聚合物产物、膜、模塑制品、片材、粒子、纤维和聚合物制造方法_2

文档序号:8947005阅读:来源:国知局
。罐3储存用作引发剂、催化剂混合物和添加剂的材料中的固体(粉末或粒子)。罐 5储存用作引发剂、催化剂混合物和添加剂的材料中的液体。替代地,还可能的是:将另一 罐与罐5 -道设置,且其储存催化剂混合物和添加剂的固体或液体。罐7储存压缩性流体。 注意,罐7可储存气体或固体,所述气体或固体在供应至接触单元9的过程期间或者在接触 单元9内在施加热或压力时转变成压缩性流体。在此情况下,罐7中储存的气体或固体在 施加热或压力时在接触部9中转变成图2的(1)、(2)或(3)的状态。
[0061] 计量进料器2计量罐1中储存的开环聚合性单体并且将所计量的开环聚合性单体 连续地供应至接触单元9。计量进料器4计量罐3中储存的固体并且将所计量的固体连续 地供应至接触单元9。计量累6计量罐5中储存的液体并且将所计量的液体连续地供应至 接触单元9。计量累8将罐7中储存的压缩性流体W恒定的流速连续地供应至接触单元9。 注意,在本实施方式中,短语"连续地供应"是作为与间歇供应相反的概念使用的,并且是指 W连续地获得通过开环聚合性单体的开环聚合获得的聚合物产物的方式供应。特别地,只 要连续地获得通过开环聚合性单体的开环聚合获得的聚合物产物,则各材料可为间断地供 应的。而且,在其中引发剂和添加剂两者均为固体的情况下,聚合反应装置100可不包括罐 5和计量累6。类似地,在其中引发剂和添加剂两者均为液体的情况下,聚合反应装置100 可不包括罐3和计量进料器4。
[0062] 在本实施方式中,聚合反应装置主体10化为在一端具有单体入口和在另一端具 有出口的管状装置,开环聚合性单体从所述单体入口引入,通过开环聚合性单体的聚合获 得的聚合物产物从所述出口。而且,聚合反应装置主体10化进一步包括在一端处的压缩性 流体入口、W及在前述一端与另一端之间的位置处的催化剂入口,压缩性流体从所述压缩 性流体入口引入,催化剂从所述催化剂入口引入。聚合反应装置主体1〇化中配备的装置如 图3中所示地用耐压管道(pipeline) 30彼此连接,所述原材料、压缩性流体、或所产生的聚 合物通过耐压管道30输送。而且,聚合反应装置的接触单元9、液体进料累10和反应单元 13各自具有前述原材料等通过其输送的管状部件。
[0063] 聚合反应装置主体10化的接触单元9由运样的耐压装置或管构成:其配置成使原 材料例如从罐(1,3, 5)供应的开环聚合性单体、引发剂和添加剂与从罐7供应的压缩性流 体连续接触并且配置成混合所述原材料(例如,配置成使开环聚合性单体和引发剂烙融或 溶解)。在本实施方式中,术语"烙融"是指原材料或所产生的聚合物产物由于所述原材料 或所产生的聚合物产物与压缩性流体之间的接触而在溶胀的情况下塑化或液化。而且,术 语"溶解"是指原材料在所述压缩性流体中溶解。在其中开环聚合性单体溶解的情况下,形 成流体相。在其中开环聚合性单体烙融的情况下,形成烙体相。优选的是形成烙体相或流 体相的一个相W均匀地进行反应。而且,为了在原材料的比率相对于压缩性流体为高的状 态下进行反应,开环聚合性单体优选为烙融的。注意,在本实施方式中,通过连续地供应原 材料(例如开环聚合性单体)和压缩性流体,可使原材料在接触部9中与压缩性流体W恒 定的浓度比率连续地接触。结果,原材料可被有效地混合(例如,开环聚合性单体和引发剂 可烙融或溶解)。
[0064] 接触单元9可由罐状装置或管状装置构成,但其优选为运样的管状装置:原材料 从其一端进料,且混合物例如烙体相和流体相从其另一端取出。接触单元9可进一步包括 配置成揽拌原材料和压缩性流体的揽拌装置。在其中接触单元9包括揽拌装置的情况下, 优选使用如下作为所述揽拌装置:单螺杆揽拌装置、其中螺杆彼此晒合的双螺杆揽拌装置、 包括彼此晒合或者重叠的多个揽拌元件的双轴混合器、包括彼此晒合的螺旋揽拌元件的捏 合机、或者静态混合器。特别地,双轴或多轴揽拌装置是优选的,因为在所述揽拌装置或容 器上的沉积的反应产物的量较少,并且其具有自清洁性。在其中接触单元9不包括揽拌装 置的情况下,接触单元9优选由耐压管道30的一部分构成。注意,在其中接触单元9由管 道30构成的情况下,供应至接触单元9的开环聚合性单体优选被预先液化,W在接触单元 9中确实地混合所有材料。
[0065] 接触单元9配备有:作为压缩性流体入口的一个实例的入口 9a,通过计量累8 从罐7供应的压缩性流体从其引入;作为单体入口的一个实例的入口 9b,通过计量进料 器2从罐1供应的开环聚合性单体从其引入;入口 9c,通过计量进料器4从罐3供应的 粉末从其引入;和入口 9d,通过计量累6从罐5供应的液体从其引入。在本实施方式中, 各入口(9曰,9b, 9c, 9d)由配置成将原材料供应到接触单元9中的管状部件(例如圆筒 (cylinder)、或管道30的一部分)和配置成连接各导管(管道,pipe)的连接器构成,所述 导管各自配置成输送原材料或压缩性流体的每一种。所述连接器没有特别限制,且选自常 规的连接器,例如渐缩管(减径接头,re化cer)、联轴器(禪接头coupling)、Y、T、和出口。 而且,接触单元9配备有配置成对供应的原材料或压缩性流体进行加热的加热器9e。
[0066] 进料累10配置成将接触单元9中形成的混合物例如烙体相或流体相进料至反应 单元13。罐11储存催化剂。计量累12配置成计量罐11中储存的催化剂并且将所计量的 催化剂供应至反应单元13。
[0067] 反应单元13由耐压装置或管构成,其配置成将通过进料累10进料的各原材料与 通过计量累12供应的催化剂混合,W进行开环聚合性单体的开环聚合。反应单元13可由 罐状装置或管状装置构成,但其优选为管状装置,因为其给出较少的死空间。反应单元13 可进一步包括配置成揽拌原材料和压缩性流体的揽拌装置。至于反应单元13的揽拌装置, 就自清洁而言,优选的是:具有彼此晒合的螺杆、2刮板揽拌元件(矩形)、3刮板揽拌元件 (=角形)、或者圆形或多叶形状叶草形状)揽拌奖叶的双轴或多轴揽拌器。在其中将 包括催化剂的原材料预先充分混合的情况下,也可使用W多级(阶段)对流动物进行分割 和配混(重新合并)的静止混合器作为所述揽拌装置。其实例包括日本已审专利申请公布 (JP-B)No. 47-15526、47-15527、47-15528 和 47-15533 中公开的多通量(multiflux)间歇混 合器;日本专利申请未审公开(JP-A)No. 47-33166中公开的Kenics类型混合器;W及与列 出的那些类似的静止混合器。在其中反应单元13具有揽拌装置的情况下,反应单元13由 耐压导管30的一部分构成。在此情况下,所述导管的形状没有特别限制,但就减小装置的 尺寸而言,其优选为螺旋形状。
[0068] 反应单元13设置有:入口 13a,接触单元9中混合的原材料从其引入;和作为催化 剂入口的一个实例的入口 13b,通过计量累12从罐11供应的催化剂从其引入。在本实施方 式中,各入口(13a,13b)由原材料从其穿过进入反应单元13中的管状部件(例如圆筒、和 管道30的一部分)和用于连接供应原材料和压缩性流体用的导管的连接器构成。所述连 接器没有特别限制,且选自常规的连接器,例如渐缩管、联轴器、Y、T、和出口。注意,可向反 应单元13设置用于除去蒸发产物的气体出口。而且,反应单元13可具有用于对进料的原 材料进行加热的加热器13c。
[0069] 图3说明其中设置一个反应单元13的实例,但聚合反应装置100可包括两个或更 多个反应单元13。在其中设置多个反应单元13的情况下,各反应单元13的反应(聚合) 条件(例如,溫度、催化剂浓度、压力、平均保留时间、和揽拌速度)可为相同的,但优选的是 取决于聚合的进度选择各反应单元的最佳条件。注意,将太大数量的反应单元13连接W得 到许多级不是非常好的主意,因为运可延长反应时间,或者装置可变得复杂。级数优选为 1-4,更优选1-3。
[0070] 在其中通过具有仅一个反应单元的装置进行聚合的情况下,典型地据信运样的装 置不适合于工业制造,因为通过开环聚合性单体的开环聚合获得的聚合物产物的聚合程度 或单体残留物的量是不稳定的且倾向于变化。据认为其不稳定性是由如下导致的:具有几 泊到几十泊的烙体粘度的原材料和具有约1,000泊的烙体粘度的经聚合的聚合物产物的 共存。另一方面,在本实施方式中,可降低反应单元13(聚合系统)中的粘度差,因为原材 料和所产生的聚合物产物烙融(液化),且因此可W与常规聚合反应装置相比减少的级数 稳定地制造聚合物产物。
[0071] 计量累14配置成将反应单元13中聚合的聚合物产物P通过挤出帽15从反应单 元13排出。注意,也可通过利用反应单元13内部和外部之间的压力差将聚合物产物P从 反应单元13排出而不使用计量累14。在此情况下,如图4中所示的,可使用压力控制阀16 代替计量累14,W调节反应单元13的内部压力,或者聚合物产物P的排出量。
[0072] 而且,聚合反应装置主体10化可包括其它单元。其它单元取决于预期意图适当选 择而没有任何限制,且其实例包括用于聚合物产物的冷却过程(冷却步骤)的冷却单元、用 于干燥过程(干燥步骤)的干燥单元、和用于挤出过程(挤出步骤)的挤出单元。
[0073] 挤出单元为用于将聚合反应装置主体10化中获得的聚合物产物P挤出到外部的 单元,且其实例包括齿轮累、单螺杆挤出机和多螺杆挤出机。挤出单元的使用使得能够将聚 合物产物从聚合反应装置主体10化取出。
[0074] 而且,在聚合反应中可使用有机溶剂作为夹带剂,且在一些情况下夹带剂的使用 可缩短反应时间。
[00巧] < 聚合物制造方法〉
[0076] 随后,解释使用聚合反应装置100的在连续系统中的聚合物产物制造方法。在本 实施方式中,通过如下连续地获得聚合物产物:连续地供应开环聚合性单体、压缩性流体和 根据需要选择的其它组分,使它们彼此接触,W及连续地容许开环聚合性单体进行开环聚 合。在此情况下,首先操作计量进料器(2, 4)、计量累6和计量累8W将罐(1,3, 5, 7)中的开 环聚合性单体、引发剂、添加剂和压缩性流体连续地供应至接触单元9。在其中将催化剂混 合物供应至接触单元9的情况下,催化剂混合物可与开环聚合性单体、引发剂和压缩性流 体一起供应,或者可设置另一罐W顺次供应催化剂混合物。至于对催化剂进行混合的顺序, 可首先混合路易斯酸催化剂,或可首先混合路易斯碱催化剂。注意,可将催化剂混合物加入 至反应单元13 (在混合后加入)而不加入至接触单元9 (在混合前加入)。在此情况下,聚 合率得W改善,因为单体与催化剂之间的接触面积由于将催化剂加入至处于其中单体完全 烙融的状态的均相而增加。
[0077] 由于W上,原材料和压缩性流体从各入口(9曰,9b,9c,9d)连续地引入到接触单元 9的管中。注意,固体(粉末或粒子)原材料与液体原材料相比在计量方面可具有低的精 度。在此情况下,可将固体原材料预先烙融和W液体状态储存在罐5中,从而使用计量累6 引入到接触单元9的管中。操作计量进料器(2, 4)、计量累6和计量累8的顺序没有特别限 审IJ,但优选首先操作计量累8,因为如果初始原材料在未与压缩性流体接触的情况下被送到 反应单元13中,则原材料可能由于溫度下降而凝固。
[0078] 调节各原材料通过计量进料器化4)和计量累6的每一个的进料速度,W基于开 环聚合性单体、引发剂、催化剂和添加剂的预定的共混比率得到恒定的比率。基于得到的聚 合物的期望的物理性质和反应时间调节由计量进料器(2, 4)和计量累6每单位时间供应的 原材料的总质量(原材料的进料速度(g/min))。类似地,基于得到的聚合物的期望的物理 性质和反应时间调节由计量累8每单位时间供应的压缩性流体的质量(压缩性流体的进料 速度(g/min))。原材料的进料速度对压缩性流体的进料速度的比率(原材料的进料速度 /压缩性流体的进料速度,称作进料比率)取决于预期意图适当选择而没有任何限制,但其 优选为1或更大、更优选3或更大、甚至更优选5或更大、和特别优选10或更大。而且,所 述进料比率的上限取决于预期意图适当选择而没有任何限制,但其优选为1,000或更小、 更优选100或更小、和特别优选50或更小。
[0079] 通过将进料比率设为1或更大,当原材料和压缩性流体被送到反应单元13时,反 应W高浓度的原材料和所产生的聚合物产物(即高的固体含量)进行。运里的聚合系统中 的固体含量与其中根据常规制造方法通过将少量的开环聚合性单体溶解在显著大量的压 缩性流体中而进行聚合的聚合系统中的固体含量有很大不同。本实施方式的制造方法的特 征在于:聚合反应在具有高的固体含量的聚合系统中有效且稳定地进行。注意,在本实施方 式中,进料比率可小于1。即使在此情况下,得到的聚合物产物的品质也没有任何问题,但其 经济效率不令人满意。而且,当进料比率大于1,OOO时,存在压缩性流体可能未使开环聚合 性单体充分溶解在其中的可能性,且预期反应可能未均匀地进行。
[0080] 由于原材料和压缩性流体各自连续地引入到接触单元9的导管中,原材料和压缩 性流体连续地彼此接触。结果,各原材料,例如开环聚合性单体、引发剂和添加剂在接触单 元9中混合。在其中接触单元9配备有揽拌装置的情况下,原材料和压缩性流体可被揽拌。 为了防止所引入的压缩性流体变成气体,将反应单元13的导管的内部溫度和压力控制为 均等于或高于至少压缩性流体的=相点的溫度和压力。在此情况下,开环聚合性单体和压 缩性流体在3MPa或更大、更优选7. 4MPa或更大的压力下彼此接触。注意,所述压力是例如 通过调节累的流速、导管的直径、导管的长度、或导管的形状而得W控制的。而且,所述控制 可通过调节接触单元9的加热器9e的输出、或者压缩性流体的进料速度而实现。在本实施 方式中,使开环聚合性单体烙融的溫度可为等于或低于开环聚合性单体在大气压下的烙点 的溫度。据推测,接触单元9的内部压力在压缩性流体的影响下变高,使得开环聚合性单体 的烙点变得低于其在大气压下的烙点。因此,即使当压缩性流体的量相对于开环聚合性单 体为小的时,开环聚合性单体也在接触单元9中烙融。
[0081] 为了使原材料有效混合,可调节在接触单元9中向原材料和压缩性流体施加热或 揽拌的时机。在此情况下,可在使原材料和压缩性流体彼此接触之后进行加热或揽拌,或者 可在使原材料和压缩性流体彼此接触的同时进行加热或揽拌。为了使混合甚至更好,例如, 可在将开环聚合性单体在等于或高于其烙点的溫度下加热之后,使开环聚合性单体和压缩 性流体彼此接触。在其中接触单元9为双轴共混装置的情况下,用于混合的前述实施方式 各自通过例如,适当地设定螺杆的排列、入口巧a,9b,9c,9d)的布置、W及加热器9e的溫度 而实现。
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