從聚合物溶液中移出揮發分的方法
2023-12-03 08:07:41 2
專利名稱：從聚合物溶液中移出揮發分的方法
技術領域：
本發明涉及從聚合物溶液中移出揮發(組)分的方法，它能在不造成聚合物熱降解的情況下生產出低殘餘揮發分含量的產物。
從聚合物溶液中移出揮發分是許多聚合物生產中的最終加工階段之一。要移出的揮發分可以是溶劑和/或未聚合單體。根據聚合物溶液粘度的大小，已知有各種各樣的方法可供用來從聚合物溶液中移出揮發分，在每種此類方法中，都將聚合物溶液加熱到超過揮發分的蒸發溫度。已知設備的例子包括薄膜蒸發器、擠塑機以及包括間接熱交換的那些。關鍵的是，聚合物在聚合物溶液加熱期間不得發生降解。
US-A4，153，501描述了一種用於從聚合物熔體中移出揮發分的方法和設備，包括讓熔體在熱交換器中加熱，交換器包括豎直布置的流路，流路直接解壓到分離器的底部，在此蒸發出揮發分。流路的厚度為0.5～4mm。聚合物溶液與加熱介質之間的溫差小於50℃，聚合物溶液因組分蒸發而冷卻的幅度小於30℃。據稱，聚合物中揮發分殘餘含量可達0.1wt％以下。
EP-A150225描述了一種包括兩個串聯連接的熱交換器管束的設備。熱交換器管束包括矩形流路。該設備主要用於反應期間的兩段加熱或冷卻，然而是一種成本較高的設備。
EP-B226204公開了一種用於從含至少25wt％聚合物的聚合物溶液中移出揮發分的方法及熱交換器。聚合物溶液在由許多流路組成的間接熱交換區進行加熱。這些流路具有一致的面積/容積比，0.158～1.97mm-1；厚度，1.27～12.7mm，寬度，2.54～10.16cm；長度1.27～30.48cm。在流路中，聚合物溶液在2～200bar壓力下加熱到超過揮發分的蒸發溫度但低於聚合物的沸騰溫度的溫度。聚合物溶液在流路中的停留時間介於5～120s。加熱後，溶液被送入到一個室中，在此，至少25％揮發分從溶液中脫氣移出。此種方法可減少熱降解，因為聚合物在高溫下暴露的時間保持得儘可能短。然而，該方法的缺點在於，溶劑移出得不完全。而且，在熱交換器管束的外表面形成聚合物沉積(物)，該沉積隨著時間的推移而碳化並逐漸剝落，從而導致產物遭汙染。
EP-B352727公開了一種從聚合物溶液中移出揮發分的方法，其中聚合物溶液在許多並聯連接的流路中加熱到超過揮發分的蒸發溫度。熱交換表面面積對產物體積流量的比例大於80h/m。流路中的流動速度小於0.5mm/s；聚合物溶液在流路中的停留時間介於120～200s。該方法也存在溶劑移出不完全的缺點。而且在這種情況下，熱交換器管束外表面也形成聚合物沉積，此種沉積物隨著時間的推移而碳化並逐漸剝落，致使產物遭到汙染。
本發明的目的是提供一種從聚合物溶液中移出揮發分的方法，它能在不造成聚合物熱降解的條件下生產出低殘餘揮發分含量的產物。
該目的已按照本發明通過一種兩段法從聚合物含量大於60wt％的聚合物溶液中移出揮發分而實現，其中第1段，聚合物溶液在包括許多流路的間接熱交換器中在1.5～50bar壓力下加熱到150～400℃的溫度，隨後在流路中解壓到3～200mbar的壓力，於是流路中的物流至少部分地變成兩相，揮發分至少部分地從聚合物中分離出來，而聚合物，此時仍舊含有殘餘揮發分，則在第2段中、0.1～10mbar壓力及200～450℃的溫度下進一步脫除殘餘揮發分。
在本發明方法的第1階段中，聚合物在1.5～50bar絕壓，優選2～5bar絕壓下強制進入到熱交換器流路中，流過各個流路，並在此期間加熱到150～400℃，優選200～350℃的溫度。流路的出口處的主導壓力低於揮發分的飽和蒸汽壓。該壓力介於30～200mbar絕壓，優選30～100mbar絕壓。
聚合物溶液的停留時間優選介於2～120s，最優選80～120s，對應流速優選介於0.0001～0.1mm/s，最優選0.001～0.005mm/s。流路熱交換表面面積與聚合物溶液體積流量的比值優選介於5～75h/m，最優選15～50h/m。
優選採用蜂窩蒸發器作為間接熱交換器，其流路具有拋物線輪廓。藉此，流路中的產物流受到解壓(或降壓)，從而導致在流過流路時，產物流在至少部分流路中變成兩相，於是，通過氣相流的形成分離出揮發分。在第1段中，揮發分優選被移出到低於0.5wt％的殘餘含量，然後產物餵入到第2段中。
在第2段中，聚合物在0.1～10mbar絕壓，優選0.5～3mbar絕壓以及200～450℃，優選250～350℃的溫度下脫除殘餘揮發分。該殘餘氣體脫除過程通過以下措施將得到增強將聚合物分配到整個設備中以便產生大量傳質表面，從而促使揮發分從聚合物中擴散出去。該第2段，優選在長管蒸發器中進行。在長管蒸發器中，迫使聚合物流過具有大量孔的多孔板或者流過包括必要孔的集管分配器。藉此，形成許多股聚合物線料。線料緩慢地流到設備底部，在此期間釋放出仍然存在的揮發分。
已發現，在如下條件下將能獲得色澤特別淺的產物，即，從聚合物溶液中移出揮發分的過程在這樣的設備中進行，其中與產物接觸的表面由低含鐵量材料製成。利用這一措施，按先有技術從聚合物溶液中移出揮發分的方法獲得的產物品質也將能獲得改善。
因此，本發明另一個方面涉及一種在高於揮發分沸點但低於聚合物沸點或分解溫度的溫度從聚合物溶液中移出揮發分的方法，其特徵在於，為實施本發明方法所採用的所有接觸聚合物溶液、聚合物或揮發分的設備表面，均由含鐵量低於10wt％的材料構成。就此而論，當然可以採取凡是接觸產物的所有設備部分全部用所述低鐵材料來製造的辦法。然而，該設備優選僅包含低鐵表面，例如一種低鐵材料塗層，而底層則仍由傳統鐵或鋼製成。
就本發明的意義而言，低鐵材料的例子包括，合金59(2.4605)、鉻鎳鐵合金686(2.4606)、合金B-2、合金B-3、合金B-4、含鉬鉻鐵鎳基合金(hastelloy)C-22、含鉬鉻鐵鎳基合金C-276、含鉬鉻鐵鎳基合金C-4或者鉭。優選使用合金59。
本發明方法可用於從熱塑性聚合物、彈性體、矽氧烷聚合物、高分子量潤滑劑以及類似物質的溶液中移出揮發分。然而，它優選用於熱塑性聚合物，如聚苯乙烯、聚亞苯基、聚氨酯、聚醯胺、聚酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯及其共聚物的溶液。本發明方法尤其適用於從聚碳酸酯溶液中移出揮發分。
實施例實例1含75wt％聚碳酸酯、24wt％氯苯及1wt％二氯甲烷的溶液在3bar絕壓下強制流過熱交換器的流路，並在其中加熱到300℃。熱交換器具有100個流路，長度330mm，進口直徑16mm，然後首先在200mm長度內線性地擴張到34mm直徑，隨後按拋物線擴張到出口處的104mm。流路下遊的壓力為40mbar絕壓。聚碳酸酯溶液在流路中的停留時間為100s。聚碳酸酯被收集在熱交換器的底部；此時氯苯含量為1500ppm。然後，該聚碳酸酯溶液由泵壓入到長管蒸發器中，分配到其整個多孔底上，並在40bar絕壓下強制流過1000個直徑1mm的孔中，從而形成大量6m長的線料。在1mbar絕壓和300℃的溫度下，該聚碳酸酯的殘餘溶劑含量降低到20ppm氯苯。與產物接觸的所有設備部分均由合金59製造。脫氣後聚碳酸酯的泛黃指數(YI，按ASTM D1925測定)等於2.3。
實例2本試驗按類似於實例1的程序進行，不同的是，接觸產物的設備部分由高含鐵鋼(1.4571)製造。雖然達到了與實例1相同的殘餘溶劑含量，但是所獲聚碳酸酯的YI大於10。
權利要求
1．一種在高於揮發分沸點但低於聚合物沸點或分解溫度的溫度從聚合物溶液中移出揮發分的方法，其特徵在於，為實施本發明方法所採用的所有接觸聚合物溶液、聚合物或揮發分的設備表面，均由含鐵量低於10wt％的材料構成。
2．一種從聚合物含量大於60wt％的聚合物溶液中移出揮發分的兩段法，其中第1段，聚合物溶液在包括許多流路的間接熱交換器中在1.5～50bar壓力下加熱到150～400℃的溫度，隨後在流路中解壓到3～200mbar的壓力，於是流路中的物流至少部分地變成兩相，揮發分至少部分地從聚合物中分離出來，而聚合物，此時仍舊含有殘餘揮發分，則在第2段中、0.1～10mbar壓力及200～450℃的溫度下進一步脫除殘餘揮發分。
3．權利要求2的方法，其中間接熱交換器是蜂窩蒸發器，蜂窩蒸發器的流路具有拋物線輪廓。
4．權利要求2或3的方法，其中第1段以後殘餘揮發分含量小於0.5重量％。
5．權利要求3或4的方法，其中第2段在長管蒸發器中進行。
6．權利要求2～5中任何一項的方法，其中為實施本發明方法所採用的所有接觸聚合物溶液、聚合物或揮發分的設備表面，均由含鐵量低於10wt％的材料構成。
全文摘要
本發明涉及從聚合物溶液中移出揮發分的方法。本發明方法提供了在不引起聚合物熱損害的情況下,獲得低殘餘揮發分含量的產物的途徑。
文檔編號C08G64/40GK1298419SQ99805260
公開日2001年6月6日 申請日期1999年4月8日 優先權日1998年4月21日
發明者T·埃爾斯納, J·霍伊澤爾, C·科爾德斯 申請人:拜爾公司