聚合物组合物的制作方法_4

文档序号:8448689阅读:来源:国知局
反应以高的原材料和聚合物产物浓度(即,高的固含量)进行。这里的聚合体系中的固含 量大大不同于其中根据常规的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体系中的固含量。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含量的聚合体系中有效地和稳定地进行。注意,在本实施方式中,进料 比率可设定为小于1。在该情况下,经济效率是不令人满意的。当进料比率大于1,〇〇〇时, 存在这样的可能性:压缩性流体可能没有将开环聚合性单体充分地溶解在其中,且预期的 反应可能未均匀地进行。
[0107] 由于将原材料和压缩性流体各自连续地引入到接触部9的管中,它们连续地彼此 接触。结果,各原材料(例如开环聚合性单体、引发剂和添加剂)在接触部9中熔融或溶解。 在其中接触部9包含搅拌装置的情况下,可对原材料和压缩性流体进行搅拌。为了防止所 引入的压缩性流体变成气体,将接触部9的管的内部温度和压力控制为均等于或高于压缩 性流体的至少三相点的温度和压力。这里的温度和压力的控制是通过调节接触部9的加热 器9e的输出功率或者调节压缩性流体的进料速率而进行的。在本实施方式中,用于使开环 聚合性单体熔融的温度可为等于或低于开环聚合性单体在大气压下的熔点的温度。据推测 接触部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熔点变得低于其 在大气压下的熔点。因此,开环聚合性单体在接触部9中熔融,即使在压缩性流体的量相对 于开环聚合性单体为小的时也是如此。
[0108] 为了有效地熔融或溶解各原材料,可调节对接触部9中的原材料和压缩性流体施 加热或进行搅拌的时机。在该情况下,可在使原材料和压缩性流体彼此接触之后进行加热 或搅拌,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搅拌。为了使材料的 熔融甚至更确定,例如,可在将开环聚合性单体在等于或高于其熔点的温度下加热之后,使 开环聚合性单体和压缩性流体彼此接触。在其中接触部9为双轴混合装置的情况下,例如, 前述方面的每一个可通过适当地设定螺杆的排列、入口(9a,9b,9c,9d)的布置、和接触部9 的加热器9e的温度而实现。
[0109] 在本实施方式中,将添加剂与开环聚合性单体分开地供应至接触部9,但是添加剂 也可与开环聚合性单体一起供应。替代地,添加剂可在聚合反应完成之后供应。在该情况 下,在从反应部13取出获得的聚合物产物之后,可向聚合物产物加入添加剂并同时对添加 剂和聚合物产物的混合物进行捏合。
[0110] 在接触部9中熔融或溶解的原材料各自通过进料泵10输送,并由入口 13a供应 至反应部13。同时,通过计量泵12对罐11中的催化剂进行计量,并将其预定的量通过入 口 13b供应至反应部13。催化剂即使在室温下也能起作用,且因此在本实施方式中,在使 原材料在压缩性流体中熔融之后,加入催化剂。在常规技术中,在使用压缩性流体的开环聚 合性单体的开环聚合中没有讨论过加入催化剂的时机。在本实施方式中,在开环聚合的过 程中,由于催化剂的高的活性,催化剂被加入到反应部13中的聚合体系,其中所述聚合体 系包含在压缩性流体中充分溶解或熔融的原材料(例如开环聚合性单体和引发剂)的混合 物。当在其中混合物未充分溶解或熔融的状态下向混合物加入催化剂时,反应可能不均匀 地进行。
[0111] 各自通过进料泵10输送的原材料和通过计量泵12供应的催化剂任选地通过反应 部13的共混装置充分地混合,或者在传输时通过加热器13c加热至预定温度。结果,开环聚 合性单体的开环聚合反应在反应部13中在催化剂的存在下进行,从而连续地获得聚合物。
[0112] 开环聚合性单体的开环聚合温度(聚合反应温度)的下限没有特别限制,但是其 为40°C、优选50°C、且更优选60°C。当聚合反应温度低于40°C时,取决于开环聚合性单体 的类型,使开环聚合性单体在压缩性流体中熔融可能花费长的时间,或者开环聚合性单体 的熔融可能不充分,或者催化剂的活性可能为低的。结果,在聚合期间反应速度可降低,且 因此可能不能定量地进行聚合反应。
[0113] 聚合反应温度的上限没有特别限制,但是其或者为150°C、或者为比开环聚合性单 体的熔点高50°C的温度,以较高者为准。聚合反应温度的上限优选为100°C、或者为比开环 聚合性单体的熔点高30°C的温度,以较高者为准。聚合反应温度的上限更优选为90°C、或 者为开环聚合性单体的熔点,以较高者为准。聚合反应温度的上限甚至更优选为80°C、或者 为比开环聚合性单体的熔点低20°C的温度,以较高者为准。当聚合反应温度高于比开环聚 合性单体的熔点高50°C的前述温度时,倾向于平衡地导致作为开环聚合的逆反应的解聚反 应,且因此聚合反应难以定量地进行。在其中使用具有低熔点的开环单体(例如在室温下 为液体的开环聚合性单体)的情况下,聚合反应温度可为比熔点高50°C以上的温度以增强 催化剂的活性。即使在该情况下,聚合反应温度也优选为150°C或更低。注意,聚合反应温 度是通过反应部13装备的加热器13c或者通过对反应部13进行外部加热而控制的。当测 量聚合反应温度时,可使用通过聚合反应获得的聚合物进行测量。
[0114] 在使用超临界二氧化碳的常规的聚合物制造方法中,开环聚合性单体的聚合使用 大量的超临界二氧化碳进行,因为超临界二氧化碳具有低的溶解聚合物的能力。根据使用 压缩性流体的本实施方式的聚合物制造方法,开环聚合性单体的开环聚合以高的浓度进 行,这在常规技术中从未实现过。在该情况下,反应部13的内部压力在压缩性流体的影响 下变高,且因此产生的聚合物的玻璃化转变温度(Tg)变低。结果,所产生的聚合物具有低 的粘度,且因此开环反应均匀地进行,即使在其中聚合物的浓度高的状态下也是如此。
[0115] 在本实施方式中,聚合反应时间(在反应部13中的平均保留时间)取决于待制造 的聚合物产物的目标分子量而适当地设定。通常地,聚合反应时间优选在1小时以内、更优 选在45分钟以内、且甚至更优选在30分钟以内。本实施方式的制造方法可将聚合反应时 间降低至20分钟或更短。该聚合反应时间是短的,这在以前在开环聚合性单体在压缩性流 体中的聚合中从未实现过。
[0116] 聚合的压力(即,压缩性流体的压力)可为通过罐7供应的压缩性流体变成液化 气体(图2的相图中的(2))或高压气体(图2的相图中的(3))时的压力,但是其优选为 压缩性流体变成超临界流体(图2的相图中的(1))时的压力。通过使压缩性流体成为超 临界流体的状态,开环聚合性单体的熔融受到促进以使聚合反应均匀地和定量地进行。在 其中使用二氧化碳作为压缩性流体的情况下,鉴于反应效率和聚合率,压力为3. 7MPa或更 高、优选5MPa或更高、更优选7. 4MPa或更高,其为临界压力或更高。而且,在其中使用二氧 化碳作为压缩性流体的情况下,出于与以上相同的理由,其温度优选为25°C或更高。
[0117] 反应部13中的水分含量优选为4摩尔%或更少、更优选1摩尔%或更少、且甚至 更优选0. 5摩尔%或更少,相对于开环聚合性单体。当水分含量大于4摩尔%时,可难以控 制所得产物的分子量,因为水分本身充当引发剂。为了控制聚合体系中的水分含量,可任选 地提供用于除去开环聚合性单体和其它原材料中包含的水分的操作作为预处理。
[0118] 在复合物制造装置300的另一聚合反应装置100中,使作为第一单体的光学异构 体的第二单体聚合,从而连续地获得第二聚合物。用于使第二单体聚合的方法与用于聚合 第一聚合物的方法相同,且因此省略了其说明。
[0119](混合步骤)
[0120] 接下来说明混合步骤。通过在相应的聚合反应装置100中进行的聚合而获得的第 一聚合物或第二聚合物通过计量泵14进行输送,并通过管线31从聚合物入口 41a引入到 共混装置41中。共混装置41配置成混合所引入的聚合物,从而制备聚合物组合物PP。共 混装置41的内部温度优选地通过加热器41c设定为与聚合反应温度相同或相似的温度。当 聚合物(例如聚乳酸)被加热至等于或高于其熔点的温度时,通过解聚反应产生开环聚合 性单体。在本实施方式的混合步骤中,聚合物可在压缩性流体的存在下在比其在大气压下 的熔点低的温度下熔融,且因此可防止解聚反应、外消旋化和热劣化。
[0121] 将共混装置41中获得的聚合物组合物PP从压力控制阀42排出到共混装置41的 外部。聚合物组合物PP从压力控制阀42排出的速度优选为恒定的以获得均匀的聚合物组 合物。为此,对各反应部13的进料系统、各接触部9的进料系统、各计量进料器(2, 4)和计 量泵(6, 8)的进料速度进行控制以保持压力控制阀42的背压恒定。控制系统可为ON-OFF 控制系统,即,间歇进料系统,但是其在大多数情况中优选为连续控制系统或其中逐渐提高 或降低泵等的转速(rational speed)的步进控制系统。任何这些控制均实现了稳定地提 供聚合物组合物PP。
[0122] 从压力控制阀42排出的聚合物组合物PP中包含的压缩性流体在大气压下蒸发而 除去。而且,聚合物组合物PP中包含的第一聚合物和第二聚合物两者均被冷却至室温和结 晶,从而获得包含立体复合物晶体的聚合物组合物。
[0123] 如果必要,将残留在本实施方式中获得的聚合物组合物中的催化剂除去。用于除 去催化剂的方法没有特别限制,但是其实例包括:在具有沸点的化合物的情况下的真空蒸 馏;使用溶解催化剂的化合物作为夹带剂提取和除去所述催化剂的方法;和用柱吸收催化 剂以除去所述催化剂的方法。在用于除去催化剂的方法中,其系统可为其中将聚合物组合 物从共混装置41取出,然后从其除去催化剂的间歇系统,或者其中在不取出聚合物组合物 的情况下连续进行催化剂除去工艺的连续加工系统。在真空蒸馏的情况下,基于催化剂的 沸点设定真空条件。例如,真空中的温度为l〇〇°C -120°C,并且可在比聚合物组合物解聚的 温度低的温度下除去催化剂。如果在提取工艺中使用有机溶剂,则在提取催化剂之后提供 除去有机溶剂的步骤可为必要的。因此,优选的是使用压缩性流体作为用于提取的溶剂。至 于这样的提取的工艺,可转用用于提取香料的常规技术。
[0124] 如之前提及的,根据本实施方式的制造,因为使用压缩性流体,可在低温下进行聚 合反应。因此,与常规的聚合反应相比,显著防止了解聚反应。从而,第一单体和第二单体的 聚合率可达到98摩尔%或更大,优选99摩尔%或更大,更优选99. 9摩尔%或更大。当聚 合率小于96摩尔%时,聚合物组合物不具有起到聚合物组合物作用的令人满意的热特性, 且因此单独地提供除去开环聚合性单体的操作可为必要的。注意,在本实施方式中,聚合率 是对聚合物的产生做出贡献的单体的量与作为原材料的第一单体和第二单体的总量的比 率。对聚合物的产生做出贡献的单体的量可通过从所产生的聚合物的量扣除残留在聚合物 中的第一单体的量和残留在聚合物中的第二单体的量之和(开环聚合性单体残留物的量) 而获得。
[0125]〈第二制造方法〉
[0126] 接来下说明使用复合物制造装置400的第二制造方法。本实施方式的制造方法包 含第一聚合步骤,所述第一聚合步骤连续地供应至少作为开环聚合性单体的第一单体和压 缩性流体,并使其彼此接触,以容许第一单体通过开环聚合而反应,从而连续地获得中间产 物。而且,本实施方式的制造方法包含第二聚合步骤,所述第二聚合步骤使中间产物与第二 单体接触,从而使中间产物和第二单体聚合。
[0127](第一聚合步骤)
[0128] 第二制造方法中的第一聚合步骤与使用一个聚合反应装置100使第一单体聚合
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