專利名稱：用于熱分離由熱塑性聚合物和溶劑組成的溶液的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于熱分離由熱塑性聚合物和溶劑組成的溶液的方法，其中該溶劑在高于其臨界點(diǎn)的壓力下進(jìn)行加熱，然后被減壓進(jìn)入一容器中，從而形成富聚合物相和低聚合物相，且其中富聚合物相被供給到第二容器中。
背景技術(shù)：
所列舉的發(fā)明代表了用于從熱塑性塑料材料(特別是彈性體)中熱分離溶劑的現(xiàn)有方法的改進(jìn)。US 3726843公開了一種用于從三元乙丙(EPDM)橡膠中分離烷烴(尤其己烷) 的這類方法。US 6881800公開了一種類似的方法，不同之處在于，US 3726843更加清楚詳細(xì)地說明了熱動力學(xué)狀態(tài)。這些方法基于類似的從己烷中分離聚乙烯或聚丙烯的技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)以產(chǎn)業(yè)規(guī)模使用了相當(dāng)長的時期。
上述方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于這樣的事實(shí)在方法步驟期間，聚合物通常作為熔體或熔融型膏劑以不溶形式存在。這通過在聚合反應(yīng)步驟期間將烷烴添加到單體混合物中而實(shí)現(xiàn)。在某一壓力下，單體以高轉(zhuǎn)化率在己烷中聚合。另外，接著將溶液減壓且使用單個熱交換器或多個熱交換器將溶液間接加熱至某一溫度，其中必須選定壓力以便聚合物在溶劑內(nèi)總是保持很好地可溶解性以避免在熱交換器中形成沉積。在以產(chǎn)業(yè)規(guī)模使用己烷作為溶劑的一個示例中，所需的壓力為約50bar至80bar(壓力計)，所需的溫度為220°C至240°C。此刻在分離器內(nèi)對溶劑進(jìn)行閃蒸以實(shí)現(xiàn)20bar至30bar的壓力，其中，在略微超出臨界的范圍內(nèi)，形成了含有聚合物的相和較輕的低聚物的相。然后這些相可利用其密度上的差異而被分離。在該壓力躍變中溫度下降是最小的，因?yàn)樵诔R界范圍內(nèi)不存在汽化焓。因此，所分離的低聚合物相的熱可用于加熱離析物，這代表了在方法技術(shù)方面的主要優(yōu)點(diǎn)。在靜態(tài)閃蒸容器中，所產(chǎn)生的富聚合物相進(jìn)一步進(jìn)行閃蒸至Ibar (壓力計)至IObar (壓力計)之間的壓力，其中，選定壓力從而使閃蒸盡可能完整，然而，同時含有聚合物的底部殘留物以熔體的形式留下。底部殘留物可通過聚合物泵或閥被供給至排氣式壓出機(jī)或排氣式捏合機(jī)， 在該排氣式壓出機(jī)或排氣式捏合機(jī)內(nèi)部任何殘留的溶劑 和單體殘留物可在絕對真空或部分真空下被除去。
對于上述操作方法，必須具有足夠的焓梯度，從而在閃蒸后聚合物以熔體的形式殘留在兩個分離器內(nèi)或脫氣裝置的吸氣處。該方面限制了所述方法，因?yàn)樵S多聚合物在設(shè)定熱分解前具有低于220°C至240°C范圍內(nèi)的最大溫度?？上氲绞褂玫头肿尤軇┗蛘呤褂脝误w作為溶劑(在聚合物在單體中具有受限溶解度的情況下)；然而，在該情況下，閃蒸階段導(dǎo)致溫度遠(yuǎn)低于熔點(diǎn)溫度。該問題尤其為采用苯乙烯或聚丁二烯導(dǎo)致的問題。盡管聚丁二烯不是熱塑性材料，但是，聚丁二烯在非常受限的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)同熔體一樣。此外，隨著增加的分子量和共聚物，熔點(diǎn)增加。這導(dǎo)致在脫氣裝置內(nèi)部高轉(zhuǎn)矩、細(xì)小顆粒的形成、和更高分子量的EMPDM降低的性能。
現(xiàn)有方法的另一缺點(diǎn)在于富含聚合物的底部殘留物通過重量分析從閃蒸容器中去除的事實(shí)。如果底部殘留物的粘度極其高，則流的壓力損失導(dǎo)致引起底部殘留物的強(qiáng)空穴現(xiàn)象的壓力。這使供給泵的傳送功率受到有效地限制。在高分子產(chǎn)物中，可觀察到閃蒸容器下游的脫氣裝置遭受與操作相關(guān)的問題，因?yàn)橛捎趬毫S變，來自閃蒸容器的底部殘留物的溫度下降，且產(chǎn)物趨向于固化。然后，產(chǎn)物通過軸被粉碎成顆粒，該顆?？勺枞羝欧殴艿?。由于這樣的事實(shí)，即利用高分子產(chǎn)物，脫氣裝置的加熱壁的熱交換特別差，因此需要相當(dāng)大的容積以加熱聚合物顆粒達(dá)到塑化范圍之上，在塑化點(diǎn)時，軸通過機(jī)械能產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)矩用于加熱產(chǎn)物。這樣，脫氣裝置的脫氣能力大大降低，尤其在大型設(shè)備中，因?yàn)楸砻娣e與容積的比率日益變得不適合更大的設(shè)備尺寸。此外，盡管顆粒具有大的表面，但是其不能夠動態(tài)地改變其表面積，在熔體內(nèi)部通常就是這樣。這進(jìn)一步限制了脫氣能力。發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的
本發(fā)明的目的在于改進(jìn)在高分子產(chǎn)物和熱敏性聚合物中從溶劑熱分離聚合物的方法，該方法與現(xiàn)有方法相比，具有更高的分子量、脫氣裝置內(nèi)部較少的細(xì)顆粒形成、更高的能力、在脫氣裝置的產(chǎn)物中不期望的揮發(fā)性物質(zhì)的更低殘留量、和更低的能量消耗。
技術(shù)方案
通過以下實(shí)現(xiàn)該目的
a)在進(jìn)入第二容器時的壓力躍變導(dǎo)致在第二容器中的熱閃蒸反應(yīng)，重相的聚合物含量增加到至少70%，尤其超過80% ；以及
b)所得到的富含聚合物的溶液被供給，尤其被分布在攪拌機(jī)軸的長度的至少一部分上，該攪拌機(jī)軸在所述第二容器空間內(nèi)且通過機(jī)械捏合能加熱聚合物組分，產(chǎn)生的效應(yīng)為聚合物含量增加到大于70%，尤其大于90%。
為了改進(jìn)上述的方法，根據(jù)本發(fā)明提出了利用混合機(jī)取代閃蒸容器，例如該混合機(jī)具有水平的捏合機(jī)。閃蒸溶液或懸浮液沿著捏合機(jī)的長度分配在熱床上，且捏合進(jìn)入所述熱床。所述分配和捏合可通過單個進(jìn)料位置或多個進(jìn)料位置而執(zhí)行。
至于方法技術(shù)，使物質(zhì)捏合進(jìn)入捏合床中被稱為再轉(zhuǎn)換。再轉(zhuǎn)換允許攪拌床比所供給的材料流具有更高的溫度或更低的溶劑濃度。用于額外的蒸發(fā)能力所需的能量通過借助捏合軸而分散的功率利用捏合能被供給。產(chǎn)物空間類似于其替代的閃蒸容器，在正壓力下操作以通過增加的密度來限制蒸汽廢氣的速度。
然而，由于捏合機(jī)能夠通過強(qiáng)制運(yùn)輸而高效地排放極其粘的產(chǎn)物，因此對于現(xiàn)有方法所遭受(供給排出泵)的對于出料的限制被忽略。該出料通過攪拌機(jī)軸或捏合機(jī)軸和/ 或固定裝置的幾何形狀而實(shí)現(xiàn)，其中所述固定裝置提供出料泵或出料螺桿。
出料螺桿可具有設(shè)置在其下游的泵(例如，齒輪形的泵)以更好地控制出料量。因?yàn)楫a(chǎn)生的任何泡沫被捏合進(jìn)入材料中且從而被機(jī)械破壞，因此捏合過程改善了從所蒸發(fā)的揮發(fā)性材料中分離出底部殘留物，由于較高的溫度，底部殘留物的溶劑平衡變換以適合更高的固態(tài)物質(zhì)含量。這樣，該方法階段的分離能力增加且隨后進(jìn)行的脫氣階段的負(fù)載減少。
因?yàn)楫a(chǎn)物被供給有更多余熱，因此還減少了在脫氣階段的功率消耗。該余熱導(dǎo)致在脫氣裝置的進(jìn)入?yún)^(qū)進(jìn)行更有效的脫氣，以及從而利用相同的能量輸入而得到更好的脫氣能力。根據(jù)本發(fā)明選定較高的進(jìn)料溫度，從而脫氣裝置內(nèi)的產(chǎn)物不會固化，進(jìn)而避免產(chǎn)物的造粒。因此，與靜態(tài)閃蒸容器相比，脫氣裝置的必要尺寸可大幅度減少，其補(bǔ)償了與閃蒸捏合機(jī)關(guān)聯(lián)地產(chǎn)生的額外投資成本。
該方法的一個變型設(shè)置為在脫氣裝置的長度上供給一種液體汽提劑。選定脫氣裝置內(nèi)的壓力以便汽提劑蒸發(fā)，通過形成氣泡而增強(qiáng)材料交換，以及所得到的汽提氣體導(dǎo)致其他揮發(fā)性物質(zhì)的較低分壓。根據(jù)本發(fā)明，被供給的汽提劑的量可被選定以便維持聚合物熔體的特定溫度。這允許以任何期望的方式調(diào)整在脫氣裝置內(nèi)部的停留時間，因?yàn)榫酆衔锊豢赡苓^熱。根據(jù)本發(fā)明的步驟，大大減少任何不需要的揮發(fā)性物質(zhì)的殘留量，和/或大大增加了脫氣裝置的排氣量。


從下面優(yōu)選實(shí)施方式的描述以及基于附圖，本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)、特征和細(xì)節(jié)變得更清晰。示出
圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法的示意性框圖2為根據(jù)本發(fā)明的方法的示意性框圖。
具體實(shí)施方式
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，如在圖1所看到的，將單體和溶劑引入到攪拌罐I中，在該攪拌罐內(nèi)部發(fā)生聚合反應(yīng)。利用泵2，該溶液穿過熱交換器3和閥4、通過閃蒸噴嘴達(dá)到高壓分離器5。在該高壓分離器5內(nèi)將溶液加熱到超過溶劑臨界點(diǎn)(S卩，當(dāng)不再有任何氣相時的點(diǎn)，當(dāng)沒有什么要蒸發(fā)時的點(diǎn))，且產(chǎn)生了富聚合物相和低聚合物相。該溶劑和低聚物相返回到攪 拌罐I中用于聚合反應(yīng)。
富聚合物相依次通過閃蒸噴嘴和閥6被送入低壓分離器7，該富聚合物相沒有被攪拌。各自地，溶液從低壓分離器7到達(dá)終結(jié)機(jī)(finisher)，或者溶劑從低壓分離器7到達(dá)冷凝器。
本發(fā)明提供了利用捏合混合機(jī)8代替根據(jù)圖2的低壓分離器7。例如，在DE 591 06 245. 3、DE 592 03 529. 8/DE 596 08 462. 5、DE 596 00 991. 7、DE 500 12557. O、DE 101 20 391. 8, DE 101 50 900. 6, DE 101 60 535. 8 和 DE 195 33 693. 3 中公開了對應(yīng)的捏合混合機(jī)。所述捏合混合機(jī)可具有一個軸或兩個軸，可平行旋轉(zhuǎn)或反向旋轉(zhuǎn)或者以不同速度操作。
在不同進(jìn)料位置5處富聚合物相被供給到捏合混合機(jī)8中，該不同進(jìn)料位置用附圖標(biāo)記9. 1,9. 2和9. 3表示。這些進(jìn)料位置在單個或多個攪拌機(jī)軸和/或捏合機(jī)軸的長度上分布。所述攪拌機(jī)軸和/或捏合機(jī)軸沒有進(jìn)一步詳細(xì)地顯示；然而，這些軸水平地或傾斜地設(shè)置，且主動地將聚合物組分輸送到出料裝置10以便可能處理更高的粘度。
產(chǎn)物從出料裝置10到達(dá)終結(jié)機(jī)(finisher) 11，該終結(jié)機(jī)也可為水平設(shè)置地強(qiáng)力混合機(jī)。在終結(jié)機(jī)11內(nèi)部，調(diào)整壓力躍變后的進(jìn)料溫度以便聚合物熔體維持在固化范圍上。此外，本發(fā)明提供了一種特別是在單個進(jìn)料位置或在多個進(jìn)料位置待添加到終結(jié)機(jī)中的液體汽提劑，以便在容器空間內(nèi)，在調(diào)整的壓力下，汽提劑蒸發(fā)，借此規(guī)定量的汽提劑相應(yīng)地用于調(diào)整聚合物組分的溫度。通過降低分壓力和改善材料交換，可顯著地減少不需要的揮發(fā)性物質(zhì)的任何可實(shí)現(xiàn)的含量。
然后聚合物組分通過進(jìn)一步出料裝置12到達(dá)下一個處理站(這里未示出)。
附圖標(biāo)記列表
權(quán)利要求
1.一種用于在壓力下熱分離由熱塑性聚合物和溶劑組成的溶液的方法，其中該溶劑被加熱至高于所述溶劑的臨界點(diǎn)且此后在容器(5)內(nèi)進(jìn)行閃蒸，從而形成富聚合物相和低聚合物相，其中，所述富聚合物相被供給到第二容器(8 )，其中 a)在進(jìn)入所述第二容器(8)時的壓力躍變導(dǎo)致在所述第二容器(8)中的熱閃蒸，重相的聚合物含量增加到至少70%，尤其超過80% ;和 b)所得到的富含聚合物的溶液被供給，尤其是被分配在在攪拌機(jī)軸的長度的至少一部分上，所述攪拌機(jī)軸在所述第二容器的空間內(nèi)且通過機(jī)械捏合能加熱聚合物組分，產(chǎn)生的效應(yīng)為聚合物含量增加到大于70%，尤其是大于90%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在單一進(jìn)料位置或多個進(jìn)料位置發(fā)生在所述第二容器(8)內(nèi)的再轉(zhuǎn)換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，通過調(diào)整所述第二容器(8)內(nèi)部的攪拌機(jī)軸和/或捏合機(jī)軸的速度和/或轉(zhuǎn)矩而使所述聚合物組分的溫度維持在高于固化范圍，和/或使壓力和/或接觸熱維持在高于固化范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的方法，其特征在于，所述攪拌機(jī)軸和/或捏合機(jī)軸主動地將所述聚合物組分輸送至出料裝置(10)，由此能夠處理更高的粘度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項所述的方法，其特征在于，在后續(xù)的終結(jié)機(jī)(II)中，調(diào)整進(jìn)料溫度從而在壓力躍變后，所述聚合物組分維持在高于固化范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在所述終結(jié)機(jī)(11)內(nèi)部，在單個進(jìn)料位置或多個進(jìn)料位置處添加液體汽提劑，從而通過在所述容器的空間內(nèi)調(diào)整的壓力，該汽提劑蒸發(fā)且因此通過規(guī)定量的汽提劑來調(diào)整聚合物組分的溫度，并且通過降低分壓力和改善材料交換，顯著地減少不需要的揮發(fā)性物質(zhì)的任何可實(shí)現(xiàn)的含量。
全文摘要
在用于熱分離由熱塑性聚合物和溶劑組成的溶液的方法中，其中在高于該溶劑的臨界點(diǎn)的壓力下加熱所述溶劑，然后使該溶劑減壓進(jìn)入容器(5)中以形成富聚合物相和低聚合物相，所述富聚合物相被供給到第二容器(8)，a)在進(jìn)入第二容器(8)時的壓力躍變應(yīng)導(dǎo)致在第二容器(8)中的熱閃蒸反應(yīng)，重相的聚合物含量上升到至少70%，尤其超過80%；和，b)所得到的富含聚合物的溶液被供給-尤其被分布在攪拌機(jī)軸的長度的至少一部分上，該攪拌機(jī)軸在相同的容器空間內(nèi)且通過機(jī)械捏合能加熱聚合物組分，產(chǎn)生的作用為該聚合物含量增加到大于70%，尤其大于90%。
文檔編號C08F6/12GK103003317SQ201180032496
公開日2013年3月27日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者丹尼爾·維特, 托馬斯·伊森施密德, 曼紐爾·斯泰納 申請人:利斯特股份公司