一种喷射流回路反应系统及制备脂肪族聚碳酸酯的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种喷射流回路反应系统及制备脂肪族聚碳酸酯的方法，包括以下步骤：将环氧化合物、催化剂和溶剂加入至聚合反应腔体中，氮气置换，打开循环泵，环氧化物、催化剂和溶剂的混合液通过换热器预热至25～100℃，再经换热器进入喷射流回路反应器内管，二氧化碳经喷射流回路反应器外管，气

【技术实现步骤摘要】
一种喷射流回路反应系统及制备脂肪族聚碳酸酯的方法


[0001]本专利技术涉及一种聚合物的制备方法，具体涉及一种喷射流回路反应系统及制备脂肪族聚碳酸酯的方法。

技术介绍

[0002]生物可降解脂肪族聚碳酸酯是分子链中含有碳酸酯的一类脂肪族高分子化合物，其可应用于医学、食品、电子及工程塑料等领域。脂肪族聚碳酸酯一般是以二氧化碳作为原料，其和环氧化合物在特定金属催化剂作用下共聚生成。其制备过程既可利用二氧化碳，减少碳排放，又可获得一种可生物降解的高分子聚合物，近年受到广泛的研究和关注。典型聚合过程如下式所示：
[0003][0004]典型脂肪族聚碳酸酯合成反应方程式
[0005]脂肪族聚碳酸酯聚合过程金属催化剂存在均相和非均相催化剂，二氧化碳是气相，环氧化合物是液相。因此，脂肪族聚碳酸酯的聚合反应过程是气
‑
液
‑
固三相或气
‑
液两相非均相聚合反应。在实际工业化生产过程中，首先将环氧化合物、催化剂和溶剂加入至聚合釜中，打开搅拌、开始升温，在聚合过程中不断通入二氧化碳气体。以上聚合物过程存在以下问题：(1)釜式聚合反应过程气
‑
液两相或气
‑
液
‑
固三相传热效果不佳，传质混合效果差和聚合效率低；(2)间歇式聚合反应釜内不同区域催化剂、环氧化合物和二氧化碳的浓度梯度较大，导致产品分子量不高、分子量分布宽及产品热力学性能差等，不能满足规模产业化的技术需求，如5m3聚合反应釜，搅拌轴和聚合反应釜壁的聚合物浓度、单体浓度和温度梯度差别较大，导致产品批次质量不稳定。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术的不足，提供一种喷射流回路反应系统及制备脂肪族聚碳酸酯的方法，本专利技术将喷射流回路反应器应用于脂肪族聚碳酸酯制备过程，环氧化合物
‑
催化剂混合液经换热器、进入喷射流回路反应器，经喷射流回路反应器雾化后混合液后的和二氧化碳雾化聚合后充分混合
‑
聚合，进入聚合反应腔体，混合液体在循环泵的作用下，不断循环聚合，获得脂肪族聚碳酸酯，聚合过程通过不断补加二氧化碳实现聚合的持续进行。
[0007]本专利技术采取的技术方案包括：
[0008]一种喷射流回路反应系统，设置聚合反应腔体，聚合反应腔体的底部依次连接循环泵、换热器和喷射流回路反应器，喷射流回路反应器与聚合反应腔体的顶部连接；在喷射流回路反应器与换热器连接的管路上还接入二氧化碳管道。
[0009]可选的，在所述的聚合反应腔体和循环泵间的管路上还接入液体储罐。
[0010]一种喷射流回路反应系统制备脂肪族聚碳酸酯的方法，所述的喷射流回路反应系统为本专利技术所述的喷射流回路反应系统；
[0011]包括以下步骤：
[0012]将环氧化合物、催化剂和溶剂加入聚合反应腔体中，氮气置换后，打开循环泵，环氧化物、催化剂和溶剂的混合液通过换热器预热至25～100℃，进入喷射流回路反应器内管，来自二氧化碳管道的二氧化碳经喷射流回路反应器外管，当聚合腔体的压力小于工艺设定压力50％时，补入二氧化碳气体，气
‑
液
‑
固或气
‑
液两相在喷射流回路反应器内充分混合
‑
聚合；
[0013]聚合反应腔体的压力为0.1～1MPa，温度为25～100℃，持续循环
‑
聚合获得目标脂肪族聚合物。
[0014]可选的，所述的环氧化合物、催化剂和溶剂的质量比例为100：(2～10)：(100～500)。
[0015]可选的，所述的环氧化合物和二氧化碳的摩尔比例为1：(5～50)。
[0016]可选的，所述的溶剂选自二氯甲烷、四氯化碳、三氯甲烷、氯苯、二甲苯、二氯苯、四氢呋喃和石油醚中的至少一种。
[0017]可选的，所述的环氧化合物选自环氧丙烷、环氧氯丙烷、环氧环己烷、1,2
‑
环氧丁烷和2,3
‑
环氧丁烷中的至少一种或者其他环氧化合物。
[0018]可选的，所述的催化剂选自戊二酸锌、戊二酸铜、戊二酸铁、Co(H2O)2[Pd(CN]4H2O、Zn
‑
Co双金属氰化络合物、羧酸锌催化剂、SalenMX催化剂和稀土三元催化剂中的至少一种。
[0019]一种脂肪族聚碳酸酯，采用本专利技术任一所述的喷射流回路反应系统制备脂肪族聚碳酸酯的方法制备得到，数均分子量是1～350000，分子量分布≤2.2。
[0020]本专利技术的优点：
[0021]提供的喷射流回路反应器制备脂肪族聚碳酸酯的方法，通过将环氧化合物
‑
催化剂溶液的混合液经螺旋缠绕管换热器预热，混合液和二氧化碳经在喷射流回路反应器内雾化后充分混合
‑
聚合，从而提高传质、传热和聚合效率；提供一种喷射流回路反应器高效制备脂肪族聚碳酸酯的方法，实现降低能耗和提高聚合效率，获得高分子量和窄分子量分布的脂肪族聚碳酸酯；通过喷射流回路反应器可提高聚合反应液和二氧化碳的混合效果，提高聚合效率和提高产品分子量。
附图说明
[0022]附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
[0023]图1为喷射流回路反应器制备脂肪族聚碳酸酯方法的工艺流程图；
[0024]图中各标号表示为：
[0025]1‑
聚合反应腔体、2
‑
循环泵、3
‑
换热器、4
‑
喷射流回路反应器、5
‑
液体储罐、6
‑
二氧化碳管道；
[0026]F
‑
流量计、T
‑
温度计、N
‑
氮气进气阀、Z
‑
真空阀、P
‑
压力表。
具体实施方式
[0027]以下实例用于进一步详细说明喷射流回路反应器制备脂肪族聚碳酸酯的方法。但是本专利技术绝非仅限于以下实例。在权利要求所限定范围内的工艺方法，均可按照本专利技术提供的方法用于制备脂肪族聚碳酸酯。
[0028]结合图1，本专利技术的喷射流回路反应系统，设置聚合反应腔体1，聚合反应腔体1的底部依次接设循环泵2、换热器3和喷射流回路反应器4，喷射流回路反应器4与聚合反应腔体1的顶部连接；在喷射流回路反应器4与换热器3连接的管路上还接入二氧化碳管道6。还可以，在聚合反应腔体1和循环泵2间的管路上还接入液体储罐5。本专利技术给出的反应系统的反应原理包括：环氧化合物、催化剂和溶剂通过液体储罐5经输液泵进入聚合反应腔体1，待液体物料全部加入，二氧化碳经二氧化碳管道6进入喷射流回路反应器4，混合液经过输液泵进入换热器3(如螺旋缠绕管换热器)加热后在喷射流回路反应器4中混合聚合，继续进入聚合反应腔体1搅拌，再经输液泵循环聚合至反应结束。液体储罐5的作用是，在第一次本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种喷射流回路反应系统，其特征在于，设置聚合反应腔体，聚合反应腔体的底部依次接循环泵、换热器和喷射流回路反应器，喷射流回路反应器与聚合反应腔体的顶部连接；在喷射流回路反应器与换热器连接的管路连接二氧化碳管道。2.根据权利要求1所述的喷射流回路反应系统，其特征在于，在所述的聚合反应腔体和循环泵间的管路上连接液体储罐。3.一种喷射流回路反应系统制备脂肪族聚碳酸酯的方法，其特征在于，所述的喷射流回路反应系统为权利要求1或2所述的喷射流回路反应系统；包括以下步骤：将环氧化合物、催化剂和溶剂加入聚合反应腔体中，氮气置换后，打开循环泵，环氧化物、催化剂和溶剂的混合液通过换热器预热至25～100℃，进入喷射流回路反应器内管，来自二氧化碳管道的二氧化碳经喷射流回路反应器外管，当聚合腔体的压力小于工艺设定压力50％时，补入二氧化碳气体，气
‑
液
‑
固或气
‑
液两相在喷射流回路反应器内充分混合
‑
聚合；聚合反应腔体的压力为0.1～1MPa，温度为25～100℃，持续循环
‑
聚合获得目标脂肪族聚合物。4.根据权利要求3所述的喷射流回路反应系统制备脂肪族聚碳酸酯的方法，其特征在于，所述的环氧化合物、催...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓光，崔哲，毛明珍，卫天琪，张选利，张媛媛，张建功，
申请(专利权)人：西安近代化学研究所，
类型：发明
国别省市：