用于聚碳酸酯提纯的低剪切方法
【专利说明】用于聚碳酸酯提纯的低剪切方法
[0001] 相关申请的交叉引证
[0002] 本申请要求于2013年7月25日提交的美国临时专利申请序列号61/858, 250 ;于 2013年7月25日提交的美国临时专利申请序列号61/858, 233 ;于2013年7月25日提交 的美国临时专利申请序列号61/858, 293的权益。相关申请通过引证结合于此。
【背景技术】
[0003] 用于聚碳酸酯聚合的界面方法产生包括水相和有机相的混合物。水相，也称为盐 水相，包含盐、离子物种物种、和界面催化剂。有机相，也称为树脂相或聚合物相，包含溶 剂、溶解的聚碳酸酯、和界面催化剂。一些盐和离子物种由于来自水相的盐水夹带（brine entrainment)可以进一步存在于有机相中。在提纯方法中，通常从有机相中去除这些盐和 离子物种（为了方便起见，在此指的是"离子"），以及任何界面催化剂，因为它们影响最终 产物的质量。这类提纯方法通常涉及从有机相中分离水相，紧接着在一个或更多个萃取步 骤中从有机相去除离子和催化剂从而导致提纯的聚碳酸酯。
[0004] 聚碳酸酯提纯方法中的问题是有机相和水相在制备或提纯期间可以形成乳液。乳 化的特征在于，产生分散于第二相内的第一相的小的、难以移动的液滴。因此，乳化可以导 致以下中的一种或两种：1)有机相和水相仅有部分分离使得部分有机相保留并与水相一 起2)并不能从有机相中完全去除杂质（如离子和催化剂）。因此，稳定的工厂操作可能难 以维持并且可能最终使得提纯的聚碳酸酯的数量和质量下降。
[0005] 在聚碳酸酯生产设备中可以出现的另外的问题是处理某些有机界面聚碳酸酯废 物流，也称为"不合格溶剂"。这些废物流在界面聚碳酸酯制备方法中使用有机溶剂，例如 经由罩（hood)冲洗至盘式离心机（disc centrifuges)，并且在各种单元操作中多次冲洗 设备产生。因此，为了方便起见，本文中它们称为"界面聚碳酸酯有机洗涤流"或"有机洗涤 流"。界面有机聚碳酸酯洗流包含低水平的溶解的固体，其通常是降解的聚碳酸酯、催化剂、 和离子。因此，在没有任何处理或没有充分提纯的情况下，洗涤流再循环回流至反应器可以 不利地影响产物性能，如颜色和熔体稳定性。虽然洗涤流可以通过水洗涤而提纯，乳化可以 是影响处理的效率的问题。此外，已知为"乳脂（cream)"的乳化的有机相残留可以进入废 水处理系统并且阻断系统从而破坏整个方法。
[0006] 因此在可以减少或消除界面聚碳酸酯制备和聚合中的乳液形成并且可以减少或 消除有机聚碳酸酯废物流的提纯中的乳液的提纯方法中的一种或者两种是合乎需要的。
【发明内容】
[0007] 在本文公开的是由界面聚合产物混合物提纯聚碳酸酯的方法。
[0008] 在实施方式中，制备提纯的聚碳酸酯的方法可以包括：界面聚合聚碳酸酯以形成 产物混合物；其中，产物混合物包括水相和包含有机溶剂的有机相、聚碳酸酯、催化剂、和离 子；分离水相和有机相同时使产物混合物经受小于150, 000S 1的剪切速率以形成分离的有 机相和分离的水相；利用酸流从分离的有机相中萃取催化剂同时使分离的有机相和酸流经 受小于150, OOOS 1的剪切速率；以及利用水流从分离的有机相中萃取离子同时使分离的有 机相和水流经受小于150, 000S 1的剪切速率；形成包含提纯的聚碳酸酯的提纯的有机相。
[0009] 在另一实施方式中，制备提纯的聚碳酸酯的方法可以包括：界面聚合聚碳酸酯以 形成产物混合物；其中，产物混合物包括水相和包含有机溶剂的有机相、聚碳酸酯、催化剂、 和离子；由产物混合物分离水相和有机相，其中，产物混合物在分离期间经受以下各项中的 至少一种：小于或等于0. 5kJ/kg产物混合物的能量，小于150, 000S 1的剪切速率，和100至 2, OOOg-力的离心力；形成提纯的水相和包含提纯的聚碳酸酯的提纯的有机相。
[0010] 在实施方式中，由包含界面聚合产物混合物（其中，产物混合物包括水相和包含 有机溶剂、聚碳酸酯、催化剂、和离子的有机相）的进料提纯聚碳酸酯的方法可以包括：分 离水相和有机相同时使产物混合物经受小于150, 000S 1的剪切速率以形成分离的有机相 和分离的水相；利用酸流从分离的有机相中萃取催化剂同时使分离的有机相和酸流经受小 于150, 000S 1的剪切速率；以及利用水流从分离的有机相中萃取离子同时使分离的有机相 和水流经受小于150, 000S 1的剪切速率；从而形成包含提纯的聚碳酸酯的提纯的有机相。
[0011] 在另一实施方式中，由包括水相和包含有机溶剂、界面聚合聚碳酸酯、催化剂、和 离子的有机相的进料提纯界面聚合聚碳酸酯的方法可以包括：从进料中分离水相和有机 相，其中，进料在分离期间经受以下各项中的至少一种：小于或等于〇. 5kJ/kg进料的能量， 小于150, 000S 1的剪切速率、和100至2, OOOg-力的离心力；从而形成提纯的水相和包含提 纯的聚碳酸酯的提纯的有机相。
[0012] 上面描述的和其它特征通过以下附图和【具体实施方式】举例说明。
【附图说明】
[0013] 现参考作为示例性实施方式的图，并且其中类似的元件编号相同。
[0014] 图1是利用低剪切聚结器（coalescer)、低剪切倾析器、和两个低剪切分离塔的提 纯方法的示意图；
[0015] 图2是利用低剪切聚结器、低剪切离心机、和两个低剪切分离塔的提纯方法的示 意图；
[0016] 图3是利用低剪切聚结器、低剪切离心机、和双低剪切（dual，low shear)分离塔 的提纯方法的示意图；
[0017] 图4是利用低剪切聚结器、低剪切分离聚结器、和两个低剪切分离塔的提纯方法 的不意图；
[0018] 图5是利用低剪切分离聚结器和双低剪切分离塔的提纯方法的示意图；
[0019] 图6是利用低剪切聚结器、低剪切分离聚结器、低剪切倾析器、和双低剪切分离塔 的提纯方法的示意图；
[0020] 图7是利用低剪切聚结器、低剪切分离聚结器、低剪切分离塔、和低剪切倾析器的 提纯方法的示意图；
[0021] 图8是在实施例1-15中利用的提纯方法的示意图；以及
[0022] 图9是在实施例16-31中使用的方法的示意图。
【具体实施方式】
[0023] 形成聚碳酸酯的界面聚合产生产物混合物，该产物混合物包括包含聚碳酸酯的有 机相、和包含离子和催化剂的水相。先前认为的是需要高剪切速率（大于150, 000倒数秒 (S 4)以便在两个相之间能够良好地分离，使得聚碳酸酯无法保留在水相中并且杂质，如离 子和催化剂无法保留在有机相中。高剪切速率导致更小的液滴（例如，具有小于或等于20 微米的平均直径），从而增加两个相之间的表面面积。应该相信的是增加的表面面积导致增 加的扩散，例如，离子和催化剂从有机相至水相的移动增加。然而，由于强烈混合，高剪切速 率可以增加或引起两个相的另外的乳化。乳液的形成可以导致在水相中聚碳酸酯的存在， 这可以减少可以被提纯的聚碳酸酯的量。乳液的形成也可以导致杂质（如，有机相中的盐 和离子）的存在，这影响聚碳酸酯的质量。
[0024] 令人惊讶地发现低剪切提纯方法（其中，水相和有机相经受小于150, 000S 1的剪 切速率）可以减少或消除乳化并且能够良好地分离。如本文中使用的，"剪切速率"是流体的 速度与流体流动通过的通道的特征尺寸的比率。如果流体以1米/秒（m/s)的速度旋转并 且流体被迫通过在混合器和器壁之间的1毫米（_)的间隙环行，那么剪切速率是1/0. 001 =1，000S ^ "良好的分离"是指保留在分离的水相中的有机相的量为基于分离的水相和保 留在分离的水相中的任何有机相的总体积的小于或等于10体积百分比（v〇l% )，特别地〇 至IOvol %，更特别地0至7vol %，更特别地0至5. 5vol %，以及甚至更特别地0至2vol %; 或者基于分离的有机相和保留在分离的有机相中的任何水相的总体积，保留在分离的有机 相中的水相的量小于或等于IOvol%、特别地〇至IOvol%、更特别地〇至7v〇l%、更特别地 0至5. 5vol %、以及甚至更特别地0至2vol % ;或满足前述条件中的两个。
[0025] 特别地，已经发现的是有机相和水相的分离，以及从有机相中萃取离子和界面催 化剂可以在〇. 5至小于150, 000S \或0. 5至小于125, 000S \或0. 5至小于100, 000S \ 或0· 5至小于50, 000S \例如，L 0至小于140, 000S \或10至130, 000S \或200至 130, 000S \ 或 1，000 至 120, 000S \ 或 20, 000 至 110, 000S \ 或 50, 000 至 100, 000S 1 的剪 切速率下进行。可以使用非常低的剪切速率，如0. 5至1，000S \或0. 5至750S \或0. 5至 500S1的非常低的剪切速率。例如，100至500S \或150至250S1的剪切速率。这些非常 低的剪切速率可以使用搅拌槽实现；使用板式倾析器（plate decanter)可以实现0. 5至 100S \〇. 5至50S \〇. 5至IOS \或0. 5至5S 1的剪切速率；使用包括倾析区域的低剪切 速率聚结器可以实现0. 5至100S \〇. 5至50S \〇. 5至IOS \或0. 5至5S 1的剪切速率； 以及使用低剪切萃取塔可以实现〇. 5至100S \〇. 5至50S \〇. 5至20S \或1至IOS 1的 剪切速率。在提纯方法中可以使用包括前述剪切速率和装置中的一种或多种的组合。值 得注意的是具有在高剪切速率下进行操作的能力的装置可以认为是低剪切速率装置，条件 是在上面描述的低剪切速率下对其进行操作。例如，可以在5, 000至小于150, 000S \特别 地 10, 000 至 130, 000S \ 更特别地 25, 000 至 100, 000S \ 更特别地 50, 000 至 100, 000S 1 的低剪切速率下操作圆盘堆叠离心机（disk stack centrifuge)。转子-定子式混合器 (rotator-stator mixer)可以在 10, 000 至 100, 000S \特别地 20, 000 至 100, 000S \ 更特 别地30, 000至100, 000S 1的剪切速率下操作。
[0026] 同样，在提纯方法中使用的任何辅助装置，例如，搅拌中的栗和储罐，例如，转 子-定子或搅拌槽也可以在低剪切速率条件下操作，使得它们也产生小于150, 000S \小于 或等于20, 000S 1U至1，000S \5至500S \50至300S \或100至300S 1的剪切速率。
[0027] 例如，低剪切分离装置可以用于分离包含乳液的进料或易于形成乳液的进料，其 中，低剪切分离装置经受以下中的至少一种：
[0028] 小于或等于0. 5千焦/千克（kj/kg)进料，例如，0. 001至0. 5kJ/kg进料的能量：
[0029] 小于150, 000S \例如，0. 5至100, 000、或0. 5至1，000S 1的剪切速率；以及
[0030] 100至2, 000-g力、或100至1，OOOg-力、或500至800g-力的离心力从而进料可 以提供两个相的良好分离并且，在存在的情况下，可以减少或几乎消除乳液。例如，在进料 在低剪切离心机（其产生小于或等于〇· 5kJ/kg进料的能量、100至2, OOOg力的离心力、和 100至1，OOOg-力的离心力、或500至800g-力的离心力中的一种或多种）中分离的情况下， 离心机可以作用为聚结器从而破坏已经在进料中形成的乳液，即离心机可以减少或几乎消 除乳化并可以仍然导致良好的分离。通过比较，典型的高剪切设备，如盘式离心机产生1至 10kJ/kg范围内的能量。
[0031] 除低剪切方法和在本文中的装置之外，在一个或更多个步骤中，提纯时可以使用 聚结器从而聚结在另一相中的一个相的液滴。当乳化发生时甚至在提纯开始之前，例如，在 产物混合物从反应器转移至提纯单元期间、或任何其它步骤中，聚结器是特别有用的。在这 种情况下，低剪切速率方法可以减少或消除进一步的残留和乳化，但是对于已经产生的液 滴可能具有有限的效果。聚结器增加液滴尺寸的应用进一步改善从分离的有机相中分离并 去除离子和催化剂。可以将酸性水流添加至聚结的混合物从而将聚结的水相的PH降低至 小于或等于3,特别地小于3。
[0032] 如本文描述的低剪切分离方法的应用对于分离包括水相和有机相的进料特别有 用，其中，有机相具有小于或等于100厘泊（cP)、特别地0. 01至50cP、或0. 1至IOcP的粘 性。分离之后的进料的有机相可以具有小于或等于100厘泊（CP)，特别地0.01至50cP、更 特