CN110372860B - 一种低浊度双酚a型氰酸酯预聚体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低浊度双酚A型氰酸酯预聚体的制备方法,将二酚基丙烷、氯化氰、三乙胺溶解在溶剂中参与反应,重结晶得到低浊度的双酚A氰酸酯单体;通过雾化反应装置使雾状喷射而出的反应液在内部雾化腔室内与催化剂充分接触,将双酚A氰酸酯单体的转化率提高到85‑95%,有效降低了产物浊度和提纯难度;通过将相转移催化剂与乙醇混合后形成催化剂参与反应,引发阶段不会发生以催化剂为中心的局部聚合现象,也不会形成凝胶和固体颗粒,使得反应物充分接触,反应更加彻底,大大降低了反应体系的浊度,进一步降低提纯难度,得到的双酚A型异氰酸酯预聚体经检测浊度≤5FTU,大大优于现有技术中≤10FTU的标准。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料合成技术领域,具体涉及一种低浊度双酚A型氰酸酯预聚体的制备方法。
背景技术
双酚A氰酸酯树脂是市场上使用量最大的一款氰酸酯树脂。该类型氰酸酯树脂的市场占有率较高的主要原因是双酚A氰酸酯系列产品的性价比最高,它不但具有和传统环氧树脂相同的操作加工性能,同时还具有氰酸酯树脂特有的优异的耐热性(Tg=290℃),优异的介电性能,从X波段到W波段的宽频带范围内具有非常低的介电常数(ε=2.64-3.11)和介电损耗值(tg=0.001-0.008),且具有优良的力学性能、低的吸湿性,与已规模生产的酚醛树脂、环氧树脂和双马来酰亚胺等热固性树脂基体相比,双酚A氰酸酯树脂具有更优的综合性能。
目前双酚A氰酸酯的浊度一般≤10FTU,浊度较高时会造成树脂的使用性能降低,尤其是产品的介电性能、绝缘性等都会受其影响。申请号201610911762.6的专利公开了一种低浊度异氰酸酯低聚物的制备方法,包括以下步骤:异氰酸酯单体在复合催化剂催化下进行三聚反应;雾化反应釜中雾化并与气溶胶形式的复合催化剂反应;在催化剂毒物作用下终止反应得到反应液;分离回收异氰酸酯单体,得到低浊度的异氰酸酯低聚物产品。该方法可以显著缩短反应时间,减少反应液中的固体/凝胶颗粒,得到低浊度的异氰酸酯低聚物产品。但是经研究发现,将该方法应用到双酚A型氰酸酯预聚体的制备中,仍然存在以下问题:(1)未使用溶解性良好的溶剂对二酚基丙烷或氯化氰进行溶解后参与反应,使得副产物较多且反应产率低,小极性溶剂导致大量产物和副产物析出,大大增加提纯难度,双酚A氰酸酯单体提纯后仍然存在较大的浊度,不利于后续的聚合反应,降低了双酚A氰酸酯树脂产品的质量;(2)双酚A氰酸酯单体三聚反应中,催化剂稀释率低,分散不理想,导致催化剂与单体保持相对的高浓度,引发阶段即发生以催化剂为中心的局部聚合现象,形成凝胶和固体颗粒,大大增加反应体系的浊度,进一步增加提纯难度;(3)雾化时无法使催化剂与反应液呈雾状充分喷射而出,使得原料接触面积小,且反应温度无法保持稳定范围,不利于反应的正常进行。
发明内容
为了解决上述的技术问题,本发明的目的在于提供一种低浊度双酚A型氰酸酯预聚体的制备方法,将二酚基丙烷、氯化氰、三乙胺溶解在水溶性溶剂中参与反应,稀释原料浓度,提高分散效果,反应选择性高,再采用小极性的溶解性差的有机溶剂进行重结晶,即可得到低浊度、高产率的双酚A氰酸酯单体;
通过雾化反应装置,使雾状喷射而出的反应液在内部雾化腔室内与催化剂充分接触,较大的比表面积和分散度使得反应的选择性高、转化率高、副产物少,将双酚A氰酸酯单体的转化率提高到85-95%,有效降低了产物浊度和提纯难度;
通过将相转移催化剂与乙醇混合后形成催化剂参与反应,催化剂稀释率高,分散佳,催化剂与单体保持相对的低浓度,引发阶段不会发生以催化剂为中心的局部聚合现象,也不会形成凝胶和固体颗粒,使得反应物充分接触,反应更加彻底,大大降低了反应体系的浊度,进一步降低提纯难度,得到的双酚A型异氰酸酯预聚体经检测浊度≤5FTU,大大优于现有技术中≤10FTU的标准。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
本发明提供一种低浊度双酚A型氰酸酯预聚体的制备方法,包括以下步骤:
S1、将二酚基丙烷、三乙胺溶解在有机溶剂a中形成混合溶液a;氯化氰溶解在有机溶剂b中形成混合溶液b,预先冷却至-5~5℃;将混合溶液a、混合溶液b泵入第一反应釜中,在-5~5℃下反应4-6min;反应液减压浓缩除去溶剂,加入有机溶剂c,-5~5℃重结晶得到双酚A氰酸酯单体;
S2、将双酚A氰酸酯单体送入第二反应釜内,升温至60-80℃,加入催化剂催化三聚反应,得到第一反应液;第一反应液使用第三增压泵泵入雾化反应装置内,向雾化反应装置内加入催化剂,于60-80℃下混合反应得到第二反应液;
S3、将第二反应液送入第三反应釜,加入催化剂毒物,终止反应,得到反应液;反应液经一级蒸发器、二级蒸发器分离回收双酚A异氰酸酯单体,得到低浊度的双酚A型异氰酸酯预聚体。
本发明在对双酚A型氰酸酯预聚体制备方法的研究中,在现有的制备工艺上进行改进,现有工艺先将原料二酚基丙烷、氯化氰、三乙胺分别使用三个加料管加入反应釜内反应,或直接使用溶解性较差的小极性溶剂混合后参与反应,未使用溶解性良好的溶剂对反应活性高的二酚基丙烷或氯化氰进行溶解后参与反应,使得副产物较多且反应产率低,小极性溶剂导致大量产物和副产物析出,大大增加提纯难度,使得双酚A氰酸酯单体提纯后仍然存在较大的浊度,不利于后续的聚合反应,降低了双酚A氰酸酯树脂产品的质量。其次,在双酚A氰酸酯单体三聚反应中,催化剂稀释率低,分散不理想,导致催化剂与单体保持相对的高浓度,引发阶段即发生以催化剂为中心的局部聚合现象,形成凝胶和固体颗粒,大大增加反应体系的浊度,进一步增加提纯难度。
本发明有机溶剂a和有机溶剂b采用丙酮、四氢呋喃、二氧六环、二甲基甲酰胺、乙腈中的一种或多种的混合物,这些溶剂与水有着良好的相容性,溶解原料二酚基丙烷、氯化氰、三乙胺后,能够稀释原料浓度,提高分散效果,反应选择性高,再采用小极性的溶解性差的有机溶剂c,重结晶即可得到低浊度、高产率的双酚A氰酸酯单体。
步骤S2中,先将部分催化剂与双酚A氰酸酯单体在第二反应釜内混合催化发生三聚反应,此时催化剂的用量少,预聚产物的选择性高,双酚A氰酸酯单体转化率可以达到60-70%,然后向雾化反应装置内加入剩余的催化剂继续发生三聚反应,雾状喷射而出的反应液在内部雾化腔室内充分接触,较大的比表面积和分散度使得反应的选择性高、转化率高、副产物少,将双酚A氰酸酯单体的转化率提高到85-95%,有效降低了产物浊度和提纯难度。步骤S3第二反应液经过一级蒸发和二级蒸发,得到的双酚A型异氰酸酯预聚体经检测浊度≤5FTU,大大优于现有技术中≤10FTU的标准。
作为本发明进一步的方案,所述雾化反应装置对第一反应液的处理过程如下:第一反应液从进料口加压注入,经雾化管道进入各个雾化喷射机构中,分别由第一喷射嘴上的第一喷射孔和第二喷射嘴上的第二喷射孔,呈雾状喷射至内层雾化腔室内;
内部雾化腔室升温至60-80℃,催化剂加压后进入进液管内,从喷液嘴内向下喷出,与雾状喷射而出的第一反应液在内部雾化腔室内充分接触并反应。
本发明反应液经雾化管道进入各个雾化喷射机构中,分别由第一喷射嘴上的第一喷射孔和第二喷射嘴上的第二喷射孔,呈雾状喷射至内层雾化腔室内;催化剂从喷液嘴内向下喷出,与雾状喷射而出的反应液在内部雾化腔室内充分接触,较大的比表面积和分散度使得反应的选择性高、转化率高、副产物少,有效降低了产物浊度和提纯难度。
作为本发明进一步的方案,所述雾化反应装置的保温过程如下:将冷凝气进口与冷凝器接通,冷凝气沿冷凝气进口进入冷凝管内,分别流经第一竖直段、弯折段、第二竖直段,使得外层夹套与内层雾化腔室的间隙降温;冷凝管进一步与内部雾化腔室进行热交换,使得反应液温度降低。
雾化反应装置通过将冷凝气沿冷凝气进口送入冷凝管内,分别流经第一竖直段、弯折段、第二竖直段,使得外层夹套与内层雾化腔室的间隙空间有效降温;冷凝管进一步与内部雾化腔室进行热交换,使得反应液温度有效降低;通过控制冷凝气的进入流量和冷凝器冷热气体置换速率,可以精准控制内部雾化腔室内的反应液温度,保持反应速率和产物收率的稳定性。
作为本发明进一步的方案,所述催化剂由相转移催化剂与乙醇按照质量比30-50:1混合配制而成;相转移催化剂为苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基硫酸氢铵、三辛基甲基氯化铵中的一种或多种的混合物。
本发明将相转移催化剂与乙醇混合后形成催化剂参与反应,催化剂稀释率高,分散佳,催化剂与单体保持相对的低浓度,引发阶段不会发生以催化剂为中心的局部聚合现象,也不会形成凝胶和固体颗粒,使得反应物充分接触,反应更加彻底,大大降低了反应体系的浊度,进一步降低提纯难度。
作为本发明进一步的方案,步骤S2催化剂的总量为双酚A氰酸酯单体质量的3-8倍;催化三聚反应时催化剂的添加量占总量的60-70wt%,向雾化反应装置内加入的催化剂量占总量的30-40wt%。
作为本发明进一步的方案,所述二酚基丙烷、氯化氰、三乙胺的摩尔比1:1.2~1.3:1.25~1.45。
作为本发明进一步的方案,所述有机溶剂a为丙酮、四氢呋喃、二氧六环、二甲基甲酰胺、乙腈中的一种或多种的混合物。
作为本发明进一步的方案,所述有机溶剂b为丙酮、四氢呋喃、二氧六环、二甲基甲酰胺、乙腈中的一种或多种的混合物。
作为本发明进一步的方案,所述有机溶剂c为环己烷、环戊烷、甲基环己烷、石油醚中的一种或多种的混合物。
本发明的有益效果:
1、本发明双酚A型氰酸酯预聚体的制备方法,将二酚基丙烷、氯化氰、三乙胺溶解在水溶性溶剂中参与反应,稀释原料浓度,提高分散效果,反应选择性高,再采用小极性的溶解性差的有机溶剂进行重结晶,即可得到低浊度、高产率的双酚A氰酸酯单体;通过将相转移催化剂与乙醇混合后形成催化剂参与反应,催化剂稀释率高,分散佳,催化剂与单体保持相对的低浓度,引发阶段不会发生以催化剂为中心的局部聚合现象,也不会形成凝胶和固体颗粒,使得反应物充分接触,反应更加彻底,大大降低了反应体系的浊度,进一步降低提纯难度,得到的双酚A型异氰酸酯预聚体经检测浊度≤5FTU,大大优于现有技术中≤10FTU的标准。
2、本发明通过雾化反应装置,使雾状喷射而出的反应液在内部雾化腔室内与催化剂充分接触,较大的比表面积和分散度使得反应的选择性高、转化率高、副产物少,将双酚A氰酸酯单体的转化率提高到85-95%,有效降低了产物浊度和提纯难度。
3、雾化反应时,雾化反应装置通过将冷凝气沿冷凝气进口送入冷凝管内,分别流经第一竖直段、弯折段、第二竖直段,使得外层夹套与内层雾化腔室的间隙空间有效降温;冷凝管进一步与内部雾化腔室进行热交换,使得反应液温度有效降低;通过控制冷凝气的进入流量和冷凝器冷热气体置换速率,可以精准控制内部雾化腔室内的反应液温度,保持反应速率和产物收率的稳定性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明低浊度双酚A型氰酸酯预聚体的制备方法的流程图。
图2是本发明雾化反应装置的结构示意图。
图3是本发明雾化喷射机构的结构示意图。
图中:1、第一储液罐;2、第二储液罐;3、第一增压泵;4、第二增压泵;5、第一反应釜;6、浓缩罐;7、第二反应釜;8、第三增压泵;9、雾化反应装置;10、第三储液罐;11、外层夹套;12、内层雾化腔室;13、上法兰;14、出料口;15、泄压阀;16、进料口;17、冷凝气体进口;18、冷凝管;19、第一卡箍;20、进液管;21、喷液嘴;22、雾化管道;23、第二卡箍;24、第三增压泵;25、第三反应釜;26、一级蒸发器;27、二级蒸发器;181、第一竖直段;182、第二竖直段;183、弯折段;221、***喷射管;222、内侧喷射管;223、连接杆;224、滚珠;225、第一喷射嘴;226、第一喷射孔;227、第二喷射嘴;228、第二喷射孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
参阅图1-3所示,本实施例提供一种低浊度双酚A型氰酸酯预聚体的制备方法,包括以下步骤:
S1、称取二酚基丙烷228g、氯化氰77.5g、三乙胺133.6g,将二酚基丙烷、三乙胺溶解在四氢呋喃中形成混合溶液a,装入第一储液罐1内;氯化氰溶解在二氧六环中形成混合溶液b,预先冷却至0℃,装入第二储液罐2内;将混合溶液a、混合溶液b分别通过第一增压泵3、第二增压泵4泵入第一反应釜5中,在-3℃下反应5min;反应液通入浓缩罐6,减压浓缩除去溶剂,加入石油醚,-2℃重结晶得到双酚A氰酸酯单体;
S2、将双酚A氰酸酯单体送入第二反应釜7内,升温至75℃,加入催化剂催化三聚反应,得到第一反应液;第一反应液使用第三增压泵8泵入雾化反应装置9内,向雾化反应装置9内加入催化剂,于75℃下混合反应得到第二反应液;雾化反应装置对第一反应液的处理过程如下:第一反应液从进料口16加压注入,经雾化管道22进入各个雾化喷射机构中,分别由第一喷射嘴225上的第一喷射孔226和第二喷射嘴227上的第二喷射孔228,呈雾状喷射至内层雾化腔室12内;内部雾化腔室12升温至75℃,催化剂加压后进入进液管20内,从喷液嘴21内向下喷出,与雾状喷射而出的第一反应液在内部雾化腔室12内充分接触并反应。
其中,催化剂由四丁基氯化铵与乙醇按照质量比37:1混合配制而成,催化剂的总量为双酚A氰酸酯单体质量的7倍;催化三聚反应时催化剂的添加量占总量的65wt%,向雾化反应装置内加入的催化剂量占总量的35wt%。
S3、将第二反应液送入第三反应釜25,加入催化剂毒物,终止反应,得到反应液;反应液经一级蒸发器26、二级蒸发器27分离回收双酚A异氰酸酯单体,得到低浊度的双酚A型异氰酸酯预聚体。采用美国Hach2100N型浊度计进行浊度的测量,浊度为4.8FTU。
实施例2
参阅图1-3所示,本实施例提供一种低浊度双酚A型氰酸酯预聚体的制备方法,包括以下步骤:
S1、称取二酚基丙烷228g、氯化氰78.7g、三乙胺130.5g,将二酚基丙烷、三乙胺溶解在乙腈中形成混合溶液a,装入第一储液罐1内;氯化氰溶解在二甲基甲酰胺中形成混合溶液b,预先冷却至2℃,装入第二储液罐2内;将混合溶液a、混合溶液b分别通过第一增压泵3、第二增压泵4泵入第一反应釜5中,在-1℃下反应6min;反应液通入浓缩罐6,减压浓缩除去溶剂,加入环己烷,0℃重结晶得到双酚A氰酸酯单体;
S2、将双酚A氰酸酯单体送入第二反应釜7内,升温至66℃,加入催化剂催化三聚反应,得到第一反应液;第一反应液使用第三增压泵8泵入雾化反应装置9内,向雾化反应装置9内加入催化剂,于66℃下混合反应得到第二反应液;雾化反应装置对第一反应液的处理过程如下:第一反应液从进料口16加压注入,经雾化管道22进入各个雾化喷射机构中,分别由第一喷射嘴225上的第一喷射孔226和第二喷射嘴227上的第二喷射孔228,呈雾状喷射至内层雾化腔室12内;内部雾化腔室12升温至66℃,催化剂加压后进入进液管20内,从喷液嘴21内向下喷出,与雾状喷射而出的第一反应液在内部雾化腔室12内充分接触并反应。
其中,催化剂由苄基三乙基氯化铵与乙醇按照质量比45:1混合配制而成;催化剂的总量为双酚A氰酸酯单体质量的7.2倍;催化三聚反应时催化剂的添加量占总量的62wt%,向雾化反应装置内加入的催化剂量占总量的38wt%。
S3、将第二反应液送入第三反应釜25,加入催化剂毒物,终止反应,得到反应液;反应液经一级蒸发器26、二级蒸发器27分离回收双酚A异氰酸酯单体,得到低浊度的双酚A型异氰酸酯预聚体。采用美国Hach2100N型浊度计进行浊度的测量,浊度为4.5FTU。
实施例3
参阅图1-3所示,本实施例提供一种低浊度双酚A型氰酸酯预聚体的制备方法,包括以下步骤:
S1、称取二酚基丙烷228g、氯化氰80g、三乙胺143.7g,将二酚基丙烷、三乙胺溶解在四氢呋喃中形成混合溶液a,装入第一储液罐1内;氯化氰溶解在四氢呋喃中形成混合溶液b,预先冷却至5℃,装入第二储液罐2内;将混合溶液a、混合溶液b分别通过第一增压泵3、第二增压泵4泵入第一反应釜5中,在-4℃下反应6min;反应液通入浓缩罐6,减压浓缩除去溶剂,加入环戊烷,3℃重结晶得到双酚A氰酸酯单体;
S2、将双酚A氰酸酯单体送入第二反应釜7内,升温至78℃,加入催化剂催化三聚反应,得到第一反应液;第一反应液使用第三增压泵8泵入雾化反应装置9内,向雾化反应装置9内加入催化剂,于78℃下混合反应得到第二反应液;雾化反应装置对第一反应液的处理过程如下:第一反应液从进料口16加压注入,经雾化管道22进入各个雾化喷射机构中,分别由第一喷射嘴225上的第一喷射孔226和第二喷射嘴227上的第二喷射孔228,呈雾状喷射至内层雾化腔室12内;内部雾化腔室12升温至78℃,催化剂加压后进入进液管20内,从喷液嘴21内向下喷出,与雾状喷射而出的第一反应液在内部雾化腔室12内充分接触并反应。
其中,催化剂由三辛基甲基氯化铵与乙醇按照质量比35:1混合配制而成;催化剂的总量为双酚A氰酸酯单体质量的3.6倍;催化三聚反应时催化剂的添加量占总量的70wt%,向雾化反应装置内加入的催化剂量占总量的30wt%。
S3、将第二反应液送入第三反应釜25,加入催化剂毒物,终止反应,得到反应液;反应液经一级蒸发器26、二级蒸发器27分离回收双酚A异氰酸酯单体,得到低浊度的双酚A型异氰酸酯预聚体。采用美国Hach2100N型浊度计进行浊度的测量,浊度为4.2FTU。
实施例4
参阅图2-3所示,本实施例提供了一种雾化反应装置,适用于低浊度双酚A型氰酸酯预聚体的制备,包括外层夹套11、内层雾化腔室12,外层夹套11设于内层雾化腔室12的外层且未包裹内层雾化腔室12的靠上部分。内层雾化腔室12的顶部中心设有上法兰13,内层雾化腔室12的底部向下贯穿外层夹套11设有出料口14。外层夹套11顶部的一侧设有泄压阀15,另一侧设有进料口16。外层夹套11与内层雾化腔室12的间隙内设有冷凝机构,冷凝机构包括冷凝气体进口17、冷凝管18,冷凝气进口17设于外层夹套11一侧的外部,冷凝管18的一端与冷凝气进口17连接,另一端延伸入外层夹套11与内层雾化腔室12的间隙内。具体地,冷凝管18包括第一竖直段181、第二竖直段182、弯折段183,第一竖直段181、第二竖直段182、弯折段183成型为一体且与外层夹套11内表面的距离大于与内层雾化腔室12外表面的距离。第一竖直段181、第二竖直段182通过第一卡箍19固定在外层夹套11与内层雾化腔室12的间隙内。内层雾化腔室12的侧壁连接有伸入内层雾化腔室12的进液管20,进液管20的底部等距排布有喷液嘴21。进料口16与延伸入内层雾化腔室12内的雾化管道22连接,雾化管道22竖直设置且通过第二卡箍23与内层雾化腔室12的内壁紧固连接。
雾化管道22上连接有3-5个平行设置的雾化喷射机构。雾化喷射机构的位置处于喷液嘴21的下方,包括***喷射管221、内侧喷射管222,***喷射管221与内侧喷射管222通过连接杆223连接,内侧喷射管222的***内部设有滚珠224。***喷射管221与内侧喷射管222的横截面均呈圆环状。***喷射管221上环形阵列分布有第一喷射嘴225,第一喷射嘴225上设有第一喷射孔226,内侧喷射管222上环形阵列分布有第二喷射嘴227,第二喷射嘴227上设有第二喷射孔228。第一喷射嘴225、第二喷射嘴227均与雾化管道22内的孔道相连通。
本实施例雾化反应装置的具体工作过程如下:将双酚A氰酸酯单体与催化剂催化反应得到反应液从进料口16加压注入,压力为3-5MPa,反应液经雾化管道22进入各个雾化喷射机构中,分别由第一喷射嘴225上的第一喷射孔226和第二喷射嘴227上的第二喷射孔228,呈雾状喷射至内层雾化腔室12内;
内部雾化腔室12升温至60-80℃,催化剂加压后进入进液管20内,压力为1-2MPa,催化剂从喷液嘴21内向下喷出,与雾状喷射而出的反应液在内部雾化腔室12内充分接触,较大的比表面积和分散度使得反应的选择性高、转化率高、副产物少,有效降低了产物浊度和提纯难度;
当反应释放热量使得内部雾化腔室12内温度无法保持在60-80℃时,将冷凝气进口17与冷凝器接通,冷凝气沿冷凝气进口17进入冷凝管18内,分别流经第一竖直段181、弯折段183、第二竖直段182,使得外层夹套11与内层雾化腔室12的间隙空间有效降温;冷凝管18进一步与内部雾化腔室12进行热交换,使得反应液温度有效降低;通过控制冷凝气的进入流量和冷凝器冷热气体置换速率,可以精准控制内部雾化腔室12内的反应液温度。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种低浊度双酚A型氰酸酯预聚体的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、将二酚基丙烷、三乙胺溶解在有机溶剂a中形成混合溶液a;氯化氰溶解在有机溶剂b中形成混合溶液b,预先冷却至-5~5℃;将混合溶液a、混合溶液b泵入第一反应釜(5)中,在-5~5℃下反应4-6min;反应液减压浓缩除去溶剂,加入有机溶剂c,-5~5℃重结晶得到双酚A氰酸酯单体;
S2、将双酚A氰酸酯单体送入第二反应釜(7)内,升温至60-80℃,加入催化剂催化三聚反应,得到第一反应液;第一反应液使用第三增压泵(8)泵入雾化反应装置(9)内,向雾化反应装置(9)内加入催化剂,于60-80℃下混合反应得到第二反应液;
S3、将第二反应液送入第三反应釜(25),加入催化剂毒物,终止反应,得到反应液;反应液经一级蒸发器(26)、二级蒸发器(27)分离回收双酚A异氰酸酯单体,得到低浊度的双酚A型异氰酸酯预聚体;
所述催化剂由相转移催化剂与乙醇按照质量比30-50:1混合配制而成;相转移催化剂为苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基硫酸氢铵、三辛基甲基氯化铵中的一种或多种的混合物;
所述有机溶剂a为丙酮、四氢呋喃、二氧六环、二甲基甲酰胺、乙腈中的一种或多种的混合物;
所述有机溶剂b为丙酮、四氢呋喃、二氧六环、二甲基甲酰胺、乙腈中的一种或多种的混合物;
所述有机溶剂c为环己烷、环戊烷、甲基环己烷、石油醚中的一种或多种的混合物;
所述雾化反应装置对第一反应液的处理过程如下:第一反应液从进料口(16)加压注入,经雾化管道(22)进入各个雾化喷射机构中,分别由第一喷射嘴(225)上的第一喷射孔(226)和第二喷射嘴(227)上的第二喷射孔(228),呈雾状喷射至内层雾化腔室(12)内;
内部雾化腔室(12)升温至60-80℃,催化剂加压后进入进液管(20)内,从喷液嘴(21)内向下喷出,与雾状喷射而出的第一反应液在内部雾化腔室(12)内充分接触并反应;
步骤S2催化剂的总量为双酚A氰酸酯单体质量的3-8倍;催化三聚反应时催化剂的添加量占总量的60-70wt%,向雾化反应装置内加入的催化剂量占总量的30-40wt%;
所述二酚基丙烷、氯化氰、三乙胺的摩尔比1:1.2~1.3:1.25~1.45;
该雾化反应装置,包括外层夹套(11)、内层雾化腔室(12),外层夹套(11)设于内层雾化腔室(12)的外层且未包裹内层雾化腔室(12)的靠上部分;内层雾化腔室(12)的顶部中心设有上法兰(13),内层雾化腔室(12)的底部向下贯穿外层夹套(11)设有出料口(14);外层夹套(11)顶部的一侧设有泄压阀(15),另一侧设有进料口(16);外层夹套(11)与内层雾化腔室(12)的间隙内设有冷凝机构,冷凝机构包括冷凝气体进口(17)、冷凝管(18),冷凝气进口(17)设于外层夹套(11)一侧的外部,冷凝管(18)的一端与冷凝气进口(17)连接,另一端延伸入外层夹套(11)与内层雾化腔室(12)的间隙内;具体地,冷凝管(18)包括第一竖直段(181)、第二竖直段(182)、弯折段(183),第一竖直段(181)、第二竖直段(182)、弯折段(183)成型为一体且与外层夹套(11)内表面的距离大于与内层雾化腔室(12)外表面的距离;第一竖直段(181)、第二竖直段(182)通过第一卡箍(19)固定在外层夹套(11)与内层雾化腔室(12)的间隙内;内层雾化腔室(12)的侧壁连接有伸入内层雾化腔室(12)的进液管(20),进液管(20)的底部等距排布有喷液嘴(21);进料口(16)与延伸入内层雾化腔室(12)内的雾化管道(22)连接,雾化管道(22)竖直设置且通过第二卡箍(23)与内层雾化腔室(12)的内壁紧固连接;
雾化管道(22)上连接有3-5个平行设置的雾化喷射机构;雾化喷射机构的位置处于喷液嘴(21)的下方,包括***喷射管(221)、内侧喷射管(222),***喷射管(221)与内侧喷射管(222)通过连接杆(223)连接,内侧喷射管(222)的***内部设有滚珠(224);***喷射管(221)与内侧喷射管(222)的横截面均呈圆环状;***喷射管(221)上环形阵列分布有第一喷射嘴(225),第一喷射嘴(225)上设有第一喷射孔(226),内侧喷射管(222)上环形阵列分布有第二喷射嘴(227),第二喷射嘴(227)上设有第二喷射孔(228);第一喷射嘴(225)、第二喷射嘴(227)均与雾化管道(22)内的孔道相连通;
该雾化反应装置的具体工作过程如下:将双酚A氰酸酯单体与催化剂催化反应得到反应液从进料口(16)加压注入,压力为3-5MPa,反应液经雾化管道(22)进入各个雾化喷射机构中,分别由第一喷射嘴(225)上的第一喷射孔(226)和第二喷射嘴(227)上的第二喷射孔(228),呈雾状喷射至内层雾化腔室(12)内;
内部雾化腔室(12)升温至60-80℃,催化剂加压后进入进液管(20)内,压力为1-2MPa,催化剂从喷液嘴(21)内向下喷出,与雾状喷射而出的反应液在内部雾化腔室(12)内充分接触,较大的比表面积和分散度使得反应的选择性高、转化率高、副产物少,有效降低了产物浊度和提纯难度;
当反应释放热量使得内部雾化腔室(12)内温度无法保持在60-80℃时,将冷凝气进口(17)与冷凝器接通,冷凝气沿冷凝气进口(17)进入冷凝管(18)内,分别流经第一竖直段(181)、弯折段(183)、第二竖直段(182),使得外层夹套(11)与内层雾化腔室(12)的间隙空间有效降温;冷凝管(18)进一步与内部雾化腔室(12)进行热交换,使得反应液温度有效降低;通过控制冷凝气的进入流量和冷凝器冷热气体置换速率,可以精准控制内部雾化腔室(12)内的反应液温度。
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