用于在反應(yīng)室中合成聚合物同時減少沉積物形成的設(shè)備的制造方法
【專利說明】用于在反應(yīng)室中合成聚合物同時減少沉積物形成的設(shè)備
[0001] 發(fā)明背景
[0002] 本發(fā)明涉及一種用于合成聚合物(特別是聚酰胺）同時分離氣態(tài)物質(zhì)(特別是水蒸 汽)的裝置。本發(fā)明還涉及一種合成聚合物(特別是聚酰胺）同時分離氣態(tài)物質(zhì)(特別是水蒸 汽)的方法，所述方法特別地可使用本發(fā)明的裝置進(jìn)行。
【背景技術(shù)】
[0003] 眾多的工業(yè)聚合物通過縮聚而制備，其中分子量的增加伴隨著低分子量組分的釋 放，通常必須從反應(yīng)混合物中至少部分地移除所述低分子量組分，從而獲得例如所需的分 子量和/或所需的產(chǎn)品特性。
[0004] -類重要的縮聚聚合物是聚酰胺類。除了使用的主要領(lǐng)域為膜、纖維和材料以外， 它們還用于眾多的其他終端用途。在聚酰胺中，聚酰胺_6(聚己內(nèi)酰胺)和聚酰胺_6,6(尼 龍，聚己二酰己二胺)為制備規(guī)模最大的聚合物。聚酰胺_6,6主要通過所謂的AH鹽溶液一一 艮P，包含化學(xué)劑量量的己二酸和1，6_二氨基己烷（己二胺）的水溶液一一的縮聚而制備。聚 酰胺-6的常規(guī)制備方法為ε-己內(nèi)酰胺的水解開環(huán)聚合，該方法仍具有非常重要的工業(yè)意 義。聚酰胺和聚酰胺-6，6的常規(guī)制備方法記載在，例如，Kunststof fhandbuch，3/ 4Technische Thermoplaste：Polyamide[Plastics Handbook，3/4Industrial Thermoplastics:polyamides]，Carl Hanser Verlag，1998，Munich，第42-71頁中。
[0005] 具有廣泛用途的特定類別的工業(yè)聚合物為半結(jié)晶或無定形熱塑性半芳族聚酰胺 類，它們特別因其高的熱穩(wěn)定性而顯著，并因此也稱作高溫聚酰胺(HTPA)。
[0006] 特別地，在合成高溫聚酰胺中，必須從反應(yīng)熔體中移除水。因此，這些HTPA的制備 通常始于由至少一種二胺和至少一種二羧酸以及任選地其他單體組分(如內(nèi)酰胺、ω-氨基 酸、一元胺、一元羧酸及其混合物)形成含水鹽溶液，條件是至少一種組分具有芳族基團(tuán)。然 后在形成鹽溶液之后，在液相中進(jìn)行低聚反應(yīng)，其間通常仍未移除水。在該低聚反應(yīng)結(jié)束 時，在約70至80%的轉(zhuǎn)化率下，低聚物平均具有例如4至10個重復(fù)單元。為進(jìn)一步增加分子 量，則可采用兩種可選的路徑。在第一種變型中，通過脫水將所形成的低聚物轉(zhuǎn)化為固相并 進(jìn)行所謂的固態(tài)聚合(SSP)。在第二種變型中，以可控的方式移除水，并增加溫度以使水溶 液轉(zhuǎn)化為熔體用于進(jìn)一步的縮聚。特別需要合適的用于進(jìn)行該熔體縮合的裝置和方法。
[0007] 例如，已知含水的預(yù)聚物熔體可在約350°C的溫度和10至20巴的壓力范圍的反應(yīng) 器中進(jìn)行反應(yīng)。但是，在該過程中，在液相上方的反應(yīng)器的內(nèi)壁上會出現(xiàn)沉積物。這導(dǎo)致產(chǎn) 品質(zhì)量的劣化。
[0008] 在合成其他聚合物的過程中，也需要從聚合物熔體中移除氣態(tài)物質(zhì)。例如，專利US 4，110，316記載了一種合成聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET)的方法，其中從熔體中沉積出 91.1 %的乙二醇與8.9 %的水的氣態(tài)混合物，以便隨后回收乙二醇。US 2002/0128427A1記 載了利用乙醛阻斷劑合成具有降低比例的游離乙醛的聚酯。這些物質(zhì)在聚合物熔體中反應(yīng) 以形成乙二醇，所述乙二醇必須連同水一起作為氣體從熔體中分離出去，從而防止聚酯的 水解和糖酵解。也可通過在反應(yīng)器內(nèi)部形成沉積物阻止這些方法的進(jìn)行。
[0009] US 3834441A記載了一種通過蒸發(fā)而濃縮聚合物溶液的方法。其中，在壓力下加熱 聚合物溶液并通過噴嘴使其減壓進(jìn)入螺旋管。
[0010] US 3545938A記載了一種用于生產(chǎn)和加工粘性物質(zhì)的立式圓柱形化工壓力反應(yīng) 器。
[0011] US 2993842A記載了一種蒸餾液體的裝置和一種分餾液體的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 首先，本發(fā)明提供一種用于合成聚合物同時分離氣態(tài)物質(zhì)的裝置，所述裝置包括： 反應(yīng)空間，其被兩個圓形表面和一個殼體表面所界定并具有縱向柱軸線，并包括下部，其中 上部和下部通過第一圓形表面彼此連接;進(jìn)料口；第一排料口，其設(shè)置在下部的壁內(nèi)；第二 排料口，其設(shè)置在第二圓形表面中或者進(jìn)料口與第二圓形表面之間的殼體表面中；和至少 一個第一移除裝置，其被設(shè)置為可沿著第二圓形表面和進(jìn)料口之間的縱向柱軸線移動并且 與殼體表面接觸。
[0013] 本發(fā)明還提供一種合成聚合物的方法，所述方法包括:通過與第一部分的殼體表 面相切的進(jìn)料口，將預(yù)聚物熔體進(jìn)料至反應(yīng)空間的圓柱形的第一部分;使預(yù)聚物熔體聚合 以得到聚合物熔體;通過反應(yīng)空間的第一排料口從反應(yīng)空間中移除聚合物熔體；以及通過 進(jìn)料口上方的反應(yīng)空間的第二排料口從反應(yīng)空間中移除氣態(tài)物質(zhì)。在該方法中，通過至少 第一移除裝置移除進(jìn)料口上方的反應(yīng)空間的第一部分的至少一個內(nèi)壁上的沉積物。
[0014] -個具體的實施方案為一種合成脂族或半芳族聚酰胺的方法，其中提供脂族或半 芳族聚酰胺的預(yù)聚物并將其供給至本發(fā)明所使用的裝置中。
【具體實施方式】
[0015] 在本發(fā)明的上下文中，預(yù)聚物是指包含聚合化合物的組合物，所述聚合化合物具 有能夠進(jìn)行縮合反應(yīng)以增加分子量的互補(bǔ)官能團(tuán)。
[0016] 在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語"預(yù)聚物熔體"是指自由流動的包含預(yù)聚物的各反應(yīng)混 合物的組合物。在該情況下，預(yù)聚物熔體的溫度不一定高于純預(yù)聚物的熔化溫度。流動性也 可起因于預(yù)聚物熔體中存在的其他組分，例如水、低分子量的低聚物等。在具體的實施方案 中，預(yù)聚物本身以熔融形式存在于預(yù)聚物熔體中。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明，聚合物熔體理解為意指處于化學(xué)平衡并仍然還可包含低聚物、單體 和水的熔體。
[0018] 在本發(fā)明的上下文中，數(shù)均分子量Μη和重均分子量Mw的數(shù)值各自基于凝膠滲透色 譜法(GPC)的測定結(jié)果。關(guān)于校準(zhǔn)，PMMA用作具有低的多分散性的聚合物標(biāo)準(zhǔn)。
[0019] 在聚合物的合成過程中，盡管在進(jìn)料口下方的反應(yīng)空間的內(nèi)壁上形成的沉積物， 可通過由進(jìn)料口連續(xù)引入預(yù)聚物熔體以將其洗掉而避免，但是仍存在在進(jìn)料口上方形成沉 積物的風(fēng)險。根據(jù)本發(fā)明，這可通過使至少第一移除裝置沿縱向柱軸線移動而避免。根據(jù)本 發(fā)明，至少第一移除裝置用于從進(jìn)料口上方的反應(yīng)空間的內(nèi)壁移除沉積物的適用性，優(yōu)選 通過可繞縱向柱軸線轉(zhuǎn)動的至少第一移除裝置而增加。
[0020] 為避免在進(jìn)料口下方形成沉積物，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選地將裝置這樣配置，使得通過 進(jìn)料口引入反應(yīng)空間的預(yù)聚物熔體完全地潤濕進(jìn)料口下方的反應(yīng)空間的內(nèi)壁。在本發(fā)明的 一個實施方案中，這通過進(jìn)料口而實現(xiàn)，所述進(jìn)料口設(shè)置在殼體表面，使得能夠通過進(jìn)料口 沿上部的殼體表面切向引入液體。進(jìn)料口可具有圓形或多邊形的橫截面，特別是方形的橫 截面。在本發(fā)明的另一個實施方案中，進(jìn)料口通過入口管線與上部的第二圓形表面連接，并 被設(shè)置成能夠通過進(jìn)料口沿上部的殼體表面切向引入液體。為了能夠移動至少第一移除裝 置，至少第一移除裝置具有引導(dǎo)入口管線穿過的孔口。
[0021] 還優(yōu)選地，至少第一移除裝置具有能夠使氣態(tài)物質(zhì)通過該至少第一移除裝置的孔 □ 〇
[0022] 如果第二排料口與出口管線連接，則在合成聚合物的過程中也可在該出口管線中 形成沉積物。為避免該情況，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選地，在出口管線中設(shè)置至少一個第二移除裝 置，所述第二移除裝置被設(shè)置成可沿出口管線移動并與出口管線的內(nèi)表面接觸。
[0023] 為了能夠通過第一排料口將合成的聚合物從反應(yīng)空間可靠地輸送出去，根據(jù)本發(fā) 明優(yōu)選地，下部的橫截面從上部朝向第一排料口遞減。這使得例如聚合物熔體在反應(yīng)空間 中朝向第一排料口移動的速度隨著與第一排料口的距離的降低而增加。還優(yōu)選地，設(shè)置在 反應(yīng)空間的下部中的輸送裝置被設(shè)置成將液體(特別是聚合物熔體)從下部輸送到第一排 料口。其可為例如輸送螺桿。
[0024] 本發(fā)明還提供一種合成聚合物的方法，其包括
[0025] a)通過與第一部分的殼體表面相切的進(jìn)料口，將預(yù)聚物熔體進(jìn)料至反應(yīng)空間的圓 柱形的第一部分中，
[0026] b)使預(yù)聚物熔體聚合以得到聚合物熔體，
[0027] c)通過反應(yīng)空間的第一排料口，從反應(yīng)空間中移除聚合物熔體，以及
[0028] d)通過進(jìn)料口上方的反應(yīng)空間的第二排料口，從反應(yīng)空間中移除氣態(tài)物質(zhì)，
[0029] 其中通過至少第一移除裝置移除進(jìn)料口上方的反應(yīng)空間的上部的至少一個內(nèi)壁 上的沉積物。
[0030] 本發(fā)明的方法優(yōu)選連續(xù)地進(jìn)行，使得預(yù)聚物熔體的連續(xù)料流因切向引入而潤濕進(jìn) 料口下方的反應(yīng)空間的整個內(nèi)表面，并因此防止沉積物的形成。在反應(yīng)空間的進(jìn)料口上方 形成的沉積物通過至少第一移除裝置而移除。在本說明書中，至少第一移除裝置可連續(xù)或 不連續(xù)地運行。為了移除沉積物，使其沿著進(jìn)料口上方的第一部分的縱向柱軸線移動。同 時，還優(yōu)選使其繞第一部分的縱向柱軸線轉(zhuǎn)動。
[0031] 由于與預(yù)聚物熔體相比，聚合物熔體具有提高的粘度，因此聚合物熔體下降到反 應(yīng)空間的底部并通過第一排料口排出。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選通過使聚合物熔體移向第一排料 口的速度隨著與第一排料口的距離的降低而增加，從而加速聚合物熔體的排出。更優(yōu)選地， 通過輸送裝置將聚合物熔體輸送至第一排料口，從而實現(xiàn)聚合物熔體的排出。
[0032] 原則上，可用任何可轉(zhuǎn)化為熔體的聚合物來進(jìn)行本發(fā)明的方法。聚合物優(yōu)選選自 熱塑性聚合物。聚合物更優(yōu)選選自聚酰胺、熱塑性聚氨酯、聚烯烴、乙烯基芳族聚合物、聚 酯、聚縮醛、聚碳酸酯、聚砜、聚醚砜，及其混合物。
[0033] 優(yōu)選地，聚合物為聚酰胺且氣態(tài)物質(zhì)為水蒸汽。
[0034] 因此，本發(fā)明的方法的具體實施方案是一種合成脂族或半芳族聚酰胺的方法，其 中，在步驟a)中，提供脂族或半芳族聚酰胺的