专利名称：用于制备聚乳酸的聚合装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制备聚乳酸的聚合装置，属于高分子材料的聚合反应装置技术领域。
背景技术：
聚乳酸是以可再生淀粉或葡萄糖作为初始原料，经过多道制备流程最终聚合而成的可降解高分子新材料，美国于2002年正式工业化生产，商品名为PLA，目前我国处于研发中试阶段，尚未进入工业化生产。
制备聚乳酸需要使用高分子材料的聚合反应装置或称聚合装置，作为聚合反应装置，目前较为常见的有以下几种1、立式垂直搅拌反应器，这种反应器的不足之一，需要消耗较大的搅拌动能；之二，在高真空状态下搅拌轴密封经常出现故障；之三，蒸发面积有限，虽然通过搅拌上下翻动，但膜面更新十分有限，且不均匀，无法将非聚合物单体充分去除；之四，仅能适用于间隙聚合，而无法用于连续聚合，因为如果用于连续聚合，物料在反应器内热历史无法保证基本一致，而如果停留时间较长，则易造成热降解。
2、卧式水平搅拌型反应器，该反应器优于立式搅拌反应器，目前广泛用于聚酯聚合生产，存在的欠缺是搅拌动力很大，密封难度大，虽然反应器内圆盘在转动过程中带动物料不断更新膜面，具有较大的蒸发面积，但由于搅拌轴冗长，并且圆盘外边与反应器内壁间隙大，故物料在反应器内热历史的一致性并不理想，且造价高。
3、带搅拌立式刮板薄膜蒸发型反应器，优点是该反应器具有较大的蒸发面积，不足是聚合物沿反应器筒壁垂直落流，对于高粘度物料，在最外面容易结团离开壁面直落底部，造成物料流短路，同时在旋转刮板作用下，虽然刮板端面有导流槽，但大量积聚在刮板端部的物料很容易结团直接落入底部，造成短路，无法保证物料在反应器内热历史的一致性。
4、双螺杆型反应器，该反应器对于某些要求反应时间特短的聚合物具有使用上的针对性，但是，物料在反应过程中很难除去非聚合物单体，即便采用带排气口的双螺杆反应器，也是收效甚微，同时，双螺杆旋转剪切容易破坏聚合物已形成的分子链。
由于聚乳酸的聚合反应特点，时间较其它高分子材料相对较长，而且预聚物内的非聚合单体较多，需要足够的蒸发面积、充分的表面更新，因此上述提及四种反应装置均无优势。
申请人进行了检索，检知有涉及制备芳族聚碳酸酯方法和聚合装置，其授权公告号为CN1160395C、CN1126773C、CN1078219C。这三项专利所提到的聚合装置的结构如图1所示，包括顶部具进料口11而下部具出料口12的筒体1，固设在筒体1内并且偏筒腔上部的用于接应由进料口11引及的料液并将所引及的料液进行分配的料液分配器2，悬固在料液分配器2上的用于将料液分配器2分配而至的料液导引到出料口11的采用金属丝编织而成的网格状的导向物3或采用板片并在板片上开孔的导向物3。这种聚合装置的优点是能用于制备聚碳酸酯，且为非搅拌型，通过作为反应器的筒体1内的一枚以上的导向物3向下垂直延伸，聚合物进入筒体1，液相状自上而下，贴着导向物3的面靠自重下落；具有很大的蒸发面积且无搅拌动力，结构简单、造价低。存在的弊端，首先，由于这种聚合装置内的导向物3为整枚的网状或孔板状，均为垂直设置，向下延伸，因此，当物料贴着导向物3向下流落时，由于粘度在不断提高，当壁面最外层物料结团，自重力大于内层物料的粘附力时就会脱离导向物3的壁面成自由落体，直落筒体1的底部，造成物料流的短路，影响乃至改变物料热历史的一致性；其次，没有热媒、冷媒对导向物3进行主动加热或冷却，在高真空状态下，只能依靠物料自身带入热量，因此，对于热敏性较强的聚合物无法满足工艺要求。鉴此，上述聚合装置的结构无法借鉴于用作制备聚乳酸的聚合装置。
申请人还检知有中国专利授权公告号CN2641046Y所公开的一种乳酸直接缩聚制备聚乳酸的聚合反应装置，首先，该装置系实验装置范畴，难于应用到工业上；其次，只能是用于间隙聚合，而无法实现连续聚合，向反应器内一次性投料后，开始慢慢升温，系统内开始工作，直至反应结束关闭系统，然后出料，接着又重复上述过程。间隙聚合会使每一次得到的聚合物品质存在差异，而且运行成本高，正据于此，间隙聚合装置在高分子材料反应工程中尤其是工业化大生产中已基本被淘汰。
发明内容
本发明的首要任务是要提供一种能保障物料流不会出现短路、确保物料热历史一致性的用于制备聚乳酸的聚合装置。
本发明的另一任务是要提供一种能在高真空状态下能保障热敏性较强的聚合物满足聚合工艺要求的用于制备聚乳酸的聚合装置。
为完成本发明的首要任务，本发明提供的技术方案是一种用于制备聚乳酸的聚合装置，它包括顶部具一进料口11而底部窄缩并且形成有一出料口12且侧部具进、排气口13、14的筒体1和固设在筒体1内的用于引导可聚合物流落的至少一组导向物3以及位于筒体1的筒腔上部的与进料口11相连结并且相通的用于向导向物3布料的料液分配器2，所述的导向物3包括有多个导向体31，各导向体31在筒体1内自上而下既彼此间隔又彼此交错地与筒体1的侧壁固定，并且每个导向体31在筒体1内大体上保持水平。
为体现完成本发明的另一任务，本发明所提供的技术方案是在所述的筒体1的两侧增设有一对隔套4，一对隔套4上分别延设有冷、热媒引入接口41和冷、热媒引出接口42，并且，一对隔套4与筒体1的两侧侧壁之间分别形成有用于供冷、热媒流通的隔腔5，隔腔5与导向体31相通。
本发明所述的导向体31是中空的。
本发明所述的导向体31的横截面形状为三角形。
本发明所述的导向体31的横截面形状为弓形。
本发明所述的导向体31的横截面形状为梯形。
本发明所述的导向体31的横截面形状为圆形。
本发明所述的彼此交错是指多个导向体31在筒体1内自上而下以奇数、偶数相间地与筒体1的的内壁固定。
本发明所述的奇数、偶数相间的奇数的数量为1个导向体31，而偶数的数量为2个导向体31。
本发明所述的奇数的导向体31对应于偶数的导向体31之间。
本发明由于采用了上述设计所具的优点之一，当可聚合物自进料口11引及料液分配器2，由料液分配器2分配到导向物3的多个导向体31中的最上面的一个导向体31上时，使可聚合物以液相状态自上而下落流，在落流过程中与导向体31时而接触，时而分离，即时形成膜状并成S形下行，使之能充分地更新膜面，扩大蒸发面积，充分去除非聚合单体，确保聚酸乳的产品质量和提高聚合效率，之二，无需搅拌、无需机械动力，靠导向体31的有益设置，能使可聚合物在下行过程中保持先进先出，杜绝结团落流短路现象；之三，在筒体1的两侧加设隔套4，可依据需要而使导向体31获取合适的热量，例如在高真空状态下，能确保可聚合物在较长停留时间内的流动性，满足某些工艺要求。
图1为本发明举及的已有技术中用于制备聚碳酸酯的聚合装置的示意图。
图2为本发明的一个实施例结构图。
图3为图2的剖视图。
图4为本发明的另一个实施例结构图。
图5为本发明的导向体31的一个实施例示意图。
图6为本发明的导向体31的另一个实施例示意图。
具体实施例方式
通过下面对实施例的描述，将更加有助于理解本发明，但是，不能也不应当将具体的实施例视为对本发明技术方案的有所限制。
在图2、图3中，申请人给出的筒体1的形状虽然大体上为矩形，但是并不排斥或称排除圆筒形或其它如六边形之类的筒体形状，也就是说，对于筒体1的形状，在本发明中是不需要予以限定的。鉴此，申请人以图中示意之筒体1为例在下面作详述。
筒体1的上部，更具体地说在筒体1的顶部延设有一个进料口11，而筒体1的下部窄缩，形成有一个出料口12，在筒体1的侧部偏下方延设有至少一个进气口13，在筒体1的侧部偏上方延设有至少一个排气口14，进气口13与气源相连接，并且与筒腔相通。根据可聚合物的不同特性，作为反应器的筒体1内可以是高真空状态或在高真空状态下连续输入微量惰性气体，也可以预定适当的压力连续加入和排出惰性气体，在这种情况下进、排气口13、14便担当着惰性气体的引入、引出作用。如果不存在前述情形，例如筒体1内为高真空状态时，那么只要将进气口13封闭或者关闭进气口13的通道上的阀，而使排气口14视为抽真空口。
作为本发明的用于引导可聚合物流落的导向物3的数量是不受具体限制的，在图2、图3中给出的三组仅是作为具体的一个例子而言的，也就是说导向物3的组数的多寡是根据具体的产能而定的，既可以少至一组，也可以多至几组、几十组乃至上百组。每组导向物3的顶部对应有相应的料液分配器2，该料液分配器2与伸展至筒体1的筒腔内的进料口11的一端相固定并且相通，料液分配器2上间布有微渺的或称纤细的直径为2-4mm的布料孔21。当进料口11将可聚合物引及于料液分配器2后便由料液分配器2上的布料孔21布及到导向物3。
在本发明中，对于一组导向物3而言，它是由多个具体的导向体31所构成的，也就是说由多个导向体31集合成一组导向物3，而且多个导向体31在筒体1内由上而下地既彼此间隔又相互交错地靠导向体31自身之二端与筒体1的两侧侧壁相固定。由图见，各导向体31应是中空的，以便依需地由引入的热媒或冷媒对其壁面作用，各导向器31基本上以水平状态地固定在筒体1的两侧侧壁上。尤其是，各导向体31之间构成交错或称叉指式排列，更具体地讲，多个导向体31在筒体1内自上而下地以奇数、偶数相间隔形式出现，以由上往下为例，依次为一个导向体31，接着为二个导向体31，再接着又是一个导向体31，如此反复排列，直排列至接近于出料口12处。在排列的过程中，应当尽可能地使一个导向体31对应于上、下相邻的二个导向体31之间，这样有助使单个导向体31的壁体上的流落下的可聚合物由接着的二个导向体31来接应，对此可以通过图2中用于示意可聚合物流向的箭头6得到理解，还可以通过图3中用于示意可聚合物流向的虚线7得到理解。
前面提及，由多个或称若干导向体31构成为一组导向物3，那么，作为导向体31的具体数量，在发明中也是不需要给予限定的，具体的数量同样是根据实际的产能所定的，可以少至几个或多至几十个乃至成百累千个。
在图4中，对由图2、图3所示的筒体1的两侧加设了隔套4，以图4所示的位置状态为例，左侧的隔套4的偏下部延设有冷、热媒引入接口41，而右侧的隔套4的偏上部延设有冷、热媒引出接口42。隔套4与筒体1的壁体之间构成有用于供冷、热媒流通的隔腔5，隔腔5与导向体31的空腔相通。在某些情形下，即根据可聚合物的不同特性，要求向作为反应器的筒体1内引入热媒或冷媒加热或冷却时，那么，由冷、热媒引入接口41将冷媒或热媒引入到相应的隔腔5，进入导向体31的空腔，流出后进入另一隔腔5，由冷、热媒引出接口42引出。根据产能及可聚合物的不同特性，筒体1两侧的隔套4可以自上而下分成相对应的若干节隔套4，每一节隔套4可独立形成一个温度区域，即独立的冷、热媒引入接口41及相对应的隔腔5、冷、热媒引出接口42，通过对筒体1两侧若干个冷、热媒引入接口41和冷、热媒引出接口42分别送入并引出不同温度的冷、热媒，从而能满足筒体1内部自上而下获得不同温度的若干个反应区。然而，在不少情况下是无需用及冷媒或热媒的。本发明中提及的冷媒、热媒并无限定，例如冷媒可以是冷水、冷空气或冷油或其它类似的物质，热媒可以是热水、热空气、导热油或蒸汽。
在图5中，据于图2、图3给出的导向体31的横截面形状为三角形，但由于并不局限于此形状，因此，在图5中便给出了导向体31的另一种横截面大体上呈弓形或称拱形的形状，其余同前述。
在图6中，给出了横截面大体上呈梯形的导向体31，其余同前述。总而言之，对于导向体31的横截面形状还及其余，例如圆管形、其它形式的规则的或不规则的形状，所以，不能因为改变了在本发明中提及的导向体31的具体形状而认为游离出了本发明技术方案的保护范围。
应用实例1当要对液相可聚合物进行连续聚合或连续共聚合时，例如，至少一种以淀粉或葡萄糖为初始原料的乳酸经多道流程制备的可聚合物在聚合反应器区内连续聚合，或者至少一种以淀粉或葡萄糖为初始原料的乳酸经多道流程制备的可聚合物与同时参与聚合反应的其它聚合物进行连续共聚合。采用本发明的聚合装置对前述的液相可聚合物或简称为可聚合物的聚合原理如下将液相可聚合物连续地送往进料口11，由进料口11连续地送抵与其连接并相通的料液分配器2，由于料液分配器2的长度方向上间布有直径约为3mm的布料孔21，因此由布料孔21将可聚合物均匀引出，所引出的可聚合物首先均匀地流落到构成为导向物3的多个导向体31中的最上面的即第一个导向体31上，贴着该导向体31的两个壁面呈膜状流落，当可聚合物脱离该导向体31的两个壁面后，便产生一个短暂的以自重垂直流落过程，而一俟抵达位于第一个导向体31下部的并且以偶数即成对设置的导向体31上时，可聚合物便又分别贴着一对导向体31的相向壁面流落，以此类推，直至经最后一个导向体31的两侧壁面完成连续聚合或连续共聚合，而非聚合单体则被除去，因为聚合是在高真空状态下进行的，非聚合物单体通过担当着抽真空口任务的排气口14排出。也可以通过进气口13充氮气，由氮气将非聚合物单体从排气口14排出。完成聚合后的聚合物从出料口12引出，由出料泵送至下一道工序。
在上述过程中，当可聚合物与导向体31的壁面接触流动时，膜面便被更新，可见，不断接触流动，便不断更新膜面。而且，可聚合物与导向体31分离时形成的是薄膜片状，并且可聚合物自最上面的导向体31至最下面的导向件31的流落规迹表现为曲线规迹，即呈S形流落，对此既可以通过图2中的代表可聚合物流落规迹的箭头6得到理解，也可以通过图3中的代表可聚合物流落规迹的虚线7帮助理解。前面提及，在作为反应器的一个筒体1内可以有一组导向物3，也可以有二组及二组以上的导向物3，而每组导向物3所包含的导向体31也是依据产能大小或其它因素例如车间的空间大小、高度而变化的，因此，有必要重申，图2、图3所示的数量仅仅是申请人所举及的一个实施例。
通过该应用实例1可知，本发明所提供的聚合装置除了具有前面提及的积极效果外，还具有解决已有技术中的聚合装置所遇到的并且难于逾越的如下技术障碍，例如因不存在搅拌器，故搅拌器的密封问题、故障问题、耗能问题都被化解；聚合物分子链免遭剪切之破坏；聚合反应体积效率俱为理想。更为突出的是在聚合过程中充分除去了单体可以直接获得聚乳酸材料，同时减少污染，更具商业价值，因为现有的技术由于无法在聚合过程中充分除去非聚合物单体，要想获得高质量的聚乳酸，就必须在聚合结束后将聚合物(聚乳酸混合物)用大量的二氯甲烷将其溶解，然后还必须用大量的甲醇重沉淀，再过滤出白色固体经干燥后才能获得聚乳酸材料，这种除去非聚合物单体的方法，既污染环境更没有商业价值。对此，可以从武汉大学发明专利一种制备聚乳酸的方法(授权公告号CN1164639C)得到印证。因此，本发明所推荐的技术方案是极致的。
应用实例2仍请结合图2、图3，筒体1内处于高真空状态聚合时，对进气口13封闭，而排气口14与外部真空系统连接；也包括在高真空状态下，通过进气口13向筒体内引入微量惰性气体；还包括筒体1内处于预定压力状态聚合时，惰性气体自进气口13引入筒体1中，从排气口14排出。其余同对应用实例1的描述。
应用实例3请结合图4，当需要向导向体31提供热媒例如热水、导热油、热空气、蒸汽时，那么只要通过冷、热媒引入接口41将热媒引入隔腔5，进入每个导向体31的空腔311，回入另一隔腔5后由冷、热媒引出接口42引出，形成循环；当需要向导向体31供应冷媒例如冷却水、冷空气、冷油等时，则道理同上。
应用实例4请结合图5，将作为导向物3的导向体31的横截面形状变为弓形即拱形，可聚合物贴着壁面流落，当离开导向体31时，形成的是薄膜拱形，其余均同应用实例1的描述。
应用实例5请结合图6，仅将导向体31的横截面形状变为梯形，可聚合物与这种横截面形状的导向体31分离时形成的是薄膜片状，其余均同对应用实例1的描述。
权利要求
1.一种用于制备聚乳酸的聚合装置，它包括顶部具一进料口(11)而底部窄缩并且形成有一出料口(12)且侧部具进、排气口(13)、(14)的筒体(1)和固设在筒体(1)内的用于引导可聚合物流落的至少一组导向物(3)以及位于筒体(1)的筒腔上部的与进料口(11)相连结并且相通的用于向导向物(3)布料的料液分配器(2)，其特征在于所述的导向物(3)包括有多个导向体(31)，各导向体(31)在筒体(1)内自上而下既彼此间隔又彼此交错地与筒体(1)的侧壁固定，并且每个导向体(31)在筒体(1)内大体上保持水平。
2.根据权利要求1所述的用于制备聚乳酸的聚合装置，其特征在于在所述的筒体(1)的两侧增设有一对隔套(4)，一对隔套(4)上分别延设有冷、热媒引入接口(41)和冷、热媒引出接口(42)，并且，一对隔套(4)与筒体(1)的两侧侧壁之间分别形成有用于供冷、热媒流通的隔腔(5)，隔腔(5)与导向体(31)相通。
3.根据权利要求1所述的用于制备聚乳酸的聚合装置，其特征在于所述的导向体(31)是中空的。
4.根据权利要求1或3所述的用于制备聚乳酸的聚合装置，其特征在于所述的导向体(31)的横截面形状为三角形。
5.根据权利要求1或3所述的用于制备聚乳酸的聚合装置，其特征在于所述的导向体(31)的横截面形状为弓形。
6.根据权利要求1或3所述的用于制备聚乳酸的聚合装置，其特征在于所述的导向体(31)的横截面形状为梯形。
7.根据权利要求1或3所述的用于制备聚乳酸的聚合装置，其特征在于所述的导向体(31)的横截面形状为圆形。
8.根据权利要求1所述的用于制备聚乳酸的聚合装置，其特征在于所述的彼此交错是指多个导向体(31)在筒体(1)内自上而下以奇数、偶数相间地与筒体(1)的的内壁固定。
9.根据权利要求8所述的用于制备聚乳酸的聚合装置，其特征在于所述的奇数、偶数相间的奇数的数量为1个导向体(31)，而偶数的数量为2个导向体(31)。
10.根据权利要求9所述的用于制备聚乳酸的聚合装置，其特征在于所述的奇数的导向体(31)对应于偶数的导向体(31)之间。
全文摘要
一种用于制备聚乳酸的聚合装置，属于高分子材料的聚合反应装置技术领域。包括具进料口和出料口及进、排气口的筒体和固设在筒体内的至少一组导向物以及位于筒体的筒腔上部的与进料相连结且相通的料液分配器，导向物包括有多个导向体，各导向体在筒体内自上而下既彼此间隔又彼此交错地与筒体的侧壁固定，且每个导向体在筒体内大体上保持水平。优点之一，能充分地更新膜面，扩大蒸发面积，充分去除非聚合单体，确保聚酸乳的产品质量和提高聚合效率；之二，无搅拌、无机械动力，能使可聚合物保持先进先出，杜绝结团落流短路现象；之三，在筒体的两侧加设隔套，可依据需要而使导向体获取合适的热量。
文档编号C08G63/08GK1884337SQ20061008815
公开日2006年12月27日 申请日期2006年6月28日 优先权日2006年6月28日
发明者李振华 申请人:常熟市长江化纤有限公司