生物可降解脂肪族/芳香族聚酯共聚物的连续制造方法_3

文档序号:8908717阅读:来源:国知局
为了调节MI,各步骤中的反应器内停留时间、 反应温度和真空度十分重要。
[0103] [2次缩聚反应]
[0104] 在将根据上述1次缩聚反应得到的预聚物连续投入2次缩聚反应器的同时在 220~250°C下实施2次缩聚反应。此时,真空度为2~7torr,调节水平(反应器内填充 量)和流量以使反应物的停留时间为1. 5~3小时。根据上述2次缩聚反应得到的反应 产物的酸值为3~8mg KOH/g,重均分子量为50, 000~80, 000,熔融指数(melting flow index)为15~25g/10min。如果使用具有这样的熔融指数的反应产物,则能够得到目标生 物可降解脂肪族/芳香族聚酯共聚物。
[0105] 作为上述2次缩聚反应用反应器,使用适合于制造具有上述分子量及与其对应 的粘度、熔融指数等流动特性的预聚物的反应器。这样的反应器在本发明所属的聚酯聚 合物合成领域已广为熟知。例如,可以使用水平排列有单一搅拌器的日立工业设备技术 (Hitachi Plant Technology)的横式反应器。此时,可以在如下条件下运转:例如,当上述 2次缩聚横式反应器的容量为约0. 24m3时,流速为20~40kg/h ;搅拌器转数为1. 5~8rpm 的范围。
[0106] [3次缩聚反应]
[0107] 在将根据上述2次缩聚反应得到的产物连续投入3次缩聚反应器的同时在220~ 250°C下实施3次缩聚反应。此时,真空度为0.5~2t 〇rr。调节水平(反应器内填充量) 和流量以使反应混合物在3次缩聚反应器中的停留时间为1~3小时。
[0108] 使反应结束的最终聚合物通过冷却水槽(cooling water bath)进行冷却并固化, 利用刀具实施切断制作期望的形状,将其干燥并移至料斗(silo)并填充,从而能够得到目 标生物可降解脂肪族/芳香族聚酯共聚物。固化前、切断后,可以使用由冷却水进行固化的 水下造粒机(under-water pelletizer) 〇
[0109] 上述聚酯共聚物的酸值为1. 5~6mg KOH/g,重均分子量例如为120,000~ 170, 000,特性粘度为1. 4~1. 9dl/g,熔融指数为2~4g/10min。
[0110] 作为上述3次缩聚反应用反应器,使用适合于制造具有上述分子量及与其对应 的粘度和熔融指数等流动特性的预聚物的反应器。这样的反应器在本发明所属的聚酯聚 合物合成领域已广为熟知。例如,可以使用水平排列有2个搅拌器的日立工业设备技术 (Hitachi Plant Technology)的横式缩聚反应器。具体对于日立工业设备技术(Hitachi Plant Technology)的3次横式缩聚反应器而言,在横式缩聚反应器内部水平平行排列有2 个双孔形叶片(spectacle-shaped blade)。此时,与各旋转轴连接的叶片在通过彼此不同 的旋转轴的叶片之间时使高粘度反应物的表面积增大,从而有效引导反应
[0111] ( http://www.hitachi-pt.com/products/ip/element_technology/simulation. html)〇
[0112] 此时,可以在如下条件下运转:例如,当上述3次缩聚反应器的容量为约0. 192m3 时,流速为20~40kg/h ;搅拌器的转数为5~8rpm的范围。
[0113] 在上述1次、2次和3次缩聚反应时,可以向各反应器进一步添加颜色稳定剂。
[0114] 作为上述颜色稳定剂,可以使用磷酸、亚磷酸、亚磷酸三苯酯、磷酸三苯酯、次亚磷 酸钠、亚磷酸钠等。
[0115] 以下,对根据本发明的另一实施方式的生物可降解脂肪族/芳香族聚酯共聚物的 制造方法进行说明。
[0116] 在该制造方法中,与上述制造方法不同,1次酯化反应在间歇式反应器中进行。以 下,对此进行更详细说明。
[0117] 在间歇式反应器中,在185°C以下,实施脂肪族二羟基化合物与脂肪族二羧酸的酯 化反应从而得到脂肪族低聚物。
[0118] 上述酯化反应可以在催化剂的存在下实施。
[0119] 由上述酯化反应生成的水通过冷凝器去除,可以向上述间歇式反应器进一步添加 热稳定剂。
[0120] 将上述脂肪族低聚物储藏于储藏槽。
[0121] 将上述储藏槽的脂肪族低聚物和芳香族二羧酸供于第1浆料槽。此时,将上述芳 香族二羧酸在计量漏斗中定量而投入第1浆料槽,将第1浆料槽的内部温度保持在70~ 80°C并进行搅拌。
[0122] 根据本发明的又另一实施方式,也可以将上述芳香族二羧酸不供于第1浆料槽, 而在上述脂肪族二羟基化合物与脂肪族二羧酸的酯化反应时进行添加。
[0123] 使上述第1浆料槽中制造的浆料连续流入第2浆料槽。为了赋予将浆料以稳定的 速度供于2次酯化反应器的连续性,使第2浆料槽的内部温度保持为70~80°C。
[0124] 在将第2浆料槽中制造的浆料连续投入2次酯化反应器的同时实施脂肪族低聚物 与芳香族二羧酸的2次酯化反应。由于之后的后续反应与根据上述一个实施方式的制造方 法相同,因此省略。
[0125] 根据本发明的生物可降解脂肪族/芳香族聚酯共聚物作为膜、片、纤维或其他成 型品材料有用。
[0126] 以下,例举下述实施例对本发明进行更详细说明,但本发明不限于这些实施例。
[0127] 试骀方法
[0128] 首先,对于在下述实施例1-5的各步骤中得到的反应产物的熔融指数、酸值和重 均分子量,根据下述方法进行评价。
[0129] (1)熔融指数
[0130] 熔融指数是指在约190°C下对聚合物施加10分钟2160g的载荷时被强制通过挤出 式粘度计孔板(直径约〇. 0825英寸)的聚合物的重量(g)。除非另行说明,否则熔融指数 根据ASTM试验方法D1238-E进行测定。
[0131] (2)酸值
[0132] 根据DINEN12634测定酸值,作为溶剂,使用10体积份N,N-二甲基亚砜、8体积 份异丙醇(propane-2-ol)和7体积份甲苯的混合物。
[0133] 将试样加热至50°C,在电路中使用单棒(single-rod)电极,并填充氯化钾。此时 使用的标准溶液为氢氧化四甲基铵。
[0134] (3)重均分子量
[0135] 利用凝胶渗透色谱法(GPC,Agilent HP 1100)进行测定,作为标准物,使用聚苯乙 稀。将柱 PLgel (5um)Mixed_D (Phenomenex)和 PLgel (lOum)Mixed-B 连续连接进行测定,对 于测定条件,将柱和检测器温度设为35°C并以流速为lml/min的速度进行测定。
[0136]实施例 1 :牛物可降解 PBAT(poly (butyleneadipate-co-terephthalate)、聚(己 二酸-共-对苯二甲酸丁二醇酷))的制诰
[0137] [第1浆料槽]
[0138] 向第1浆料槽添加1. 3:0. 52摩尔比的1,4- 丁二醇与己二酸,并将其在70°C下一 边搅拌一边混合来准备浆料。
[0139] [1次酯化反应]
[0140] 在将第1浆料槽的浆料连续投入1次酯化反应器的同时实施1,4- 丁二醇与己二 酸的1次酯化反应。此时条件为流速约35kg/h、反应温度180°C、压力为常压。
[0141] 作为上述1次酯化反应用反应器,使用(株)HAD0的设置了附着有折叶(pitched paddle)叶轮(Hado,韩国)的搅拌器的垂直式反应器(参照http://www.hado.co.kr/ defaultl. html)。向上述1次酯化反应器的反应混合物添加了磷酸三苯酯和钛酸四正丁 酯。
[0142] 将上述磷酸三苯酯与钛酸四正丁酯分别以相对于1,4-丁二醇为10重量%浓度 的方式预先混合,然后将其连续投入上述反应器,调节流速以使上述磷酸三苯酯的含量 为每0. 52摩尔己二酸0. lg(3. 06X l(T4m〇l),钛酸四正丁酯的含量为每0. 52摩尔己二酸 0? 3g(8. 815Xl(T4mol)。
[0143] 上述酯化反应所生成的水通过冷凝器去除。
[0144] 调节水平(反应器内填充量)以使反应混合物的停留时间为3小时。
[0145] 由上述反应得到的产物的酸值为约lmg K0H/g,重均分子量为800。
[0146] [第2浆料槽]
[0147] 将1次酯化反应器中反应而得的反应混合物以流速约30kg/h连续投入第2浆料 槽,向其中投入对苯二甲酸并搅拌来进行混合。在上述反应混合物中,将1,4-丁二醇、己二 酸和对苯二甲酸的混合摩尔比控制成1. 3:0. 52:0. 48。
[0148] [2次酯化反应]
[0149] 在将第2浆料槽中制造的浆料连续投入2次酯化反应器的同时实施作为1次酯化 反应产物的脂肪族低聚物与对苯二甲酸的2次酯化反应。此时条件为流速40kg/h、反应温 度230°C、压力为常压。
[0150] 作为上述2次酯化反应用反应器,使用与1次酯化反应中所使用的反应器相同的 反应器。
[0151] 上述酯化反应所生成的水通过冷凝器去除,以流速2kg/h连续投入纯1,4-丁二醇 并进行反应。调节水平(反应器内填充量)以使反应物的停留时间为
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