一種聚碳酸酯的合成工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種聚碳酸酯的合成工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]聚碳酸酯(簡稱PC)是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根據(jù)酯基的結(jié)構(gòu)可分為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多種類型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的機(jī)械性能較低，從而限制了其在工程塑料方面的應(yīng)用。目前僅有芳香族聚碳酸酯獲得了工業(yè)化生產(chǎn)。由于聚碳酸酯結(jié)構(gòu)上的特殊性，現(xiàn)已成為五大工程塑料中增長速度最快的通用工程塑料。
[0003]由于傳統(tǒng)的聚碳酸酯合成工藝比較成熟，目前仍被廣泛使用中，如熔融狀態(tài)下利用異山梨醇與碳酸二酯酯化反應(yīng)，之后再通過預(yù)聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)得到成品的聚碳酸酯，這種工藝雖然聚碳酸酯的產(chǎn)率較高，但是其合成反應(yīng)的時間長、耗能大。同時，由于熔融酯交換工藝在高溫和高黏度下進(jìn)行，副反應(yīng)較多，影響產(chǎn)品的顏色和質(zhì)量，而產(chǎn)生的副反應(yīng)使催化劑選擇變得尤為重要，而且為了消除催化劑對熱穩(wěn)定性和色穩(wěn)定性的影響，需要增加一個催化劑猝滅步驟，這將增加工藝難度，阻礙熔融酯交換供應(yīng)的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種反應(yīng)速率快、轉(zhuǎn)化率大的聚碳酸酯的合成工藝。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案:一種聚碳酸酯的合成工藝，包括以下步驟:S1.原料混合階段，使熔融后的異山梨醇與碳酸二酯在原料混合罐內(nèi)攪拌均勻混合；S2.酯交換反應(yīng)階段，位于原料混合罐之后，將一個塔式反應(yīng)器作為酯交換反應(yīng)器，可連續(xù)地除去釋放的羥基芳基反應(yīng)產(chǎn)物；S3.預(yù)聚反應(yīng)階段，酯交換反應(yīng)器之后有一個釜式的預(yù)縮聚反應(yīng)器，并且在其內(nèi)生成預(yù)聚產(chǎn)物，同時連續(xù)除去釋放的羥基芳基反應(yīng)產(chǎn)物；S4.縮聚反應(yīng)階段，位于預(yù)聚反應(yīng)器之后，有一臺帶有液壓驅(qū)動的臥式圓盤縮聚反應(yīng)器，對預(yù)縮聚反應(yīng)物進(jìn)行微波處理使其縮聚成聚碳酸酯熔體。
[0006]作為優(yōu)選，SI中所述的碳酸二酯為碳酸二苯酯。
[0007]作為優(yōu)選，該微波的頻率為2000MHZ?2500MHZ，反應(yīng)持續(xù)的時間控制于0.5?I小時。
[0008]作為優(yōu)選，為使羥基的反應(yīng)產(chǎn)物和低聚物脫去，在上述的階段中除原料混合階段之外都配有合適的真空系統(tǒng)，但上述階段和系統(tǒng)都配備冷凝系統(tǒng)和焚燒系統(tǒng)，可處理尾氣。
[0009]作為優(yōu)選，為調(diào)節(jié)在縮聚反應(yīng)產(chǎn)物中OH/芳基碳酸酯的端基比例以及反應(yīng)物的摩爾比，在預(yù)縮聚反應(yīng)之后，有單獨(dú)的一路管道將異山梨醇加入到系統(tǒng)中。
[0010]作為優(yōu)選，向S2步驟中加入由堿金屬脂肪酸鹽或堿金屬脂肪二酸鹽或堿金屬醇鹽中的一種或多種物質(zhì)和芳香族硼酸酯以及芳香族磷酸酯組成的混合型催化劑。
[0011]作為優(yōu)選，堿金屬脂肪酸鹽或堿金屬脂肪二酸鹽0.01至1ppm ;堿金屬醇鹽0.1至20ppm ;芳香族硼酸磷酸酯0.2至lOOppm。
[0012]本發(fā)明具有下述優(yōu)點:在酯交換階段不斷的將釋放的羥基芳基反應(yīng)產(chǎn)物從系統(tǒng)中除去，這樣可以在保留目標(biāo)產(chǎn)物的同時將其他反應(yīng)產(chǎn)物除去，進(jìn)而推動反應(yīng)向正方向進(jìn)行，提高了反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率以及產(chǎn)率，大大提高生產(chǎn)的效率。
[0013]同時，微波能夠加速碳酸二酯和異山梨醇預(yù)聚反應(yīng)產(chǎn)物的縮聚反應(yīng)，主要是由于微波輻射對極性有機(jī)物的選擇性加熱，是微波的“致熱效應(yīng)”，其加熱機(jī)理是極性有機(jī)物質(zhì)在外加電磁場作用下，內(nèi)部介質(zhì)的極化，產(chǎn)生的極化強(qiáng)度矢量落后于電場一個角度矢量，導(dǎo)致與電場相同的電流產(chǎn)生，構(gòu)成物質(zhì)內(nèi)部功率耗散，從而將微波能轉(zhuǎn)化為熱能。再者，微波的熱效應(yīng)還有利于促進(jìn)碳酸二酯和異山梨醇相互滲透，進(jìn)而縮短縮短聚合反應(yīng)的時間，提高反應(yīng)產(chǎn)率。
[0014]再者，為調(diào)節(jié)在縮聚反應(yīng)產(chǎn)物中OH/芳基碳酸酯的端基比例以及反應(yīng)物的摩爾比，在預(yù)縮聚反應(yīng)之后，有單獨(dú)的一路管道將異山梨醇加入到系統(tǒng)中，從而使得最終產(chǎn)物中各聚合物碳鏈的長度較接近，性能也更加的穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0015]圖1為異山梨醇的轉(zhuǎn)化率(α/%)和時間(t/min)的關(guān)系圖。
【具體實施方式】
一種聚碳酸酯的合成工藝，包括以下步驟:第一步、將熔融后的異山梨醇與熔融后的碳酸二酯在原料混合罐內(nèi)攪拌均勻混合；第二步、將原料混合罐總的混合原料加入到酯交換反應(yīng)器中，并連續(xù)地除去釋放的羥基芳基反應(yīng)產(chǎn)物；第三步、將酯交換反應(yīng)器內(nèi)完成酯交換反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物加入到釜式的預(yù)縮聚反應(yīng)器，并且在其內(nèi)生成預(yù)聚產(chǎn)物，同時連續(xù)除去釋放的羥基芳基反應(yīng)產(chǎn)物；第四步、將預(yù)聚反應(yīng)器之后的預(yù)縮聚反應(yīng)物，加入到帶有液壓驅(qū)動的臥式圓盤縮聚反應(yīng)器，對預(yù)縮聚反應(yīng)物進(jìn)行微波處理使其縮聚成聚碳酸酯熔體。
[0016]微波能夠加速碳酸二酯和異山梨醇預(yù)聚反應(yīng)產(chǎn)物的縮聚反應(yīng)，主要是由于微波輻射對極性有機(jī)物的選擇性加熱，是微波的“致熱效應(yīng)”，其加熱機(jī)理是極性有機(jī)物質(zhì)在外加電磁場作用下，內(nèi)部介質(zhì)的極化，產(chǎn)生的極化強(qiáng)度矢量落后于電場一個角度矢量，導(dǎo)致與電場相同的電流產(chǎn)生，構(gòu)成物質(zhì)內(nèi)部功率耗散，從而將微波能轉(zhuǎn)化為熱能。再者，微波的熱效應(yīng)還有利于促進(jìn)碳酸二酯和異山梨醇相互滲透，進(jìn)而縮短縮短聚合反應(yīng)的時間，提高反應(yīng)產(chǎn)率。
[0017]由于此處所選用的碳酸二酯為碳酸二苯酯在作為與異山梨醇進(jìn)行聚合反應(yīng)的原料，而它們在聚合的過程中主要是碳酸二苯酯脫去苯環(huán)和異山梨醇脫去羥基進(jìn)行的酯化縮聚反應(yīng)。
[0018]而異山梨醇的羥基的旋轉(zhuǎn)振動頻率在2130MHZ?2370MHZ之間，而碳酸二苯酯的苯環(huán)的旋轉(zhuǎn)振動頻率在218IMHZ?2130MHZ之間，因此，此處選用的微波的頻率為2130MHZ，這樣微波的頻率和官能團(tuán)的旋轉(zhuǎn)振動頻率相近，更能被官能團(tuán)所吸收，從而觸發(fā)羥基和苯環(huán)的能級躍迀，使得兩者更容易發(fā)生碰撞，進(jìn)而加快異山梨醇和碳酸二苯酯的聚合反應(yīng)。
[0019]再者，從微波頻率為2130MHZ下，異山梨醇的轉(zhuǎn)化率和時間的關(guān)系圖可得，該聚合反應(yīng)于開始階段就以爆發(fā)式進(jìn)行，無恒速階段，而傳統(tǒng)聚合反應(yīng)需要經(jīng)過三個階段(加速階段、恒速階段、減速階段)才完成。因此，微波處理處理式的聚合反應(yīng)大大超遠(yuǎn)了傳統(tǒng)加熱方式聚合的反應(yīng)速率。而異山梨醇在上述頻率的微波處理下持續(xù)時間至43min時，轉(zhuǎn)化率就已經(jīng)達(dá)到了 94%，而之后就逐漸趨于水平，大大提高了聚合的效率，如圖1所示。
[0020]同時，由于異山梨醇和碳酸二苯酯的縮聚反應(yīng)為可逆反應(yīng)，因此，在反應(yīng)的過程中連續(xù)地除去釋放的輕基芳基反應(yīng)產(chǎn)物，這樣可以不斷地將反應(yīng)的平衡向反應(yīng)的正方向推進(jìn)，從而有利于提尚反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，進(jìn)一步提尚生廣的效率。
[0021]而利用單獨(dú)的一路管道將異山梨醇加入到系統(tǒng)中，用來調(diào)節(jié)在預(yù)縮聚反應(yīng)產(chǎn)物中OH/芳基碳酸酯的端基比例以及反應(yīng)物的摩爾比，這樣在預(yù)縮聚反應(yīng)之后，使得各預(yù)縮聚反應(yīng)物碳鏈的長度較接近，從