制备聚合物的连续方法技术

本发明专利技术公开了通过在非圆筒形通道中的连续本体聚合来制备聚合物的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制备聚合物的方法，尤其制备聚合物的连续本体聚合方法。聚合物在工业上一般以间歇方法制备。间歇方法的缺点是它们需要几小时，在某些情况下超过8小时来将反应剂(包括单体)进给到反应器，进行聚合反应，冷却所得聚合物，排出聚合物和清洁反应器。间歇方法的另一个缺点是工业反应容器的高成本，它是由容纳聚合工艺反应剂所需的大反应器尺寸所导致的。为了克服间歇方法的缺陷，已经开发了连续聚合方法。在连续方法中，将单体和其它反应剂连续进给到反应器，同时从反应器中连续排出聚合物。与间歇方法相比，连续方法提供了优点，因为它们是更有效的，因此可以每天生产更多的产物，同时使用较小的、更便宜的反应器。使用连续搅拌釜反应器或管式反应器的连续方法是两类连续方法。其中单体在浸渍于温度控制介质的圆筒形通道中聚合的连续管式反应器具有极长的缺点。在某些情况下，管式反应器的长度延伸至超过200米。管式反应器的极长长度部分归因于对窄圆筒形通道的需要，以便有利于在温度控制介质和反应剂之间的良好热交换。由于为了防止通常与管式反应器相关的堵塞问题，反应器中的流速必须足够高，所以也要求长管。虽然高流速有助于减轻堵塞，但高流速导致需要延长管式反应器的长度，以确保充分的停留时间和热传递。美国专利No.6,252,016克服了与在管式反应器中的连续聚合有关的某些问题。该专利公开了连续聚合方法，其中将单体连续进给到一个或多个非圆筒形通道，在那里单体通过乳液、溶液或悬浮聚合法聚合，以及从该非圆筒形通道中连续排出聚合物。在聚合过程中，该非圆筒形通道(它们能够是某些类型的换热器)暴露于温度控制介质。然而，该专利没有公开利用本体聚合的单体聚合法。日本专利No.2004803公开了连续本体聚合设备，其中将含有流通反应溶液和流通热介质的一个或多个板翅式换热器装置安装在圆筒形反应容器内部。然而，该专利没有公开其中换热器装置不在反应容器内部的连续本体聚合。在本体聚合过程中，将单体转化为聚合物不用借助溶剂。由于不存在溶剂，本体聚合往往包括粘度显著高于在乳液、溶液或悬浮聚合中使用的那些的反应剂和产物。材料通过换热器的流速大部分取决于材料的粘度。当换热器用于其中反应剂或反应产物特别粘的聚合方法时，比如在本体聚合的情况下，本领域的普通技术人员可预期在换热器的处理侧会有高反压力。该预期部分归因于通过换热器的曲折的反应剂通道，以及预料的低温，因此在通道壁附近具有高粘度，由于通道壁的表面接触冷却介质。申请人已经发现，他们的专利技术的传热能力应使得在加工材料和冷却介质之间可以获得足够小的温差，加工材料的粘度在非圆筒形通道的截面面积中基本均匀。申请人出乎意料地发现了一种方法，通过该方法，聚合物组合物能够通过在非圆筒形通道中的本体聚合来连续制备，同时在相等的流速下，与使用乳液、溶液或悬浮聚合可获得的生产率和转化率相比，保持或改进了生产率和单体转化率。本专利技术提供了用于制备聚合物的连续本体聚合法，包括提供包含至少一种单体的至少一种反应混合物，其中该反应混合物基本上不含溶剂；将反应混合物连续进给到至少一个非圆筒形通道；让单体在该非圆筒形通道中聚合；以及从该非圆筒形通道中连续排出聚合物；其中控制反应混合物的温度，和其中该非圆筒形通道不在反应容器内部。本专利技术的方法涉及用于制备聚合物的连续本体聚合法。所谓“本体聚合”这里是指单体转化为聚合物不借助溶剂。所谓“溶剂”这里是指除了单体以外的，溶解单体以形成溶液的物质。连续本体聚合在非圆筒形通道中进行。所谓“非圆筒形”这里是指与圆筒形状相比，对于既定长度，反应剂和温度控制介质以更大的表面积接触的任何形状。在反应混合物和温度控制介质之间的较大接触面积提供了改进的温度控制和较高的除热能力，这能够将温度控制介质控制在所需工艺温度上下几度的范围内。因此，可以控制反应混合物的温度，使得整个反应混合物温度是实质上均匀的，从而避免了在非圆筒形通道壁附近的高粘度，以及与这种高粘度有关的减低的流速和高反压力。由本专利技术提供的另一优点是该方法不需要使用反应容器。所谓“反应容器”是指在其中发生聚合反应的容器，比如通常用于聚合方法的罐。如上所述，其它方法在含有板翅式换热器的普通反应容器中进行本体聚合。本专利技术的非圆筒形通道不是在反应容器的内部。申请人已经发现，他们的专利技术的热传递能力使得不需要反应容器。整个聚合方法能够在非圆筒形通道内进行。如果需要，在非圆筒形通道之前或之后使用反应容器。然而，因为反应容器的成本能够是极高的，所以在聚合方法中省去它们提供了显著的成本节约。在连续本体聚合方法过程中，将反应混合物连续进给到该非圆筒形通道，在其中反应，形成聚合物(其从非圆筒形通道中连续排出)。在聚合过程中控制反应混合物的温度。优选地，连续控制反应温度。该方法可以在任何温度下操作。温度一般是0-350℃，优选150-250℃，更优选180-240℃。使用温度控制介质来控制工艺温度。该温度控制介质可以是固体，气体或液体。典型的气体介质例如可以是空气。液体介质例如可以是水，盐水，或二醇溶剂，比如乙二醇，二甘醇，丙二醇，二丙二醇，热固性油，硅油等。固体介质例如可以是电热金属板。优选的是，温度控制介质是液体。在本专利技术的一个实施方案中，反应混合物的温度通过使该非圆筒形通道的内表面接触反应混合物，同时使该非圆筒形通道的外表面接触温度控制介质来控制。该非圆筒形通道可以通过本领域已知的方法浸渍在温度控制介质中，比如简单接触空气，将它们放入强制通风烘箱，或将它们置于含有液体或固体温度控制介质的浴中。在本专利技术的优选实施方案中，该非圆筒形通道与含有温度控制介质的另一通道在传热上接近。所谓“在传热上接近”这里是指通道充分靠近在一起，提供了用于控制单体聚合的充分的供热和除热。仅仅作为例子，反应混合物温度可以通过将温度控制介质进给到与含有反应混合物的非圆筒形通道交替的非圆筒形通道来控制。所谓“交替”这里是指含有反应混合物的非圆筒形通道紧挨着含有温度控制介质的至少一个通道。含有反应混合物的非圆筒形通道可以与含有温度控制介质的通道具有共同的壁，或者这些通道可以具有单独的壁。优选的是，温度控制介质的流向与反应混合物的流向相反。非圆筒形通道的宽度以及与反应混合物接触的通道表面积应使得在反应混合物和非圆筒形通道的表面之间发生充分的传热，以控制聚合。非圆筒形通道的适合的横截面形状例如包括卵圆形，椭圆形，正方形，长方形，三角形和多角形。该非圆筒形通道由适合于形成非圆筒形形状和能够由温度控制介质提供充分的传热的任何材料制成。此类材料例如包括塑料比如聚碳酸酯和聚丙烯，304和306型不锈钢；钛，蒙乃尔铜镍合金，Incoloy 825，Hastelloy C，磷青铜和铜镍合金。另外，接触反应混合物的非圆筒形通道的部分可以用比如石墨或聚四氟乙烯的材料涂敷以有助于流动。在本专利技术的一个实施方案中，使用一个以上的非圆筒形通道。在该实施方案中，非圆筒形通道可以具有相同或不同的长度，以及可以串联或并联操作。各非圆筒形通道可以在不同的反应条件下，比如在不同的温度或压力条件下运行。将反应混合物进给到非圆筒形通道，并且以足够聚合单体的速率流经该非圆筒形通道。反应混合物在非圆筒形通道中的停留时间一般低于30分钟，优选低于20分钟。可以根据在非圆筒形通本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制备聚合物的连续本体聚合方法，包括：提供包含至少一种单体的至少一种反应混合物，其中该反应混合物基本上不含溶剂；将该反应混合物连续进给到至少一个非圆筒形通道；将该单体在非圆筒形通道中聚合；和从非圆筒形通道中 连续排出聚合物；其中控制反应混合物的温度，和其中所述非圆筒形通道不是在反应容器的内部。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DM麦克法登，
申请(专利权)人：罗姆和哈斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]