專利名稱：從聚合物溶液中除去溶劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從聚合物溶液中除去溶劑的方法。特別是本發(fā)明涉及一種從彈性聚合物溶液中除去溶劑的方法，該溶液的聚合物含量為至少重量20%。
一般來說，處理聚合物溶液以便將溶劑從其中除去，并得到聚合物顆粒，包括兩個階段。在第一階段中，已將該溶劑大部分除去而得到一種比較粘稠的溶液，將此溶液送進一個脫氣裝置，該裝置包含有一個或兩個螺桿和幾個排列在該螺桿周圍的開口以便使汽化的溶劑逸出。
第一階段可以在一個反應(yīng)器中進行，或同樣在一個在端部的螺桿中進行。在兩種情況下，引起的問題都不單只和用于兩個階段的系統(tǒng)之間的液流控制有關(guān)，而且和在兩個系統(tǒng)之間該聚合物溶液的傳送有關(guān)，特別在處理高粘性的彈性聚合物溶液時尤其如此。
用兩階段的系統(tǒng)時，亦觀察到所形成的聚合物的熱穩(wěn)定性較差。要記住，在螺桿中產(chǎn)生很多死區(qū)并且該聚合物在該擠出裝置中的滯留時間很長。
而且當用常規(guī)裝置處理橡膠類型的彈性聚合物溶液、并在水中成粒時，在模頭的位置可觀察到橡膠的交聯(lián)作用。后者是由于在這類型成粒作用中模頭的上游產(chǎn)生的壓力降所引起的高溫所致。
對于處理這些彈性聚合物溶液還有一項要求，就是要產(chǎn)生一種殘余揮發(fā)性化合物含量盡可能低的組成，然而，用通常的兩階段方法，結(jié)果所得殘余物含量被局限在約為重量0.5%，要記住在第二階段中所使用的螺桿尺寸是很小的。
因此理想的是要有一種以單階段將溶劑從一種橡膠或非橡膠性質(zhì)的彈性聚合物溶液中除去的一種方法，直至殘余揮發(fā)性化合物的含量少于重量0.1%。
在應(yīng)用本發(fā)明的時候，術(shù)語“彈性聚合物”表示一種至少含有重量15%的一種彈性聚合體，和由熱塑性樹脂組成其余部分的聚合物。
本發(fā)明的目的是一種新的單階段方法，該方法用于從一種至少含有20%的彈性聚合體的彈性聚合物溶液中除去溶劑，此方法可以避免上面所提到的缺點。
本發(fā)明的另一目的是一種新的單階段方法，該方法可以從彈性聚合物溶液中除去溶劑，達到殘余揮發(fā)性化合物的含量少于重量0.1%。
本發(fā)明的方法是用于以單階段從含有至少20%彈性聚合物的彈性聚合物溶液中除去溶劑，其特征在于包括以下步驟向為一個螺桿進料的進料斗中輸進經(jīng)事前加熱至150°到200℃之間、并將壓力控制在高于該溶劑沸騰壓力條件的一種彈性聚合物溶液;
在進料區(qū)產(chǎn)生一種減壓作用;
利用所產(chǎn)生的減壓作用，通過位于進料斗后邊的排氣區(qū)除去80至95%的溶劑，同時使該彈性聚合物溶液向前移動;
將該聚合物溶液再加熱至150°至200℃;
除去位于該進料斗前方排氣區(qū)內(nèi)的剩余溶劑;
可適當?shù)卦诟髋艢鈪^(qū)之間注入其量為占該聚合物0.5至2%重量的水，以促進溶劑的除去。
將不含溶劑的彈性聚合物料團通過一個模頭;
在緊接在該模頭后面的一個成粒機中將聚合物切粒;
本發(fā)明的方法是通過將彈性聚合物溶液輸進到為一個螺桿進料的料斗中來實行。
本發(fā)明所處理的彈性聚合物可以是一種具有橡膠或熱塑性質(zhì)的彈性聚合物。為此目的，有可能處理丁二烯和異戊二烯聚合物，或在大多數(shù)情況下處理具有橡膠性質(zhì)的共聚物，這些共聚物是由乙烯基-芳香基單體和共軛二烯，例如苯乙烯和丁二烯或苯乙烯和異戊二烯的共聚物所組成，其中共軛二烯單體的比例至少為重量15%。當本發(fā)明的方法應(yīng)用于具有熱塑性質(zhì)的彈性聚合物時，在大多數(shù)情況下這些是苯乙烯和共軛二烯的嵌段共聚物，其中具有高含量的苯乙烯。很明顯，本發(fā)明的方法亦適用于乙烯基-芳香基/共軛二烯嵌段共聚物類型的彈性聚合物，并且其中共軛二烯部分是部分或全部被氫化。
這些聚合物是通過在溶液中的相應(yīng)的起始單體的聚合反應(yīng)而生成。該等聚合物或共聚物的形式是在該聚合反應(yīng)的溶劑之中的一種溶液，大多數(shù)情況下溶劑是鏈烷烴，環(huán)烷烴或芳香烴。環(huán)己烷，戊烷，己烷，環(huán)戊烷，異辛烷，苯，甲苯或己烷和環(huán)己烷的混合物可以特別提及作為合適的溶劑例子。在該溶中聚合物的含量一般在重量20至60%之間。
申請本專利的公司現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，有可能通過單階段處理將該溶劑除去，達到殘余溶劑含量等于或少于0.1%。
申請本專利的公司亦發(fā)現(xiàn)，需要通過位于進料斗后邊的一個排氣口除去大部分的該溶劑，即該溶劑的80至95%。
意外發(fā)現(xiàn)，在使用此方法時用螺桿不單只使聚合物料團繼續(xù)自由移動，而且溶劑容易除去，因為向著螺桿后部的通道沒有受到任何阻凝。
這種后部排氣是通過將溶液預(yù)熱到150-200℃和在螺桿的進料區(qū)產(chǎn)生一種低壓來實現(xiàn)。此種低壓是通過位于輸料到螺桿的管線上的控制閥來調(diào)節(jié)。
除去溶劑具有使聚合物溶液溫度大幅度下降的作用。
本專利申請公司已發(fā)現(xiàn)，為了在后繼的各排氣區(qū)中得到除去溶劑的良好效能，需要將聚合物溶液再加熱至150°-200℃，熱量的輸入是通過將螺桿外筒加熱至180°-250℃，或是給螺桿加上能產(chǎn)生剪切力的部件，或者是聯(lián)合使用各種手段。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)若該聚合物溶液沒熱至足夠的溫度，0.1%數(shù)量級的殘余物含量水平是達不到的。
殘余溶劑按序通過各排氣區(qū)而被逐步除去，與聚合物料團在螺桿中的向前移動是同步的。
這些排氣區(qū)的壓力通常處在低于或等于大氣壓的條件下。真空度是隨著聚合物溶液在螺桿中的前進而逐步增加。使得壓力從大氣壓變化到在螺桿末端的約5毫巴。這些脫氣區(qū)的數(shù)目一般為3至5個，取決于要除去的溶劑的量。
在每個脫氣區(qū)之間都可以裝有供水裝置，以便促進該溶劑的除去。一般來說，輸進到聚合物料團的水量為基于該聚合物重量的0.5-2%。
如上述所指明，各脫氣區(qū)的壓力都不同;為避免抽吸現(xiàn)象，一般在脫氣區(qū)之間的螺桿部位來用封閉部件。這些裝置一般由左旋轉(zhuǎn)螺桿部件組成。在進水位置的后面也放置一個這類型的部件，因為這樣還可以產(chǎn)生密切的混合作用。
申請本專利的公司亦意外地發(fā)現(xiàn)，成粒條件十分重要。因此，在通常的水下成粒機中，壓力降太大，并且觀察到聚合物的交聯(lián)作用，這是十分不利的。
申請本專利的公司發(fā)現(xiàn)，通過使用一種容許模頭安裝于緊接于螺桿下游的成粒機，有可能減少死區(qū)并減小壓力降以使得該產(chǎn)品的溫度限制在該聚合物的交聯(lián)溫度以下。亦不必要在水下切割該聚合物。這是本發(fā)明的方法中無可置疑的一個優(yōu)點。
申請本專利的公司亦發(fā)現(xiàn)，螺桿必須以每分鐘100至300轉(zhuǎn)的速率運轉(zhuǎn)，以使得到良好的脫揮發(fā)成分作用。一般情況此速率在每分鐘150至250轉(zhuǎn)之間。
根據(jù)本發(fā)明的方法，以一種單階段操作能成功地將大量溶劑從一種彈性聚合物溶液中除去而不會產(chǎn)生任何使螺桿卡住和堵塞的問題。
很明顯，本發(fā)明特別涉及彈性聚合物溶液的處理，但它亦可應(yīng)用于在一種溶劑中的溶液形式的任何類型聚合物。
本發(fā)明的方法可通過附圖
來說明，圖中示出從一種含有至少20%聚合物的聚合物溶液中除去溶劑的一種擠出機。
將該聚合物溶液輸進裝有一種雙螺桿(14)的一種擠出機(12)的進料斗(10)中。
該擠出機內(nèi)的壓力和進料速率是通過控制閥(16)來控制。
該擠出機包括一個后排氣區(qū)(18)，通過它將大部分溶劑除去。通過螺桿(14)將料團向前推進。為了將殘余的溶劑除去，在該擠出機(12)上安裝了若干個排氣區(qū)(20)。在各該排氣區(qū)之間，安裝有裝置(22)，用于輸進一種液體，一般是水，以促進溶劑的除去。
用此方法除去溶劑的該聚合物料團通過模頭(24)被成粒機(26)切成顆粒。
下面的實例是為了更好地闡明本發(fā)明，但并不限制其范圍。
實例1在丁二烯和苯乙烯進行該種溶液聚合反應(yīng)以后，回收到一種含有38%的星狀苯乙烯-丁二烯共聚物的環(huán)己烷溶液，該苯乙烯-丁二烯共聚物含苯乙烯40%。
此溶液在170℃溫度以75千克/小時的速率輸進一臺雙螺桿擠出機(WP型ZSK-57)的進料斗。其壓力是通過位于進料管線上的閥內(nèi)來調(diào)節(jié)。此擠出機有一個位于進料斗后邊的排氣區(qū)和三個位于此料斗前方的排氣區(qū)。模頭和成粒機緊接安裝在該螺桿的下游。
應(yīng)用下面的操作條件后區(qū)800毫巴前方第一區(qū)800毫巴前方第二區(qū)80毫巴前方第三區(qū)10毫巴旋轉(zhuǎn)速率230轉(zhuǎn)/分鐘在最未兩個排氣區(qū)以前將水注入，其比率為基于聚合物重量10%的水。
溶劑的回收比率在后區(qū)為92%，在前邊的第1和第2區(qū)均為3%，并在最末一區(qū)為2%。揮發(fā)物的最后含量為重量0.1%。
成粒以前的壓力為15巴，成粒以前的物料溫度為195℃。
聚合物完全成粒而不需要在水下切割。
實例2在丁二烯和苯乙烯進行該種溶液聚合反應(yīng)以后，回收到一種含有38%的苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的環(huán)己烷溶液，該苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物含苯乙烯75%。
將此溶液在165℃溫度以80千克/小時的速率輸進一臺雙螺桿擠出機(WP型-ZSK-57)的進料斗。其壓力通過位于進料管線上的閥門來調(diào)節(jié)。此擠出機有一個位于進料斗后邊的排氣區(qū)和三個位于此料斗前方的排氣區(qū)。模頭和成粒機緊接安裝在螺桿的下游。
應(yīng)用下面的操作條件在該等排氣區(qū)的真空度后區(qū)800毫巴前方第一區(qū)800毫巴前方第二區(qū)80毫巴前方第三區(qū)7毫巴旋轉(zhuǎn)速率270轉(zhuǎn)/分鐘在最末兩個排氣區(qū)之前將水注入，其比率為基于聚合物重量1%的水。
該溶劑的回收比率在后區(qū)為89%，在前方的第1區(qū)和第2區(qū)為3%和6%，以及最末一區(qū)為2%。揮發(fā)物的最后含量為重量0.1%。
成粒前的壓力為15巴，成粒前的物料溫度為192℃。
聚合物完全成粒，不需要采用水下切割。
實例3在異戊二烯和苯乙烯的該種溶液聚合物反應(yīng)以后，回收到一種含38%。苯乙烯-異戊二烯嵌段共聚物的環(huán)己烷溶液，該苯乙烯-異戊二烯嵌段共聚物含15%的苯乙烯。
將此溶液在160℃溫度以50千克/小時的速率輸進一臺雙螺桿擠出機(WP型ZSK-57)的進料斗。其壓力是通過位于進料管線上的閥門來調(diào)節(jié)。此擠出機有一個位于進料斗后邊的排氣區(qū)和三個位于此料斗前方的排氣區(qū)。模頭和成粒機緊接安裝在該螺桿的下游。
應(yīng)用下面的操作條件后區(qū)800毫巴前方第一區(qū)600毫巴前方第二區(qū)60毫巴前方第三區(qū)9毫巴旋轉(zhuǎn)速率220轉(zhuǎn)/分鐘在最末兩個排氣區(qū)之前將水注入，其比率為基于聚合物重量1%的水。
該溶劑的回收比率在后區(qū)為89%，在前方的第1和第2區(qū)分別為4%和6%。在最未一區(qū)為1%。揮發(fā)物的最后含量為重量0.1%。
成粒以前的壓力為8巴，成粒以前的物料溫度為180℃。
該聚合物成粒完全，不需要采取在水下切割。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明是一種在一個單一的階段中，從至少含有20%彈性聚合物的一種彈性聚合物溶液中除去溶劑的方法，其特征在于包括如下步驟向進料到一個螺桿的料斗中輸進經(jīng)事先加熱到150-200℃之間，在受控的高于該溶劑的沸騰壓力的壓力條件下的該種彈性聚合物溶液；在進料區(qū)造成一種減壓條件；用所產(chǎn)生的減壓條件，通過位于該進料斗后邊的排氣區(qū)除去80%至95%的該種溶劑，同時使該彈性聚物溶液向前移動；將該聚合物溶液再加熱到150℃至200℃；在位于該進料斗前方的各排氣區(qū)除去剩余的溶劑；可適當?shù)卦诟髋艢鈪^(qū)之間注入其量占聚合物重量0.5%至2%的水，以促進溶劑的除去；將不含溶劑的彈性聚合物料團通過一個模頭；在緊接在該模頭后面的一臺成粒機中將該聚合物切粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于該溶劑是從彈性聚合物溶液中除去，該彈性聚合物是選自丁二烯和異戊二烯的均聚物以及乙烯基-芳香基和共軛二烯的共聚物，并且其中共軛二烯組分已被氫化，或者是另一情況，即具體是苯乙烯-丁二烯和苯乙烯-異戊二烯的嵌段共聚物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2的方法，其特征在于將已經(jīng)失去了80至95%溶劑的該聚合物溶液通過將該螺桿一外筒加熱到180°至250℃之間和/或向該螺桿加上產(chǎn)生剪切力的部件進行再加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任何一項的方法，其特征在于在該螺桿中的絕對壓力是隨著該聚合物溶液在該螺桿中前進而從大氣壓力下降至5毫巴。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任何一項的方法，其特征在于該螺桿包含有3至5個脫氣區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任何一項的方法，其特征是該螺桿的旋轉(zhuǎn)速率在每分鐘100到300轉(zhuǎn)之間，最好在每分鐘150至250轉(zhuǎn)之間。
全文摘要
從一種至少含20％彈性聚合物的溶液中除去溶劑的單階段方法，包括向螺桿的進料斗加進150-200℃、壓力控制在足以使其保持液態(tài)的上述溶液；使進料區(qū)減壓，通過后排氣區(qū)除去80-95％的溶劑，同時使溶液向前移動；交溶液再熱至150-200℃；在其后各排氣區(qū)除去剩余溶劑；選擇地在排氣區(qū)之間注進0.5-2.0％的水；將無溶劑聚合物通過一個模頭并切粒。
文檔編號C08F2/04GK1035832SQ88101509
公開日1989年9月27日 申請日期1988年3月16日 優(yōu)先權(quán)日1987年3月16日
發(fā)明者讓·瑪麗·馬塞爾·紀堯姆·納沃 申請人:拉博菲納公司