專(zhuān)利名稱(chēng)：向聚合物熔體中定量加入添加劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將添加劑，例如，抗靜電劑、染料、納米復(fù)合材料、各種改性碳、加工助劑(硬脂酸鋅、抗氧化劑)以溶液、分散體或乳液形式加入，特別是均勻地加入到聚合物熔體中的方法。
添加劑向聚合物熔體中的引入早已這樣做了，旨在改善聚合物的加工和使用性能。譬如，可將石蠟加入到聚苯乙烯中以便改善后者的流動(dòng)性能。
這可發(fā)生在聚合反應(yīng)期間，例如，通過(guò)將石蠟油加入到連續(xù)操作的一系列攪拌釜式反應(yīng)器中的一個(gè)反應(yīng)器中，例如像在有關(guān)聚合物化學(xué)的教科書(shū)中以及在“Kunststoff-Handbuch”[(出版社Becker/Braun)4.聚苯乙烯(編輯Gausepohl/Gellert)Hanser 1996]中所描述的。此種方法的缺點(diǎn)在于一系列攪拌釜式反應(yīng)器的停留時(shí)間分布，將造成品級(jí)改變并導(dǎo)致大量等外品的產(chǎn)生。在管式和塔式反應(yīng)器中的聚合反應(yīng)期間也會(huì)得到過(guò)渡物料。因此，有利的是，將添加劑盡可能遲地引入到過(guò)程中，在此種情況下，從工藝工程方面而言問(wèn)題就變得更加復(fù)雜，因?yàn)榻M分之間存在巨大粘度差。
為此，有人建議在高粘度液體流的側(cè)流中預(yù)混合低粘度液體。此種方法描述在DE-PS 2315114中。預(yù)混合借助動(dòng)態(tài)混合機(jī)預(yù)先進(jìn)行，隨后該側(cè)流與主流再在靜態(tài)混合器中合并。按照DE-PS 2315114的公開(kāi)，單單使用靜態(tài)混合器，混合結(jié)果不滿意。
使用帶有運(yùn)動(dòng)零件的動(dòng)力混合機(jī)還有成本-和維護(hù)要求高的問(wèn)題，另外，由于存在高剪切力，還可能對(duì)聚合物造成損傷。
例如，從EP 0 472 491-B1得知，需要利用層流混合裝置將4～6％礦物-/石蠟油加入到聚苯乙烯熔體中，然后使它溶解在其中。
塑料的染色或以沖擊強(qiáng)度改性劑如EPDM(乙烯-丙烯-二烯彈性體)的沖擊強(qiáng)度改性也優(yōu)選地通過(guò)在聚合反應(yīng)以后聚合物與添加劑的混合，例如，通過(guò)混配，來(lái)實(shí)現(xiàn)。此種情況大多采用所謂母料或濃縮物，而后者同樣也代表一種配混料。所述方法相應(yīng)地也是費(fèi)時(shí)和費(fèi)錢(qián)并且目前越來(lái)越多地在專(zhuān)門(mén)混配工廠內(nèi)實(shí)施，不再在聚合物制造廠內(nèi)進(jìn)行了。
另一些聚苯乙烯用添加劑，可從，例如，EP 0 668 139-A1中得知(在該情況中，是發(fā)泡聚苯乙烯EPS)，尤其可能是阻燃劑，例如，溴化合物，潤(rùn)滑劑，例如，油和硬脂酸衍生物，染料、抗氧化劑、增塑劑等。
向聚合物中加入的另一些添加劑是，例如，抗靜電劑。在許多情況下，它們能簡(jiǎn)單地達(dá)到使制成的零件能夠印刷或者抗靜電荷，而帶靜電在，例如，自動(dòng)售貨機(jī)杯子的情況下，會(huì)造成杯子的分離困難?？轨o電劑也可通過(guò)在擠出機(jī)中混配被結(jié)合到聚合物基質(zhì)中。
另外，從現(xiàn)有技術(shù)已知通過(guò)所謂反萃劑(stripping agent)給聚合物，特別是聚苯乙烯的熔體脫氣，并達(dá)到殘余揮發(fā)性物質(zhì)，特別是單體，的降低。
此種反萃劑可以是，例如，水，或替代地乙醇、甲醇、氮?dú)饣蜴溚槿绫榛蚨⊥椤Ｔ瓌t上，大多數(shù)惰性物質(zhì)都可使用，只要它們?cè)诩尤霔l件下處于液體形式并且在裝置的膨脹部分能脫氣。因此，例如，二氧化碳、一氧化二氮、二硫化碳、脂族烴、鹵代烴或芳烴也將在考慮之列。多種此類(lèi)反萃劑的混合物也可使用。通常，所述反萃劑的主要作用是減少聚合物中的揮發(fā)性物質(zhì)。有關(guān)所述應(yīng)用的描述可見(jiàn)諸于會(huì)議論文集“Degassing During the production and preparation ofplastics”，VDI Verlag 1992。
從EP 0 584 916-B1得知利用水給聚合物熔體脫氣。為此，向熔體中噴灑水并令其分布到熔體中，例如，通過(guò)靜態(tài)混合器。隨后，聚合物熔體被送過(guò)閃蒸室脫氣罐，由此，含水、單體和溶劑的蒸汽相在真空下被汽提出去。
本發(fā)明的目的是提供一種技術(shù)上改進(jìn)和經(jīng)濟(jì)的將添加劑引入到聚合物熔體中的方法。
現(xiàn)已令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，添加劑可以以技術(shù)上巧妙的方式并借助靜態(tài)混合器加入到聚合物熔體中，生產(chǎn)出一種完美的最終產(chǎn)品，如果該添加劑與一種反萃劑一起引入到聚合物熔體中的話。
因此，所規(guī)定的目的可按照權(quán)利要求1的方法實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明涉及一種同時(shí)向聚合物或聚合物混合物中加入和提純它的方法，包括首先在壓力下向熔融狀態(tài)的聚合物或聚合物混合物中加入反萃劑，后者細(xì)分散在熔體中，隨后在脫氣室內(nèi)在真空下被再次脫除。就此而論所謂提純應(yīng)理解為主要是脫除揮發(fā)性物質(zhì)。在上述真空處理期間還脫除其它揮發(fā)性物質(zhì)，特別是在聚合物或聚合物混合物生產(chǎn)以后存在的單體、二-和三聚體。本發(fā)明特征在于，添加劑與加入到熔體中的反萃劑進(jìn)行混合。與現(xiàn)有技術(shù)相比的改進(jìn)主要在于，所加入的添加劑不是單獨(dú)加入到熔體中的，而是與反萃劑一起加入的。因此，添加劑的加入不需要任何其它加入裝置。
添加劑如抗靜電劑、染料、納米復(fù)合材料、增塑劑、顏料、沖擊強(qiáng)度改性劑，例如，EPDM、各種改性碳、加工助劑(硬脂酸鋅、抗氧化劑)以溶液、分散體或乳液形式的均勻加入是通過(guò)同時(shí)加入一或多種所述添加劑與一或多種適合本發(fā)明聚合物熔體的強(qiáng)化脫氣的反萃劑而在本發(fā)明方法中完成的。優(yōu)選的是，添加劑在加入到熔體中期間均勻地分散在反萃劑中。這對(duì)于達(dá)到在熔體中盡可能均勻的分布也是有利的。視添加劑和反萃劑的物理性質(zhì)，例如，極性或添加劑在反萃劑中的溶解性而定，添加劑優(yōu)選地溶解、分散或乳化在分散劑中，優(yōu)選那些長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的分散體或乳液。
聚合物或聚合物混合物優(yōu)選是能輕易地轉(zhuǎn)化為熔體或者在其制備期間已經(jīng)以熔體形式出現(xiàn)的熱塑性樹(shù)脂。此種熱塑性樹(shù)脂可按照本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的高粘度液體，特別是聚合物熔體進(jìn)一步加工的傳統(tǒng)方法來(lái)處理和加工。本發(fā)明方法特別適合以聚苯乙烯為主要組分的熱塑性樹(shù)脂。
熱塑性樹(shù)脂例如可通過(guò)在一系列攪拌釜式反應(yīng)器或在管式或塔式反應(yīng)器(既包括立式也包括臥式)中的聚合反應(yīng)按照公知的方法生產(chǎn)。隨后，按傳統(tǒng)方式經(jīng)過(guò)在熱交換器中適當(dāng)預(yù)熱以后在第一脫氣階段，優(yōu)選在3～30mbar壓力下進(jìn)行脫氣，直至殘余單體含量＜3000ppm，優(yōu)選小于1000ppm。這對(duì)應(yīng)于權(quán)利要求1中提到的提純前的殘余單體含量。
此時(shí)，聚合物熔體優(yōu)選地在200～260℃的溫度。上述熔體隨后被加入到技術(shù)上慣用的靜態(tài)混合器(例如，Kenics，BE.ST，Sulzer)中，以便將本發(fā)明脫氣用反萃劑或反萃劑混合物加入或結(jié)合進(jìn)去。隨后，優(yōu)選地，在所述混合器中，被引入的反萃劑加上添加劑在熔體中進(jìn)行分布。
反萃劑或反萃劑混合物一般占到最高5wt％(相對(duì)于聚合物而言)，特別是最高3wt％，特別優(yōu)選最高2wt％。與所述反萃劑或反萃劑混合物同時(shí)，所描述的添加劑被加入并互混，優(yōu)選以總反萃劑重量的3倍，水已證明是特別合適的反萃劑，因?yàn)槠錁O性的性質(zhì)。
反萃劑/添加劑混合物在熔體流中的加入是通過(guò)至少一個(gè)位于靜態(tài)混合器上游的加入點(diǎn)進(jìn)行的，優(yōu)選在20～150bar，特別是30～120bar，特別優(yōu)選在30～100bar的壓力下。加入裝置既可以是帶有由混合器制造商提供的止逆閥和截止裝置的噴嘴，也可以簡(jiǎn)單地就是裝有截止裝置的一段能保證頂著熔體流出的充分穩(wěn)定的管子。
在靜態(tài)混合器中，反萃劑/添加劑混合物均一/均勻的分布以極細(xì)液滴形式在液相中完成。如此獲得的聚合物熔體混合物傳統(tǒng)上在混合區(qū)的終點(diǎn)膨脹到第二脫氣階段的真空中以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化的脫氣。與此同時(shí)，反萃劑或反萃劑混合物被完全移出，優(yōu)選在15～100mbar，特別是15～70mbar，優(yōu)選在20～30mbar，同時(shí)添加劑或添加劑混合物仍保存均勻地分布在聚合物熔體流中。經(jīng)提純(強(qiáng)化脫氣)之后，熔體的溫度傳統(tǒng)上介于190～260℃的范圍內(nèi)并且可進(jìn)一步加工，例如，接受造粒處理。
采用本發(fā)明方法實(shí)際上可按照所描述的方式混合所有傳統(tǒng)上加入到聚合物中的添加劑。它們特別是例如以下的添加劑阻燃劑、潤(rùn)滑劑、抗氧化劑、增塑劑、顏料、納米復(fù)合材料、各種改性碳、染料或，特別是，抗靜電劑。該方法特別適合加入仲烷基磺酸鹽作為抗靜電劑，特別是如果反萃劑是水的話。
本發(fā)明的特殊優(yōu)點(diǎn)是，它不靠笨重且昂貴的工藝工程步驟也行，并且能天衣無(wú)縫地被整合到現(xiàn)有生產(chǎn)裝置中去。


圖1示意地表示一種上面描述的方法。
聚合物熔體(1)通過(guò)在一系列攪拌釜式反應(yīng)器或在管式或塔式反應(yīng)器(既包括立式也包括臥式)中的聚合反應(yīng)按照公知的方法制成，隨后，經(jīng)過(guò)在熱交換器(2)中預(yù)熱以后被加入到第一脫氣階段(3)中。反萃劑/添加劑混合物的加入發(fā)生在熔體到達(dá)靜態(tài)混合器(4)之前的加入點(diǎn)(5)。經(jīng)過(guò)第二脫氣階段(6)以后，基本上脫除了殘余揮發(fā)性物質(zhì)的熔體(7)接受進(jìn)一步加工。抽出的氣體分別通過(guò)管線(8)和(9)離開(kāi)脫氣階段。
實(shí)施例下面的實(shí)施例代表如上所述方法的可能實(shí)施方案并在如圖1所示裝置中進(jìn)行。
抗靜電劑(仲烷基磺酸鹽)的水分散體(溶液/糊料)被保存在無(wú)壓力受槽內(nèi)，并借助齒輪泵通過(guò)電加熱環(huán)管加入，其中在活塞隔膜計(jì)量泵前帶有一定壓力。
之所以要求通常用于計(jì)量去離子水的所述計(jì)量泵是因?yàn)?，抗靜電劑在去離子水中的分散體具有較高粘度，故為保證順利的計(jì)量要求吸入壓力至少大于4bar，并要求累積壓力高達(dá)50bar。
活塞隔膜泵將抗靜電劑水分散體壓過(guò)以熱油加熱的熱交換器，隨后流過(guò)電加熱的高壓管線到達(dá)靜態(tài)混合器的注水噴嘴。
流過(guò)所述靜態(tài)混合器(Sulzer出品)的是聚苯乙烯-聚合物熔體，其中含有小于1000ppm的殘余單體，該設(shè)備被用于將約2wt％(相對(duì)于聚合物熔體而言)去離子水均勻地分散為極細(xì)液滴，這些液滴在隨后的脫氣室中膨脹期間借助泡沫的形成，保證短的擴(kuò)散路徑和分壓的降低，因此促使，特別是，聚合物熔體的強(qiáng)化脫氣。
據(jù)發(fā)現(xiàn)，憑借所述靜態(tài)混合器，除了加入水之外還可同時(shí)將2wt％(相對(duì)于聚合物熔體而言)抗靜電劑均勻地混入到聚苯乙烯-聚合物熔體中而不損傷聚合物。這一點(diǎn)首先和最主要地被無(wú)故障的線料造粒(在冷卻路徑上沒(méi)有線料斷頭和泡沫形成)和產(chǎn)品分析所揭示。
權(quán)利要求
1.一種用于提純聚合物或聚合物混合物的方法，包括首先在壓力下向熔融狀態(tài)的聚合物或聚合物混合物中加入反萃劑，后者細(xì)分散在熔體中，隨后再在脫氣室內(nèi)在真空下被脫除，還脫除其它揮發(fā)性物質(zhì)，特別是在聚合物或聚合物混合物生產(chǎn)以后存在的單體、二-和三聚體，特征在于，一或多種添加劑與加入到熔體中的反萃劑進(jìn)行混合。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，聚合物或聚合物混合物是熱塑性樹(shù)脂，優(yōu)選以聚苯乙烯為主要組分。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，添加劑是阻燃劑、潤(rùn)滑劑、抗氧化劑、增塑劑、顏料、沖擊強(qiáng)度改性劑、納米復(fù)合材料、各種改性碳、染料和抗靜電劑之一或多種。
4.以上權(quán)利要求至少之一的方法，其特征在于，添加劑均勻地分布在反萃劑中。
5.以上權(quán)利要求至少之一的方法，其特征在于，添加劑被溶解、分散或乳化在反萃劑中。
6.以上權(quán)利要求至少之一的方法，其特征在于，引入的反萃劑的總量占到最高5wt％，特別是最高3wt％，特別優(yōu)選最高2wt％，相對(duì)于聚合物或聚合物混合物的重量而言。
7.以上權(quán)利要求至少之一的方法，其特征在于，反萃劑中包含的添加劑的重量不超過(guò)被引入的反萃劑重量的3倍。
8.以上權(quán)利要求至少之一的方法，其特征在于，反萃劑連同添加劑一起在20～150bar，特別是30～120bar，尤其是30～100bar的壓力下引入到熔體中。
9.以上權(quán)利要求至少之一的方法，其特征在于，反萃劑連同添加劑在熔體中的分布借助靜態(tài)混合器實(shí)現(xiàn)。
10.以上權(quán)利要求至少之一的方法，其特征在于，反萃劑連同添加劑經(jīng)過(guò)至少一個(gè)加入點(diǎn)被引入到熔體在其中流動(dòng)的設(shè)備中。
11.以上權(quán)利要求至少之一的方法，其特征在于，反萃劑是水。
12.以上權(quán)利要求至少之一的方法，其特征在于，熔體在引入反萃劑/添加劑組合物之前的殘余單體含量小于3000ppm，優(yōu)選小于1000ppm。
13.以上權(quán)利要求至少之一的方法，其特征在于，抗靜電劑是仲烷基磺酸鹽。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種將添加劑，例如，抗靜電劑、染料、納米復(fù)合材料、各種改性碳、加工助劑(硬脂酸鋅、抗氧化劑)以溶液、分散體或乳液形式加入到聚合物熔體中的經(jīng)濟(jì)而高質(zhì)量，特別是均勻的加入方法。本文涉及一種向聚合物或聚合物混合物中同時(shí)加入添加劑和反萃劑并提純聚合物或聚合物混合物的方法，包括首先在壓力下向熔融狀態(tài)的聚合物或聚合物混合物中加入反萃劑，后者細(xì)分散在熔體中，隨后在脫氣室內(nèi)在真空下被再次脫除。就此而論所謂提純應(yīng)理解為主要是脫除揮發(fā)性物質(zhì)。在上述真空處理期間還脫除其它揮發(fā)性物質(zhì)，特別是在聚合物或聚合物混合物生產(chǎn)以后存在的單體、二－和三聚體。本發(fā)明特征在于，添加劑與加入到熔體中的反萃劑進(jìn)行混合。與現(xiàn)有技術(shù)相比的改進(jìn)主要在于，所加入的添加劑不是單獨(dú)加入到熔體中的，而是與反萃劑一起加入的。因此，添加劑的加入不需要任何其它加入裝置。
文檔編號(hào)C08F112/08GK101039966SQ200580034920
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2005年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月12日
發(fā)明者W·克拉皮茨, H·科豪斯, F·施米德特, C·施特雷克, M·維斯韋格, K·特爾勞 申請(qǐng)人:英尼奧斯歐洲有限公司