CN106146719A - 一种乙烯-乙烯醇共聚物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种乙烯-乙烯醇共聚物的制备方法，以溶剂、醋酸乙烯酯单体、引发剂及乙烯单体为原料，经包括釜内置换、初始加料、聚合反应、吹出残单及皂化步骤制备乙烯-乙烯醇共聚物；在进行釜内置换之前还进行原料除氧步骤，所述原料除氧是将醋酸乙烯单体、溶剂和引发剂加入混合槽中搅拌，边搅拌边通入氮气混合均匀，进行置换，使得体系内氧含量小于1.0×10-3mol/L。本发明制备方法聚合反应效率高、聚合反应转化率在60%以上，可高达85%，且反应速率可控。所得EVOH产品品质好：色度为1.0~3.0度，透明度好、呈现晶莹剔透状，具有高阻隔性、氧气透过量为1.0~1.2cm3/(m2·24h·0.1Mpa)、水蒸气透过量为3.0~3.2g/（m2·24h），良好的加工性能。
Description
技术领域
本发明涉及乙烯-乙烯醇共聚物的制备，尤其涉及一种转化率高的乙烯-乙烯醇共聚物的制备方法。
背景技术
乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)，由于其优异的气体阻隔性、透明性、可加工性、耐溶剂性及抗静电性，在汽车油箱、包装材料、阻氧地暖管等领域得到了广泛的应用。一般可由乙烯和醋酸乙烯酯通过乳液聚合、溶液聚合或悬浮聚合等常规方法聚合再皂化所制得。在乙烯和醋酸乙烯酯共聚反应过程中，普遍存在反应效率较低、反应速度不易控制、生产不够稳定等技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种转化率高的乙烯-乙烯醇共聚物的制备方法。
本发明目的通过如下技术方案实现，以下均以重量份、重量百分比计：
一种乙烯-乙烯醇共聚物的制备方法，以溶剂、醋酸乙烯酯单体(本领域技术人员均知晓，醋酸乙烯酯单体即为乙酸乙烯酯单体、又可名为醋酸乙烯单体)、引发剂及乙烯单体为原料，经包括釜内置换、初始加料、聚合反应、吹出残单及皂化步骤制备乙烯-乙烯醇共聚物；其特征在于：在进行釜内置换之前还进行原料除氧步骤，所述原料除氧是将醋酸乙烯单体、溶剂和引发剂加入混合槽中搅拌，边搅拌边通入氮气混合均匀，进行置换，使得体系内氧含量小于1.0*10-3mol/L。
发明人在长期研发过程发现，单体和溶剂中的溶解氧与自由基的聚合反应竞争而消耗自由基对反应有阻聚作用，最终导致得到的乙烯-乙烯醇树脂出现大量羟基、羰基、过氧基等氧化性结构，采用以上原料除氧步骤使得聚合反应效率大大提高，其转化率可达60％以上。
为了进一步提高聚合反应效率，上述釜内置换是用5～10bar的N2对反应釜置换两次，再用5～10bar的乙烯置换两次，每次分别持续置换5～9min。
具体地说，上述初始加料是将上述原料除氧后的混合均匀的醋酸乙烯、溶剂和引发剂加入经上述釜内置换后的反应釜中，在60～180rpm下常温搅拌5～10min。
上述聚合反应是通入乙烯单体，当釜内温度40～80℃时开始计时反应，反应结束关闭乙烯进气阀，降至温度35℃以下泄压至5.0～8.0bar出料得到聚合反应产物。
为了进一步提高聚合反应效率、同时提高产品品质，一种EVOH的制备方法，其特征在于：是以10～60份溶剂、40～90份醋酸乙烯酯单体、0.002～1份引发剂及乙烯单体为原料，分别经上述的原料除氧、釜内置换、初始加料、聚合反应、吹出残单及皂化步骤制备；所述溶剂是由2个以上碳原子数为1-4的醇溶剂组成的混合溶剂，所述聚合反应是通入乙烯单体、控制压力为10～60bar，当釜内温度40～80℃时开始计时反应，反应2.5～8.0小时结束关闭乙烯进气阀，降至温度35℃以下泄压至5.0～8.0bar出料得到聚合反应产物。
为了更进一步提高聚合反应效率、同时提高产品，上述溶剂优选采用为甲醇/乙醇(进一步优选为占混合溶剂重量的70～90％甲醇和10～30％乙醇的混合溶剂)、乙醇/乙二醇(进一步优选为占混合溶剂重量的60～80％乙醇和20～40％乙二醇的混合溶剂)或甲醇/叔丁醇(进一步优选为占混合溶剂重量的50～90％甲醇和10～50％叔丁醇的混合溶剂)混合溶剂；上述初始加料是将所述混合溶剂通过高压泵加入高压不锈钢反应釜中，在80～200rpm下常温搅拌5～10min。
上述引发剂为制备EVOH过程本领域技术人员通常理解可采用的引发剂，为了使得反应速率更可控，上述引发剂优选采用偶氮二异丁腈或过氧化新癸酸特戊酯。
最优选地说，一种乙烯-乙烯醇共聚物合成EVOH的制备方法，按如下步骤：
1)、原料除氧
将醋酸乙烯单体、上述溶剂和引发剂加入混合槽中，开启搅拌，边搅拌边通入氮气混合均匀，充分置换，使得体系内氧含量小于1.0*10-3mol/L；
2)、釜内置换
用5～10bar的N2对反应釜置换两次，再用5～10bar的乙烯置换两次，每次分别持续置换5～9min；
3)、初始加料
将上述经原料除氧的醋酸乙烯、溶剂和引发剂通过泵加入反应釜中，在60～180rpm下常温搅拌5～10min；
4)、聚合反应
通入乙烯单体，控制压力为10～60bar，当釜内温度40～80℃时开始计时，反应2.5～8.0小时后结束反应，关闭乙烯进气阀，降至温度35℃以下泄压至5.0～8.0bar出料得到聚合反应产物；
5)、吹出残单
将聚合反应产物输送至中间储槽，加入相当于聚合产物0.1～0.5％的阻聚剂(如对苯二酚或对苯醌等)、以重量百分比计，开启搅拌100～180rpm搅拌30～50min，然后输送至吹出塔用甲醇蒸汽除去未反应的醋酸乙烯酯单体和上述混合溶剂，得到乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的甲醇树脂溶液。
6)、皂化
将上述得到的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的甲醇树脂溶液，用甲醇调配成质量浓度为10～45％的溶液，加入NaOH的甲醇溶液进行醇解即得到EVOH的产品；所述NaOH的甲醇溶液中溶质NaOH的浓度为35～88g/L,所述NaOH的甲醇溶液中的氢氧化钠与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物甲醇树脂溶液中的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物摩尔比为0.02:1。
本发明具有以下有益效果
本发明制备方法聚合反应效率高、聚合反应转化率在60％以上，可高达85％，且反应速率可控。所得EVOH产品其醇解产物醇解度为94.0～99.9％(mol)、熔融指数为3.0～10.0(g/10min)，其品质好：色度为1.0～3.0度，透明度好、呈现晶莹剔透状，具有高阻隔性、氧气透过量为1.0～1.2cm3/(m2·24h·0.1Mpa)、水蒸气透过量为3.0～3.2g/(m2·24h)，良好的加工性能。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，但以下实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对其保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述内容对本发明作出一些非本质的改进和调；没有特别说明以下均按重量份、重量百分比计。
实施例1
一种乙烯-乙烯醇共聚物的制备方法，以甲醇/叔丁醇混合溶剂、醋酸乙烯酯单体、过氧化新癸酸特戊酯引发剂及乙烯单体为原料，经原料除氧、釜内置换、初始加料、聚合反应、吹出残单及皂化步骤制备乙烯-乙烯醇共聚物；所述原料除氧是将醋酸乙烯单体、溶剂和引发剂加入混合槽中搅拌，边搅拌边通入氮气混合均匀，进行置换，使得体系内氧含量小于1.0*10-3mol/L；采用以上原料除氧步骤使得聚合反应效率大大提高，实现了转化率达60％以上。
实施例2
一种乙烯-乙烯醇共聚物的制备方法，以乙醇/乙二醇混合溶剂、醋酸乙烯酯单体、偶氮二异丁腈引发剂及乙烯单体为原料，经原料除氧、釜内置换、初始加料、聚合反应、吹出残单及皂化步骤制备乙烯-乙烯醇共聚物；所述原料除氧是将醋酸乙烯单体、溶剂和引发剂加入混合槽中搅拌，边搅拌边通入氮气混合均匀，进行置换，使得体系内氧含量小于1.0*10-3mol/L；所述釜内置换是用5～10bar的N2对反应釜置换两次、再用5～10bar的乙烯置换两次，每次分别持续置换5～9min。
实施例3
一种乙烯-乙烯醇共聚物的制备方法，按如下步骤：
1)、原料除氧
将醋酸乙烯单体、上述溶剂和引发剂加入混合槽中，开启搅拌，边搅拌边通入氮气混合均匀，充分置换，使得体系内氧含量小于1.0*10-3mol/L；
2)、釜内置换
用5～10bar的N2对反应釜置换两次，再用5～10bar的乙烯置换两次，每次分别持续置换5～9min；
3)、初始加料
将上述经原料除氧的醋酸乙烯、甲醇/乙醇混合溶剂和偶氮二异丁腈引发剂通过泵加入反应釜中，在60～180rpm下常温搅拌5～10min；
4)、聚合反应
通入乙烯单体，控制压力为10～60bar，当釜内温度40～80℃时开始计时，反应2.5～8.0小时后结束反应，关闭乙烯进气阀，降至温度35℃以下泄压至5.0～8.0bar出料得到聚合反应产物；
5)、吹出残单
将聚合反应产物输送至中间储槽，加入相当于聚合产物0.1～0.5％的对苯二酚阻聚剂、以重量百分比计，开启搅拌100～180rpm搅拌30～50min，然后输送至吹出塔用甲醇蒸汽除去未反应的醋酸乙烯酯单体和上述混合溶剂，得到乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的甲醇树脂溶液；
6)、皂化
将上述得到的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的甲醇树脂溶液，用甲醇调配成质量浓度为10～45％的溶液，加入NaOH的甲醇溶液进行醇解即得到EVOH的产品；所述NaOH的甲醇溶液中溶质NaOH的浓度为35～88g/L,所述NaOH的甲醇溶液中的氢氧化钠与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物甲醇树脂溶液中的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物摩尔比为0.02:1。
实施例4-9
按如下物料、工艺及参数进行，其余与实施例3同。
上述制备方法聚合反应转化率达60％-85％，其制得的EVOH的气体阻隔性能优异、氧气透过量为1.0～1.2cm3/(m2·24h·0.1Mpa)、水蒸气透过量为3.0～3.2g/(m2·24h)；色度在1.0～3.0度，透明度好、呈现出晶莹剔透，加工性能优异，产品品质好。
Claims (9)
1.一种乙烯-乙烯醇共聚物的制备方法，以溶剂、醋酸乙烯酯单体、引发剂及乙烯单体为原料，经包括釜内置换、初始加料、聚合反应、吹出残单及皂化步骤制备乙烯-乙烯醇共聚物；其特征在于：在进行釜内置换之前还进行原料除氧步骤，所述原料除氧是将醋酸乙烯单体、溶剂和引发剂加入混合槽中搅拌，边搅拌边通入氮气混合均匀，进行置换，使得体系内氧含量小于1.0*10-3mol/L。
2.如权利要求1所述乙烯-乙烯醇共聚物的制备方法，其特征在于：所述釜内置换是用5~10bar的N2对反应釜置换两次、再用5~10bar的乙烯置换两次，每次分别持续置换5~9min。
3.如权利要求1或2所述乙烯-乙烯醇共聚物的制备方法，其特征在于：所述初始加料是将所述原料除氧后混合均匀的醋酸乙烯、溶剂和引发剂加入经所述釜内置换后的反应釜中，在60~180rpm下常温搅拌5~10min。
4.如权利要求1或2所述乙烯-乙烯醇共聚物的制备方法，其特征在于：所述原料是以10~60份溶剂、40~90份醋酸乙烯酯单体、0.002~1份引发剂及乙烯单体为原料，所述溶剂是由2个以上碳原子数为1-4的醇溶剂组成的混合溶剂，所述通入乙烯单体的量是以控制压力为10~60bar、反应2.5~8.0小时计的乙烯单体用量。
5.如权利要求3所述乙烯-乙烯醇共聚物的制备方法，其特征在于：所述原料是以10~60份溶剂、40~90份醋酸乙烯酯单体、0.002~1份引发剂及乙烯单体为原料，所述溶剂是由2个以上碳原子数为1-4的醇溶剂组成的混合溶剂，所述通入乙烯单体的量是以控制压力为10~60bar、反应2.5~8.0小时计的乙烯单体用量。
6.如权利要求4所述乙烯-乙烯醇共聚物的制备方法，其特征在于：所述溶剂为甲醇/乙醇、乙醇/乙二醇或甲醇/叔丁醇的混合溶剂。
7.如权利要求5所述乙烯-乙烯醇共聚物的制备方法，其特征在于：所述溶剂为占混合溶剂重量70～90%的甲醇和10～30%乙醇组成的混合溶剂、占混合溶剂重量60～80%的乙醇和20～40%乙二醇组成的混合溶剂或占混合溶剂重量50～90%的甲醇和10～50%叔丁醇组成的混合溶剂。
8.如权利要求7所述乙烯-乙烯醇共聚物的制备方法，其特征在于：所述引发剂采用偶氮二异丁腈或过氧化新癸酸特戊酯。
9.如权利要求8所述乙烯-乙烯醇共聚物的制备方法，其特征在于，按如下步骤：
1）、原料除氧
将醋酸乙烯单体、上述溶剂和引发剂加入混合槽中，开启搅拌，边搅拌边通入氮气混合均匀，充分置换，使得体系内氧含量小于1.0*10-3mol/L；
2）、釜内置换
用5~10bar的N2对反应釜置换两次，再用5~10bar的乙烯置换两次，每次分别持续置换5~9min；
3）、初始加料
将上述经原料除氧的醋酸乙烯、溶剂和引发剂通过泵加入反应釜中，在60~180rpm下常温搅拌5~10min；
4）、聚合反应
通入乙烯单体，控制压力为10~60bar，当釜内温度40~80℃时开始计时，反应2.5~8.0小时后结束反应，关闭乙烯进气阀，降至温度35℃以下泄压至5.0~8.0bar出料得到聚合反应产物；
5）、吹出残单
将聚合反应产物输送至中间储槽，加入相当于聚合产物0.1～0.5%的对苯二酚或对苯醌阻聚剂、以重量百分比计，开启搅拌100~180rpm搅拌30~50min，然后输送至吹出塔用甲醇蒸汽除去未反应的醋酸乙烯酯单体和上述混合溶剂，得到乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的甲醇树脂溶液；
6）、皂化
将上述得到的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的甲醇树脂溶液，用甲醇调配成质量浓度为10~45%的溶液，加入NaOH的甲醇溶液进行醇解即得到EVOH的产品；所述NaOH的甲醇溶液中溶质NaOH的浓度为35~88
g/L, 所述NaOH的甲醇溶液中的氢氧化钠与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物甲醇树脂溶液中的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物摩尔比为0.02:1。
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