[发明专利]制备稀土异戊橡胶的原料预混方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备稀土异戊橡胶的原料预混方法，具体地，涉及一种利用环管混合器进行稀土异戊橡胶原料预混的方法。

背景技术

稀土异戊橡胶是异戊二烯单体在稀土催化剂作用下溶液聚合生成的以顺-1，4结构单元为主的聚合物。由于物理性能和机械性能均与天然橡胶(NR)相似，稀土异戊橡胶也被称为“合成天然橡胶”。具体地，稀土异戊橡胶具有优良的弹性、密封性、耐蠕变性、耐磨性、耐热性和抗撕裂性，并且抗张强度和伸长率也接近天然橡胶，因此在一些情况下可用作天然橡胶的替代物，也可以与天然橡胶(NR)或其它合成橡胶组合使用。因此，稀土异戊橡胶广泛应用于轮胎、胶带、胶管等橡胶加工领域。

在制备稀土异戊橡胶的溶液聚合过程中，聚合反应物料(包括异戊二烯单体、溶剂和催化剂)的预混状态将直接影响后续聚合反应的速率、催化剂用量、以及所得橡胶产品的顺式构型含量、分子量和分子量分布。因此，在进行异戊二烯单体溶液聚合反应之前需要创造一个良好的传质环境，使聚合反应物料能够充分混合，形成高度均匀的混合物。

在现有技术中，对于制备稀土异戊橡胶的溶液聚合过程来说，常规的原料预混过程多采用静态混合器进行，但由于静态混合器在出口处通常存在流体滞流区，因此，物料流速分布不均匀，扰动效果较差，致使混合效果不够理想。

另外，在现有技术中，对于制备稀土异戊橡胶的溶液聚合过程来说，通常还采用结构相对复杂的搅拌釜式混合器作为原料预混器，其中在搅拌桨的作用下，物料湍流程度加大，致使混合效果加强。但由于搅拌桨的特性，物料在桨叶附近所受剪切力较大，而在远离桨叶的釜壁及液面处剪切力则较小，因此在这些区域容易形成死区，致使搅拌釜内局部混合效果不够理想。若要改善这种不理想的混合效果，往往需要设置内构件，这样搅拌釜内的结构必然更加复杂，能量消耗亦相应增加，再加上转动部件的存在，整个设备维护起来比较困难。

US005397179A公开了一种用于流体混合的装置，所述装置为带有扩散-收缩段的管式湍流混合装置。2003年，俄罗斯Kauchuk公司建成了世界上第一套万吨级稀土异戊橡胶生产装置，其中就采用上述美国专利中的管式湍流混合装置进行原料预混。这类混合装置实际上与静态混合器相当，只是其中物料反复经历扩散和收缩致使湍流扩散系数提高，物料之间的混合加强，进而混合更均匀。但这种流体混合装置的缺点是不易加工制造。

CN201415984Y公开了一种稀土异戊橡胶生产用预混合装置，其中包括相串联的管道高速混合器和预混釜。对于制备稀土异戊橡胶的溶液聚合过程来说，在进入聚合釜之前，聚合反应物料经过这种预混合装置预混后可达到高度的微观均匀混合，从而提高催化剂的催化效率，而且减小了产品的支化度，使分子量分布更加均匀，最终提高了异戊橡胶的产品质量。但这种预混合装置的缺点在于，物料在预混釜内的平均停留时间为20-30min的较长时间，然后经多台串联的聚合反应釜反应后，最终转化率只能达到85-90wt％，因此生产能力比较低。

因此，对于制备稀土异戊橡胶的溶液聚合过程来说，需要进一步改进聚合反应物料的预混过程，从而进一步改进所得稀土异戊橡胶产品的质量，同时提高生产能力和降低能耗。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种制备稀土异戊橡胶的原料预混方法，用于稀土异戊橡胶制备过程中聚合反应物料(包括异戊二烯单体、催化剂和溶剂)的预混。

具体地，本发明提供一种制备稀土异戊橡胶的原料预混方法，该方法将预先冷却过的聚合反应物料引入环管混合器，其中在轴流泵作用下，使聚合反应物料在所述环管混合器内快速循环流动，从而在湍流条件下剧烈混合形成高度均匀的聚合反应物料。

在本发明的制备稀土异戊橡胶的原料预混方法中，其中所述环管混合器具有至少两根直管段，所述直管段的高径比为2-100，优选为3-50，更优选为4-20，所述直管段在两端通过弯头相互连接以形成环管，和所述环管混合器在下部设有进口和出口，分别用于引入和排出聚合反应物料。

在本发明的制备稀土异戊橡胶的原料预混方法中，聚合反应物料中的各组分优选不以混合物的形式一起进入所述环管混合器，至少其中的异戊二烯单体和催化剂需要从不同的进口进入所述环管混合器，溶剂则可以单独进入，也可以与前两者之中的任何一种一起进入所述环管混合器。这样操作的目的是为了更好地避免预聚反应的发生，从而有利于后续的混合操作以及更后续的溶液聚合反应。