专利名称：一步法聚甲醛熔融后处理工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及甲醛聚合物(POM)后处理工艺。具体地说，本发明是关于用高效蒸发强制输送多螺杆反应机一步法从熔融(共)聚甲醛聚合物中脱除甲醛和其它挥发份以获取优异热稳定性(共)聚甲醛的工艺方法。
这里及下述进一步定义的POM是指含有直接相连的-OCH2-重复单元的聚合物。众所周知，若聚合物中全部是-OCH2-重复单元即为均聚甲醛，要使其达到稳定化就须进行酯化或醚化封端。若聚合物系无水甲醛或三聚甲醛(三恶烷)聚合并引入象二氧五环、环氧乙烷这样的共聚组份，使甲醛聚合物大分子链中含有-OCH2CH2-单元则为共聚甲醛。由于共聚甲醛大分子端基上含有极不稳定的半缩醛
，必须通过化学或物理方法将其封端或分解除去，亦即进行后处理才能获得具有使用价值的稳定化聚合物。
POM后处理方法通常采用非均相碱溶液后处理，均相碱溶液后处理和熔融后处理等。由于熔融后处理具有处理时间短、不用溶剂、工艺简单、生产效率高且容易实现连续化生产等优点，所以目前许多公司都采用该方法生产POM。如U.S.P.3418280公开的方法是采用单螺杆挤出机上带有若干段不同数量的转动盘及其相应大小的室和输送泵组成的后处理机进行POM的熔融后处理。该机组由进料段①、输送泵②、限制段③、节流孔④、排气段⑤、输送泵⑥、出料段⑦等部份组成。来自聚合工段的POM先进入进料段①熔融后通过泵②计量输入限制段③，使POM熔融物料保持足够的压力，再经节流孔④进入排气段⑤，排除从甲醛聚合物大分子两端的半缩醛端基分解出来的甲醛和其它挥发份，然后再由泵输入出料段⑦出料。该设备和方法能完成POM的熔融后处理，得到稳定的POM产品。但该机分段较多且需泵输送才能连续进行，显然在整个操作过程中容易产生不平衡，出现溢料现象，难以保证甲醛和其它挥发份彻底除去，因而产品质量不稳定，实现后处理的连续化有一定困难。
CN86107755A是采用至少有六段的转盘式聚合物加工机进行POM熔融后处理。该加工机由加料段①、第一挥发段②、稳定段③、第二挥发段④、固定段⑤、泵送段⑥组成，也可增加第三挥发段和第二稳定段组成八段式工艺过程。加料段①主要是消除流动的变化，使加工机更平稳地操作;固定段⑤是使波动减至最少，泵送段⑥是为使稳定化的聚合物压入挤出模具中达到稳定出料。物料通过加料段①开始熔融，然后进入第一挥发段②除去从甲醛聚合物大分子两端的半缩醛端基解出来的甲醛和其它挥发份;此后进入稳定段③使物料保持一定的平衡压力，再进入第二挥发段④除去余下的甲醛和其它挥发份;随后进入固定段⑤使波动减至最少，最后由泵送段⑥将物料压入挤压模具中达到稳定出料。该机由于设有稳定段、固定段、泵压段和挥发段，通过体系中压力的变化达到物料在真空下连续输送。该设备和方法能在较短时间内使甲醛聚合物熔融并迅速除去从甲醛聚合物大分子两端的半缩醛端基分解出来的甲醛和其它挥发份，从而得到稳定的POM产品。但该法中若转速控制不当就容易出现物料输送不平衡。若转速太低，则聚合物流动太慢，造成机器满溢;若转速太高，则物料温度难以控制，加之需泵输送也存在操作不便，往往由于控制不当便达不到满意的后处理效果，给连续化操作带来一定困难。
本发明的目的是利用一种新的聚合物加工设备开发POM新的熔融后处理方法以克服现有技术的不足。
本发明采用的设备主要是利用机器内部结构的变化产生匹配的升压、降压、使甲醛聚合物进入该机内能迅速熔融并快而彻底地除去从甲醛聚合物大分子两端的半缩醛端基分解出来的甲醛和其它挥发分，而且整个过程不需泵送，完全无溢料现象，极易实现生产过程的连续化。该设备系由Ⅰ进料段(由进料区1，熔融区2、增压区3组成)，Ⅱ第一排气段(由排气区4、混炼区5、增压区6组成)，Ⅲ第二排气段(由排气区7、混炼区8组成)，Ⅳ稳压出料段(由稳压出料区9组成)四段组成，其示意图如附图
所示。来自聚合工段的甲醛聚合物经常规终止反应后加入各种常规助剂混匀，然后通过输送器将物料定量送入高效蒸发强制输送多螺杆反应机进行熔融后处理，各段操作条件为Ⅰ进料段温度控制范围为180～250℃，压力为常压;Ⅱ第一排气段温度控制范围为180～240℃，真空度保持在13.3～665Pa;Ⅲ第二排气段温度控制在180～230℃，真空度保持在1.33～13.3Pa;稳压出料段温度控制在170～220℃，压力控制在0.3～10MPa。螺杆转速可在10～150rpm范围内调节，物料总停留时间为20～600s。整个过程不需泵送，无溢料现象。所得POM粒料外观光亮，白度＞80%，热稳定性部份＞99%，与聚合工段联接极易组成连续化生产装置，从而使发明目的得以实现。
螺杆转速控制在30～100rpm，总停留时间控制在120～180s，所得POM粒料性能更趋一致，当然停留时间还与外部供热有关，若外供热量能满足甲醛聚合物大分子两端半缩醛端基分解所需的最大热量，整个过程还可缩短，进而提高设备效率和产品质量。
该熔融后处理所采用的各种助剂均为目前生产上通用的品种、如热稳定剂为酚类抗氧剂2246、1076、1010、259等，用量为0.1～2%;紫外光吸收剂为苯并三唑类UV-9、UV-53、UV-327等，用量为0.05～1%，吸醛剂为双氰胺等，用量为0.05～1%。上述助剂可在物料进入进料段时加入。
对于可分解部份含量为1～15%，水份含量为0.1～50%的(共)聚甲醛聚合物，采用本发明方法进行熔融后处理，都可获得热稳定部份＞99%，外观光亮、白度达80～85%的POM粒料，若加增白剂，白度则可达85%以上。当然本发明方法也适合均聚甲醛聚合物的熔融后处理。
对于PC、PBT、PET、PU、PPO、PEK、PEEK、PA、PAR、PASF、PES、PSF、PPS、PAI、热塑性聚酯弹性体、氯化聚醚、液晶聚合物、聚硅氧烷等高分子聚合物的合成和脱低分子物及挥发份，均可采用本发明方法，只是需根据不同高聚物的特性对各段操作条件作适当调整。
本发明方法还适用于聚烯烃类高分子聚合物如PP、PE、CPE、PS、ABS、ACS、EVA等的真空脱溶剂或挥发份的熔融造粒工艺以及有机玻璃模塑粉的真空抽提熔融造粒工艺。当然同前述一样得根据不同高聚物的特性调整各段操作条件。
本发明方法的优点在於整个熔融后处理过程都在密闭下操作，完全排除了氧气进入，物料停留时间短，因而避免了聚合物主链断裂、分解和着色;分解排出的甲醛可回收利用，进而降低成本，减少环境污染;甲醛聚合物进入该机后可一步实现熔融、端基分解、挥发份脱除，整个过程不需泵送、无溢料现象，与聚合工段联接可组成流程短、效率高、操作弹性大的POM连续化生产装置。
现结合附图更详细地说明本发明的工艺过程当物料进入进料区1后，立即受到180～250℃的高温加热，其表面吸附水便从进料口被闪蒸排出。物料随即被强制输送入熔融区2。在此区间，大部份物料被加热熔融，聚合物大分子两端半缩醛端基开始大量分解气化。物料粒子内所含水分同时气化。这些气体连同物料被迅速强制输入增压区3。在增压区3，除本工艺所采用的设备在此区间的特殊结构使物料压力迅疾增大外，物料中夹带着的气体的膨胀，无疑也起到很好的增压作用。在这种情况下，物料被强制压入Ⅱ第一排气段，到达排气区4。物料在此间受到突然减压，其夹带气体(甲醛、水蒸汽等)急速溢出物料表面并进入吸收、真空系统被回收。此时，物料在通常的设备中往往随气流溢出。然而本工艺所采用设备在此处的有效结构完全排除了这种可能性。物料又随即被送入混炼区5被加热、剪切和揉捏，使其中聚合物粒度较大，尚未彻底熔融的粒子完全熔融，其聚合物两端未分解的半缩醛端基彻底分解。同时，物料中的添加剂也更均匀地分布到物料中。此后，物料即进入增压区6被增压。当再次增压的物料进入Ⅲ第二排气段的排气区7时，其中的甲醛气体立即冲出物料层。由于此间真空度极高，聚合物中所含的齐聚物和部分分子量很小的聚合物也随甲醛气流被抽提出来，进而有效改善(共)聚甲醛产品的分子量分布。经过这一决定产品质量的关键区，物料被输入混炼区8混炼，使其流动性状趋于一致，添加剂在物料中的分布达到理想状态，然后被输入Ⅳ稳压出料段，即稳压出料区9。在此区间增压，使物料在到达几个孔径相同的出料口时具有能顺利出料的同样压力，从而物料便均匀地从出料口铸条或带，经冷却、切粒获得性能优良的(共)聚甲醛产品。
下面以实施例进一步说明该发明。实施例中，熔融指数(MI)系指在190±0.5℃和2160g重力下，POM熔体在10min内从熔融指数仪模孔(φ2.095±0.005mm)流出的重量g。
可分解部份的测试及计算方法为称取0.2g左右的干样品，准确至0.0002g，放入干净试管中，加2%三乙胺的苯甲醇溶液4.0ml，摇匀，将试管插入预先恒温至160±0.5℃的加热炉孔中加热30min后立即取出试管，在室温下冷至温热时加入5～7ml丙酮，使共聚物沉淀，再将其全部移入已恒重的G3号玻璃过滤坩埚内吸滤，另按每次2～3ml丙酮洗涤试管至少5次并将洗涤液倒入坩埚内一起吸滤。将滤饼和坩埚于105±5℃下干燥至恒重。其可分解部份(%)按下式计算可分解部份(%)＝(1－ (W2- W2)/(W) )×100式中W-试样重量(g)W1-玻璃坩埚重量(g)W2-坩埚与滤饼总重量(g)热稳定性部份的测试和计算方法为首先将样品吊杯放入称量瓶(φ20×40mm)中称重，然后放入本方法产品的样品约0.5g(准确至0.0002g)，再将样品吊杯放入已恒温在222±2℃的热失重仪中，使样品吊杯杯底与温度计水银球下端处于同一水平，盖好隔热板，加热20min后取出样品吊杯，放进原称量瓶中盖好，在室温下冷却5min后称重(准确至0.0002g)。其热稳定性部份(%)按下式计算热稳定性部分(%)＝ (W3-W1)/(W2-W1) ×100式中W1-吊杯重量(g)W2-吊杯与样品重量(g)W3-吊杯与已热失重后的物料重量(g)实施例一将本体聚合的(共)聚甲醛聚合物用水终止反应后，加入酚类抗氧剂259 0.5%(占树脂重量%，以下同)，紫外光吸收剂UV-9 0.1%，吸醛剂双氰胺0.1%，物料经混合后通过输送器定量送入高效蒸发强制输送多螺杆反应机内，在高温、高真空条件下完成熔融后处理的(共)聚甲醛熔体经机头孔铸条、冷却、切粒即得热稳定性极好的POM产品。螺杆转速90rpm，物料停留时间35S。各段操作条件按表1控制。
表1段※Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ温度℃ 230 220210 190压力MPa 0.1 4×10-41.33×10-60.5处理后的POM热稳定性部份＞99.3%，MI19.65，粒料外观光亮，白度83%(同批物料用非均相碱液后处理法处理的POM MI20.45，热稳定性部份＞98.79%)。
※Ⅰ-进料段，Ⅱ-第一排气段，Ⅲ-第二排气段，Ⅳ-稳压出料段，下同。
实施例二除在甲醛聚合物中加入10%水份外，其它组份和操作方法同实施例一，螺杆转速75rpm，停留时间为60s，各段操作条件列于表2。
表2段ⅠⅡ Ⅲ Ⅳ温度℃235 220210190压力MPa 0.1 4.7×10-41.0×10-32处理后的POM热稳定性部份＞99.4%，MI19.65，粒料外观光亮，白度85%。
实施例三除在甲醛聚合物中加入20%水份外，其它组份和操作方法同实施例一，螺杆转速60rpm，停留时间为120s，各段操作条件列于表3。
表3段ⅠⅡ Ⅲ Ⅳ温度℃240 220210190压力MPa 0.12 5.0×10-47×10-63处理后的POM热稳定性部份＞99.6%，MI19.45，粒料外观光亮，白度84%。
实施例四除在甲醛聚合物中加入30%水份外，其它组份和操作方法同实施例一，螺杆转速50rpm，停留时间为180s，各段操作条件列于表4。
表4段ⅠⅡ Ⅲ Ⅳ温度℃245 225210190压力MPa 0.11 6.5×10-43.0×10-64.8处理后的POM热稳定性部份＞99.5%，MI19.55，粒料外观光亮、白度84%。
实施例五含可分解部份为7.75%的甲醛聚合物，加入25%的水份，其它组份和操作方法同实施例一，螺杆转速60rpm，停留时间为150s，各段操作条件列于表5。
表5段ⅠⅡ Ⅲ Ⅳ温度℃250 235220 200压力MPa 0.10 6.0×10-45×10-65.0处理后的POM热稳定性部份＞99.5%，MI5.94，粒料外观光亮、白度83%。(非均相碱液后处理法处理的同一批POM MI为6.44)实施例六含可分解部份为7.82%的甲醛聚合物，加入45%的水份，其它组份同实施例一，按实施例一的操作方法进行后处理;螺杆转速55rpm，停留时间为140s，各段操作条件列于表6。
表6段ⅠⅡ Ⅲ Ⅳ温度℃245 230215 190压力MPa 0.12 5.5×10-45×10-44.0处理后的POM热稳定性部份＞99.5%，MI10.67，粒料外观光亮，白度85%(非均相碱液后处理法处理同一批POM，其MI为11.07)。
权利要求
1.甲醛聚合物熔融后处理工艺，包括a.来自聚合工段的甲醛聚合物经过常规的终止反应；b.然后加入常规量的各种助剂并混匀；其特征在于将经a、b处理后的甲醛聚合物通过输送器定量送入高效蒸发强制输送多螺杆反应机进行熔融后处理，操作条件为①进料段温度180～250℃，常压；②第一排气段温度180～240℃，压力13.3～665Pa；③第二排气段温度180～230℃，压力1.33～13.3Pa；④稳压出料段温度170～220℃，压力0.3～10Mpa；⑤螺杆转速10～150rpm，物料总停留时间20～600S。
2.根据权利要求1所述的后处理工艺，其特征在于螺杆转速为30～100rpm，物料总停留时间为120～180s。
3.根据权利要求1所述的后处理工艺，其特征在于甲醛聚合物的可分解部份含量范围为1%～15%。
4.根据权利要求1所述的后处理工艺，其特征在于甲醛聚合物中加入的水份范围为0.1～50%。
5.根据权利要求1所述的后处理工艺，其特征在于该工艺也适用于均聚甲醛的熔融后处理。
6.根据权利要求1所述的后处理工艺，其特征在于只需适当调整①、②、③、④、⑤的操作条件，即可用于PC、PBT、PU、PPO、PEEK、PA、PAR、PASF、PES、PSF、PPS、PAI、热塑性聚酯弹性体、氯化聚醚、液晶聚合物、聚硅氧烷等高分子聚合物的合成和脱低分子物及挥发份。
7.根据权利要求1所述的后处理工艺，其特征在于只需适当调整①、②、③、④、⑤的操作条件，即可用于聚烯烃类高分子聚合物如PP、PE、CPE、PS、ABS、ACS、EVA等的真空脱溶剂或脱挥发份的熔融造粒工艺以及有机玻璃模塑粉的真空抽提熔融造粒工艺。
8.根据权利要求1、2、3、4、5所述的后处理工艺，其特征在于与聚合工段联接可组成流程短、效率高、操作弹性大的POM连续化生产装置。
全文摘要
本发明提供了一种聚甲醛(POM)后处理工艺，系将来自聚合工段的POM直接通过一台具有一个进料段，至少两个排气段和一个出料段的高效蒸发强制输送多螺杆反应机进行熔融后处理，制得热稳定性部分＞99％的POM粒料。各段温度、压力为进料段180-250℃，常压；第一排气段180-240℃，13.3-665Pa；第二排气段180-230℃、1.33-13.3Pa；稳压出料段170-220℃、0.3-10MPa。螺杆转速10-150rpm，物料总停留时间20-600s。该方法可处理含水量为0.1％-50％、可分解部分含量为1％-15％的POM粗品，分解脱出的甲醛可全部回收，无环境污染，与聚合工段联接可组成流程短、效率高、操作弹性大的POM连续化生产装置。
文档编号C08G2/28GK1060298SQ9010589
公开日1992年4月15日 申请日期1990年9月29日 优先权日1990年9月29日
发明者蔡盛全, 陈德芳 申请人:化学工业部晨光化工研究院一分院