CN101386656B - 异丁烯的聚合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种异丁烯聚合物的制备方法。目的是提供的提供一种异丁烯的聚合方法应具有缩短生产工艺的步骤,大大提高生产效率的特点,而且提取得到的最终产物质量优良。技术方案是:异丁烯的聚合方法,按照如下步骤制备:1)在含有5-8个碳原子数的烷类化合物中的一种和、或相应的同分异构体的溶剂中加入异丁烯;2)用计量泵把混合好的含异丁烯的烃料流输送到反应容器中,在无阳离子源的情况下,直接在催化剂路易斯酸的作用下制备聚异丁烯。

Description

异丁烯的聚合方法
技术领域
本发明涉及一种异丁烯聚合物的制备方法。
背景技术
众所周知,聚异丁烯产品是20世纪初才逐渐被人们研究发现的,而大规模的生产则开始于近半个世纪以来的德国、美国企业界。国内聚异丁烯产品的起步相对较晚,且生产厂家也很少。聚异丁烯的用途相当广泛,既可以用于工业再生产,也可以作为添加剂广泛用于食品、医药、化妆品等行业。同时,聚异丁烯也是环保产品,其具有优异的物理性能和化学性能是其它产品不能替代的。
聚异丁烯在国内外都有着广泛的市场前景,但由于合成聚异丁烯的生产工艺对技术要求较高,因此大规模生产聚异丁烯并不容易。目前中国国内每年消耗的聚异丁烯,大部分依靠进口。现有合成聚异丁烯常用的催化剂是由路易斯酸与醇、水、卤代烷反应配置得到的络合物。由于该种络合物催化剂的配置方法烦琐,对原料、计量的要求非常高,在配制过程中需要严格控制各个过程参数,因为它直接影响催化剂的活性;而且,配制好的催化剂还要再精制才能使用,否则直接影响配制后的催化剂的质量。由于在配置催化剂的过程中,任一细节出错都会直接影响催化剂的活性,进而影响异丁烯的聚合反应,影响产品的分子量大小、分布以及色泽;所以解决催化剂的合理配制问题是目前迫切期待解决的问题。
经实验表明,目前以BF3络合物作为催化剂合成的聚异丁烯,分子量分布如下:分子量在3万—4万之间的比例为60%—75%,分子量小于3万占15%—20%,分子量大于4万占10%—20%。样品经浙江大学图谱分析后,得出其分布指数为2.3。而以ALCL3络合物作为催化剂合成的聚异丁烯,分子量分布如下:3万—4万之间的比例为55%—75%,分子量小于3万占15%—25%,分子量大于4万占10%—20%。样品经浙江大学图谱分析后,得出其分布指数为2.5。其中分布指数是指重均分子量与数均分子量的比值,即用来表征分子量分布的宽度或多分散性的标准。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术的不足,提供一种异丁烯的聚合方法,该聚合方法应具有缩短生产工艺的步骤,大大提高生产效率的特点,而且提取得到的最终产物质量优良。
本发明提供的技术方案是:异丁烯的聚合方法,按照如下步骤制备:
1)在含有5-8个碳原子数的烷类化合物中的一种和、或相应的同分异构体的溶剂中加入异丁烯;
2)用计量泵把混合好的含异丁烯的烃料流输送到反应容器中,在无阳离子源的情况下,直接在催化剂路易斯酸的作用下制备聚异丁烯。
所述的异丁烯为含量99.99%的高纯度异丁烯,经检验不含有醚类和含有5个及5个以上的碳原子的物质。
所述的含有5-8个碳原子数烷类化合物中的一种和、或其相应的同分异构体的溶剂的总含量99.99%。
所述的作为催化剂的路易斯酸选用三氟化硼或三氯化铝。
所述的异丁烯与溶剂的摩尔比为1:1~3。
所述的异丁烯与三氟化硼的摩尔比为1000:1~3。
所述的异丁烯与三氯化铝的摩尔比为1000:1~3。
所述的异丁烯与溶剂的反应温度为-50℃~-30℃之间。
本发明选用作为催化剂的路易斯酸为纯三氟化硼或纯三氯化铝。其中三氟化硼性状为无色气体、有窒息性,在潮湿空气中可产生浓密白烟。三氟化硼溶于冷水;不能燃烧,也不能助燃,比空气重1.3倍,与湿空气混合产生白烟,它为已知最强路易斯酸之一,能和路易斯酸碱形成络合物,也在有机合成中用做催化剂。三氯化铝性状为有强盐酸气味,稳定性好。三氯化铝的溶解性好,易溶于水、醇、氯仿、四氯化碳,微溶于苯,主要用作有机合成中的催化剂,制备铝有机化合物以及金属的炼制。
本发明聚合反应的反应机理是:由于三氟化硼可以自离子化,BF3自离子化生成正BF2 +和相应的反离子BF4 -,正BF2 +能迅速的与单体的双键发生加成反应,生成碳阳离子活性中心;就可以完成异丁烯的引发和增长过程。三氯化铝的机理与三氟化硼一样。由于异丁烯带有两个推电子基团的甲基,当亲电试剂对异丁烯不断进攻即可实现。异丁烯与亲电试剂加成后形成的叔丁基阳离子较稳定,可与碳阳离子活性中心共轭形成分散的正电荷,这样既可以使亲电试剂容易再次进攻,提高反应活性,又使增长链末端比较稳定,不容易发生链转移。
以BF3(ALCL3与BF3反应机理一致)为例,产生阳离子并与单体的双键发生加成反应的过程:
Figure G2008101220963D0003163537QIETU
本发明聚合反应的反应条件为:使用纯的三氟化硼或三氯化铝作为阳离子催化剂,反应温度比使用络合物催化剂反应的环境温度要更低一些。阳离子增长链末端带有正电荷,容易从单体中夺取质子而发生向单体转移的副反应或与溶剂的亲核杂质反应而终止,随着温度的减低链转移的情况大大减小,本发明的聚合反应温度一般在-50℃~-30℃之间。
本发明所提供的异丁烯的聚合方法,工艺简单、经济实用,可在无阳离子源的情况下,直接在纯三氟化硼或纯三氯化铝催化剂的作用下反应,制得质量较好的聚异丁烯。经实验证明,直接用纯三氟化硼作为催化剂合成的聚异丁烯,分子量在3万—4万之间的比例提高了10%-25%,且分布指数也下降至1.8。直接用纯三氯化铝作为催化剂合成的聚异丁烯,分子量在3万—4万之间的比例提高了15%-20%,且分布指数也下降至2.0。从实验数据可得知,使用纯三氟化硼或纯三氯化铝作为制备聚异丁烯的唯一催化剂,与改进前相比,提高了目标产物的产量,同时分子量分布变窄,也说明聚合物的强度增加,更加有利于工程上使用。更重要的是,由于纯三氟化硼或纯三氯化铝可直接从厂家购买,无需另作处理、直接使用,不会出现因催化剂配制不好而导致产品不合格的风险;简化了工艺步骤,缩短了反应时间,而且还提高反应效率。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例一:选用纯三氟化硼作为制备聚异丁烯的催化剂。
在己烷溶液中加入含量99.99%的高纯度异丁烯,其中异丁烯与己烷以摩尔比为1:1.5,反应混合后,将混合液冷却至-40℃。再用计量泵把混合好的含异丁烯的烃料流输送到聚合釜A(聚合釜为立式圆柱形高压釜,带有夹套,以便通入蒸汽或冷水来加热或冷却)中,含异丁烯的烃料流以1200L/h流量输入,同时以800mL/h流量加入纯三氟化硼。接着通过自压的方式将上述反应物输送到聚合釜B中,同时以450mL/h流量加入纯三氟化硼。然后通过自压的方式将上述反应物输送到聚合釜C中,做后续的处理即可制备得到分子量在4万~5万之间的聚异丁烯。整个反应过程在0.1MPa压力下进行,聚合釜A、B的温度控制在-35℃,产生的热量经冷却介质置换。
实施例二:选用纯三氟化硼作为制备聚异丁烯的催化剂。
在辛烷溶液中加入含量99.99%的高纯度异丁烯,其中辛烷与异丁烯以摩尔比为1:2,反应混合后,将混合液冷却至-35℃。再用计量泵把混合好的含异丁烯的烃料流输送到聚合釜A(聚合釜为立式圆柱形高压釜,带有夹套,以便通入蒸汽或冷水来加热或冷却)中,含异丁烯的烃料流以1200L/h流量输入,同时以1000mL/h流量加入纯三氟化硼。接着通过自压的方式将上述反应物输送到聚合釜B中,同时以550mL/h流量加入纯三氟化硼。然后通过自压的方式将上述反应物输送到聚合釜C中,做后续的处理即可制备得到分子量在4万~5万之间的聚异丁烯。整个反应过程在0.1MPa压力下进行,聚合釜A、B的温度控制在-30℃,产生的热量经冷却介质置换。
实施例三:选用纯三氯化铝作为制备聚异丁烯的催化剂。
在庚烷溶液中加入含量99.99%的高纯度异丁烯,其中庚烷与异丁烯以摩尔比为1:1,反应混合后,将混合液冷却至-45℃。再用计量泵把混合好的含异丁烯的烃料流输送到聚合釜A(聚合釜为立式圆柱形高压釜,带有夹套,以便通入蒸汽或冷水来加热或冷却)中,含异丁烯的烃料流以1200L/h流量输入,同时以800mL/h流量加入纯三氯化铝。接着通过自压的方式将上述反应物输送到聚合釜B中,同时以400mL/h流量加入纯三氯化铝。然后通过自压的方式将上述反应物输送到聚合釜C中,做后续的处理即可制备得到分子量在5万~6万之间的聚异丁烯。整个反应过程在0.1MPa压力下进行,聚合釜A、B的温度控制在-40℃,产生的热量经冷却介质置换。
实施例四:选用纯三氯化铝作为制备聚异丁烯的催化剂。
在戊烷溶液中加入含量99.99%的高纯度异丁烯,其中戊烷与异丁烯以摩尔比为1:3,反应混合后,将混合液冷却至-30℃。再用计量泵把混合好的含异丁烯的烃料流输送到聚合釜A(聚合釜为立式圆柱形高压釜,带有夹套,以便通入蒸汽或冷水来加热或冷却)中,含异丁烯的烃料流以1200L/h流量输入,同时以1050mL/h流量加入纯三氯化铝。接着通过自压的方式将上述反应物输送到聚合釜B中,同时以500mL/h流量加入纯三氯化铝。然后通过自压的方式将上述反应物输送到聚合釜C中,做后续的处理即可制备得到分子量在5万~6万之间的聚异丁烯。整个反应过程在0.1MPa压力下进行,聚合釜A、B的温度控制在-35℃,产生的热量经冷却介质置换。
在实际的操作过程中,异丁烯与溶剂的配比上的规律是:异丁烯与溶剂的摩尔浓度会影响分子量大小,摩尔比越小越容易做相对分子量较小的聚异丁烯,摩尔比越大越容易做相对分子量较大的聚异丁烯。

Claims (6)

1.异丁烯的聚合方法,按照如下步骤制备:
1)在含有5-8个碳原子数的烷类化合物中的一种和、或相应的同分异构体的溶剂中加入异丁烯;
2)用计量泵把混合好的含异丁烯的烃料流输送到反应容器中,在无阳离子源的情况下,直接在催化剂路易斯酸的作用下制备聚异丁烯;
所述的异丁烯是含量为99.99%的高纯度异丁烯,经检验不含有醚类和含有5个及5个以上的碳原子的物质;
所述含有5-8个碳原子数烷类化合物中的一种和、或其相应的同分异构体的溶剂的总含量为99.99%。
2.根据权利要求1所述的异丁烯的聚合方法,其特征在于所述的作为催化剂的路易斯酸选用三氟化硼或三氯化铝。
3.根据权利要求1所述的异丁烯的聚合方法,其特征在于所述的异丁烯与溶剂的摩尔比为1∶1~3。
4.根据权利要求1或2或3所述的异丁烯的聚合方法,其特征在于所述的异丁烯与溶剂的反应温度为-50℃~-30℃之间。
5.根据权利要求4所述的异丁烯的聚合方法,其特征在于所述的异丁烯与三氟化硼的摩尔比为1000∶1~3。
6.根据权利要求4所述的异丁烯的聚合方法,其特征在于所述的异丁烯与三氯化铝的摩尔比为1000∶1~3。
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