专利名称：：通过喷雾聚合制备聚乙烯基吡咯烷酮的方法
技术领域：
：本发明涉及一种通过单体溶液的喷雾聚合制备聚乙烯基吡咯烷酮的方法。本发明的进一步实施方案可以从权利要求、说明书和实施例获知。显情况下所说明的组合中使用，而且可以按照其它组合方式使用，只要不超出本发明的范围即可。
背景技术：
：聚乙烯基吡咯烷酮通常通过在溶液中的自由基聚合制备。为了制备摩尔质量较低的聚合物，异丙醇通常用作溶剂，而通常在水中聚合较高分子量的聚合物。加工成粉末的操作一般通过喷雾干燥进行。但是，喷雾干燥的复杂性在于聚乙烯基吡咯烷酮溶液倾向于出现爬杆现象，这是聚合物溶液的固含量必须保持较低的缘故。但是，这导致在喷雾干燥中的耗能增加，这从生态和经济角度而言是不利的。另一个因素是聚乙烯基吡咯烷酮在具有通常大于100，000g/mol(Mw)的较高摩尔质量时，由于粘度作用，仅仅能在低固含量下喷雾千燥。粘度的限制导致仅仅通常能通过滚动干燥和其它方法加工较高分子量的聚乙烯基吡咯烷酮，而不能通过喷雾干燥实现。US-A-3，644，305公开了一种喷雾聚合方法，由此方法制备低分子量聚合物。聚合反应在升高的压力下进行。喷雾干燥方法也公开在WO2006/079631、WO2OO6/U4404或WO2006/120232中。根据专利申请WO-A-96/40427，喷雾聚合是通过将单体溶液喷入加热的且基本静态的气氛中来进行的。
发明内容所以，本发明的目的是提供一种制备聚乙烯基吡咯烷酮的改进方法。因此，发现了一种通过自由基引发的聚合反应制备聚乙烯基吡咯烷酮的方法，该方法包括作为喷雾或液滴聚合来进行聚合反应。根据本发明，喷雾或液滴聚合表示在合适装置(例如喷嘴)的帮助下喷雾在溶剂中含单体和引发剂的溶液，或将此溶液用合适的装置成型为液滴，此方法以使得在喷雾或形成液滴之后开始聚合的方式进行。根据本发明，聚乙烯基吡咯烷酮表示N-乙烯基吡咯烷酮的均聚物和共聚物。合适的共聚单体是乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、月桂酸乙烯酯、其它氮杂环N-乙烯基单体，例如N-乙烯基咪唑、3，4，5-甲基季化的N-乙烯基咪唑，或N-乙烯基己内酰胺。聚合反应可以在惰性载气的存在下进行，"惰性"表示载气不会与单体溶液的组分发生反应。惰性载气优选是氮气。惰性载气的氧含量有利地低于1体积％,优选低于0.5体积％，更优选低于0.1体积％。惰性载气可以按照顺流或逆流方式经过反应室到达单体溶液的自由降落液滴，优选按照顺流方式。在经过单程之后，载气优选至少部分地作为循环气体循环到反应室中，优选循环程度是至少50%,更优选至少75%。通常，一部分载气在每次通过后排出，优选至少10%载气排出。优选调节气体速度使得反应器中的流动是直接的，例如不存在与总体流动方向相反的对流涡流，气体速度例如是0.02-1.5m/s,优选是0.05-0.4m/s。反应温度优选是70-250'C，更优选80-190。C,最优选卯-160。C。在单体溶液中，单体a)的浓度通常是2-80重量。/。，优选5_70重量％，更优选10-60重量％。单体彼此在水溶液中在引发剂的存在下聚合。引发剂按照常规量使用，例如用量是0.001-5重量％,优选0.01-3重量%，基于要聚合的单体计。所用的引发剂可以是能在聚合条件下分解成自由基的所有化合物，例如过氧化物、氢过氧化物、过氧化氬、过硫酸盐、偶氮化合物和所谓的氧化还原引发剂。优选使用能溶于水的引发剂，但是也可以根据具体情况使用仅仅中等溶于水的化合物，在这种情况下可以另外使用甲醇、乙醇或异丙醇作为增溶剂。在一些情况下，有利的是使用不同引发剂的混合物，例如过氧化氢和过氧二硫酸钠或过氧二硫酸钾的混合物。过氧化氢和过氧二硫酸钠的混合物可以按照任何所需的比例使用。合适的有机过氧化物例如是乙酰基丙酮过氧化物，甲乙酮过氧化物，氩过氧化^又丁基，氢过氧化枯烯，过新戊酸+又戊酯，过新戊酸^i丁酯，过新己酸叔丁酯，过异丁酸叔丁酯，过-2-乙基己酸^5i丁酯，过异壬酸叔丁酯，过马来酸#又丁酯，过苯甲酸叔丁酯，过氧二碳酸二(2-乙基己基)酯，过氧二碳酸二环己基酯，过氧二碳酸二(4-叔丁基环己基)酯，过氧二碳酸二肉豆蔻基酉旨，过氧二碳酸二乙酰基酯，烯丙基过酯，过氧基新癸酸枯基酯，过-3，5，5-三甲基己酸ik丁酯，乙酰基环己基磺酰基过氧化物，过氧化二月桂酰，过氧化二苯甲酰，以及过新癸酸叔戊酯。优选的引发剂是偶氮化合物，例如2，2，-偶氮-二异丁腈，2，2，-偶氮二(2，4-二甲基戊腈)和2，2，-偶氮二(4-曱氧基-2，4-二甲基戊腈)；特别是水溶性偶氮引发剂，例如2，2，-偶氩二{2-[1-(2-羟基乙基)-2-咪唑啉-2-基丙烷}二盐酸盐，2，2，-偶氮二-(2-脒基丙烷)二盐酸盐，2，2，-偶氮二[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷l二盐酸盐和2，2，-偶氮二2-(5-甲基-2-咪唑啉-2-基)丙烷1二盐酸盐。非常特别优选2，2，-偶氮二[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷1二盐酸盐、2，2，-偶氮二[2-(5_曱基-2-咪唑啉-2-基)丙烷二盐酸盐和2，2，-偶氮二(2-甲基丁腈)。其它优选的引发剂还有氧化还原？1发剂。氧化还原引发剂含有作为氧化组分的至少一种上述过氧化合物以及作为还原组分的例如以下物质抗坏血酸，葡萄糖，山梨糖，铵的亚硫酸氢盐、亚硫酸盐、疏代硫酸盐、次亚硫酸盐、焦亚硫酸盐或硫化物，或者碱金属的亚硫酸氢盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐、次亚硫酸盐、焦亚硫酸盐或硫化物，或者羟基曱基次硫酸钠。优选使用抗坏血酸或焦亚硫酸钠作为氧化还原催化剂的还原组分。基于在聚合中使用的单体量，在氧化还原催化剂中使用例如1x10-5至1摩尔％的还原组分。特别优选的引发剂是偶氮引发剂，例如2，2，-偶氮二2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷j二盐酸盐和2，2，-偶氮二[2-(5-甲基-2-咪唑啉-2-基)丙烷l二盐酸盐。特别优选的还有光引发剂，例如2-羟基-2-曱基苯基乙基酮和1-4-(2-羟基乙氧基)苯基-2-羟基-2-甲基-l-丙-l-酮；氧化还原引发剂，例如过疏酸钠/羟基甲基亚磺酸、过氧二硫酸铵/羟基甲基亚磺酸、过氧化氢/羟基曱基亚磺酸、过硫酸钠/抗坏血酸、过氧二-克酸铵/抗坏血酸和过氧化氢/抗坏血酸；光引发剂，例如l-4-(2-羟基乙氧基)苯基-2-羟基-2-甲基-l-丙-l-酮，以及它们的混合物。聚合反应更优选通过高能辐射的作用引发，通常使用所谓的光引发剂作为引发剂。这些光引发剂可以例如是所谓的a-分裂剂、H-夺取体系或氮化物。这些引发剂的例子是二苯酮衍生物，例如米眚酮，菲衍生物，药衍生物，蒽醌衍生物，噻吨酮衍生物，香豆素衍生物，苯偶姻醚及其衍生物，偶氮化合物例如上述自由基形成剂，取代的六芳基联咪唑或酰基氧化膦，特别是2-羟基-2-甲基苯基乙基酮(Darocure1173)。氮化物的例子是4-叠氮基肉桂酸2-(N，N-二甲基氨基)乙基酯、2-(N，N-二曱基氨基)乙基4-叠氮基萘基酮、4-叠氮基苯甲酸2-(N，N-二甲基氨基)乙基酯、5-叠氮基-l-萘基2，-(N，N-二甲基氨基)乙基砜、N-(4-磺酰基叠氮基苯基)马来酰亚胺、N-乙酰基-4-磺酰基叠氮基苯胺、4-磺酰基叠氮基苯胺、4-叠氮基苯胺、4-叠氮基苯甲酰甲基溴化物、对-叠氮基苯曱酸、2，6-二(对-叠氮基亚苄基)环己酮和2，6-二(对-叠氮基亚节基)-4-曱基环己酮。所述反应优选在也适用于喷雾干燥的设备中进行。这些反应器例如描述在K.Masters，SprayDryingHandbook(喷雾千燥手册)，第5版，Longman,1991，23-66页中。喷雾或液滴化可以通过所有合适的设备进行，例如喷嘴、滴板，或通过层流射流分解进行。在本发明方法中，可以使用一个或多个喷雾喷嘴。对这些可以使用的喷雾喷嘴没有任何限制。待喷雾的液体可以在压力下输送到这些喷嘴。待喷雾的液体可以通过在喷嘴孔中在达到特定的最小速率时解压而被雾化。另外，为了本发明目的，也可以使用单料喷嘴，例如槽式喷嘴或旋流室(全锥形喷嘴)(例如来自德国的Diisen-SchlickGmbH或来自德国的SprayingSynstemsDeutschlandGmbH)。根据本发明，优选全锥形喷嘴。其中，优选喷雾锥形的张开角为60-180度的那些。特别优选张开角为90-120度。根据本发明，在喷雾期间形成的平均液滴直径通常小于1000微米，优选小于200微米，更优选小于100微米，并且通常大于10微米，优选大于20微米，更优选大于50微米；平均液滴直径可以通过常规方法检测，例如光散射法，或者参考从喷嘴制造商获得的特征。每个喷雾喷嘴的物料通过量合适地是0.1-10m3/h,通常是0.5-5m3/h。在喷雾过程中形成的液滴直径合适地是100-1000孩i米，优选10-500微米，更优选10-150微米，最优选10-45微米。反应也可以在其中单体溶液能以单分散液滴形式自由降落的装置中进行。适用于此目的的装置例如描述在US-A-5，269，980的第3栏第25-"行中。也可以通过层流射流分解进行液滴化，如Rev.Sci.Instr.第38巻(1%6)第502-506页所述。液滴化比喷雾更优选，特别当使用光引发剂时。当相比之下需要高物料通过量的单体溶液时，优选将单体溶液喷入反应室中。聚合反应器的反应室可以在高压下或在减压下操作；优选相对于环境压力而言最高100毫巴的减压。聚合速率和干燥速率通常具有不同的温度依赖性。这可以例如表示喷雾的液滴在达到所需的转化率之前干燥。所以有利的是分别影响反应速率和干燥速率。干燥速率可以受惰性气体的水蒸气含量的影响。惰性气体的水蒸气含量一般是最高90体积％,优选最高50体积％。聚合速率可以通过所用引发剂体系的类型和用量来建立。为了控制聚合速率，有利的是使用偶氮化合物或氧化还原引发剂作为引发剂。与例如采用纯过氧化物引发剂的情况相比，聚合的启动行为可以更好地用偶氮化合物或氧化还原引发剂经由选择引发剂、引发剂浓度和反应温度来控制。光引发剂是特别有利的。当使用光引发剂时，可以通过温度将干燥速率调节到所需的值，且不会同时显著影响自由基的形成。载气合适地在反应器的上游被预热到70-250°C、优选80-190。C、更优选卯-160。C的反应温度。反应废气，即离开反应室的载气，可以例如在换热器中冷却。这冷凝了水和未转化的单体。然后，反应废气可以至少部分地被再加热并作为循环气体再循环到反应器中。优选冷却循环气体，使得冷却后的循环气体具有反应所需的水蒸气比例。一部分反应废气可以被排出，并用新鲜的栽气代替，在这种情况下在反应废气中存在的未转化的单体可以被除去和循环。特别优选热整合，即在废气冷却过程中的一部分废热量用于加热循环气体。反应器可以被伴热。调节伴热，使得壁温比内部反应器温度高至少5。C,并且可靠地防止反应器壁上的冷凝。反应产物可以按照常规方式从反应器取出，优选在底部经由螺旋输送机取出，并且如果合适的话干燥到所需的残余水分含量和所需的残余单体含量，例如在整合的流化床中进行。喷雾聚合允许聚合工艺步骤和千燥工艺步骤組合在一起。另外，能通过合适的工艺控制将粒径调节在特定的限度内。以此方式，能够避免聚乙烯基吡咯烷酮的聚合物溶液的常规加工的缺点。实施例通用方法在由两个区域组成的装置中制备聚合物。上区域包括处于氮气下的塔(高度8m，直径m)，其中交替排列6个紫外灯(铁掺杂的Hg灯，在每种情况下的功率是6kW)。在此区域的上端，安装了具有32个孔(直径200微米)的孔板用于液滴化。穿过孔板的单体溶液的物料通过量和单体溶液的组成可以从具体实施例获知。沿着朝下的方向，与此上区域连接有高度为8米、直径为2米的更大的塔作为第二个区域，其中氮气以0.1m/s的气流速率和150X:的气体入口温度从顶部朝下流过。得到了具有下面列出的平均粒径(单位是微米)的白色粉末。这些粉末能溶解在水中形成透明溶液。下面使用以下缩写NVP:N-乙烯基吡咯烷酮IN:a-羟基酮引发剂实施例1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>实施例2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>权利要求1.一种通过自由基引发的聚合反应在已发现的引发剂存在下制备聚乙烯基吡咯烷酮的方法，该方法包括作为喷雾或液滴聚合来进行聚合反应。2.权利要求l的方法，其中所用的引发剂是有机和无机的过氧化物、氢过氧化物、过硫酸盐、偶氮化合物、光引发剂或氧化还原引发剂。3.权利要求1或2的方法，其中所用的引发剂是偶氮引发剂。4.权利要求1或2的方法，其中所用的引发剂是光引发剂。5.权利要求l-4中任一项的方法，其中聚合反应在水溶液中进行。6.权利要求l-5中任一项的方法，其中聚合温度是70-250。C。7.权利要求l-6中任一项的方法，其中液滴在惰性气流中形成。8.权利要求1-7中任一项的方法，其中喷雾或液滴的形成和聚合是在喷雾塔中进行的。全文摘要本发明涉及一种通过自由基引发的聚合反应在已发现的引发剂存在下制备聚乙烯基吡咯烷酮的方法，该方法包括作为喷雾或液滴聚合来进行聚合反应。文档编号C08F2/00GK101434669SQ20081017630公开日2009年5月20日申请日期2008年11月14日优先权日2007年11月16日发明者D·勒施,H-U·莫里茨,K·阿斯夫,R·维德迈尔,S·比达塞克,V·塞德尔申请人:巴斯夫欧洲公司