Способ получения цис-1,4-полиизопрена

 

Использование: в нефтехимической промышленности для производства каучука марки СКИ-5. Сущность: осуществляют непрерывную полимеризацию изопрена в среде изопентана в присутствии катализатора, состоящего из сольватированных солей редкоземельных элементов и алюминийорганических соединений. Полимеризационную смесь предварительно подают в многозонный трубчатый предреактор, снабженный диффузорами и конфузорами при скорости турбулентного потока 0,5 - 10,0 м/с с последующей подачей смеси в полимеризатор. 1 табл.

Изобретение может быть использовано в нефтехимической промышленности при производстве каучука марки СКИ-5.

Известен способ получения цис-1,4-полиизопрена полимеризацией изопрена с использованием катализатора, состоящего из редкоземельного элемента группы лантана, органического соединения алюминия/или основания Льюиса. Недостатком способа является периодичность процесса, невысокое содержание цис-1,4-звеньев (более 88%) и наличие нерастворимой в тетрагидрофуране фракции (до 5 мас. ).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ получения цис-1,4-полиизопрена непрерывной полимеризацией изопрена в среде изопентана в присутствии катализатора, состоящего из сольватированных солей редкоземельных элементов и алюминийорганических соединений. Процесс полимеризации осуществляют при 0-60^оС и давлении 0,15-0,70 МПа. В качестве недостатков известного способа следует указать не перерасход катализатора, неоднородность каучука и наличие геля (4,6 мас.).

Технической задачей изобретения является снижение расхода катализатора, повышение качества продукта путем получения однородного полимера с узким молекулярно-массовым распределением с содержанием цис-1,4-звеньев до 98% и отсутствием гель-фракции.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения цис-1,4-полиизопрена непрерывной полимеризацией изопрена в среде изопентана в присутствии катализатора, состоящего из сольватированных солей редкоземельных элементов и алюминийорганических соединений, полимеризационную смесь предварительно подают в многозонный трубчатый предреактор, снабженный диффузорами и конфузорами, при скорости турбулентного потока 0,5-10 м/с с последующей подачей смеси в полимеризатор.

Сущность изобретения заключается в следующем. Взаимодействие катализатора с шихтой осуществляют в условиях, при которых реакционный поток, проходя через последовательно расположенные диффузоры, разъединенные цилиндрическими участками и конфузорами, резко расширяется, что приводит к автогенерации турбулентного вихря. Геометрию предреактора, а именно отношения диаметра основания наименьшего сечения диффузорного участка к диаметру и длине цилиндрического участка, а также угол раскрытия диффузорного участка, подбирают экспериментально для каждых конкретных условий, что способствует формированию недеформированного турбулентного вихря (т.е. турбулентного вихря, имеющего оптимальные в данных условиях интенсивность и напряженность), что приводит к резкому увеличению турбулентной энергии потока и коэффициента турбулентной диффузии. Это, в свою очередь, приводит к безградиентному распределению катализатора в объеме мономера вдоль радиуса предреактора и гарантированной стабилизации теплового поля реактора, что является основной проблемой проведения процесса, так как реакция полимеризации изопрена, являясь существенно быстрой, сопровождается интенсивным тепловыделением. Напротив, неравномерность концентрационного поля катализатора в объеме реактора приводит к передозировке катализатора и интенсификации реакции сшивки, т.е. образуются микрогели, которые резко снижают качество целевого продукта.

Процесс полимеризации осуществляют в одном или в цепочке нескольких последовательно соединенных полимеризаторов при 0-60^оС и давлении 0,15-0,70 МПа.

П р и м е р 1. Каталитический комплекс для полимеризации готовят при -10^оС, отдельно готовят толуольный раствор триизобутилалюминия (ТИБА) с пипериленом в соотношении пиперилен:ТИБА (моль)0,15:1,00, при этом концентрация ТИБА в толуоле 0,145 г/л, и сольват хлорида редкоземельного элемента (РЗЭ) в нетоксичном масле при соотношении РЗЭ и сольватирующего агента (пропанол-2) 1:3, при этом концентрация РЗЭ составляет 10 мас. Далее сливают растворы ТИБА и сольвата хлорида РЗЭ, молярное соотношение ТИБА:сольват хлорида РЗЭ 12:1. Изопрен-изопентановую шихту смешивают с 2%-ным раствором диизобутилалюминийгидрида (ДИБАГ) в толуоле из расчета 0,6 кг/т полимера. Приготовленный таким образом катализатор подают в многозонный трубчатый предреактор для его взаимодействия с 17%-ным раствором изопрена в изопентане. Скорость турбулентного потока 0,5 м/с. Затем шихту со скоростью 40 т/ч подают на непрерывную полимеризацию в полимеризатор объемом 16 м³ при температуре 6^оС. Процесс ведут при перемешивании реакционной массы. Расход катализатора 200 л/ч; давление в первом полимеризаторе составляет 0,5 МПа при 15^оС, в 2-м 0,4 МПа при 35^оС, а в третьем 0,2 МПа при 50^оС.

При этих условиях содержание полимера в полимеризаторе составляет 12 мас. что соответствует 98% конверсии мономера. Полученный полимер практически полностью растворяется в бензоле, содержит 98% цис-1,4-звеньев и не содержит гель-фракции. Свойства полученного полиизопрена приведены в таблице.

П р и м е р 2. Процесс осуществляли по примеру 1, но скорость турбулентного потока в предреакторе составляет 10 м/с. При этом расход катализатора равен 150 л/ч.

П р и м е р 3 (по известному способу).

Процесс проводят по примеру 1, но без предварительного взаимодействия катализатора с шихтой до подачи на полимеризацию. Расход катализатора 350 л/ч.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИС-1,4-ПОЛИИЗОПРЕНА непрерывной полимеризацией изопрена в среде изопентана в присутствии катализатора, состоящего из сольватированных солей редкоземельных элементов и алюминийорганических соединений, отличающийся тем, что реакционную смесь предварительно подают в многозонный трубчатый предреактор, снабженный диффузоромами и конфузорами, при скорости турбулентного потока 0,5 10,0 м/с с последующей подачей смеси в полимеризатор.

РИСУНКИ

Рисунок 1