硅氧烷混合物及调控小本体聚丙烯工艺聚合速度的方法_2

文档序号:9779530阅读:来源:国知局
烷混合物,原料包括四硅氧基化合物和三硅氧基化合物;其中:四 硅氧基化合物在硅氧烷混合物中的质量百分比为50%或70%。
[0024] 实施例3,作为上述实施例的优化,硅氧烷混合物按下述制备方法得到:将所需量 的四硅氧基化合物和三硅氧基化合物混合均匀后,得到硅氧烷混合物。
[0025] 实施例4,作为上述实施例的优化,四硅氧基化合物为四丙氧基硅烷或四丁氧基硅 烷或四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷;或/和,三硅氧基化合物为苯基三乙氧基硅烷或苯基三 甲氧基硅烷。四硅氧基化合物优选为四乙氧基硅烷;三硅氧基化合物优选为苯基三乙氧基 硅烷。
[0026] 实施例5,该使用硅氧烷混合物调控小本体聚丙烯工艺聚合速度的方法,按下述方 法进行:将所需量的丙烯、催化剂和硅氧烷混合物加入聚合反应器中,然后通入氢气进行聚 合反应,聚合反应后经干燥得到聚丙烯。
[0027]实施例6,作为上述实施例的优化,丙烯与催化剂的质量比为2500至3000:0.05,丙 烯与氢气的的质量比为2500至3000:0.3至0.5,硅氧烷混合物的加入量为催化剂中给电子 体的20%至80% ;或/和,催化剂为Ziegler-Natta催化剂;或/和,聚合反应的温度为70°C至 72°C,聚合反应的压力为30bar至32bar,聚合反应时间为2小时至3小时。
[0028]实施例7,作为上述实施例的优化,干燥温度为80°C至82°C,干燥时间为23小时至 24小时。
[0029] 实施例8,作为上述实施例的优化,在聚合反应器中加入丙烯、催化剂和硅氧烷混 合物前,先排出聚合反应器内的氧气和水分。
[0030] 实施例9,作为上述实施例的优化,排出聚合反应器内的氧气和水分的方法按下述 方法进行:用氮气吹扫聚合反应器,然后对经过氮气吹扫后的聚合反应器抽真空,每次抽真 空的时间为5分钟至7分钟,氮气吹扫和抽真空反复进行4次至5次后,用20bar至21bar的氢 气对聚合反应器查漏,当聚合反应器不漏气时,对聚合反应器内依序抽真空和用丙烯气体 吹扫。
[0031] 实施例10,作为上述实施例的优化,聚合反应后先打开聚合反应器的放空阀门,让 未反应完全的丙烯迅速气化并排出聚合反应器,然后用氮气吹扫聚合反应器3次至4次,得 到聚丙烯。
[0032]现有技术聚丙稀(PP)是丙稀在Ziegler-Natta催化体系的作用下聚合而得到。Z-N 催化剂的广义概念为I-III族金属烷基化合物及IV-X族过渡金属化合物的双组分体系,用 于制备PP的绝大部分Z-N催化剂包含了负载在氯化镁上的各种价态的钛氯化物的复合体。 这种TiCWMgCl 2复合体,再加上有机内给电子体(ID),称为催化剂前体。为了进一步提高聚 合物的立构规整性,在聚合反应期间向催化剂前体和烷基金属中加入一种辅助的给电子体 物质,称为外给电子体(ED)。因此,对于Z-N催化剂,常用下面这样一个式子来表达:
[0033] MgCl2 · ID · TiCWAlEt3 · ED
[0034]式中,ID指内给电子体,ED指外给电子体。
[0035] 在聚合过程中,通常还需要引入氢气作为链转移剂,以调节分子量大小,由此来调 控PP的熔指大小。氢气除了能调节聚丙烯分子量大小外,还能影响催化剂的催化活性。
[0036] 对于工业应用的催化剂,除了需要了解其催化活性外,还必须了解其催化动力学。 通过动力学的研究,掌握反应的快慢,热量的吸/放情况,原料的转化情况,一个反应有效的 反应时间等问题。
[0037] 关于Z-N催化剂催化丙烯的聚合动力学的研究,已有大量的文献存在,图1示出了 在其常规聚合时的动力学过程,图1为现有技术丙烯聚合过程中Z-N催化剂的聚合动力学曲 线。从图1可以发现,在初期聚合速率逐渐增大,并达到一峰值,其后活性逐渐降低,聚合速 率也逐渐降低,活性衰减直至没有活性,使用该催化剂和聚合工艺在小本体聚丙烯装置上 所制备的聚丙烯熔指为7g/10min左右,属于常规熔指产品。
[0038] 如果把氢气的通入量增加1倍,那么其聚合动力学为图2所示,附图2为现有技术丙 烯聚合过程中Z-N催化剂在提高氢气通入量时的聚合动力学曲线。从图2中可以看到,很显 然,随着氢气通入量的增大,聚合动力学曲线形状未发生变化,但峰值聚合速度提高了近3 倍,同时也可以看到,聚合速度衰减也很迅速,在2.5hr基本衰减到很低的速度。因此,加大 氢气的加入量,会加快催化剂的催化活性集中释放,这也意味着聚合热也会在较短的时间 内快速释放,引起聚合温度的快速升高。通过把氢气的通入量提高1倍,在小本体聚合装置 上制备的聚丙稀产品恪指在12g/10min,恪指并不算高。
[0039] 我们可以用在相同的冷却条件下聚合釜内温度在3min内升到的最高温度来衡量 放热快慢,表1为现有技术丙烯聚合过程中不同氢气通入量下的聚合结果,从表1可以看出, 氢气的提高使得聚合釜内温度快速上升,如果聚合釜的撤热能力不足时,就会出现飞温,弓丨 起安全事故,因此,在小本体聚丙烯装置中通过提高氢气的通入量来制备高熔指聚丙烯很 难实现。
[0040] 在调控聚合速度的方法中,已知的方法是向聚合体系中加入淬灭剂使催化剂失 活,这种方法是在聚合后期,比如向体系内通入CO,使得催化剂失活而终止,显然这种方法 是不能应用于制备高流动聚丙稀的情况。
[0041] 为了在小本体聚丙烯装置上制备高流动聚丙烯,本发明的研究者进行了深入的研 究,其基本出发点是:保持现有Z-N催化体系,在大量氢气加入的情况下,开发可调控聚合速 率的方法,减缓催化剂活性的集中释放,让催化剂活性的释放以一种更均匀的方式,这样就 可控制聚合釜内的温度,并制备高流动聚丙烯,同时不降低催化剂的催化效率,也不影响聚 丙烯的结构和性能。
[0042] 本发明经过大量的实验研究发现,当向体系中加入含三个和四个硅氧基团的硅氧 烷混合物到聚合体系时,聚合速度发生了明显的意想不到的效果。引入这种硅氧烷混合物 后的聚合动力学曲线如图3所示,图3为本发明丙烯聚合过程中加入硅氧烷混合物调控的Z-N聚合动力学曲线。从图3可以看出,本发明可制备恪指超过50g/10min的聚丙稀产品,本发 明丙烯聚合过程中硅氧烷混合物调控下高氢气通入量下的聚合结果如表2所示,从表2可以 看出,聚合过程中的峰值聚合速度大大降低,而活性的保持时间得以延长。
[0043] 因此,本发明能在较高氢气通入量的情况,可以减缓催化剂活性的集中释放,避免 聚合温度难控制的情况。而且所加入的有机硅混合物不影响催化剂的整体催化活性,也不 影响聚丙烯产品的性能。
[0044] 聚合实验
[0045] 组分A:催化剂前体,用于本专利说明中的催化体系是商业上可获得的N系列催化 剂,该催化剂广泛应用于国内各聚丙烯装置上,属于第四代高活性催化剂,以MgCl 2载体负 载上TiCl4催化剂,催化剂中Ti的分率约为2.2wt%,除非特别说明,下面本发明实施例中的 组分A的量约50mg;
[0046] 组分B:助催化剂,三乙基铝,使用时配成浓度为0.88mol/L的己烷溶液;
[0047] 组分C:外给电子体,DDS;
[0048] 组分D :硅氧烷混合物,未特别说明,是四硅氧基化合物占硅氧烷混合物比例的 60%(质量);
[0049] 丙烯:用于实验的丙烯为聚合级,纯度为99.5%,主要杂质为丙烷;
[0050] 氢气:纯度为99.999%,反应中氢气添加量以常温下
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