聚合物产物和其制造方法、以及聚合物产物制造设备的制造方法_2

文档序号:9438052阅读:来源:国知局
-己内醋、丫-辛内醋、5-戊内醋、5-己内醋、5-辛内醋、e-己内醋、 5-十二内醋、a-甲基-丫-下内醋、0-甲基-S-戊内醋、乙交醋和丙交醋。在运些之中,e-己内醋是优选的,因为其是高度反应性的和能容易获得的。
[0086] -环状碳酸醋-
[0087] 所述环状碳酸醋没有特别限制并且可根据意图适当地选择。其实例包括碳酸亚乙 醋和碳酸亚丙醋。
[0088] 可将运些开环聚合性单体之一单独使用,或者可将运些的两种或更多种组合使 用。
[0089] <<压缩性流体〉〉
[0090] 将参照图2和图3对所述压缩性流体进行解释。图2为显示相对于溫度和压力的 物质状态的相图。图3为用于定义所述压缩性流体的范围的相图。
[0091] "压缩性流体"意味着在图2中所示的相图中当物质W图3中所示的(1)、(2)和 (3)的任意者存在时物质的状态。
[0092] "压缩性流体"意味着在图2中所示的相图中其状态W图3中所示的(1)、似和 (3)的任意者存在的物质。
[0093] 在运些区域中,已知物质具有非常高的密度并且显示出与当其处于常溫和常压下 时不同的行为。当物质在区域(1)中时,其为超临界流体。超临界流体是运样的流体:其在 高于到其为止气体和液体可共存的极限(临界点)的溫度/压力区域中作为不可凝聚(不 可冷凝,noncondensable)的高密度流体存在,并且在压缩时不凝聚。当物质在区域(2)中 时,其为液体。然而,在本发明中,区域(2)中的物质意味着通过压缩在常溫(25°C)和常压 (latm)下具有气态的物质而获得的液化气体。当物质在区域(3)中时,其具有气态。然而, 在本发明中,区域(3)中的物质意味着其压力等于或高于临界压力(Pc)的1/2,即为1/2PC 或更高的高压气体。
[0094] 构成所述压缩性流体的物质的实例包括一氧化碳、二氧化碳、一氧化二氮、氮气、 甲烧、乙烧、丙烷、2, 3-二甲基下烧、和乙締。在运些之中,二氧化碳是优选的,因为其超临界 状态由于其临界压力为约7. 4MI^a并且其临界溫度为约3rC而容易产生,并且因为其不可 燃并且容易处理。可将运些压缩性流体之一单独使用,或者将运些的两种或更多种组合使 用。 阳0巧]二氧化碳对于具有碱性和亲核性的物质是反应性的。因此,常规地,一直认为二 氧化碳不能用作用于进行活性阴离子聚合的溶剂(参见"LatestAppliedTechnique化r UsingSupercriticalFluid",第173 页,2004年 3 月 15 日,NTSInco;rporation出版)。 然而,本发明人已经推翻了该常规见识。目P,本发明人已经发现,即使在超临界二氧化碳下, 具有碱性和亲核性的催化剂也与开环聚合性单体稳定地配位W使所述开环聚合性单体开 环,从而容许聚合反应在短的时间内定量进行,结果容许聚合反应W活性方式进行。此处, 活性方式意味着,反应定量进行而没有副反应例如转移反应和终止反应,从而导致分子量 分布相对窄且为单分散的聚合物产物。
[0096] <<其它组分〉〉
[0097] 所述其它组分没有特别限制并且可根据意图适当地选择。实例包括引发剂、催化 剂、和添加剂。 阳09引-引发剂"
[0099] 所述引发剂用于控制通过开环聚合获得的聚合物产物的分子量。
[0100] 所述引发剂没有特别限制并且可根据意图适当地选择。例如,当所述引发剂为醇 时,其可为脂族一元醇和脂族多元醇的任一种,并且其可为饱和醇和不饱和醇的任一种。 阳101 ] 所述引发剂的实例包括一元醇、多元醇、和乳酸醋。所述一元醇的实例包括甲醇、 乙醇、丙醇、下醇、戊醇、己醇、庚醇、壬醇、癸醇、月桂醇、肉豆違醇、嫁蜡醇、和硬脂醇。所述 多元醇的实例包括:二醇例如乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-下二醇、1,4-下二醇、 己二醇、壬二醇、四亚甲基二醇、和聚乙二醇;甘油;山梨糖醇;木糖醇;核醋醇;赤薛糖醇; 和=乙醇胺。所述乳酸醋的实例包括乳酸甲醋、和乳酸乙醋。可将运些之一单独使用,或者 将运些的两种或更多种组合使用。
[0102] 也可使用在末端处含有醇残基的聚合物产物例如聚己内醋二醇和聚四亚甲基二 醇作为所述引发剂。运样的引发剂的使用容许合成二嵌段共聚物、=嵌段共聚物等。
[0103] 所述聚合步骤中的所述引发剂的使用量可根据目标分子量适当地调节。相对于 100摩尔的所述开环聚合性单体,其优选为0. 1摩尔-5摩尔。为了防止聚合被不均匀地引 发,优选在使所述开环聚合性单体与所述催化剂接触之前将所述开环聚合性单体和引发剂 充分混合。 阳104]-催化剂-
[0105] 所述催化剂没有特别限制并且可根据意图适当地选择。其实例包括有机催化剂和 金属催化剂。 阳106]-有机催化剂一 阳107] 所述有机催化剂没有特别限制并且可根据意图适当地选择。优选的有机催化剂是 运样的催化剂:其不含金属原子,对所述开环聚合性单体的开环聚合反应有贡献,并且在其 与所述开环聚合性单体形成活性中间体之后可通过与醇的反应而解吸和再生。
[0108] 例如,对于含有醋键的开环聚合性单体的聚合,所述有机催化剂优选为起到具有 碱性的亲核试剂作用的(亲核性)化合物、更优选含有氮原子的化合物、和特别优选含有 氮原子的环状化合物。运样的化合物没有特别限制并且可根据意图适当地选择。其实例 包括环状一元胺、环状二胺(例如,具有脉骨架的环状二胺化合物)、具有脈骨架的环状= 胺化合物、含有氮原子的杂环芳族有机化合物、和N-杂环卡宾。对于开环聚合,可使用阳 离子型有机催化剂。然而,在此情况下,所述催化剂可从聚合物产物的主链夺取氨(回咬 (back-biting))而使分子量分布变宽,运使得难W获得具有高分子量的产物。
[0109] 所述环状一元胺的实例包括奎宁环。
[0110] 所述环状二胺的实例包括1,4-二氮杂双环-[2. 2. 2]辛烧值ABC0)和1,5-二氮 杂双环(4, 3, 0)-5-壬締。 阳11U 所述具有脉骨架的环状二胺化合物的实例包括1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一 碳-7-締值BU)和二氮杂双环壬締。
[0112] 所述具有脈骨架的环状S胺化合物的实例包括1,5,7-S氮杂双环[4.4.0] 癸-5-締灯BD)和二苯基脈值PG)。
[0113] 所述含有氮原子的杂环芳族有机化合物的实例包括N,N-二甲基-4-氨基化晚 值MAP),4-化咯烷基化晚(PPY)、中氮巧(8-化咯并化晚,pyrrocolin)、咪挫、喀晚和嚷岭。
[0114] 所述N-杂环卡宾的实例包括1,3-二叔下基咪挫-2-亚基(ITBU)。
[0115] 在运些之中,0480)、081]、0?6、180、0魁?、??¥、和口脚是优选的,因为它们具有高 的亲核性而不被位阻所大幅影响,或者它们具有使得它们可在减压下被除去的沸点。
[0116] 在运些有机催化剂中,例如,D脚在室溫下具有液态并且其具有沸点。当选择运样 的有机催化剂时,通过将所获得聚合物产物在减压下处理,可将所述有机催化剂基本上定 量地从所述聚合物产物除去。所述有机催化剂的种类W及是否进行用于除去其的处理是根 据所述产物所用于的应用而决定的。
[0117] -金属催化剂一
[011引所述金属催化剂没有特别限制并且可根据意图适当地选择。其实例包括基于锡的 化合物、基于侣的化合物、基于铁的化合物、基于错的化合物、和基于錬的化合物。
[0119] 所述基于锡的化合物的实例包括辛酸锡、二下酸锡和二(2-乙基己酸)锡。
[0120] 所述基于侣的化合物的实例包括乙酷丙酬侣和乙酸侣。 阳121] 所述基于铁的化合物的实例包括铁酸四异丙醋和铁酸四下醋。 阳122] 所述基于错的化合物的实例包括异丙醇错。 阳123] 所述基于錬的化合物的实例包括=氧化二錬。
[0124] 所述催化剂的种类和使用量不能一概而论,因为它们取决于所述压缩性流体和所 述开环聚合性单体的组合。然而,相对于100摩尔的所述开环聚合性单体,其使用量优选为 0. 01摩尔-15摩尔、更优选0. 1摩尔-1摩尔、和特别优选0. 3摩尔-0. 5摩尔。当其使用量 小于0. 1摩尔时,所述催化剂将在聚合反应完成之前失活,运可使得不可能获得具有目标 分子分子量的聚合物产物。另一方面,当其使用量大于15摩尔时,可难W控制聚合反应。
[0125] 作为在所述聚合步骤中使用的催化剂,对于其中要求产品的安全性和稳定性的应 用而言,优选使用所述有机催化剂(不含金属原子的有机催化剂)。 阳126]-添加剂-
[0127] 在所述聚合步骤中,根据需要可加入添加剂。所述添加剂的实例包括表面活性剂 和抗氧化剂。
[0128] 作为所述表面活性剂,优选使用在所述压缩性流体中烙融并且与所述压缩性流体 和所述开环聚合性单体两者具有亲和性的表面活性剂。运样的表面活性剂的使用容许聚合 反应均匀地进行,使得可获得具有窄分子量分布的产物,并且使得获得粒子状态的聚合物 产物更容易。当使用所述表面活性剂时,可将其添加至所述压缩性流体或者可将其添加至 所述开环聚合性单体。例如,当使用二氧化碳作为所述压缩性流体时,使用在分子中含有亲 二氧化碳性基团和亲单体性基团的表面活性剂。运样的表面活性剂的实例包括基于氣的表 面活性剂和基于有机娃的表面活性剂。
[0129] <溫度保持单元和溫度保持步骤〉
[0130] 所述溫度保持步骤为将所述聚合步骤中获得的聚合产物在比所述聚合步骤中的 聚合反应溫度低的溫度下保持的步骤,并且通过所述溫度保持单元进行。 阳131] 在所述溫度保持步骤中并且通过所述溫度保持单元,将第一方面的聚合物产物用 压缩性流体(C〇2)浸溃。
[0132] 所述溫度保持单元没有特别限制并且可根据意图适当地选择,只要其可将溫度保 持恒定。其实例包括其溫度用套式加热器、油加热器、带加热器等保持恒定的耐热容器和进 料器。 阳133] 在所述溫度保持步骤中,将所述聚合步骤中获得的聚合产物在比所述聚合步骤中 的聚合反应溫度优选地低l〇°CW上、并且更优选低50°CW上的溫度下保持。 阳134] 压力可比聚合压力高或低。
[0135] 在所述溫度保持步骤中,将该较低的溫度保持优选5分钟或更长时间、并且更优 选30分钟或更长时间。
[0136] 当第一方面的聚合物产物为聚乳酸时,优选将其在50°C-160°C下保持10分钟或 更长时间。 阳137] <其它步骤和其它单元〉
[0138] 所述其它步骤没有特别限制并且可根据意图适当地选择。其实例包括冷却步骤和 干燥步骤。
[0139] 所述其它单元没有特别限制并且可根据意图适当地选择。其实例包括冷却单元和 干燥单兀。
[0140](第二方面的聚合物产物和第二方面的聚合物产物制造方法、W及第二方面的聚 合物产物制造设备) 阳141] 在第二方面中,本发明的聚合物产物在其被加热之前的聚合物烙点Tm2和其在氮 气气氛下在比最高的聚合物烙点高l〇°C-50°C的溫度下被加热60分钟之后的聚合物烙点Tm3之间具有0°C或更大但是小于:TC的烙点差灯m3-Tm2)。
[0142] 在第二方面中,本发明的聚合物产物制造方法包括聚合步骤和加热步骤,并且根 据需要,进一步包括其它步骤。
[0143] 在第二方面中,本发明的聚合物产物制造设备包括聚合单元和加热单元,并且根 据需要,进一步包括其它单元。
[0144] <第二方面的聚合物产物〉
[0145] 第二方面的聚合物产物在其被加热之前的聚合物烙点Tm2和其在氮气气氛下在 比最高的聚合物烙点高l〇°C-50°C的溫度下被加热60分钟之后的聚合物烙点Tm3之间具 有〇°C或更大但是小于:TC、和优选0°C或更大但是小于2°C的烙点差灯m3-Tm2)。 阳146] 当烙点差(Tm3-Tm2)为:TC或更大时,设置和控制成型条件变得复杂。 阳147] 第二方面的聚合物产物具有高的烙点,并且可被成型而没有聚合物的热劣化(分 解)。
[0148] 当第二方面的聚合物产物为通过使作为开环聚合性单体的丙交醋开环聚合而获 得的聚乳酸时,所述聚乳酸的烙点为160°C-180°C。因此,优选将其在180°C-230°C下加热 60分钟。具体实例可为将其在200°C加热60分钟。
[0149] 第二方面的聚合物产物由于所述聚合物产物中含有的压缩性流体(C〇2)已经通过 预先的加热处理在很大程度上被除去而具有升高的其聚合物烙点。其聚合物烙点已经升高 的该聚合物产物未残留有很多的在再次加热和烙融时将从其逃逸的压缩性流体(C〇2),并 且也没有很多的残留的开环聚合性单体。因此,认为,所述聚合物产物的烙点将得W保持而 没有大幅变化。
[0150] 此处,烙点可W与测量第一方面的聚合物产物的烙点的方法相同的方式测量。 阳151] 第二方面的聚合物产物的重均分子量没有特别限制并且可根据意图适当地选择。 然而,其为10, 000或更大但是小于300, 000、和优选100, 000或更大但是小于300, 000。当 重均分子量小于10, 000时,所述聚合物产物的机械强度可劣化。当其大于300, 000时,所 述聚合物产物可难W机加工。 阳152] 第二方面的聚合物产物的重均分子量可W与测量第一方面的聚合物产物的重均 分子量的方法相同的方式测量。 阳153] 第二方面的聚合物产物中的残留的开环聚合性单体的含量没有特别限制并且可 根据意图适当地选择。然而,其优选为10化pm质量-20, 00化pm质量化01质量%-2质 量% )、并且更优选10化pm质量-1,OOOppm质量。当含量大于20,OOOppm质量(2质量% ) 时,所述聚合物产物的热特性可劣化而使耐热稳定性恶化,并且此外,所述聚合物产物可易 于分解,因为残留的开环聚合性单体开环时产生的簇酸具有促进水解的催化作用。
[0154] 第二方面中的残留的开环聚合性单体的含量可W与测量第一方面的聚合物产物 中的残留的开环聚合性单体的含量的方法相同的方式测量。
[01巧]第二方面的聚合物产物的黄度指数(YI)值没有特别限制并且可根据意图适当地 选择。然而,其为15或更小、优选10或更小、并且更优选5或更小。当YI值大于15时,所 述聚合物产物在外观方面可为有问题的。当所述聚合物产物用作食品包装容器时,该问题 可为显著的。 阳156] 第二方面的聚合物产物的黄度指数(YI)值可W与测量第一方面的聚合物产物的 YI值的方法相同的方式测量。
[0157] 如上所述,第二方面的聚合物产物为具有空前的热特性和高的烙点的高品质产 物。如w下将在第二方面的聚合物产物制造方法的解释中解释的,所述聚合物产物是通过 经由使开环聚合性单体和压缩性流体接触而使所述开环聚合性单体聚合而获得的,没有特 别限制,并且可根据意图适当地选择。然而,所述聚合物产物优选为通过使用丙交醋等作为 所述开环聚合性单体而获得的聚醋。
[0158]此外,第二方面的聚合物产物优选为含有2种或更多种聚合物链段的共聚物。
[0159]所述聚合物产物还优选为立体复合物。
[0160]此处,通过W立体复合物聚乳酸为例进行解释,"立体复合物"指的是运样的聚乳 酸组合物:其含有聚D-乳酸组分和聚k乳酸组分,其含有立体复合物晶体,并且其具有 90%或更大的立体复合物结晶度,其中立体复合物结晶度通过下式(i)表示。 阳161]立体复合物结晶度(巧可基于在差示扫描量热法值SC)中在低于190°C下观察到 的聚乳酸同源晶体的烙融热(A血h)和在差示扫描量热法中在190°C或更高下观察到的聚 乳酸立体复合物的烙融热(A血SC)由下式(i)计算。 阳16引(巧=[A血sc/( A Hmh+A血SC) ] X 100 (i) 阳163]本发明第二方面的聚合物产物为如上所述具有空前的热特性和高的烙点的高品 质产物,并且不导致黄变。因此,该聚合物产物可被成形或成型为,例如,粒子、膜、片材、模 制品、纤维、和泡沫体,W用于例如日用必需品、工业材料、农业用具、卫生材料、医用产品、 化妆品、电子照相调色剂、包装材料、电设备材料、家电壳体、和汽车材料的广泛应用。
[0164]本发明第二方面的聚合物产物是根据第二方面的聚合物产物制造方法并且通过 第二方面的聚合物产物制造设备制造的,W下对其进行解释。
[01化] < 第二方面的聚合物产物制造方法和第二方面的聚合物产物制造设备〉
[0166]本发明第二方面的聚合物产物制造方法至少包括聚合步骤和加热步骤,优选地包 括溫度保持步骤,并且根据需要,进一步包括其它步骤。
[0167]第二方面的聚合物产物制造设备至少包括聚合单元和加热单元,优选地包括溫度 保持单元,并且根据需要,进一步包括其它单元。
[0168]W下将详细地解释本发明第二方面的聚合物产物制造方法和本发明第二方面的 聚合物产物制造设备。
[0169]<聚合步骤和聚合单元〉
[0170]所述聚合步骤是使开环聚合性单体、压缩性流体和根据需要的其它组分彼此接触W使所述开环聚合性单体开环聚合的步骤,并且通过所述聚合单元进行。 阳171] 所述聚合步骤可连续地或者间歇地进行。
[0172]在本发明第二方面的聚合物产物制造方法和本发明第二方面的聚合物产物制造 设备中,所述聚合步骤和所述聚合单元的细节与本发明第一方面的聚合物产物制造方法和 本发明第一方面的聚合物产物制造设备的聚合步骤和聚合单元的那些相同。 阳173]<溫度保持步骤和溫度保持单元〉
[0174]所述溫度保持步骤为将所述聚合步骤中获得的聚合产物在比所述聚合步骤中的 聚合反应溫度低的溫度下保持的步骤,并且通过所述溫度保持单元进行。
[01巧]所述溫度保持步骤优选地在所述聚合步骤之后连续进行。 阳176]所述溫度保持步骤可连续地或者间歇地进行。
[0177]在本发明第二方面的聚合物产物制造方法和本发明第二方面的聚合物产物制造 设备中,所述溫度保持步骤和所述溫度保持单元的细节与本发明第一方面的聚合物产物制 造方法和本发明第一方面的聚合物产物制造设备的溫度保持步骤和溫度保持单元的那些 相同。
[0178] <加热步骤和加热单元〉
[0179] 所述加热步骤为将所获得的聚合产物在比所述聚合产物的烙点高的溫度下加热 的步骤,并且通过加热单元进行。 阳180] 所述加热单元没有特别限制并且可根据意图适当地选择。其实例包括通过套式加 热器、油加热器、带加热
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