聚合物制造方法_2

文档序号:9528898阅读:来源:国知局
气体和液体可共存时的极限点。当物质在区域(2)中时,所述物质为 液体,但在本实施方式中,其为通过压缩在常温(25°C)和环境压力(latm)下作为气体存 在的物质而获得的液化气体。当物质在区域(3)中时,所述物质处于气体状态,但在本发明 中,其是压力为临界压力(Pc)的1/2或更高,即l/2Pc或更高的高压气体。
[0051] 作为所述压缩性流体使用的物质优选为不使催化剂失活且使产生的聚酰胺塑化 的物质。这样的压缩性流体不与有机金属化合物或者格利雅化合物反应,且能降低产生的 聚酰胺的熔点或者粘度。通过将所述压缩性流体加入至开环聚合系统,可在不使用有机溶 剂的情况下,在等于或者低于熔点的反应温度下连续地得到具有较少量的单体残留物的聚 合物。能使产生的聚酰胺塑化而不使催化剂失活的压缩性流体没有特别限制,且其实例包 括包含醚或者烃的压缩性流体、和氮气。包含醚或者烃的压缩性流体的实例包括甲烷、乙 烷、丙烷、2,3-二甲基丁烷、乙烯、和二甲基醚。在它们之中,具有127°(:、5.410^临界点的 二甲基醚是优选的,因为二甲基醚由于二甲基醚的形成氢键的分子结构而具有极高的使具 有高熔点和形成氢键的趋势的聚酰胺塑化的效果,且二甲基醚不损害碱性有机催化剂的活 性。这些压缩性流体可单独使用,或者组合使用。
[0052] 注意,在其中使用二氧化碳作为压缩性流体的情况下,当使用有机金属化合物或 者格利雅化合物作为主催化剂时,二氧化碳作为路易斯酸起作用以使催化剂失活,且结果, 反应可不进行。
[0053] 〈聚合反应装置〉
[0054] 随后,参照图3和图4解释本实施方式中的聚合物的制造中使用的聚合反应装置。 首先,参照图3解释聚合反应装置100。图3为说明聚合步骤的一个实例的系统图。在其 中包含酰胺键的开环聚合性单体按照常规的制造方法通过阴离子聚合进行聚合的情况下, 不能连续地制造聚合物,因为聚合物产物在反应期间凝固。按照本实施方式的制造方法, 例如,通过聚合反应装置100能连续地制造聚合物。聚合反应装置100包括配置成供应原 材料(例如开环聚合性单体)和供应压缩性流体的供应单元l〇〇a、以及作为配置成使供应 单元l〇〇a供应的开环聚合性单体聚合的聚合物制造装置的一个实例的聚合反应装置主体 100b。供应单元100a包括罐(1,3, 5, 7, 11)、计量进料器(2, 4)、和计量栗(6, 8, 12)。聚合 反应装置主体l〇〇b包括:设置在聚合反应装置主体100b的一端的共混装置9,进料栗10, 反应器皿13,计量栗14,和设置在聚合反应装置主体100b的另一端的挤出帽(挤出盖,extrudingcap) 15。注意,在本实施方式中,配置成将压缩性流体与原材料或者聚合物混合 以使所述原材料溶解或者熔融的装置称为"共混装置"。在本实施方式中,术语"熔融"是指 原材料或产生的聚合物产物由于所述原材料或产生的聚合物产物与压缩性流体之间的接 触而在溶胀的情况下塑化或液化。而且,术语"溶解"是指原材料在所述压缩性流体中溶解。
[0055] 供应单元100a的罐1储存开环聚合性单体。待储存的开环聚合性单体可为粉末 或液体。罐3储存用作引发剂和添加剂的材料中的固体(粉末或粒子)。罐5储存用作引 发剂和添加剂的材料中的液体。罐7储存压缩性流体。注意,罐7可储存气体或固体,所述 气体或固体在供应至共混装置9的过程期间或者在共混装置9内在施加热或压力时转变成 压缩性流体。在这种情况下,罐7中储存的气体或固体在施加热或压力时在共混装置9中 转变成图2的(1)、⑵或(3)的状态。
[0056] 计量进料器2计量罐1中储存的开环聚合性单体并且将所计量的开环聚合性单 体连续地供应至共混装置9。计量进料器4计量罐3中储存的固体并且将所计量的固体连 续地供应至共混装置9。计量栗6计量罐5中储存的液体并且将所计量的液体连续地供应 至共混装置9。计量栗8将罐7中储存的压缩性流体以恒定的压力和恒定的流速连续地供 应至共混装置9。注意,在本实施方式中,短语"连续地供应"是作为与间歇供应相反的概 念使用的,并且是指以连续地获得通过开环聚合性单体的开环聚合获得的聚合物的方式供 应。特别地,只要连续地获得通过开环聚合性单体的开环聚合获得的聚合物,则各材料可为 间断地供应的。在引发剂和添加剂两者均为固体的情况下,聚合反应装置100可不包括罐5 和计量栗6。类似地,在其中引发剂和添加剂两者均为液体的情况下,聚合反应装置1〇〇可 不包括罐3和计量进料器4。
[0057] 聚合反应装置主体100b中配备的装置如图3中所示地用耐压管道(配管, piping) 30彼此连接,所述原材料、压缩性流体、或产生的聚合物通过耐压管道30输送。而 且,聚合反应装置的共混装置9、进料栗10和反应器皿13各自具有前述原材料通过其输送 的管状部件。
[0058] 聚合反应装置主体100b的共混装置9是包括这样的耐压器皿的装置:其配置成使 原材料例如从各罐(1,3, 5)供应的开环聚合性单体、引发剂和添加剂与从罐7供应的压缩 性流体连续接触以使所述原材料溶解。在共混装置9中,所述原材料通过与所述压缩性流 体接触而熔融或者溶解。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,形成熔体相。优选的是形成熔体相或流体相的一个相以均匀地 进行反应。而且,为了在原材料的比率相对于压缩性流体为高的状态下进行反应,开环聚合 性单体优选为熔融的。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,可使原材料在共混装置9中与压缩性流体以恒定的浓度比率连续地接 触。结果,原材料可被有效地溶解或者熔融。
[0059] 共混装置9的器皿的形状可为罐形状或管形状,但其优选为原材料从其一端供 应、且混合物从其另一端取出的管。共混装置9的器皿具有:通过计量栗8从罐7供应的压 缩性流体从其引入的入口 9a、通过计量进料器2从罐1供应的开环聚合性单体从其引入的 入口 9b、通过计量进料器4从罐3供应的粉末从其引入的入口 9c、和通过计量栗6从罐5供 应的液体从其引入的入口 9d。在本实施方式中,各入口(9a,9b,9c,9d)由用于将共混装置 9的器皿与输送各原材料或压缩性流体的各导管(管道,pipe)连接的连接器构成。所述连 接器没有特别限制,且选自常规的连接器,例如渐缩管(减径接头,reducer)、联轴器(耦接 头,coupling)、Y、T、和出口。而且,共混装置9配备有配置成对供应的原材料和压缩性流 体进行加热的加热器9e。进一步地,共混装置9可包括配置成搅拌原材料和压缩性流体的 搅拌装置。在其中共混装置9配备有搅拌装置的情况下,所述搅拌装置优选为单螺杆搅拌 装置、其中螺杆彼此啮合的双螺杆搅拌装置、包括彼此啮合或者重叠的多个搅拌元件的双 轴混合器、包括彼此啮合的螺旋搅拌元件的捏合机、或者静态混合器。特别地,双轴或多轴 搅拌装置是优选的,因为在所述搅拌装置或容器上的沉积的反应产物的量较少,并且其具 有自清洁性。
[0060] 在其中共混装置9不包括搅拌装置的情况下,适合使用耐压导管作为共混装置9。 在这种情况下,通过以螺旋形式或折叠形式提供耐压导管,可减小聚合反应装置1〇〇的安 装空间,或者可改善布局的自由度。注意,在其中共混装置9不包括搅拌装置的情况下,待 供应至共混装置9的开环聚合性单体优选被预先液化以确保材料在共混装置9中混合。
[0061] 进料栗10配置成将在共混装置9中溶解的或者熔融的原材料进料至反应器皿13。 罐11在其中储存碱性有机金属催化剂。计量栗12配置成计量罐11中储存的碱性有机金 属催化剂,并且将所述碱性有机金属催化剂供应至反应器皿13。
[0062] 反应器皿13为耐压器皿,其配置成将通过进料栗10进料的溶解的或者熔融的原 材料与通过计量栗12供应的碱性有机金属催化剂混合,从而使开环聚合性单体通过开环 聚合而连续地聚合。反应器皿13的形状可为罐或管的形状,但其优选为管形状,因为其给 出较少的死空间。反应器皿13设置有:通过共混装置9混合的原材料从其引入至所述器皿 中的入口 13a、和通过计量栗12从罐11供应的碱性有机金属催化剂从其引入至所述器皿中 的入口 13b。在本实施方式中,各入口(13a,13b)由用于将反应器皿13与输送各原材料的 各管道连接的连接器构成。所述连接器没有特别限制,且选自常规的连接器,例如渐缩管、 联轴器、Y、T、和出口。注意,可向反应器皿13设置用于除去蒸发产物的气体出口。而且, 反应器皿13包括用于对进料的原材料进行加热的加热器13c。而且,反应器皿13可包括 配置成搅拌原材料和压缩性流体的搅拌装置。在其中反应器皿13包括搅拌装置的情况下, 聚合反应能更均匀地和定量地进行,因为能防止可由原材料和产生的聚合物之间的密度差 引起的所述聚合物的沉降。至于反应器皿13的搅拌装置,就自清洁而言,优选的是:具有彼 此啮合的螺杆、2刮板搅拌元件(矩形)、3刮板搅拌元件(三角形)、或者圆形或多叶形状 (三叶草形状)搅拌桨叶的双轴或多轴搅拌器。在其中将包括催化剂的原材料预先充分混 合的情况下,也可使用以多级(阶段)对流动物进行分割和配混(重新合并)的静止混合 器作为所述搅拌装置。其实例包括日本已审专利申请公布(JP-B)No. 47-15526、47-15527、 47-15528和47-15533中公开的多通量(multiflux)间歇混合器;日本专利申请未审公开 (JP-A)No. 47-33166中公开的Kenics类型混合器;以及与列出的那些类似的静止混合器。 其描述纳入本文供参考。
[0063] 在其中反应器皿13不包括搅拌装置的情况下,可适合使用耐压导管作为反应器 皿13。在这种情况下,通过以螺旋形式或折叠形式提供耐压导管,可减小聚合反应装置100 的安装空间,或者可改善布局的自由度。
[0064] 图3说明其中设置一个反应器皿13的实例,但也可使用两个或更多个反应器皿 13。在其中使用多个反应器皿13的情况下,各反应器皿13的反应(聚合)条件(例如,温 度、催化剂浓度、压力、平均保留时间、和搅拌速度)可为相同的,但优选的是取决于聚合的 进度选择各反应器皿的最佳条件。注意,将太大数量的反应器皿13连接以得到许多级不 是非常好的主意,因为这可延长反应时间,或者装置可变得复杂。级数优选为1-4,更优选 1 _3 〇
[0065] 在其中通过具有仅一个反应器皿的装置进行聚合的情况下,典型地据信这样的装 置不适合于工业制造,因为通过开环聚合性单体的开环聚合
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