一种二烯类液体橡胶的产业化聚合装置及聚合方法与流程

本发明涉及二烯类液体橡胶的聚合，特别涉及一种二烯类液体橡胶的产业化聚合装置及聚合方法。

背景技术：

液体橡胶是在室温下具有流动性的材料,但通过与硫化剂的化学反应显示出与从干胶得到的交联橡胶同样的力学性质，固定橡胶要成为产品，必须经过与各种配合剂的混炼、成型、硫化等多道工序，需要耗费很多能量，而液体胶只要将各种配合剂掺和进来，通过加热进行交联反应，即可制得产品，而且其液体橡胶具有加工容易,加工耗能少的优点。液体橡胶和配合剂掺和后仍处于液体状态，用它制作小型零部件时，向小缝隙内注入液体橡胶后就可以固化，在加工操作方面十分方便，液体胶的生产企业和加工企业充分利用这一优点，经过多年持续不断的开发研究，现在即将液体橡胶广泛用于多种领域。

但是现有技术中的二烯类液体橡胶的生产工艺中尤其是产业化工艺中，生产过程中引发剂的加入方式是采用单口加料方式，引发剂集中一处加入到聚合液中，无法分散均匀加入，导致聚合反应局部集中，温度和压力可控性差，得到的产品分子量大小不可控，分子量分布宽等缺点。因此，为了解决现有技术中存在的问题，提供一种能够使引发剂均匀加入到聚合釜内不同径向和周向处的二烯类液体橡胶的产业化聚合装置及聚合方法已经成为一项重要任务。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的引发剂不能均匀加入到聚合釜内不同径向和周向处的技术问题，本发明提供了一种二烯类液体橡胶的产业化聚合装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种二烯类液体橡胶的产业化聚合装置，包括通过管路相互连接的引发剂配制罐和聚合釜，聚合釜内设置搅拌器和引发剂加料管，引发剂加料管自聚合釜外引入到聚合釜内部，引发剂加料管上开设四个加料孔使引发剂喷射到聚合釜内不同的径向和周向处；引发剂加料管上四个加料孔的安装角度分别为α1，α2，α3，α4，所述α1，α2，α3，α4是四个加料孔的开孔中心线在水平面上的投影射线到水平面上x坐标轴正方向的角度，其中，329°≤α1≤350°，11°≤α2≤45°，180°≤α3≤315°，55°≤α4≤180°。

本发明提供的引发剂加料管上四个加料孔在引发剂加料管上的开孔角度分别为θ1、θ2、θ3、θ4，所述θ1、θ2、θ3、θ4为四个加料孔的开孔中心线与竖直方向的夹角，所述夹角的大小与聚合釜的体积大小相关，聚合釜体积的大小直接影响开孔角度的大小，聚合釜的体积可以根据实际生产需要进行选择，当产业化聚合釜的体积为2立方米时，43°≤θ1≤55°，45°≤θ2≤60°，0°≤θ3≤59°，21°≤θ4≤62°。

本发明提供的二烯类液体橡胶的产业化聚合装置，其引发剂加料管的设置可以使引发剂均匀的喷射到聚合釜内不同的径向和周向处，并且恰好可以落到图2和图4的阴影①②③④区域内，使引发剂的喷射最大均匀化。引发剂分散多点进入聚合液中，缩短了引发剂在釜内的均匀分布的时间；物料混合速度快，聚合反应均匀，温度和压力可控性强，避免了聚合局部反应集中，产生凝胶，物料的快速混合，会有效的降低分子量分布指数，得到的产品分子量大小可控，分子量分布窄。

作为优选，本发明所提供的产业化聚合装置还包括引发剂计量泵，引发剂计量泵设置在引发剂配制罐和聚合釜的连接管路上。引发剂配制罐和聚合釜之间的连接管路上还设置氮气或乙烷冲洗装置，此冲洗功能能够提高引发剂的加入量的准确度，而且可以避免易挥发单体在引发剂加料孔发生反应，产生凝胶。搅拌器为多斜浆式和刮板式组合型搅拌器。

本发明的另一个发明目的是提供了一种二烯类液体橡胶的产业化聚合方法，聚合原料的除杂、聚合原料的混合和冷却、引发剂的投入和聚合反应。

具体的，聚合原料的除杂是原料经过精馏脱轻脱重，经干燥器去水精制，从而去除原料中影响反应的有害杂质。

聚合原料的混合和冷却是将非极性有机溶剂、二烯类单体和结构调节剂转移到聚合釜内混合均匀，物料混合均匀后，聚合釜夹套通冷却水冷却，釜内温度为5-20℃。

引发剂的投入是采用分散多点的方式加入引发剂，通过不同的加入点将引发剂喷射到聚合釜内不同的径向和周向处，引发剂的喷射速度为8-18l/min。本发明通过改变现有技术中的引发剂的加入方式，缩短了引发剂在釜内的均匀分布的时间，物料混合速度快，聚合反应均匀，温度和压力可控性强，避免了聚合局部反应集中，产生凝胶，物料的快速混合，有效的降低分子量分布指数，得到的产品分子量大小可控，分子量分布窄。

作为优选，二烯类单体的分子量为3000-100000；二烯类单体浓度为20-60％，更优选的，二烯类单体浓度为25％-35％；二烯类单体为丁二烯或异戊二烯。结构调节剂为有机胺类极性化合物；有机胺类极性化合物为四氢呋喃、乙二醇二甲醚或n,n,n’,n’-四甲基乙二胺。非极性有机溶剂为正己烷、环己烷、正戊烷、正庚烷、甲苯、苯、抽余油或加氢汽油一种或几种。

在聚合反应过程中，加热至温度30-38℃，反应速度合适，反应放热温度继续升高，此时通过在聚合釜夹套中通冷却介质，冷却介质温度-20-30℃，使控制聚合液温度不超过80℃，聚合釜内压力不超过0.5mpa；反应后期反应快结束时，反应不再放热，聚合反应温度降至60℃，进行保温反应，反应1-3小时。

本发明提供的一种二烯类液体橡胶的产业化聚合装置及聚合方法。采用分散多点的方式加入引发剂，通过不同的加入点将引发剂喷射到聚合釜内不同的径向和周向处，缩短了引发剂在釜内的均匀分布的时间，物料混合速度快，聚合反应均匀，温度和压力可控性强，避免了聚合局部反应集中，产生凝胶，物料的快速混合，有效的降低分子量分布指数，得到的产品分子量大小可控，分子量分布窄；氮气或乙烷冲洗装置的冲洗功能能够提高引发剂的加入量的准确度，而且可以避免易挥发单体在引发剂加料孔发生反应，产生凝胶；多斜浆式和刮板式组合型搅拌器提供高强度搅拌，使物料快速混合，搅拌时控制物料搅拌雷诺数(re)高于10⁶，另外在聚合时，起到增加换热速度的作用；刮板式起到去除釜壁凝胶，防止凝胶在聚合釜内积存，提高产品合格率，同时凝胶会影响釜壁的换热，刮板可有效的更新釜壁介质，提高换热速度。

附图说明

图1为本发明所提供的二烯类液体橡胶的产业化聚合装置的结构示意图；

图2为本发明所提供的引发剂加料管的结构示意图；

图3为本发明所提供的引发剂加料管的放大示意图；

图4为本发明所提供的引发剂的加料孔在引发剂加料管上的安装角度示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种二烯类液体橡胶的产业化聚合装置及聚合方法,本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明当中。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

实施例1二烯类液体橡胶的产业化聚合装置

如图1-4所示，一种二烯类液体橡胶的产业化聚合装置，包括通过管路相互连接的引发剂配制罐1和聚合釜2，聚合釜内设置搅拌器6和引发剂加料管5，引发剂加料管5自聚合釜外引入到聚合釜内部，引发剂加料管上开设四个加料孔51使引发剂喷射到聚合釜内不同的径向和周向处；引发剂加料管上开设四个加料孔使引发剂喷射到聚合釜内不同的径向和周向处；引发剂加料管上四个加料孔的安装角度分别为α1，α2，α3，α4，所述α1，α2，α3，α4是四个加料孔的开孔中心线在水平面上的投影射线到水平面上x坐标轴正方向的角度，其中，329°≤α1≤350°，11°≤α2≤45°，180°≤α3≤315°，55°≤α4≤180°；引发剂加料管上四个加料孔在引发剂加料管上的开孔角度分别为θ1、θ2、θ3、θ4，所述θ1、θ2、θ3、θ4为四个加料孔的开孔中心线与竖直方向的夹角，开孔角度按照tanθ＝x/h计算，x为引发剂加料管的开孔点到开孔点在聚合釜液面上的竖直投影点之间的距离，h为引发剂加料管的开孔点在聚合釜液面上的竖直投影点到聚合釜聚合液液面中心点之间的距离，开孔角度的大小与聚合釜的体积大小相关，聚合釜的体积为2立方米时，43°≤θ1≤55°，45°≤θ2≤60°，0°≤θ3≤59°，21°≤θ4≤62°；如此设置可以使引发剂均匀的喷射到聚合釜内不同的径向和周向处，恰好可以落到图2和图4的阴影①②③④区域内，使引发剂的喷射最大均匀化。

在一种优选的实施方式中，本发明所提供的产业化聚合装置还包括引发剂计量泵4，引发剂计量泵4设置在引发剂配制罐1和聚合釜2的连接管路上。引发剂配制罐1和聚合釜2之间的连接管路上还设置氮气或乙烷冲洗装置3，此冲洗功能能够提高引发剂的加入量的准确度，而且可以避免易挥发单体在引发剂加料孔发生反应，产生凝胶。搅拌器6为多斜浆式和刮板式组合型搅拌器。

实施例2二烯类液体橡胶的产业化聚合方法

聚合原料的除杂：原料将非极性有机溶剂、二烯类单体和结构调节剂分别经过精馏脱轻脱重，经干燥器去水精制，去除原料中影响反应的有害杂质。

聚合原料的混合和冷却：将非极性有机溶剂正己烷、异戊二烯单体和结构调节剂四氢呋喃按照一定的比例转移到聚合釜内混合均匀，其中，二烯类单体浓度为20％，物料混合均匀后，聚合釜夹套通冷却水冷却，聚合釜内温度为20℃。

引发剂的投入：采用分散多点的方式加入引发剂，通过不同的加入点将引发剂喷射到聚合釜内不同的径向和周向处，引发剂的喷射速度为8l/min。

聚合反应：加热至温度38℃，此时反应速度合适，反应放热温度继续升高，此时通过在聚合釜夹套中通冷却介质，冷却介质温度-20℃，使控制聚合液温度不超过80℃，聚合釜内压力不超过0.5mpa；反应后期反应快结束时，反应不再放热，聚合反应温度降至60℃，进行保温反应，反应1小时。测试反应转化率为100％。聚合终止后，聚合物数均分子量为30000，分子量分布1.03。

实施例3二烯类液体橡胶的产业化聚合方法

聚合原料的除杂：原料将非极性有机溶剂、二烯类单体和结构调节剂分别经过精馏脱轻脱重，经干燥器去水精制，去除原料中影响反应的有害杂质。

聚合原料的混合和冷却：将非极性有机溶剂加氢汽油、丁二烯单体和结构调节剂乙二醇二甲醚按照一定的比例转移到聚合釜内混合均匀，其中，二烯类单体浓度为35％，物料混合均匀后，聚合釜夹套通冷却水冷却，釜内温度为5℃。

引发剂的投入：采用分散多点的方式加入引发剂，通过不同的加入点将引发剂喷射到聚合釜内不同的径向和周向处，引发剂的喷射速度为18l/min。

聚合反应：加热至温度30℃，反应速度合适，反应放热温度继续升高，此时通过在聚合釜夹套中通冷却介质，冷却介质温度30℃，使控制聚合液温度不超过80℃，聚合釜内压力不超过0.5mpa；反应后期反应放热量降低，聚合反应温度降至60℃，进行保温反应，反应3小时。测试反应转化率为100％。聚合终止后，聚合物数均分子量为5000，分子量分布1.05。

实施例4二烯类液体橡胶的产业化聚合方法

聚合原料的除杂：原料将非极性有机溶剂、二烯类单体和结构调节剂分别经过精馏脱轻脱重，经干燥器去水精制，去除原料中影响反应的有害杂质。

聚合原料的混合和冷却：将非极性有机溶剂甲苯、丁二烯单体和结构调节剂n,n,n’,n’-四甲基乙二胺按照一定的比例转移到聚合釜内混合均匀，其中，二烯类单体浓度为35％，物料混合均匀后，聚合釜夹套通冷却水冷却，釜内温度为8℃。

引发剂的投入：采用分散多点的方式加入引发剂，通过不同的加入点将引发剂喷射到聚合釜内不同的径向和周向处，引发剂的喷射速度为10l/min。

聚合反应：加热至温度32℃，反应速度合适，反应放热温度继续升高，此时通过在聚合釜夹套中通冷却介质，冷却介质温度0℃，使控制聚合液温度不超过80℃，聚合釜内压力不超过0.5mpa；反应后期反应快结束时，反应不再放热，聚合反应温度降至60℃，进行保温反应，反应2小时。测试反应转化率为100％。聚合终止后，聚合物数均分子量为3000，分子量分布1.04。

实施例5二烯类液体橡胶的产业化聚合方法

聚合原料的除杂：原料将非极性有机溶剂、二烯类单体和结构调节剂分别经过精馏脱轻脱重，经干燥器去水精制，去除原料中影响反应的有害杂质。

聚合原料的混合和冷却：将非极性有机溶剂正庚烷、异戊二烯和结构调节剂乙二醇二甲醚按照一定的比例转移到聚合釜内混合均匀，其中，二烯类单体浓度为25％，物料混合均匀后，聚合釜夹套通冷却水冷却，釜内温度为12℃。

引发剂的投入：采用分散多点的方式加入引发剂，通过不同的加入点将引发剂喷射到聚合釜内不同的径向和周向处，引发剂的喷射速度为10l/min。

聚合反应：加热至温度38℃，反应速度合适，反应放热温度继续升高，此时通过在聚合釜夹套中通冷却介质，冷却介质温度30℃，使控制聚合液温度不超过80℃，聚合釜内压力不超过0.5mpa；反应后期反应快结束时，反应不再放热，聚合反应温度降至60℃，进行保温反应，反应3小时。测试反应转化率为100％。聚合终止后，聚合物数均分子量为100000，分子量分布1.06。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。