重复A釜工艺生产；与此同时B釜内物料开始连续通入环氧化物；控制在一定的温度和压力下，将环氧化物全部进完，后降压熟化，然后将物料全部导入反应釜C中；
③B釜倒料结束后，A釜的物料反应也已经结束；将A釜物料全部导入B釜，继续重复B釜工艺生产，A釜也继续重复工艺生产；此时的C釜物料也开始连续通入环氧化物；控制在一定的温度和压力下，将环氧化物全部进完，后降压熟化，然后将物料全部导入反应釜D中；
④C釜倒料结束后，B釜物料导入C釜，A釜物料导入B釜，A釜继续投料，三个釜重复各自工艺生产；此时的D釜物料也开始连续通入环氧化物；控制在一定的温度和压力下，将环氧化物全部进完，后降压熟化，然后对物料进行脱气、中和、切片并包装形成产品。
[0016]本发明具有如下优点:
1、该工艺针对聚羧酸减水剂单体聚醚合成，通过在多个反应釜分段进环氧化物聚合，解决了高分子量产品难以实现一步法生产的难题。
[0017]2、连续化的生产工艺彻底改变了该类产品仅采用的单一间歇釜式生产，连续化生产提高了产品生产效率和产品收率。
[0018]3、由于形成了专釜专用，每个釜生产的都是产品中某一步固定分子结构和分子量，大幅的提高了产品质量稳定性，降低了工艺和操作的难度。
[0019]4、本发明所用的设备均为常规反应用设备，无需高投资和高维护费用即可实现连续化工艺生产，提高了经济效益。
[0020]四、【具体实施方式】实施例1:
四台反应釜连续法合成分子量为2400的甲基丙烯醇聚氧乙烯醚:
①在3m3反应爸A中投入甲基丙稀醇360kg，片状氢氧化钾14kg，采用高纯度N2置换反应釜内空气三次，再真空抽到-0.095MPa以下，反应釜加热升温至85°C，缓慢匀速向反应釜内通入环氧乙烷补至0.05MPa。待反应釜内物料引发反应放热后，使反应釜温度缓慢升至90°C，再向反应釜内通入环氧乙烷1390kg。控制反应温度T=95-105°C，反应压力P〈0.lOMPa，加料完毕后，保持温度T=95-105°C降压熟化0.5h，然后将物料全部导入6m3反应釜B中。
[0021]②A釜倒料结束后，继续重复A釜工艺生产。与此同时B釜内物料开始连续通入环氧乙烷2250kg。控制反应温度T=95-105°C，反应压力P〈0.lOMPa，加料完毕后，保持温度T=95-105°C降压熟化0.5h，然后将物料全部导入10m3反应釜C中。
[0022]③B釜倒料结束后，A釜的物料反应也已经结束。将A釜物料全部导入B釜，继续重复B釜工艺生产，A釜也继续重复工艺生产。此时的C釜物料也开始连续通入环氧乙烷4014kg。控制反应温度T=105-110°C，反应压力P〈0.15MPa，加料完毕后，保持温度T=105-110°C降压熟化0.5h，然后将物料全部导入26m3反应釜D中。
[0023]④C釜倒料结束后，B釜物料导入C釜，A釜物料导入B釜，A釜继续投料，三个釜重复各自工艺生产。此时的D釜物料也开始连续通入环氧乙烷12042kg。控制反应温度T=105-110°C，反应压力P〈0.20MPa，加料完毕后，保持温度T=105_110°C降压熟化lh，然后对物料进行脱气、中和、切片并包装形成产品。
[0024]测试结果:分子量2363，产品收率为99.3%，产品转化率为99.0%。
[0025]实施例2:
四台反应釜连续法合成分子量为2000的异戊烯醇聚氧乙烯醚:
①在3m3反应釜A中投入异戊烯醇430kg，片状氢氧化钠21kg，采用高纯度N2置换反应釜内空气三次，再真空抽到-0.095MPa以下，反应釜加热升温至85°C，缓慢匀速向反应釜内通入环氧乙烷补至0.05MPa。待反应釜内物料引发反应放热后，使反应釜温度缓慢升至90 °C，再向反应釜内通入环氧乙烷1100kg。控制反应温度T=95-105 °C，反应压力P〈0.lOMPa，加料完毕后，保持温度T=95-105°C降压熟化0.5h，然后将物料全部导入6m3反应釜B中。
[0026]②A釜倒料结束后，继续重复A釜工艺生产。与此同时B釜内物料开始连续通入环氧乙烷1550kg。控制反应温度T=95-105°C，反应压力P〈0.lOMPa，加料完毕后，保持温度T=95-105°C降压熟化0.5h，然后将物料全部导入10m3反应釜C中。
[0027]③B釜倒料结束后，A釜的物料反应也已经结束。将A釜物料全部导入B釜，继续重复B釜工艺生产，A釜也继续重复工艺生产。此时的C釜物料也开始连续通入环氧乙烷2100kg。控制反应温度T=105-110°C，反应压力P〈0.15MPa，加料完毕后，保持温度T=105-110°C降压熟化0.5h，然后将物料全部导入26m3反应釜D中。
[0028]④C釜倒料结束后，B釜物料导入C釜，A釜物料导入B釜，A釜继续投料，三个釜重复各自工艺生产。此时的D釜物料也开始连续通入环氧乙烷5650kg。控制反应温度T=105-110°C，反应压力P〈0.20MPa，加料完毕后，保持温度T=105_110°C降压熟化lh，然后对物料进行脱气、中和、切片并包装形成产品。
[0029]测试结果:分子量2034，产品收率为99.5%，产品转化率为99.1%。
[0030]实施例3:四台反应釜连续法合成分子量为4000的四羟丁基乙烯基聚氧乙烯醚: ①在3m3反应釜A中投入四羟丁基乙烯基醚355kg，氢化钠35kg，采用高纯度N2置换反应釜内空气三次，再真空抽到-0.095MPa以下，反应釜加热升温至85°C，缓慢匀速向反应釜内通入环氧乙烷补至0.05MPa。待反应釜内物料引发反应放热后，使反应