聚合物组合物的制作方法_2

文档序号:8448689阅读:来源:国知局
化剂的类型或者是否进行除去处理是取决于聚合物组 合物的预期用途而确定的。
[0052] 所使用的有机催化剂的类型和量不能一概而定,因为它们取决于压缩性流体和开 环聚合性单体的组合而变化,但其量优选为0.01摩尔% -15摩尔%、更优选0.1摩尔% -1 摩尔%、且甚至更优选0. 3摩尔% -0. 5摩尔%,相对于100摩尔%的开环聚合性单体。当 其量小于〇. 01摩尔%时,有机催化剂在聚合反应完成之前失活,并且结果在一些情况下不 能获得具有目标分子量的聚合物。当其量大于15摩尔%时,可难以控制聚合反应。
[0053] 〈任选组分〉
[0054] 在本实施方式中,除了前述单体以外,还可使用添加剂例如开环聚合引发剂(引 发剂)和其它添加剂作为原材料的任选组分。
[0055] (引发剂)
[0056] 在本实施方式中,优选使用引发剂来控制待获得的聚合物的分子量。至于引发剂, 可使用常规引发剂。在基于醇的引发剂的情况下,所述引发剂可为,例如,单羟基、二羟基、 或多羟基醇,且可为饱和化合物或不饱和化合物。引发剂的具体实例包括:一元醇,例如甲 醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、壬醇、癸醇、月桂醇、肉豆蔻醇、鲸蜡醇和硬脂醇;二 元醇,例如乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、己二醇、壬二醇、四 亚甲基二醇和聚乙二醇;多羟基醇,例如丙三醇、山梨糖醇、木糖醇、核糖醇、赤藓糖醇和三 乙醇胺;以及其它,例如乳酸甲酯和乳酸乙酯。
[0057] 而且,可使用在其末端具有醇残基的聚合物例如聚己内酯二醇和聚四亚甲基二醇 作为引发剂。这样的聚合物的使用使得能够合成二嵌段或三嵌段共聚物。
[0058] 所使用的引发剂的量取决于所得产物的目标分子量而适当地调节,但是其优选为 0. 05摩尔% -5摩尔%,相对于100摩尔%的开环聚合性单体。为了防止聚合被不均匀地引 发,在使开环聚合性单体与聚合催化剂接触之前,使引发剂与开环聚合性单体理想地充分 地混合。
[0059](添加剂)
[0060] 而且,如果必要,对于开环聚合可加入添加剂。添加剂的实例包括表面活性剂、抗 氧化剂、稳定剂、防晕剂、UV射线吸收剂、颜料、着色剂、无机粒子、各种填料、热稳定剂、阻燃 剂、晶核剂、抗静电剂、表面润湿改进剂、燃烧助剂、润滑剂、天然产品、脱模剂、增塑剂、和其 它类似添加剂。如果必要,可在聚合反应完成之后使用聚合终止剂(例如,苯甲酸、盐酸、磷 酸、偏磷酸、乙酸和乳酸)。添加剂的量可取决于加入添加剂的用途或者添加剂的类型而变 化,但是其优选为0质量份-5质量份,相对于100质量份的聚合物组合物。
[0061] 至于稳定剂,例如,使用环氧化大豆油或碳二亚胺。至于抗氧化剂,例如,使用 2, 6-二叔丁基-4-甲基苯酚或丁基羟基茴香醚。至于防晕剂,例如,使用甘油脂肪酸酯或柠 檬酸单硬脂基酯。至于填料,例如,使用UV射线吸收剂、热稳定剂、阻燃剂、内脱模剂、或具 有晶核剂效果的无机添加剂(例如,粘土、滑石和硅石)。至于颜料,例如,使用氧化钛、炭黑 或群青蓝。
[0062]〈〈压缩性流体》
[0063] 接下来,将参考图1和图2说明本实施方式中在聚合物的制造中使用的压缩性流 体。图1是描绘取决于温度和压力的物质状态的相图。图2是定义本实施方式中的压缩性 流体的范围的相图。在本实施方式中,"压缩性流体"指处于如下状态的流体:以该状态,所 述流体存在于图1的相图中的图2的区域(1)、(2)和(3)的任一个中。
[0064] 在这样的区域中,已知物质具有极高的密度并且显示出与在常温和常压下显示的 行为不同的行为。注意,当物质存在于区域(1)中时,其为超临界流体。超临界流体为在超 过相应极限(临界点)(气体和液体在所述极限可共存)的温度和压力下作为流体存在的 流体,且为压缩时不冷凝的流体。当物质处于区域(2)中时,该物质为液体,但是在本实施 方式中,其为通过压缩在常温(25°C )和常压(latm)下作为气体存在的物质而获得的液化 气体。当物质处于区域(3)中时,该物质处于气体状态,但是在本实施方式中,其为压力是 临界压力(Pc)的1/2或更高(即l/2Pc或更高)的高压气体。
[0065] 可以压缩性流体的状态使用的物质的实例包括一氧化碳、二氧化碳、一氧化二氮、 氮(氮气,nitrogen)、甲烷、乙烷、丙烷、2, 3-二甲基丁烷和乙烯。在它们之中,二氧化碳是 优选的,因为二氧化碳的临界压力和临界温度分别为约7. 4MPa和约31°C,且因此容易形成 二氧化碳的超临界状态。此外,二氧化碳是不可燃的,且因此其是容易处理的。这些压缩性 流体可独立或组合使用。
[0066] 在其中使用超临界二氧化碳作为溶剂的情况下,常规上认为的是,二氧化碳不适 合用于活性(living)阴离子聚合,因为其可与碱性和亲核性物质反应(参见"The Latest Applied Technology of Supercritical Fluid(CHO RINKAI RYUTAI NO SAISHIN OUYOU GIJUTSU)",p. 173,由NTS Inc.在2004年3月15日出版)。然而,本发明人已经发现,颠 覆常规见识,即使是在超临界二氧化碳中,通过使碱性和亲核性有机催化剂与开环单体稳 定地配位,从而打开其环结构,聚合反应定量地进行短的时间,并且结果,聚合反应活性地 进行。在本说明书中,术语"活性(的)"意味着反应定量地进行而没有副反应例如转移反 应或终止反应,使得获得的聚合物的分子量分布与通过熔融聚合获得的聚合物的分子量分 布相比相对窄,并且是单分散的。
[0067]〈〈制造装置〉〉
[0068] 随后,将参考图3-5说明适合用于制造本实施方式中的聚合物组合物的制造装 置。图3是图解复合物制造装置的一个实例的示意图。图4是图解聚合反应装置的一个实 例的示意图。图5是图解复合物制造装置的一个实例的示意图。在本实施方式中,聚合物 组合物的制造以连续的工艺进行。
[0069]〈第一制造装置〉
[0070]首先,参考图3和4说明作为第一制造装置的复合物制造装置300。复合物制造装 置300包含各自配置成使单体聚合以获得聚合物的多个聚合反应装置100、用于传输获得 的聚合物的管线31、配置成将传输的聚合物混合的共混装置41、和用于排出通过混合获得 的复合物(聚合物组合物)的压力控制阀42。
[0071] 参考图4说明其中设置多个复合物制造装置300的聚合反应装置100。注意,多个 聚合反应装置100具有相同的结构,除了在各聚合反应装置中的待聚合的单体为第一单体 或第二单体的差别。各聚合反应装置100包含配置成供应原材料(例如开环聚合性单体和 压缩性流体)的供应单元l〇〇a、和配置成使通过供应单元100a供应的开环聚合性单体聚合 的聚合反应装置主体l〇〇b。
[0072] 供应单元100a包含罐(1,3, 5, 7, 11)、计量进料器(2, 4)、和计量泵(6, 8, 12)。
[0073] 供应单元100a的罐1在其中储存作为第一单体或第二单体的开环聚合性单体。待 储存的开环聚合性单体可为粉末或液体。罐3储存作为引发剂和添加剂使用的材料中的固 体(粉末或粒子)。罐5储存作为引发剂和添加剂使用的材料中的液体。注意,也可将作为 引发剂和添加剂使用的部分或全部材料预先与开环聚合性单体混合并将所得混合物储存 在罐1中。罐7储存压缩性流体。罐11储存催化剂。注意,罐7可储存在供应至聚合反应 装置主体l〇〇b的过程期间、或者在聚合反应装置主体100b内,在施加热或压力时转变为压 缩性流体的气体或固体。在该情况下,罐7中储存的气体或固体在施加热或压力时在聚合 反应装置主体l〇〇b中转变为图2的状态(1)、(2)或(3)。
[0074] 计量进料器2对储存在罐1中的开环聚合性单体进行计量(测量),并且将所计量 的开环聚合性单体连续地供应至聚合反应装置主体l〇〇b。计量进料器4对储存在罐3中 的固体进行计量并且将所计量的固体连续地供应至聚合反应装置主体l〇〇b。计量泵6对 储存在罐5中的液体进行计量并且将所计量的液体连续地供应至聚合反应装置主体100b。 计量泵8将储存在罐7中的压缩性流体以恒定的压力用恒定的流速连续地供应至聚合反应 装置主体l〇〇b。计量泵12对储存在罐11中的催化剂进行计量并且将所计量的催化剂供应 至聚合反应装置主体l〇〇b。注意,在本实施方式中,短语"连续地供应"是作为与按批供应 相反的概念使用的,并且指的是以连续地获得作为开环聚合产物的聚合物的方式供应。特 别地,各材料可间歇地供应,只要连续地获得聚合物。在其中作为引发剂和添加剂使用的材 料均为固体的情况下,供应单元l〇〇a可不具有罐5和计量泵6。类似地,在其中作为引发剂 和添加剂使用的材料均为液体的情况下,供应单元l〇〇a可不具有罐3和计量进料器4。
[0075]在本实施方式中,聚合反应装置主体100b包含设置在其一端的接触部9、配置成 对穿过接触部9的原材料进行进料的液体进料泵10、以及设置在另一端的反应部13和计量 泵14。如图4中图解的,聚合反应装置主体100b的各部或装置用配置成传输原材料、压缩 性流体、或所产生的聚合物的耐压管线30与其它部或装置连接。而且,聚合反应装置主体 l〇〇b的各部或装置具有前述原材料穿过其的管状部件。
[0076]聚合反应装置主体100b的接触部9由配置成使从各罐(1,3, 5)连续供应的原材 料(例如开环聚合性单体、引发剂和添加剂)与从罐7连续供应的压缩性流体连续地接触 的耐压装置或管构成。在接触部9中,通过使原材料与压缩性流体接触而使原材料熔融或 溶解。在本实施方式中,术语"熔融"指的是随着由于在原材料或所产生的聚合物与压缩性 流体之间的接触而引起的溶胀,原材料或所产生的聚合物被塑化或液化。而且,术语"溶解" 指的是原材料溶解在压缩性流体中。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熔融的情况下,形成熔融相。优选的是,形成熔融相或流体相的一个相 以均匀地进行反应。而且,为了在原材料相对于压缩性流体的比率为高的状态下进行反应, 优选使开环聚合性单体熔融。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)和压缩性流体可使所述原材料与压缩性流体在接触部9中以恒定的浓度比率连 续地接触。结果,可使原材料有效地熔融或溶解。
[0077] 接触部9可装有罐形搅拌装置或管形搅拌装置,但是其优选为从其一端将原料进 料和从其另一端取出混合物(例如熔融相和流体相)的管形装置。至于这样的装置,优选 的是单螺杆搅拌装置、其中螺杆彼此啮合的双螺杆搅拌装置、包含彼此啮合或重叠的多个 搅拌元件的双轴混合器、包含彼此啮合的螺旋搅拌元件的捏合机、和静态混合器。在它们之 中,其搅拌元件彼此啮合的双轴或多轴搅拌器是特别优选的,因为产生反应产物在搅拌器 或容器上的较少量的沉积,并且其具有自清洁性质。在其中接触部9未装有搅拌装置的情 况下,接触部9由耐压管线30的一部分构成。注意,在其中接触部9由管线30的一部分构 成的情况下,供应至接触部9的开环聚合性单体优选地被预先加热和液化,以确实地在接 触部9中混合所有材料。注意,符号30T表示管线30的一个出口。
[0078]接触部9具有配置成引入从罐7通过计量泵8供应的压缩性流体的入口 9a,配置 成引入从罐1通过计量进料器2供应的开环聚合性单体的入口 %,配置成引入从罐3通过 计量进料器4供应的粉末的入口 9c,和配置成引入从罐5通过计量泵6
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