一種制備聚異戊二烯的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種制備聚異戊二烯的方法。
【背景技術】
[0002] 稀土異戊橡膠是異戊二烯單體在稀土催化劑作用下經溶液聚合生成的以順 1，4-結構單元為主的聚合物。該聚合物的物理性能和機械性能均與天然橡膠（NR)相似， 因此稀土異戊橡膠也被稱為"合成天然橡膠"。具體地，稀土異戊橡膠具有優良的彈性、密封 性、耐蠕變性、耐磨性、耐熱性和抗撕裂性，并且抗張強度和伸長率也接近天然橡膠，所以在 一些情況下可用作天然橡膠的替代物，也可以與天然橡膠（NR)或其它合成橡膠組合使用。 因此，稀土異戊橡膠廣泛應用于輪胎、膠帶、膠管等橡膠加工領域。
[0003] 評價稀土異戊橡膠產品質量好壞的重要指標是稀土異戊橡膠產品結構中順 1，4-結構的含量。順1，4-結構的含量越大則產品的質量越好。通常，降低聚合反應溫度可 提高產品的順1，4-結構含量，當聚合反應溫度控制為30-50°C時，稀土異戊橡膠產品的順 1，4-結構含量可達98%以上。因此控制異戊二烯聚合的反應溫度是獲得質量好的稀土異 戊橡膠產品的重要因素。但是異戊二烯聚合反應是較強的放熱反應，若保證聚合反應在低 于50°C的條件下進行，必須采取一定的取熱措施。
[0004] 已有技術中，稀土異戊橡膠的溶液聚合反應通常在多個串聯的全混釜式反應器 (CSTR)中進行，物料由聚合反應器底部進入，頂部流出。為了解決聚合溫度控制的問題，保 證聚合反應的順利進行和得到的聚合物產品的質量，采用多釜串聯連續操作進行常規稀土 異戊橡膠的生產時，需采取較低的進料單體濃度，減少進行絕熱聚合時的放熱量，并通過調 節進料溫度為較低溫度，如低于KTC進一步幫助控制聚合反應溫度。但是這樣雖然克服了 聚合溫度控制問題，卻存在進料單體濃度低，異戊二烯轉化率低，稀土異戊橡膠產品生產能 力下降的問題。而且該方法使用溶劑量大，溶劑回收的能源消耗高。此外，降低進料溫度也 要消耗更多的能量。
[0005] 此外，稀土異戊橡膠進行溶液聚合形成的膠液呈假塑性非牛頓流體特性，表觀粘 度較大。表觀粘度的數值不僅受攪拌器剪切速率大小的影響，還與溫度及膠液濃度密切相 關。具體地，稀土異戊橡膠膠液的表觀粘度隨著攪拌器剪切速率的增大、或溫度的升高、或 膠液濃度的降低而減小。由于稀土異戊橡膠膠液的流體特性，在異戊二烯的溶液聚合過程 中很容易發生膠液掛在反應器壁上的"掛壁"現象。生產周期越長，"掛壁"現象越嚴重，導 致反應器內流體向器壁的表面傳熱系數越低。再加上工業規模反應器的比表面積較小，最 終導致稀土異戊橡膠的溶液聚合反應的取熱效果微乎其微，影響溶液聚合反應的溫度，影 響工業生產的稀土異戊橡膠產品的質量。
[0006] 由此可見，需要解決現有技術中存在的進料單體濃度低，且異戊二烯轉化率低的 問題。另外消除"掛壁"現象也將有利于保證稀土異戊橡膠產品的質量。
[0007] 因此，需要新的制備聚異戊二烯的方法，以保證異戊二烯溶液聚合反應順利進行 并得到質量合格的聚合物產品。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的是為了克服現有技術中存在的進料單體濃度低且異戊二烯轉化率 低以及聚合產物"掛壁"現象，提供了一種制備聚異戊二烯的方法。
[0009] 為了實現上述目的，本發明提供了一種制備聚異戊二烯的方法，該方法在單個臥 式雙軸自清潔混合機內進行，所述臥式雙軸自清潔混合機包括帶有夾套的殼體和在殼體內 的帶有攪拌槳葉的至少兩根平行的攪拌軸，所述攪拌軸和所述攪拌槳葉為中空結構；該方 法包括：在所述夾套和所述中空結構中通入冷卻介質，并將含有稀土催化劑、溶劑和異戊二 烯單體的反應物料送入所述殼體內進行溶液聚合反應，得到聚異戊二烯。
[0010] 本發明提供的方法，可以提高進料異戊二烯單體的濃度，提高異戊二烯的轉化率， 并且消除"掛壁"現象。使用本發明的方法，進料單體濃度提高，可以相比已有技術在反應 器同樣處理容量的情況下，使用溶劑量減少，從而降低制備聚異戊二烯過程中回收溶劑的 能耗。本發明中，進行異戊二烯溶液聚合反應的異戊二烯單體進料濃度可以是現有技術的 1. 6-2. 5倍。本發明可以制得順式1，4-結構含量98%以上，數均分子量在35-42萬，分子 量分布系數為2. 5-3的質量合格的聚異戊二烯產品。
[0011] 本發明的其他特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0012] 下面參照附圖進一步描述本發明。
[0013] 圖1為本發明方法的一個實施方案的示意圖；
[0014] 圖2為臥式雙軸自清潔混合機內部的雙攪拌軸的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]以下對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0016] 本發明提供了一種制備聚異戊二烯的方法，該方法在單個臥式雙軸自清潔混合機 內進行，所述臥式雙軸自清潔混合機包括帶有夾套的殼體和在殼體內的帶有攪拌槳葉的至 少兩根平行的攪拌軸，所述攪拌軸和所述攪拌槳葉為中空結構；該方法包括：在所述夾套 和所述中空結構中通入冷卻介質，并將含有稀土催化劑、溶劑和異戊二烯單體的反應物料 送入所述殼體內進行溶液聚合反應，得到聚異戊二烯。
[0017] 本發明提供的方法采用一臺臥式雙軸自清潔混合機作為聚合反應器，替代常規使 用的多個串聯釜式反應器，可以減少聚合反應設備數量。
[0018] 本發明中所述臥式雙軸自清潔混合機通常用于高粘度物料的擠壓脫水、脫揮發份 的后處理過程。
[0019] 根據本發明，優選情況下，所述臥式雙軸自清潔混合機為水平放置，所述反應物料 從設置在所述殼體一端頂部的進口加入，沿所述攪拌軸的軸向流動到設置在所述殼體另一 端底部的出口。
[0020] 本發明中，如圖2所示，優選地所述攪拌軸的數量為2,兩根攪拌軸水平平行設置。 兩根攪拌軸可以分為主攪拌軸和清潔軸。兩根攪拌軸可以以兩個不同的轉速向相同的方向 旋轉。兩根攪拌軸上均設置2個以上的攪拌槳葉，兩根攪拌軸上設置的攪拌槳葉形狀和尺 寸相同，漿葉旋轉半徑也相同。兩根攪拌軸軸線間的垂直距離與攪拌槳葉的旋轉半徑之比 為大于1且小于2,即不同攪拌軸上的攪拌槳葉在工作時不與另外的攪拌軸接觸。在兩根攪 拌軸設置的2個以上的攪拌槳葉沿攪拌軸的軸向交錯設置，且等距排列。兩個攪拌軸上的 攪拌槳葉可以幫助互相清除結垢以及反應器壁上的結垢，消除"掛壁"現象。
[0021] 本發明中，攪拌軸和攪拌槳葉中間是空的，能通入傳熱介質，再加上夾套的傳熱面 積，確保了聚合反應進行過程中傳質、傳熱所需的高表面積。從而利于控制聚合反應的溫度 在30°C-50°C的范圍內。本發明中的冷卻介質可以為本領域常用的冷卻介質，具體實例包 括但不限于低溫水和冷凍鹽水，優選為冷凍鹽水。
[0022] 由于如上所述，臥式雙軸自清潔混合機的具體結構是已知的，本發明根據需要重 點對攪拌軸和攪拌漿葉進行了描述，對于臥式雙軸自清潔混合機的其他部件和結構不再進 行贅述。
[0023] 本發明一種【具體實施方式】中，如圖2所示，所述臥式雙軸自清潔混合機的殼體 可以是圓柱體，容積為90-110L，殼體直徑為35-45cm，且沿攪拌軸平行方向的長度為 80-120cm。所述臥式雙軸自清潔混合機殼體內放置兩根水平平行的攪拌軸，攪拌軸上槳葉 數目均為12-18個，槳葉形狀、尺寸及旋轉直徑相同，槳葉旋轉直徑12-20cm。兩根攪拌軸軸 線間的垂直距離為8-16cm。在兩根攪拌軸上的攪拌槳葉沿攪拌軸的軸向交錯設置，且等距 排列。
[0024] 根據本發明，以所述臥式雙軸自清潔混合機可以更好地穩定控制聚合反應溫度。 本發明提供的方法可以在更高的異戊二烯單體濃度下制備聚異戊二烯。優選情況下，以所 述反應物料的總重量為基準，所述異戊二烯單體的濃度為20-35重量％，優選為25-30重 量％。
[0025] 根據本發明，優選情況下，所述溶液聚合反應的溫度為30-50°C。
[0026] 根據本發明，優選情況下，所述反應物料的量按體積計為所述殼體的容積的40-80 體積％，優選為60-75體積％。
[0027] 根據本發明，優選情況下，所述反應物料在所述臥式雙軸自清潔混合機中的平均 停留時間為5min-30min，優選為10min-20min。
[0028] 根據本