使用劇烈攪拌容器的連續聚合工藝的製作方法

2023-05-12 18:47:56 1

專利名稱：使用劇烈攪拌容器的連續聚合工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及生產縮聚物、紗線等產品的聚合エ藝。
背景技術：
傳統上，紗線等產品生產中的連續聚合一直採用間歇過程，而這不僅費錢費時，且生產出的產品缺乏均勻度。例如，各批次以及在聚合物從反應器中擠出成股線的過程中，粘度往往產生變化，導致紡紗質量不佳，也使得聚合物生產線到紡絲組件之間的壓力上升較高、斷裂紡較多且後期處理性能較差(變形紗線軸上的斷絲)。有些方法確實提到使用各種連續エ藝，如使用添加剤，但隨之將產生聚合溫度、紡紗組件壓力、更低的均勻度以及更高的斷絲率。陽離子染料可染聚酯(PET)通常作為共聚単體引入(在聚合過程中) a) 5-磺基苯ニ甲酸ニ甲酯鈉鹽(簡稱SIPM)，或b)如果使用PTA法生產PET，對含有過量こニ醇的SIPM (由こ酸鈉等催化)經酯交換反應，生成5-磺基苯ニ甲酸こニ酯鈉鹽(簡稱SIPE或SIPEG)。JP2002-284863專利認為，在PTA漿液中加入SIPEG (或SIPM)可能會產生高酸基凝膠，而陽離子染料可染聚酯PTA路線則更為複雜。(DMT或PTA路線)。US6707852專利認為，為了提高兼容性，並使得こニ醇端基可在PTA路線中攜帶低聚物(如BHET)，在PTA路線中將帶MEG的SIPM進行酯交換反應，生成SIPEG。部分人士建議將SIPM全部或部分轉化為SIPEG<JP2002-284863專利和EP1862488專利建議全部轉化；第6706852號美國專利則建議部分轉化以解決溶液穩定性問題(相對於結晶沉澱)。SIPEG中高濃度的MEG將減少聚合反應器上MEG的去除負荷，並減少エ藝中過量溶劑的再循環。第6706852號美國專利認為，在室溫下，完全轉化的SIPEG溶液在高濃度(40%或更高)時並不穩定。因此，需要在聚合使用前立即製備(即從SIPM轉化成SIPEG)。此外，不得採用低於20%的較低濃度或SIPEG的部分轉化。由於Ti02和SIPM/SIPEG之間預期的相互作用，兩者的加入點在反應中起著重要作用。JP2002-284863專利中
建議在漿液中加入SIPEG可能會產生高酸基凝膠，因此，最好在晚些時候加入，即當羧酸的濃度有所下降吋。JP2002-284863專利建議在漿液中加入SIPEG。同樣，EP1862488專利中談到多種模式，但在
、
和
中仍傾向在漿液中加入SIPEG。不過，這需要調整漿液的pH值。JP2002-284863專利和EP1862488號歐洲專利建議在加入SIPEG後立即加入Ti02。US6706852專利也建議在加入SIPEG後立即加入Ti02，不過是在PTA的低聚物中。然而第5，559，205號美國專利文件建議在加入SIPEG之前在低聚物中加入Ti02，以避免Ti02凝聚。此外，MEG與PTA摩爾比也是良好紡紗性能的關鍵。JP2002-284863專利的
和EP1862488專利建議使用不超過1. 2的MEG，以防止DEG過量，從而避免在連續聚合中出現紡紗問題。
JP2002-284863專利和EP1862488專利中的
建議通過加入PEG解決高粘度/稠度問題(因SIPEG離子/帶電部件的聚合，以及紡絲/凝膠的不斷惡化)。該專利的表示僅採用280攝氏度。EP1862488專利中
還提到，PEG將減少聚合物的耐熱性並減少色調。EP1862488專利中
的第5項將溫度設置在280攝氏度以下。此外，EP1862488專利在
中還提出了另ー個問題，即「深色面料日曬牢度」差強人意(由於PEG—定程度上在纖維中引入『開放結構』)。EP1862488專利還對主要因PEG這ー眾所周知的效應產生的較低溫度/正常壓カ下的可染性提出要求。JP2002-284863專利中
也認為，PEG在聚合過程中可能引入不良發泡。第6706852號美國專利文件中公開的間歇過程採用攪拌容器進行SIPM/SIPEG聚合。但大型連續裝置中的聚合物生產已大部分轉移，以減少/消除反應器中的活動件(如攪拌器)，特別是酯化反應器和預聚合器，從而減少エ藝成本(CAPEX和0PEX)。第5559205號 美國專利文件中認為，一般在從酯化反應器到預聚合器的『低聚物生產線』中加入添加剤。該專利中提到需要在低聚物中充分混合Ti02，而未提及如何做到此點，因為它們僅在漿液中『測量』，或許使用部分靜態混合器，但僅通過在低聚物生產線中『測量』在後期加入SIPEG。未提及在加入PTA-MEG漿液之前，Ti02-MEG漿液本身中Ti02的良好分散性。此外，USP670852和USP6075115專利均認為應在採用SIPEG的エ藝中使用磷酸或其他磷化合物以控制聚合物的變色，特別是當使用Ti催化劑時，因為它將減慢Ti的催化活性。該專利認為，有時H3P04並不有效，其他聚合物可能表現更好。另ー項鍾紡合織股份有限公司的JP2001-086169專利申請公布了ー種製作大氣陽離子染料可染聚酯的方法。其中介紹了對於現有方法的改良，但仍存在許多缺點，如紡絲可操作性明顯較差，日曬牢度較低，聚合程度低。JP58-45971B和JP62-89725專利公布了間歇聚合方法。如果使用間歇式製作方法，隨著聚合物的擠出，一開始的聚合物粘度和結束時的聚合物粘度將產生差異。當批數增加時，將會出現雜質，鐵坩堝中的殘留聚合物將惡化混合，或者不同批次之間聚合物屬性差異將變大。因此，間歇エ藝仍然存在生產效率問題。JP62-146921A專利介紹了ー種在酯化反應後提取聚合物的方法，通過引向另ー聚合釜，直接按照上述措施使用連續聚合法，使用間歇型聚合法製作。由於聚合反應作為ー種間歇方法，聚合物物理性能上將有斑點，而且還有一個問題-設備變得複雜。其中也介紹了使用添加劑，如PEG，將聚合溫度限制在285攝氏度。EP1862488專利中
同樣指出，PEG可減少聚合物的耐熱性和色調，並將EG:PTA摩爾比降低至1. 1-1.2。這造成了明顯較差的紡絲可操作性。EP1862488專利中
認為需要使用耐光和耐熱劑。此外，在這種エ藝中斷絲率也明顯較高。第5559205號美國專利中公布了ー種向DMTエ藝的單體生產線、低聚物生產線或TPA的第二酯化反應器中加入完全酯化的雙(2-羥こ基)5-鈉代磺基間苯ニ甲酸酯(納-SIPEG)或雙(2-羥こ基)5-鋰代磺基間苯ニ甲酸酯(鋰-SIPEG)以製作陽離子染料可染聚酯的エ藝。該專利不允許在漿液中添加Ti02，也未指明需要在低聚物中添加SIPEG。加入Ti02後再加入SIPEG。專利中也未提及「連續エ藝」，因而性能有限。第6075115號美國專利公布了ー種從5_鈉代磺基間苯ニ甲酸酯(納-SIPEG)或雙(2-羥こ基)5-鋰代磺基間苯ニ甲酸酯(鋰-SIPEG)粉末中製作納-SIPEG溶液和鋰-SIPEG溶液的エ藝。為了充分酯化納-SIPEG和鋰-SIPEG，使用ー種特殊的鈦催化劑65，其包括(I) ー種鈦化合物、ー種助溶劑、一種磷源以及ー種溶劑(視情況)或(2) —種鈦化合物、一種絡合劑、一種磷源、一種溶劑和一種磺酸(視情況)。完全酷化的納-SIPEG和鋰-SIPEG溶液由供應商製作，然後運送給聚酯生產商。然後，將溶液注入DMTエ藝的単體生產線、低聚物生產線或TPA的第二酷化反應器、或間歇聚合エ藝的第二個或第三個容器中以製作共聚酷。使用甲醇完全酯化的5-磺酸基間苯ニ甲酸金屬鹽在市場上也有售賣。該エ藝並未提及連續エ藝或注入低聚物生產線。此處也使用了間歇過程，且未在漿液中添加Ti02。此外，紡紗的問題也較為明顯。因此，市場上長期存在對更快的連續聚合方法的需求。
US7087706和US4110316專利建議在輸送線中使用靜態混合器以混合添加剤，同時可避免攪拌混合設備的廣泛使用，從而消除エ藝擾動的可能性。然而，此類容器中形成凝膠的可能性更大。現有方法並未解決這個問題。發明聲明ー種連續聚合エ藝，其中，在低聚物輸送線中使用多個攪拌容器(間歇反應器容器)，通過攪拌容器在漿液或溶液中加入至少ー種添加剤，或與至少ー種単體反應。是否添加其他添加劑取決於反應和最終產品的類型。聚合溫度為285攝氏度或以上。容器內的攪拌速度約為400至lOOOrpm。從此エ藝中獲得的紗線具有較高的均勻度，且熔融紡絲期間的斷絲率大大降低。

發明內容
根據本發明，提供一種用於製作縮聚物的連續聚合エ藝；所述エ藝包括以下步驟a.採用ー種組件，該組件包括至少ー個初始反應器容器、至少ー個最終反應器容器和至少ー個間歇反應器容器(視情況)；b.通過一條或多條輸送線將反應器材料從ー個容器引到另ー個容器，將上述反應器容器彼此連接；c.將反應物組分加入至少ー個初始反應器容器中；d.視情況，將添加劑加入上述任何一個反應器容器或輸送線中；e.加入添加劑後，在間歇式反應器容器中相對劇烈地攪拌反應性材料；f.視情況，在初始反應器容器中相對溫和地攪拌反應性材料；g.從至少一個間歇反應器容器中獲得中間體；且h.從最終反應器容器中獲得反應產物。一般來說，聚合反應應在不低於285攝氏度的溫度下進行。一般來說，劇烈攪拌步驟以約400至約IOOOrpm的速度進行。一般來說，劇烈攪拌步驟持續時間不應超過10分鐘，最好不要超過5分鐘。一般來說，溫和攪拌應以低於200rpm的速度進行。一般來說，縮聚物是聚酷。一般來說，添加劑是炭黑，顆粒尺寸介於約0. 02至I微米。一般來說，添加劑是包含磺酸基團且能夠附著到陽離子染料上的共聚單體。
一般來說，共聚單體系由下列各物組成的群組中選出5_磺酸基間苯ニ甲酸(SIPA)、5-磺基間苯ニ甲酸ニ甲酯(SIPM)、5-磺基間苯ニ甲酸ニ甘醇(SIPEG)以及其中的鹼金屬鹽。 根據本發明的另一方面，提供了從上述連續聚合エ藝製成的縮聚物。根據本發明的另一方面，提供了從前述權利要求中任何一項所述的連續聚合エ藝中製成的、斷絲率低於約20%至30%的紗線。根據本發明的另一方面，提供一種從縮聚物中製作紗線的エ藝，其中，紡紗組件壓力上升率衰減了約25至35%。根據本發明的另ー個方面，提供一種進行連續聚合エ藝的系統，包括·a.至少ー個初始反應器容器；b.至少ー個最終反應器容器；c.至少ー個間歇反應器容器(視情況);d.用於連接上述反應器容器的輸送線；以及e.裝配在至少ー個間歇反應器容器中的劇烈攪拌裝置。一般來說，該系統還包括裝配在至少ー個初始反應器容器中的溫和攪拌裝置。本發明中的エ藝包括在輸送線中使用多個攪拌容器(間歇反應器容器)，通過攪拌容器在漿液或溶液中加入至少ー種添加剤。容器中反應物的停留時間不應超過10分鐘，最好少於5分鐘。採用更大的容器將意味著與輸出成比例的更高停留時間。在反應器系統中使用此種容器不受任何其他添加劑的影響。輸送線中的攪拌容器減少了凝膠形成的可能性，而無需使用稀釋劑。
具體實施例方式上述具體實施例的說明將充分掲示本發明實施例的一般性質，只要在通用概念範圍內，其他人可以通過應用當前知識很容易地為各種應用改動和/或調整此類具體實施例，因而，此類調整和改動不應超出所公開實施例等同範圍的精神及範疇。應了解，本文所採用的措辭和術語僅用於說明，而不作為限制。因此，雖然本發明之實施例均以優選實施例說明，但本領域技術人員應了解，本發明之實施例應在所附權利要求書的精神及範疇內改動。本文所引用的「小型」容器是指相對於大型未攪拌或未充分攪拌反應器來說較小的容器。「小型」將被量化為給定生產量下的尺寸，停留時間不應超過10分鐘，最好少於5分鐘，而其他具有同樣生產量的較大容器/反應器將隨著所選的較長停留時間成正比。本文所引用的術語「劇烈」攪拌容器是指容器攪拌速度在約400至約lOOOrpm。本文所引用的術語「添加剤」包括可能會或可能不會與單體發生反應的所有可能的添加剤。本發明提供了ー種製作縮聚物的連續聚合エ藝。該エ藝包含以下步驟第一步是採用ー種組件，該組件包括至少ー個初始反應器容器、至少ー個最終反應器容器和至少ー個間歇反應器容器(視情況)。第二步是通過一條或多條輸送線將反應器材料從ー個容器引到另ー個容器，將上述反應器容器彼此連接。
第三步是將反應物組分加入至少一個初始反應器容器中。
第四步是視情況，將添加劑加入上述任何一個反應器容器或輸送線中；
第五步是加入添加劑後，在間歇式反應器容器中相對劇烈地攪拌反應性材料。
一般來說，劇烈攪拌步驟持續時間不應超過10分鐘，最好不要超過5分鐘，攪拌速度約為400至lOOOrpm。
接下來是視情況，在初始反應器容器中相對溫和地攪拌反應性材料；
一般來說，溫和攪拌應以低於200rpm的速度進行。
最後，從至少一個間歇反應器容器中獲得中間體並從最終反應器容器中獲得反應產物。
本發明中的聚合反應應在不低於285攝氏度的溫度下進行。
本發明中的聚合工藝所使用的添加劑是炭黑，顆粒尺寸介於約O. 02至I微米。
根據本發明的另一實施例，添加劑是包含磺酸基團且能夠附著到陽離子染料上的共聚單體。
所採用的共聚單體系由下列各物組成的群組中選出5_磺酸基間苯二甲酸 (SIPA)、5-磺基間苯二甲酸二甲酯(SIPM)、5-磺基間苯二甲酸二甘醇(SIPEG)以及其中的鹼金屬鹽。
根據本發明的另一方面，提供了一種從上述連續聚合工藝製成的縮聚物。
一般來說，縮聚物是聚酯。
根據本發明的另一方面，提供了從前述權利要求中任何一項所述的連續聚合工藝中製成的、斷絲率低於約20%至30%的紗線。
根據本發明的另一方面，提供了一種從縮聚物中製作紗線的工藝，其中，紡紗組件壓力上升率衰減了約25至35%。
根據本發明的另一方面，提供了一種進行連續聚合工藝的系統，包括
a.至少一個初始反應器容器；
b.至少一個最終反應器容器；
c.至少一個間歇反應器容器(視情況);
d.用於連接上述反應器容器的輸送線；以及
e.裝配在至少一個間歇反應器容器中的劇烈攪拌裝置。
一般來說，該系統還包括裝配在至少一個初始反應器容器中的溫和攪拌裝置。
根據本發明，應在沒有反應器的聚合生產線中採用至少一個劇烈攪拌容器(間接反應器容器)，以允許進行劇烈攪拌時，在低聚物中注入添加劑溶液。其工作方式是，在低聚物到添加劑液體的熱傳遞可能導致添加劑液體界面處的低聚物凍結前，在低聚物中立即分散液體添加劑。容器內的攪拌速度約為400至lOOOrpm。如此混合後獲得的產品均勻度使得壓力上升率下降達25%，熔融紡絲期間的斷絲率下降達20%。這種容器無需在反應器中加入其他任何活動件並可減少支出。
在一個優選實施例中，提供了一種製作半消光陽離子可染聚對苯二甲酸亞烷基的連續聚合工藝。特別提供了一種製作半消光陽離子可染聚對苯二甲酸亞烷基的連續聚合工藝，其中，通過在至少一個過量的亞烷基二醇中進行酯交換反應，將5-磺基間苯二甲酸二甲酯的鹼金屬鹽轉化成5-磺基間苯二甲酸二甘醇的鹼金屬鹽。通過使用在攪拌容器中的低聚物中注入添加劑的聚合工藝製成的陽離子染料可染聚酯，降低熔融紡絲期間壓力上升率以及變形紗斷絲率。
然後在至少一種乙二醇中將乙二醇中的添加劑(如Ti02漿液)加入純化對苯二甲酸(PTA)漿液或加入所形成的低聚物中。此處，先在純化的對苯二甲酸漿液中加入Ti02，隨後進行酯化反應後，將5-磺基間苯二甲酸二甘醇的鹼金屬鹽加入上述低聚物中。亞烷基二醇與純化對苯二甲酸的摩爾比約為2。將PTA-MEG漿液的特精細分散質(通過離心分離/再循環系統獲得)加入PTA-MEG漿液中，將20%轉化的SIPEG溶液加入熔融的低聚物中，低聚物在連續聚合生產線的高度攪拌容器中劇烈混合。
約15%至45%的轉化5-磺基間苯二甲酸二甘醇鹼金屬鹽注入到低聚物輸送線中， 5-磺基間苯二甲酸二甘醇鹼金屬鹽將與置於低聚物輸送線內的攪拌容器中的低聚物混合。 在低聚物輸送線中加入約10至IOOppm的磷酸。使用磷酸後無需加入PEG等其他添加劑。 無需加入熱敏PEG即意味著可以使用更高的聚合溫度Γ295° C)，從而提高生產率。容器內的攪拌速度可能約為400至lOOOrpm。
根據本發明的另一方面，提供了了從半消光陽離子染料可染聚對苯二甲酸亞烷基製得的聚對苯二甲酸亞烷基紗。半消光陽離子染料可染聚對苯二甲酸亞烷基通過連續聚合工藝製成，該工藝包括通過在至少一個過量的亞烷基二醇中進行酯交換反應，將5-磺基間苯二甲酸二甲酯的鹼金屬鹽轉化成5-磺基間苯二甲酸二甘醇的鹼金屬鹽；將乙二醇中的添加劑(如Ti02漿液)加入至少一個乙二醇中的純化對苯二甲酸(PTA)漿液或加入所形成的低聚體中；約15%至45%的轉化5-磺基間苯二甲酸二甘醇鹼金屬鹽注入到低聚物輸送線中，5-磺基間苯二甲酸二甘醇鹼金屬鹽將與置於低聚 物輸送線內的攪拌容器中的低聚體混合。
在其他可能的實施例中，還可採用不與單體發生反應的添加劑，因此無需轉化成像唯一仍然可溶的乙醇酸酯之類的衍生物。
在其他可能的實施例中，也可採用既不與單體反應也不溶解於單體的添加劑，而是採用某些絡合劑，甚至可能仍然為中性漿液，並通過攪拌容器加入。
按照本發明的優選實施例，將在290攝氏度時向小容器中的低聚物加入碳黑漿液和小部分的單乙二醇，容器轉速為400-1000rpm。這將通過將液滴分解成小顆粒，使得攪拌容器的高剪切帶均勻分散。
在進一步實施例中，提供一種使用劇烈攪拌的小型容器製成的陽離子染料可染聚酯，其中P0Y128/72所需的紡絲組件壓力上升僅為5Bars/天，且斷絲率降低至10/線軸。
本文對於優選實施例的特徵給予了充分的重視，但仍希望可以加入其他特性，在不違背本發明原理的情況下對優選製劑進行改變。本領域技術人員將易了解對本發明中優選實施例的這些變化和其它變化，因此應明確了解，前面所述的描述性文字都只能解釋為對本發明的說明而不是限制。
權利要求
1.一種用於製作縮聚物的連續聚合工藝，包括以下步驟a)採用一種組件，所述組件包括至少一個初始反應器容器、至少一個最終反應器容器和至少一個間歇反應器容器(視情況)；b)通過一條或多條傳輸線將所述反應器材料從一個容器引到另一個容器，將所述反應器容器彼此連接；c)將反應物組分加入所述至少一個初始反應器容器中；d)視情況，將添加劑加入所述任何一個反應器容器或傳輸線中；e)加入所述添加劑後，在所述間歇式反應器容器中相對劇烈地攪拌反應性材料；f)視情況，在所述初始反應器容器中相對溫和地攪拌反應性材料；g)從所述至少一個間歇反應器容器中獲得中間體；且h)從所述最終反應器容器中獲得反應產物。
2.根據權利要求1所述的工藝，其中，所述聚合反應應在不低於285攝氏度的溫度下進行。
3.根據權利要求1所述的工藝，其中，所述劇烈攪拌步驟以約400至約IOOOrpm的速度進行。
4.根據權利要求1所述的工藝，其中，所述劇烈攪拌步驟持續時間不應超過10分鐘，最好不要超過5分鐘。
5.根據權利要求1所述的工藝，其中，所述溫和攪拌應以低於200rpm的速度進行。
6.根據權利要求1所述的工藝，其中，所述縮聚物是聚酯。
7.根據權利要求1所述的工藝，其中，所述添加劑是炭黑，其顆粒尺寸介於約O.02至I 微米。
8.根據權利要求1所述的工藝，其中，所述添加劑是包含磺酸基團且能夠附著到陽離子染料上的共聚單體。
9.根據權利要求8所述的工藝，其中，所述共聚單體系由下列各物組成的群組中選出 5_磺酸基間苯二甲酸(SIPA)、5-磺基間苯二甲酸二甲酯(SIPM)、5-磺基間苯二甲酸二甘醇 (SIPEG)以及其中的鹼金屬鹽。
10.一種根據前述權利要求中任一項所述的連續聚合工藝製成的縮聚物。
11.一種根據前述權利要求中任一項所述的連續聚合工藝製成的斷絲率低於約20%至 30%的紗線。
12.一種根據權利要求10所述的縮聚物製作紗線的工藝，其中，紡紗組件壓力上升率衰減了約25%至35%。
13.—種連續聚合工藝的系統，該系統包括a)至少一個初始反應器容器；b)至少一個最終反應器容器；c)至少一個間歇反應器容器(視情況)；d)用於連接所述反應器容器的傳輸線；以及e)裝配在所述至少一個間歇反應器容器中的劇烈攪拌裝置。
14.根據權利要求11所述的系統，還包括裝配在所述至少一個初始反應器容器中的攪拌裝置。
全文摘要
一種連續聚合工藝，其中，在低聚物輸送線中使用一個或多個攪拌容器(間歇反應器容器)以混合添加劑。將添加劑作為溶液或漿液加入攪拌容器。添加劑可能會或可能不會與聚酯分子的其他單體發生反應。添加劑與單體反應，並結合入實施例之一的聚合物骨架中。使用預反應器混合器混合一種或多種其他添加劑，然後加入第一反應器或通過攪拌容器以單漿液或溶液或多漿液或溶液的形式加入。採用更大的容器將意味著與輸出成比例的較長停留時間，而在反應器系統中使用此類容器不受其他任何添加劑的影響。
文檔編號C08G63/183GK103025791SQ201180035820
公開日2013年4月3日 申請日期2011年6月15日 優先權日2010年7月23日
發明者烏代·杉卡·阿加瓦爾, 拜德·帕裡什·米斯拉, 奎施那·斯瑞尼瓦斯·拉奧, S·溫卡塔查拉姆, 拉吉夫·迪克西特, 阿什溫·庫馬爾·傑恩, 阿尼爾·克裡希納·凱爾卡 申請人:瑞來斯實業公司