專利名稱:從聚合物粉末中脫除水和其它揮發(fā)組分的方法
背景技術(shù):
本發(fā)明涉及用一種擠出機(jī)除去聚合物粉末中揮發(fā)組分如水和揮發(fā)的有機(jī)化合物如溶劑的方法。本發(fā)明的方法避免揮發(fā)性組分經(jīng)過擠出機(jī)進(jìn)料口而過量回流,也避免了生產(chǎn)率受到嚴(yán)重限制。
為了除去水和制備聚合物過程中所用的其它揮發(fā)性組分,生產(chǎn)各種聚合物通常采用最后干燥的工序。有時(shí),濕聚合物粉末的干燥方法涉及在流化床后干燥器中處理含揮發(fā)組分如溶劑或其它揮發(fā)物。這類設(shè)備通常又大又昂貴,包括大的工業(yè)干燥器,氮?dú)夤?yīng)系統(tǒng)和洗滌器系統(tǒng),用來控制有害的揮發(fā)組分排入環(huán)境中。雖然這類流化床干燥器能有效地降低各種聚合物粉末中的水和揮發(fā)有機(jī)物的含量,但采用它們的這些工藝過程比較緩慢并且昂貴。
聚合物粉末的干燥速率可取決于粒度和粒度的分布。例如,二羥基芳基化合物和光氣經(jīng)界面聚合后所分離出來的有代表性的聚碳酸酯粉末具有寬的粒度分布,范圍從小于100微米至大于1毫米。通常數(shù)-平均顆粒的尺寸小于200微米。當(dāng)聚合物粉末的含水量降至臨介含水量以下時(shí),干燥速率將受到粉末顆粒中液體擴(kuò)散和毛細(xì)傳輸速率的影響。因此聚合物粉末干燥的最后步驟可能困難并需要長的干燥時(shí)間。因此,希望研究出一種不必使用如流化床后干燥器一類復(fù)雜設(shè)備,能有效除去聚合物顆粒中揮發(fā)物的方法。特別希望研制高效除去濕聚碳酸酯粉末中揮發(fā)組分的方法。
本發(fā)明提出另一種采用除揮發(fā)物的擠出機(jī)來干燥含揮發(fā)組分如水和有機(jī)溶劑的固體聚合物粉末的方法。本方法采用在聚合物后加工中常用的標(biāo)準(zhǔn)的和易得的設(shè)備,也可以包括其它涉及聚合物的操作,如與其它聚合物摻合,化學(xué)反應(yīng)的官能化作用和可控分子量調(diào)節(jié)等。本發(fā)明降低了對(duì)流化床類型干燥器的需要,能使含水量高的固態(tài)聚合物粉末在一次擠出工序中轉(zhuǎn)化為基本上不含水的聚合物組分。采用本發(fā)明方法脫除聚合物粉末中的水時(shí)還能產(chǎn)生一個(gè)意外的好處,能夠同時(shí)除去過程中的溶劑和微量雜質(zhì),如殘余的單體,低分子量的低聚物(“l(fā)ows”),后者在模制最終聚合物組合物時(shí)會(huì)影響產(chǎn)品的性能,如平整性(plate-out)。本發(fā)明的方法代表了聚合物干燥技術(shù)中的一種簡單而低成本的先進(jìn)方法,并和常用的干燥工藝制成的聚合物組分相比能生產(chǎn)具有更高產(chǎn)品性能的聚合物組合物。
在本發(fā)明中含揮發(fā)組分的聚合物粉末是采用擠出法脫揮發(fā)組分的,但聚合物溶液的擠出脫揮發(fā)物是眾所周知的。例如R.Albalak Ed.Marcel Deker公司Curry和Brauer在Polymer Devolatilization,P345,1996中敘述了采用一種擠出機(jī)把高密度的聚乙烯的環(huán)己烷溶液轉(zhuǎn)化成含約10%重量的環(huán)己烷固態(tài)聚合物。它是在裝備了多段反萃取劑注入和排氣設(shè)備的擠出機(jī)中,從聚合物的環(huán)己烷過熱溶液中快速除去溶劑。
但是Curry和Brauer所描述的方法并不適用于自粉狀聚合物中脫去大量的揮發(fā)物,例如界面聚合后分離出來的聚碳酸酯粉末。這種聚碳酸酯粉末通常含約1-約20%重量的水,約0.001-約5%重量的二氯甲烷。試圖用擠壓機(jī)脫去這類粉末的揮發(fā)物也有困難,這是由于聚碳酸酯粉末受到剪切和加熱至其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上而產(chǎn)生的蒸汽流向使擠出機(jī)加料口發(fā)生“反流”。該蒸汽把加料口進(jìn)入的粉狀聚合物流態(tài)化,因而造成進(jìn)料困難,如粉末自加料口逸出或在加料口形成“橋”。采用輔助設(shè)備如螺旋進(jìn)料填充箱和填塞加料器可以在一定程度上減輕這類進(jìn)料問題。但是這類設(shè)備經(jīng)常無效,因?yàn)檎羝苿?dòng)的細(xì)粉仍可經(jīng)填料箱和填塞加料器從擠壓機(jī)逸出,此外,這類輔助設(shè)備還增加了成本和操作的復(fù)雜程度。
其它可能解決上述進(jìn)料問題的方法是采用一個(gè)附加的工序,將濕粉末在加入擠出機(jī)之前壓緊或聚集制成較大的顆粒。但是這也需要為此附加的工藝工序增加專用的設(shè)備,因此過程復(fù)雜了,投資大了,操作費(fèi)用增加了。
美國專利5,232,649公開了一種采用雙螺桿擠出機(jī)螺桿的機(jī)械力把濕聚合物中的水和其它揮發(fā)物擠出來的方法。水是以液態(tài)而非氣態(tài)除掉的。這種方法對(duì)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)低的聚合物,如Tg低于100℃的物料是適用的。但不適于從Tg較高的聚合物如聚碳酸酯中有效脫水和其它揮發(fā)物,因?yàn)檫@嚴(yán)重限制了生產(chǎn)率。
美國專利5,717,055公開了一種制備聚碳酸酯粒料的方法是在擠出機(jī)的捏合段軟化-捏合聚碳酸酯粉末。該擠出機(jī)帶有由反轉(zhuǎn)螺桿(reverse-flightedscrew)部件或一阻擋環(huán)組成的“熔化物密封”的機(jī)械裝置。在“熔化物密封”下游通氣孔處施加高真空除去揮發(fā)組分。但眾所周知,當(dāng)采用反轉(zhuǎn)(左轉(zhuǎn))螺桿部件時(shí),上游螺桿部分在一段距離內(nèi)必需全部填滿,以便產(chǎn)生能制服反轉(zhuǎn)(左轉(zhuǎn))段所必需的壓力(Rauwendaal,Plastics Formulating & Compounding,Nov./Dec.1995)。因此,在反轉(zhuǎn)段前面的螺桿段產(chǎn)生的蒸汽就被迫沿螺桿流回,經(jīng)加料口流出擠出機(jī)。排出的蒸汽再次使加至擠出機(jī)中的聚合物粉末流態(tài)化,因而又可能造成加料問題。如果加至擠出機(jī)的聚合物中含大量水和其它揮發(fā)物,則為了避免大量蒸汽自加料口逸出而只有部分總轉(zhuǎn)距和功率用于聚合物加工,因而聚合物的加料速度必定受到限制。考慮到生產(chǎn)率,如果不能使擠出機(jī)在接近轉(zhuǎn)距和功率的極限處運(yùn)轉(zhuǎn),如在摻合干粉末時(shí),則是不利的。
美國專利4,845,193公開了制備小顆粒聚碳酸酯的方法,包括把含0.5-10%重的水和0.01-5%重的有機(jī)溶劑加至一排氣的擠壓機(jī)中。該專利公開了一種常規(guī)的螺桿設(shè)計(jì),產(chǎn)品生產(chǎn)率低于應(yīng)用本發(fā)明所取得的結(jié)果。
日本專利JP 09193230,公開了一種向擠壓機(jī)捏合段熔化的聚碳酸酯中注水的方法除掉聚碳酸酯的揮發(fā)組分。但是在此情況下聚合物在注水點(diǎn)已經(jīng)熔化,不能強(qiáng)迫蒸汽沿螺桿返回至加料口。當(dāng)擠壓的聚合物是含大量水的粉末時(shí),如含二氯甲烷的濕聚碳酸酯粉末,該方法是不可行的。
歐洲專利申請(qǐng)0410650A1描述了一種制備聚酰胺預(yù)聚物的方法,它是把組分單體加入含粉末密封的擠壓機(jī)中。該參考資料未公開本發(fā)明的方法。
發(fā)明概述本發(fā)明提出了一種脫除聚合物粉末中未揮發(fā)組分的方法,該方法包括工序(A)把一種含水的聚合物粉末加至一擠出機(jī)中,該擠出機(jī)包括(i)一個(gè)粉末輸送段;(ii)在該粉末輸送段的下游一個(gè)粉末密封段;(iii)在該粉末密封段的下游一個(gè)捏合及熔化段;和(iv)在該捏合及熔化段的下游一個(gè)真空排氣口;工序(B)把聚合物粉末輸送經(jīng)過該粉末密封段;工序(C)在該捏合及熔化段加熱并剪切聚合物粉末生成一含水的聚合物熔化物;和工序(D)在該真空排氣口將該聚合物熔化物進(jìn)行真空排氣處理。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及在擠壓機(jī)脫除揮發(fā)物的同時(shí)對(duì)聚合物粉末進(jìn)行第二次處理的方法,如摻合,調(diào)合或化學(xué)改性。在本發(fā)明的一個(gè)情況中,該第二次處理包括在濕聚碳酸酯粉末在擠出機(jī)中脫除揮發(fā)物過程中向擠出機(jī)內(nèi)加入一種水解催化劑,實(shí)現(xiàn)聚碳酸酯分子量受控地降低。本發(fā)明的一個(gè)情況是在擠出機(jī)脫除揮發(fā)物時(shí)制備聚合物的摻合物。
附圖簡述
圖1說明根據(jù)本發(fā)明方法構(gòu)制的擠出機(jī)的螺桿部件,并且顯示出一個(gè)開始的粉末輸送段、一個(gè)粉末密封段、一個(gè)捏合及熔化段、以及在該捏合及熔化段下游的真空排氣口的位置。
圖2說明在擠出脫除揮發(fā)物時(shí),水對(duì)聚碳酸酯分子量受控調(diào)節(jié)的影響。
圖3說明在調(diào)節(jié)聚碳酸酯的受控分子量中所觀察到的聚碳酸酯分子量和羥基終端濃度之間的關(guān)系。
發(fā)明詳述通過參考本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)敘述和其中包括的實(shí)施例可以更好地理解本發(fā)明。在下面的說明書和權(quán)利要求中的一些名詞應(yīng)當(dāng)被限定為如下的含義單數(shù)的“一個(gè)”和“這個(gè)”包括多數(shù)的事物,除非上下文明確規(guī)定只用于單數(shù)。
“任選的”或“任選地”指以下敘述的事項(xiàng)或情況可以發(fā)生或不發(fā)生,并且該敘述包括事項(xiàng)發(fā)生的事例和事項(xiàng)未發(fā)生的事例。
本發(fā)明所用的名詞“聚碳酸酯”表示含有衍生自一個(gè)或更多的二羥基芳香族化合物結(jié)構(gòu)單元的聚碳酸酯并包括共聚碳酸酯和聚酯碳酸酯。
本發(fā)明所用的聚碳酸酯是按照它們的雙酚組分命名的,因此,“雙酚A聚碳酸酯”和“1,1-雙(3-甲基-4-羥基苯基)環(huán)己烷聚碳酸酯”則分別表示含衍生自雙酚“雙酚A”和“1,1-雙(3-甲基-4-羥基苯基)環(huán)己烷”的聚碳酸酯。
本發(fā)明中的“BPA”表示雙酚A或2,2-雙(4-羥基苯基)丙烷。
本發(fā)明所用的名詞“擠出機(jī)脫揮發(fā)物”表示采用含至少一個(gè)真空排氣口的擠出機(jī)從一種聚合物材料如聚碳酸酯中除去揮發(fā)性組分如水和二氯甲烷,并且這個(gè)詞可以和“擠壓脫揮發(fā)物”互換使用。
本發(fā)明所用的名詞“雙螺桿擠出機(jī)”和“二螺桿擠出機(jī)”可以互換使用并且含義相同。
本發(fā)明所用的名詞“捏合部件”和“捏合組件”可以交換使用并且含義相同。
本發(fā)明所用的名詞“催化劑體系”表示能夠催化在擠出機(jī)中有水存在下進(jìn)行脫揮發(fā)物的聚碳酸酯中的碳酸酯鍵的水解反應(yīng)的一種或多種催化劑。
“催化有效量”表示能顯示出催化特性的催化劑用量。
本發(fā)明所用的名詞“分子量調(diào)節(jié)”表示催化劑為媒介催化剪斷聚合物的鏈而降低聚合物的分子量,所說的分子量的降低發(fā)生在聚合物擠出時(shí)。分子量調(diào)節(jié)是聚碳酸酯部分水解造成的,它發(fā)生在濕的聚碳酸酯在水解催化劑存在下進(jìn)行擠壓脫揮發(fā)物時(shí)。
本發(fā)明所用的名詞“含大量的水”的意思是含約1%重量的水或更多。例如,一種含約1-約20%重量水的聚合物粉末可以說是含大量的水。
本發(fā)明所用的名詞“基本上不含水”是指含小于0.5%重量的水。例如,一種基本上無水的聚碳酸酯含約小于0.5%重量的水。
本發(fā)明所用的名詞“濕聚碳酸酯粉末”和“濕聚碳酸酯”的意思是如這里所定義的含大量水的聚碳酸酯粉末。
本發(fā)明所用的名詞“烯烴聚合物”是指含衍生自烯烴類的結(jié)構(gòu)單元經(jīng)聚合而得到的聚合物。聚合物ABS是本發(fā)明所用的一種烯烴聚合物的實(shí)例。它代表一種含有由烯烴類、丙烯腈;1,3-丁二烯;和苯乙烯聚合衍生的結(jié)構(gòu)單元的聚合物。
本發(fā)明所用的名詞“脂族基”代表一個(gè)至少有一個(gè)化合價(jià)的含一個(gè)線型或支化的不是環(huán)狀排列的原子的基團(tuán)。這種排列可以包括雜原子,如氮、硫和氧,也可以只含碳和氫。脂族基的實(shí)例包括甲基、亞甲基、乙基、亞乙基、己基、六亞甲基等。
本發(fā)明所用的名詞“芳基”代表一個(gè)至少有一個(gè)化合價(jià)含至少一個(gè)芳族基的基團(tuán)。芳族基團(tuán)的實(shí)例包括苯基、吡啶基、呋喃基、噻吩基、萘基、亞苯基和聯(lián)苯基。這個(gè)詞還包括含芳基和脂族兩種組分,如芐基。
本發(fā)明所用的名詞“脂環(huán)基”代表一個(gè)至少有一個(gè)化合價(jià)含一個(gè)原子排列是環(huán)狀但不是芳族的基團(tuán)。該排列可以含雜原子,如氮、硫和氧,也可以只含碳和氫。脂環(huán)基的實(shí)例包括環(huán)丙基、環(huán)戊基、環(huán)己基、四氫呋喃基等。
本發(fā)明提出了一種脫除聚合物粉末中揮發(fā)組分的方法。當(dāng)聚合物粉末含大量水時(shí),如約1-約20%重量的水,本發(fā)明的方法特別有用。
根據(jù)本發(fā)明的方法,一種含水并任選地含一種或更多的揮發(fā)物如一種或更多的溶劑的聚合物粉末加至一包括粉末輸送段、在該粉末輸送段下游的粉末密封段、在該粉末密封段下游的捏合及熔化段、和在該捏合及熔化段下游的真空排氣口的擠出機(jī)中。該聚合物粉末可以是單一的聚合物如雙酚A聚碳酸酯,或者該聚合物粉末可以是幾種聚合物的混合物如雙酚A聚碳酸酯和一種烯烴聚合物如ABS的混合物。用本發(fā)明方法可以脫除揮發(fā)物的聚合物粉末包括聚碳酸酯、聚苯醚、聚酰胺、聚酯、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚醚砜、聚烯烴、和它們的混合物。本發(fā)明的方法特別適用于聚碳酸酯脫除揮發(fā)物。按照本發(fā)明方法進(jìn)行擠出機(jī)脫除揮發(fā)物的聚合物粉末通常含約1-約20%重量的水以及約0.001-約5%重量的有機(jī)溶劑。
可以按照本發(fā)明的方法處理的并在擠壓脫揮發(fā)物以后生成含少量揮發(fā)組分的聚碳酸酯粉末包括含結(jié)構(gòu)單元1的重復(fù)單元的聚碳酸酯組分 其中R1在每次出現(xiàn)時(shí)獨(dú)立地是鹵素原子,硝基、氰基、C1-C20烷基、C4-C20環(huán)烷基、或C6-C20芳基;n和m獨(dú)立地是整數(shù)0-4;而w是一個(gè)鍵、一個(gè)氧原子、一個(gè)硫原子、一個(gè)SO2基、一個(gè)C1-C20脂族基、一個(gè)C6-C20芳基,一個(gè)C6-C20脂環(huán)族基或基團(tuán) 其中R2和R3獨(dú)立地是氫原子,C1-C20烷基、C4-C20環(huán)烷基、或C4-C20芳基;或R2和R3共同生成一個(gè)被一個(gè)或更多C1-C20烷基、C6-C20芳基、C5-C21芳烷基、C5-C20環(huán)烷基或它們的混合物任選取代的C4-C20脂環(huán)族的環(huán)。優(yōu)選雙酚A聚碳酸酯。
含結(jié)構(gòu)1重復(fù)單元的聚碳酸酯通常是由一種或多種雙酚和光氣在酸受體如氫氧化鈉和一種相轉(zhuǎn)移催化劑如季銨鹽存在下進(jìn)行界面聚合反應(yīng)而制成。適于制備聚碳酸酯的含結(jié)構(gòu)1重復(fù)單元的雙酚包括雙酚A;2,2-雙(4-羥基-3-甲基苯基)丙烷,2,2-雙(3-氯-4-羥基苯基)丙烷、2,2-雙(3-溴-4-羥基苯基)丙烷、2,2-雙(4-羥基-3-異丙基苯基)丙烷、1,1-雙(4-羥基苯基)環(huán)己烷、1,1-雙(4-羥基-3-甲基苯基)環(huán)己基、和1,1-雙(4-羥基苯基)-3,3,5-三甲基環(huán)己烷。通常優(yōu)選雙酚A。
本發(fā)明方法中所用的擠出機(jī)可以是任何能生成粉末密封的擠出機(jī)。粉末通過這種粉末密封可以輸送到至少一個(gè)熔化及捏合段,然后送至至少一個(gè)真空排氣口。本發(fā)明方法的擠出機(jī)有開始的輸送段,能快速地把聚合物粉末送至下游的粉末密封段。螺桿部件的輸送作用不斷地把聚合物粉末輸送至粉末密封的上游部分,強(qiáng)迫在粉末密封下游部位的粉末進(jìn)一步向下游沿?cái)D出機(jī)螺桿的通道行至至少一個(gè)捏合及熔化段和至少一個(gè)真空排氣口。聚合物粉末的這種穿過粉末密封段的運(yùn)動(dòng)叫做“輸送聚合物粉末穿過聚合物密封段”。本發(fā)明方法的擠出機(jī)可以是例如一臺(tái)同步旋轉(zhuǎn)互相配合的雙螺桿擠出機(jī);一臺(tái)反向旋轉(zhuǎn)非互相配合的雙螺桿擠出機(jī);一臺(tái)單螺桿往復(fù)式擠出機(jī);或一臺(tái)單螺桿非往復(fù)式擠出機(jī)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中,擠出機(jī)包含一個(gè)未加熱的粉末加料段和一個(gè)加熱的粉末輸送段。粉末輸送段加熱的溫度被控制在使該粉末輸送段中的聚合物粉末不熔化的溫度。粉末輸送段的螺桿部件能快速輸送聚合物粉末至下游的粉末密封段。輸送段螺桿部件的特征是向前運(yùn)送的寬螺紋距。粉末密封段通常緊接在粉末輸送段的下游上,其螺桿部件則延緩粉末向下游的運(yùn)動(dòng),因而足夠產(chǎn)生一種粉末密封,但并不阻止聚合物粉末向前運(yùn)動(dòng)穿過該粉末密封。粉末密封含壓緊的聚合物粉末,填滿了螺桿的通道。粉末密封段有代表性的螺桿部件包括窄的螺紋距部件和筒狀的螺桿部件,如在Plastics Compounding D.Todd,Editor,Hanser,P195,1988中所述。在粉末密封段的下游是至少一個(gè)捏合及熔化段,其中含水的聚合物粉末在此轉(zhuǎn)化成聚合物熔化物。通常捏合及熔化段采用外部加熱以及剪切所產(chǎn)生的熱。熔化溫度因而通常高于捏合及熔化段外部的筒體的設(shè)置溫度。用于捏合及熔化區(qū)域的螺桿部件包括向前和反向運(yùn)動(dòng)的捏合塊。聚合物粉末中的揮發(fā)組分被阻止沿捏合及熔化段的螺桿的螺紋通道向上游流動(dòng),這是由于粉末密封的存在阻止了蒸汽和其它揮發(fā)組分向上游的運(yùn)動(dòng)。
擠出機(jī)一般帶有約5至約10個(gè)筒體。當(dāng)擠出機(jī)只有一個(gè)筒體時(shí),擠出機(jī)的長度和直徑比(L/D)在約20至約60。較長的擠出機(jī),具有較多的筒體或較大L/D的單筒體擠出機(jī),更適于組合附加的熔化物捏合段及真空排氣口。在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中較長的擠出機(jī)可以使聚合物粉末進(jìn)行擠出脫揮發(fā)物時(shí)脫除更多的揮發(fā)組分。
本發(fā)明的方法采用的擠出機(jī)通常帶有加熱或未加熱的工作段。粉末輸送段和粉末密封段可以不加熱,或如果加熱,則加熱的溫度也不會(huì)轉(zhuǎn)移足夠的熱量使聚合物粉末熔化。加熱的工作段包括捏合及熔化段、在粉末密封段下游的熔化物輸送段、和真空排氣口。通常加熱的工作段的給定溫度在約100℃和約400℃之間,優(yōu)選150℃至350℃之間。通常擠出機(jī)內(nèi)聚合物的熔化溫度要比擠出機(jī)的給定溫度高一些,約200℃和450℃之間,優(yōu)選在300℃和370℃之間。
擠出機(jī)操作時(shí)的加料速度和螺桿轉(zhuǎn)速應(yīng)能足夠生成一個(gè)粉末密封,此外加料速度和螺桿轉(zhuǎn)速應(yīng)控制為使擠出機(jī)產(chǎn)生最大可能功率。正常操作下限制的聚合物熔化物的最高溫度應(yīng)當(dāng)是不使其降解。擠出機(jī)的可用功率取決于擠出機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)力距和螺桿轉(zhuǎn)速。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中,擠出機(jī)的可用功率在約50和約100%之間,優(yōu)選最大可用功率的約80-約95%之間。螺桿轉(zhuǎn)速一般是最大可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的約50-約100%。螺桿的最大可實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)速隨擠出機(jī)而異,但通常每分鐘約200至約1200轉(zhuǎn)(rpm)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中,螺桿轉(zhuǎn)速為約300和約600rpm之間。
本發(fā)明方法采用的擠出機(jī)帶有至少一個(gè)位于至少一個(gè)在捏合及熔化段下游的真空排氣口,而捏合及熔化段又在粉末密封段的下游。真空排氣口優(yōu)選在壓力約1和約750乇之間,更優(yōu)選在約1和約500乇之間下操作。施加的真空產(chǎn)生一種驅(qū)動(dòng)力,使在上游的捏合及熔化段產(chǎn)生的蒸汽向下游流動(dòng)。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中,擠出機(jī)有多個(gè)真空排氣口,該擠出機(jī)的操作方式一般優(yōu)選原料聚合物粉末在第一個(gè)捏合及熔化段中經(jīng)捏合及熔化后在遇到的第一個(gè)真空排氣口后,就脫除了粉末中大部分的揮發(fā)物。可以通過對(duì)聚合物粉末的加料速度、螺桿設(shè)計(jì)、擠出機(jī)的操作參數(shù)如螺桿轉(zhuǎn)速和溫度以及該第一真空排氣口的壓力加以控制而調(diào)節(jié)在第一真空排氣口脫除揮發(fā)物的數(shù)量。在第一真空排氣口脫除“大部分揮發(fā)組分”的意思是在第一捏合及熔化段下游的第一真空排氣口脫除原料聚合物粉末中的至少約50%,優(yōu)選至少約80%揮發(fā)組分。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中,“第一真空排氣口”包含串聯(lián)操作的兩個(gè)或更多的真空排氣口,如在實(shí)施例1-4中在筒體5和6的串聯(lián)操作的真空排氣口。
本發(fā)明方法采用的擠出機(jī)通常裝備了多個(gè)捏合及熔化段和真空排氣口。粉末密封的后面通常是下游的捏合及熔化段,該下游的捏合及熔化段的后面又跟著至少一個(gè)真空排氣口,該真空排氣口又跟著一個(gè)或更多附加的捏合及熔化段而一個(gè)或更多的附加的真空排氣口又沿著擠出機(jī)位于下游。擠出機(jī)可以在第一真空排氣口的下游裝備有一個(gè)或更多的熔化物密封段。附加的真空排氣口用于除去第一個(gè)真空排氣口未除去的揮發(fā)組分。通常,附加的真空排氣口是在低于第一排氣口的壓力下操作的。通常附加的真空排氣口是在壓力約1至約500乇,優(yōu)選約1至250乇下操作的。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中,擠出機(jī)除了第一真空排氣口以外還至少帶有一個(gè)附加的真空排氣口,該附加的真空排氣口是在該第一排氣口的下游,該附加的真空排氣口在壓力約1-約500乇,優(yōu)選約1至約250乇下操作。在擠出機(jī)的第一和第二真空排出口之間的熔化的聚合物稱之為部分脫除揮發(fā)物的聚合物熔化物。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中,一旦在第一真空排出口除掉了大量的揮發(fā)組分,熔化的聚合物在該真空排氣口的下游的至少一個(gè)附加的熔化物捏合段進(jìn)行附加的捏合及混合。附加的溶化捏合段可以帶有向前運(yùn)行的螺桿部件、反向運(yùn)行的螺桿部件、中性的螺桿部件、阻檔環(huán)、分配混合部件如TME(渦輪混合部件)和ZME(“zahmisch”部件)或其組合。TME和ZME在Werner &Pfleiderer公司出售。采用帶有反向運(yùn)行的螺桿部件、中性螺桿部件、阻擋環(huán)、或其組合的第二捏合段通常會(huì)生成一熔化物密封。為了容易除去可能存在的難除去的揮發(fā)物,在該熔化物密封的下游,擠出機(jī)可以配備多段反萃取劑注入和排氣等用的設(shè)備。難以除去的揮發(fā)組分的例子有殘余的單體如雙酚A,和制備聚合物時(shí)生成的高沸點(diǎn)副產(chǎn)物如用苯酚做封端劑在界面制備雙酚A聚碳酸酯時(shí)產(chǎn)生的二苯基碳酸酯副產(chǎn)物。
在擠出脫揮發(fā)組分過程中,可以加入各種添加劑,如阻燃劑、熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、顏料、染料、填充劑、增塑劑、抗沖改性劑,等等。為了使該添加劑通過該第一真空排氣口的損失降至最小,優(yōu)選將它們?cè)诘谝徽婵张艢饪谙掠蔚木酆衔锶刍镏屑尤?。此外,其它聚合物樹脂,如烯烴樹脂ABS、聚酯PBT等也可以加入擠出機(jī),得到聚合物摻合物。
本發(fā)明的方法特別適用于脫除雙酚A和光氣界面聚合后分離得到的濕聚碳酸酯中的揮發(fā)組分,但也可以用于脫除其它聚合物粉末中的揮發(fā)組分。例如本發(fā)明的方法適用于從含大量揮發(fā)物的聚合物粉末中脫除揮發(fā)物組分,如由溶劑甲苯或非溶劑甲醇分離出并含約1至約20%重量的殘余溶劑或非溶劑的聚苯醚粉末。
前面已談過,在一個(gè)實(shí)施方案中,本發(fā)明可以包括涉及聚合物粉末的其它操作,如與其它聚合物摻合,通過化學(xué)反應(yīng)的官能化和受控分子量調(diào)節(jié)。就分子量受控調(diào)節(jié)而論,最好能從單一級(jí)別較高分子量的聚碳酸酯制備各種較低分子量級(jí)別的聚碳酸酯。在水解催化劑。如四丁基氫氧化鏻的存在下,用擠出機(jī)擠出干燥的聚碳酸酯,即可實(shí)現(xiàn)可控的分子量降低。把少量水加至擠出機(jī)中可以達(dá)到有用的水解速度,得到分子量較低的聚碳酸酯。該過程應(yīng)仔細(xì)控制方能得到具有所要求分子量并且分子量分布窄的聚碳酸酯。
根據(jù)本發(fā)明,在至少一種水解催化劑如四丁基氫氧化銨、四丁基氫氧化鏻或它們的混合物的存在下,在擠出機(jī)中擠出濕聚碳酸酯可以實(shí)現(xiàn)聚碳酸酯分子量的受控下調(diào)。聚碳酸酯分子量下降的程度是催化劑用量的函數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的方法,雖然任何能提高碳酸酯單元的水解速度的化合物或化合物的混合物均可以采用,但在擠出機(jī)脫揮發(fā)物過程中,用于聚碳酸酯受控分子量調(diào)節(jié)的季銨鹽、季鏻鹽、及其混合物是特別有效的催化劑。適用的水解催化劑包括具有結(jié)構(gòu)II的氫氧化季銨 其中每個(gè)R4-R7獨(dú)立地是一個(gè)C1-C20烷基、C4-C20環(huán)烷基或C4-C20芳基。適用的氫氧化季銨包括氫氧化四甲銨、氫氧化四丁銨,氫氧化苯基三甲銨等等。
適用的水解催化劑包括具有結(jié)構(gòu)III的氫氧化季鏻
其中R4-R7如結(jié)構(gòu)II中的定義。適用的季鏻催化劑包括四甲基鏻氫氧化物,四丁基鏻氫氧化物,癸基三甲基鏻氫氧化物,苯基三甲基鏻氫氧化物等等。
通常,在聚碳酸酯可控分子量調(diào)節(jié)中所用的水解催化劑的數(shù)量,以加入擠出機(jī)中濕聚碳酸酯的重量計(jì)為約10-300ppm,優(yōu)選約25-約50ppm。催化劑可以和聚碳酸酯粉末預(yù)混合或獨(dú)自經(jīng)加料口或擠出機(jī)的其它部位加入。
本發(fā)明方法的這一方面可用于進(jìn)行可控水解,因而實(shí)現(xiàn)任何聚碳酸酯可控的分子量降低,如含結(jié)構(gòu)單元I的聚碳酸酯,本方法特別適用于雙酚A聚碳酸酯的可控的分子量降低。按照本發(fā)明方法進(jìn)行可控的分子量降低的聚碳酸酯含低于約0.5%重量的水。含二氯甲烷的聚碳酸酯在擠出機(jī)脫揮發(fā)組分過程中進(jìn)行可控分子量降低之前,按照本發(fā)明的方法,在水解催化劑的存在下進(jìn)行擠出機(jī)脫揮發(fā)物,可以得到含二氯甲烷低于約1ppm的較低分子量的聚碳酸酯。
在本發(fā)明的另一方面,一種含水并任選地含一種或更多的揮發(fā)有機(jī)化合物的聚合物粉末和至少一種附加的聚合物加至一擠出機(jī)中,該擠出機(jī)是按照本發(fā)明方法裝備的。例如,一種含結(jié)構(gòu)單元I,約10%重量的水和約100ppm的二氯甲烷的濕聚碳酸酯粉末和一種附加的聚合物一起加至按照本發(fā)明方法裝備的擠出機(jī)中進(jìn)行擠出機(jī)脫揮發(fā)物。由擠出機(jī)得到的聚合組合物含低于約0.5%重量的水。得到的聚合組合物可以是可混溶的聚合物摻合物。一部分可混溶的聚合物摻合物或一種高度相分散的聚合物混合物。
在擠出機(jī)脫揮發(fā)組分過程中加入的附加聚合物的本身可以含水以及一種或更多揮發(fā)的有機(jī)化合物,也可能基本上不含水和含很低量的揮發(fā)有機(jī)物。附加的聚合物可以是一種或更多的聚碳酸酯、聚苯醚、聚酰胺、聚酯、聚酰亞胺、聚醚酰胺、聚醚砜、烯烴聚合物,或它們的混合物。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中,附加的聚合物是含結(jié)構(gòu)單元I的聚碳酸酯。在本發(fā)明一另外的實(shí)施方案中,附加的聚合物是一種烯烴聚合物,如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯橡膠(ABS)。
圖1說明根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)10筒體的擠出機(jī)。向下的箭頭表示聚合物粉末的加入部位。向上的箭頭表示真空排氣口的位置和任選地通往大氣的排氣口。圖1中筒體3的排氣口是一個(gè)通大氣的排氣口,而筒體5、6和9的則是真空排氣口。螺桿部件包括粉末輸送段、粉末密封段、捏合及熔化段、熔化物輸送段、熔化物捏合段和熔化物密封段,并用擠出機(jī)螺桿部件的常規(guī)簡化符號(hào)表示。在以下的實(shí)施例中詳細(xì)討論圖1。
實(shí)施例以下的實(shí)施例使本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員能詳細(xì)了解怎樣評(píng)價(jià)本申請(qǐng)要求保護(hù)的方法,而并不是要限制發(fā)明人所認(rèn)為的發(fā)明范圍。除非另外說明,份數(shù)用重量表示,溫度用℃表示。螺桿部件用常規(guī)(Werner and Pfleiderer)簡化符號(hào)表示。在以下實(shí)施例和對(duì)比例中,除非另外說明,名詞聚碳酸酯表示雙酚A聚碳酸酯。加料速度反映實(shí)際加入擠出機(jī)的物料重量。對(duì)濕聚碳酸酯來說,這意味著每小時(shí)加入聚碳酸酯和水的重量。加料速度和“生產(chǎn)速度”在描述本發(fā)明的方法中,可以互換使用,因?yàn)榧尤霐D出機(jī)的聚合物粉末的損失或沒有或很少。
實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-3在實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-3中采用了Werner & Pfleiderer 58mm的同步旋轉(zhuǎn)、互相配合、10-筒體、帶三個(gè)真空排氣口和一個(gè)通大氣的排氣口的雙螺桿擠出機(jī)(ZSK-58 Mega Compounder)。一臺(tái)能在高比轉(zhuǎn)矩和高功率下運(yùn)轉(zhuǎn)的擠出機(jī),如ZSK-58 Mega Compounder,有利于產(chǎn)生粉末密封。擠出機(jī)配置了10個(gè)筒體和分隔器附有11-筒體軸。筒體1是一個(gè)6直徑的加料筒,濕聚碳酸酯在此加入。穩(wěn)定劑,任選有的濃色料經(jīng)ZSB-40旁加料器加至筒體7。筒體3(位于13至16直徑之間)的通風(fēng)在常壓下經(jīng)排氣口的填充物排入大氣。筒體5和6(位于21-28直徑之間)以及筒體9(位于37-40直徑之間)裝備有真空排氣口。來自下游排氣口的蒸汽用熱交換器冷凝。
含約8-約12%重量水的聚碳酸酯樹脂粉末用做原料。擠出機(jī)分成9個(gè)加熱區(qū)并給定了溫度220℃(區(qū)1,筒體2),265℃(區(qū)2,筒體3),275℃(區(qū)3,筒體4),290℃(區(qū)4,筒體5),295℃(區(qū)5,筒體6),295℃(區(qū)6,筒體7),300℃(區(qū)7,筒體8),300℃(區(qū)8,筒體9),305℃(區(qū)9,筒體10),305℃(擠出板)。聚合物熔化物的溫度是約300℃至約400℃。擠出機(jī)螺桿裝配圖見圖4。擠出機(jī)螺桿配置帶有在筒體1中的輸送段,該輸送段由開始的6個(gè)110/55SK底切螺桿部件所組成,它便于聚碳酸酯粉末的進(jìn)料。輸送段還包括附加的螺桿部件,由開始的6個(gè)部件“過渡”到普通的非底切的80/80部件。粉末密封段包括在筒體3和4中的4個(gè)80/80部件和3個(gè)60/60窄螺距部件。粉末密封段的后面是在筒體4中的捏合和熔化段,它由兩個(gè)45/5/30捏合板、一個(gè)45/5/30LH反向安置的捏合板、一個(gè)45/5/30捏合板、和一個(gè)45/3/30LH反向安置的捏合板所組成。大部分濕粉末是在此捏合和熔化段進(jìn)行捏合及熔化的。在聚碳酸酯剪切并加熱至其玻璃轉(zhuǎn)化溫度以上所產(chǎn)生的蒸汽由位于筒體5和6的真空排氣口排出。
筒體5和6的真空排氣口通常串聯(lián)操作,壓力為350-約500乇。開始時(shí)在聚合物中的大多數(shù)水是在筒體5和6的真空排氣口排出去的。經(jīng)過筒體5和6的真空排氣口后,聚合物熔化物通過由27和28之間直徑(筒體6和7之間的間隔)的45/5/60和90/5/30中立的捏合部件所形成的熔化物密封。任選存在的穩(wěn)定劑和濃色料是經(jīng)過一ZSB-40旁加料器加至筒體7(位于29和32直徑之間)。兩個(gè)渦輪混合部件(TME)和中立的90/5/30捏合部件促進(jìn)了熔化物混合及密封的形成。一個(gè)附加的真空排氣口在筒體9,并在壓力低于約200乇下操作。圖1所示的螺桿設(shè)計(jì)用在實(shí)施例1-4中。
在實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-3中,擠出機(jī)在約600和約1000rpm和在約40和約90%的最大扭矩下操作。表1中的數(shù)據(jù)顯示出本發(fā)明的粉末密封螺桿的設(shè)計(jì)能有效地阻止?jié)窬厶妓狨シ勰┰谀蠛霞叭刍瘯r(shí)釋放出蒸汽的回流,并且使聚合物快速通過,生產(chǎn)率達(dá)到每小時(shí)約1100-約1650磅的聚合物粉末?;旧蠜]有觀察到蒸汽自擠出機(jī)的加料口或上游筒體3的大氣排出口中排放出來。擠出操作是穩(wěn)定的。
在表1中,表格標(biāo)題“水分含量”代表開始的原料聚碳酸酯粉末的含水量,以重量百分率表示?!奥輻U速率”以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)表示。表格標(biāo)題“壓力,真空排氣口5和6”表示位于筒體5和6的真空排氣口用乇表示的壓力。表格標(biāo)題“壓力,真空排氣口9”表示在筒體5和6的真空排氣口操作時(shí)的壓力,以乇表示?!芭ぞ兀ァ贝碜畲笥行ぞ氐陌俜致省!凹恿纤俣取币悦啃r(shí)濕聚碳酸酯的磅數(shù),在實(shí)例1-4中和“生產(chǎn)速度”意思相同。“CE-1”代表對(duì)比例1。其它對(duì)比例的代表方法也相同。
表1
在對(duì)比例1和2(CE-1,2)中所用的擠出機(jī)和實(shí)施例1-4中的相同,但去掉了粉末密封區(qū),該段所有的螺桿部件則用110/55SK代替。觀察到有大量蒸汽和聚碳酸酯粉末自上游的排氣口填充物(在筒體3)和加料口排放出來,因?yàn)楦呗菁y110/55SK底切部件有寬和深的螺桿通道,可使蒸汽向上游方向流動(dòng)??梢杂^察到由排氣口填充物和加料口排出的蒸汽迫使聚碳酸酯粉末流出排氣口填充物和加料口。在對(duì)比例2(CE-2)中,超過10%加至擠出機(jī)中的總聚碳酸酯粉末被迫自排氣口填充物和加料口流出。
在比較例3(CE-3)中,擠出機(jī)螺桿的結(jié)構(gòu)和在實(shí)施例2中用的相同。操作條件也和實(shí)施例2的操作條件相同,但加料速率則由1450磅/小時(shí)減為700磅/小時(shí)。觀察到由上游筒體3的排氣口和加料口排放出來的蒸汽。這是由于在這種操作條件下,粉末密封區(qū)未充滿聚碳酸酯的粉末,因而未能形成粉末密封。在沒有粉末密封的情況下,當(dāng)聚碳酸酯的溫度高于水的沸點(diǎn)后,產(chǎn)生的蒸汽就沿?cái)D出機(jī)的螺桿通道向上游流動(dòng),并從在筒體3的排氣口和加料口中排出。
實(shí)施例5含7%重量水和100ppm二氯甲烷,重量平均分子量約為55,000道爾頓(凝膠滲透色譜測定,標(biāo)準(zhǔn)物聚苯乙烯)的濕雙酚A聚碳酸酯粉末和干燥的含約0.3%重量水,重量平均分子量約38,500道爾頓(凝膠滲透色譜法測定,標(biāo)準(zhǔn)物聚苯乙烯)的雙酚A聚碳酸酯粉末共同加進(jìn)-58mm,同步旋轉(zhuǎn)、互相配合、10筒體的雙螺桿擠出機(jī)。操作條件除特別說明的以外和實(shí)施例2的相同。濕和干樹脂的比率為65∶35,生產(chǎn)速率為每小時(shí)1500磅。螺桿轉(zhuǎn)速為800rpm,扭矩為最大可用扭矩的85%。一種穩(wěn)定劑的濃縮物經(jīng)一旁加料器加至筒體7中。操作很穩(wěn)定,未觀察到在筒體3的排氣口或加料口有蒸汽,因此沒有加料問題。
實(shí)施例6-11和對(duì)比例4-9在實(shí)施例6-11和對(duì)比例4-9中采用了一臺(tái)58mm同步旋轉(zhuǎn)、10筒體的雙螺桿擠出機(jī),除特別說明外,其裝備和操作實(shí)施例2的相同。擠出機(jī)轉(zhuǎn)速約為500rpm,扭矩為最大扭矩的約85%。生產(chǎn)速率為每小時(shí)約1000至約1200磅。
在實(shí)施例6-11中,界面聚合制成的濕的雙酚A聚碳酸酯粉末進(jìn)行擠出脫除揮發(fā)物,該聚碳酸酯含約7%重量的水和約1-約100ppm的二氯甲烷。將水解催化劑、四丁基氫氧化用去離子水稀釋成1%溶液,用位于筒體1和2之間的隔離板中的注射噴管加至擠出機(jī)中,其數(shù)量相當(dāng)于濕聚碳酸酯重量的約25-約50ppm。在對(duì)比例4-9中,干燥的聚碳酸酯粉末含低于約0.5%重量的水和約1至約100ppm的二氯甲烷進(jìn)行擠出脫揮發(fā)物。一種水解催化劑,四丁基氫氧化鏻用去離子水稀釋成1%溶液用位于筒體1和2之間的隔板中的注射噴管加至擠出機(jī)中,其數(shù)量相當(dāng)于濕聚碳酸酯重量的約25-約200ppm的四丁基氫氧化鏻。
實(shí)施例6-11和對(duì)比例4-9的數(shù)據(jù)收集在表2中,其中“催化劑含量”表示在擠出時(shí)的四丁基氫氧化鏻的含量,以ppm表示。重量平均分子量Mw是由凝膠滲透色譜法,用聚苯乙烯分子量標(biāo)準(zhǔn)物和三氯甲烷為洗脫劑測定擠出后聚碳酸酯的值,以每分子的克數(shù)Mw表示?!埃ニ帧贝頂D出后聚碳酸酯的含水量?!埃ニ帧钡闹禐樗陌俜趾?,用熱重分析法測得。表格標(biāo)題“CH2Cl2”和“[OH]”分別代表擠出后聚碳酸酯中殘余的二氯甲烷和羥基的濃度。“CH2Cl2”和“[OH]”的值用ppm表示并且分別用氣體色譜和定量紅外光譜法測定的。
表2
表2的結(jié)果顯示當(dāng)聚碳酸酯進(jìn)行擠出脫揮發(fā)組分時(shí),可以對(duì)其分子量進(jìn)行調(diào)節(jié)。在擠出機(jī)脫除揮發(fā)物過程中,調(diào)節(jié)分子量,用濕聚碳酸酯粉末比用干燥聚碳酸酯粉末采用催化劑的效率更高。圖2進(jìn)一步顯示出這種效果,該圖給出在實(shí)施例6-11(標(biāo)明“7%濕粉末”)中所用的濕聚碳酸酯和在對(duì)比例4-9(標(biāo)明“干粉末”)中所用的干聚碳酸酯經(jīng)擠出機(jī)擠出后所得聚碳酸酯的分子量和催化劑加入量之間的關(guān)系。
表2的數(shù)據(jù)還顯示在擠出后的聚碳酸酯組合物中分子量相近的聚碳酸酯的羥基端基的濃度基本上是相同的。這表明在實(shí)施例6-11和對(duì)比例4-9中所發(fā)生的分子量的降低的機(jī)理是相同的。
圖3繪出了在實(shí)施例6-11和對(duì)比例4-9中得到的聚碳酸酯擠出樣品的OH端基的含量和該聚碳酸酯樣品重均分子量的關(guān)系。
表2的數(shù)據(jù)還顯示本發(fā)明的方法能有效地降低聚碳酸酯中殘余溶劑的含量。實(shí)施例6-11表明沒有可以檢查出來數(shù)量的二氯甲烷。符號(hào)“nd”表示二氯甲烷,如果聚碳酸酯在脫揮發(fā)組分后還有二氯甲烷的話,則濃度低于0.05ppm,這是聚碳酸酯中二氯甲烷氣體色譜法的檢測極限。對(duì)比例4-9的數(shù)據(jù)表示聚碳酸酯經(jīng)擠出脫揮發(fā)組分后的樣品中可檢測量的二氯甲烷的含量,該樣品含低于0.5%水是用于對(duì)比例4-9中干聚碳酸酯粉末含水量的上限。
實(shí)施例121111磅重量平均分子量為約25,000道爾頓(凝膠滲透色譜法測定,聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)物),含10%重量的水和100ppm二氯甲烷的濕雙酚A聚碳酸酯粉末和1000磅重量平均分子量為約25,000道爾頓(凝膠滲透色譜法測定,聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)物)的干1,1-雙-(4-羥基-3-甲基)環(huán)己烷聚碳酸酯(BBC聚碳酸酯)粉末混合并將此混合物粉末加至一臺(tái)58mm、同步旋轉(zhuǎn)、互相配合、10筒體的雙螺桿擠出機(jī)中。該擠出機(jī)的裝備和操作和實(shí)施例1的相同?;旌衔镌谧畲笊a(chǎn)率約1030磅/時(shí)和600rpm的條件下在擠出機(jī)中擠出。最大可用扭矩的利用率為約70-95%。一種含雙酚A聚碳酸酯和BBC聚碳酸酯的聚碳酸酯的滲合物生產(chǎn)出來。該滲合物含低于0.5%重量的水和低于1ppm的二氯甲烷,該滲合物的Tg在132和140℃之間。
本發(fā)明已具體參考優(yōu)選實(shí)施方案詳細(xì)加以敘述,但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)然可以在本發(fā)明的構(gòu)思和范圍內(nèi)做出變更和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種由聚合物粉末中脫除揮發(fā)組分的方法,該方法包括工序(A)把一種含水的聚合物粉末加至一擠出機(jī)中,該擠出機(jī)包括(i)一個(gè)粉末輸送段;(ii)在該粉末輸送段的下游一個(gè)粉末密封段;(iii)在該粉末密封段的下游一個(gè)捏合及熔化段;和(iv)在該捏合及熔化段的下游一個(gè)真空排氣口;工序(B)把聚合物粉末輸送經(jīng)過該粉末密封段;工序(C)在該捏合及熔化段加熱并剪切聚合物粉末生成一含水的聚合物熔化物;和工序(D)在該真空排氣口將該聚合物熔化物進(jìn)行真空排氣處理。
2.權(quán)利要求1的方法,其中該聚合物粉末是選自聚碳酸酯、聚苯醚、聚酰胺、聚酯、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚醚砜、聚烯烴、及它們的混合物。
3.權(quán)利要求1的方法,其中該含水聚合物粉末還含一種或更多的揮發(fā)性有機(jī)化合物,該揮發(fā)性有機(jī)化合物含一種或更多的溶劑。
4.權(quán)利要求3的方法,其中該有機(jī)溶劑含二氯甲烷。
5.權(quán)利要求3的方法,其中該聚合物粉末含約0.1-約20%重量的水,和約0.001-約5%重量的一種或多種有機(jī)溶劑。
6.權(quán)利要求1的方法,其中擠壓機(jī)是一種雙螺桿的同步旋轉(zhuǎn)擠出機(jī)。
7.權(quán)利要求1的方法,其中該擠出機(jī)還有約5-約10個(gè)筒體。
8.權(quán)利要求1的方法,其中該擠出機(jī)是在加熱區(qū)設(shè)定溫度約100℃和約400℃之間的范圍內(nèi)操作的。
9.權(quán)利要求1的方法,其中工序(C)包括在約200℃和約450℃之間的溫度范圍內(nèi),加熱聚合物熔體。
10.權(quán)利要求1的方法,其中該真空排氣口是在約1和約750乇之間操作的。
11.權(quán)利要求1的方法,其中該擠出機(jī)還包括至少一個(gè)附加的真空排氣口。
12.權(quán)利要求1的方法,其中該擠出機(jī)的長度和直徑比L/D在約20和約60之間。
13.權(quán)利要求1的方法,其中該捏合及熔化段含有向前和向后運(yùn)行的捏合板。
14.權(quán)利要求1的方法,其中該擠出機(jī)還至少有一個(gè)熔化物密封段。
15.權(quán)利要求1的方法還包括回收基本上無水的聚合物組合物。
16.權(quán)利要求15的方法,其中該聚合物組分含低于約0.5%重量的水和低于約1ppm的二氯甲烷。
17.權(quán)利要求1的方法,其中該聚合物粉末是含結(jié)構(gòu)單元1的聚碳酸酯組分, 其中R1在每次出現(xiàn)時(shí)獨(dú)立地是鹵素原子,硝基、氰基、C1-C20烷基、C4-C20環(huán)烷基,或C6-C20芳基;n和m獨(dú)立地是整數(shù)0-4;w是一個(gè)鍵、一個(gè)氧原子、一個(gè)硫原子、一個(gè)SO2基、一個(gè)C1-C20脂族基、一個(gè)C6-C20芳基、一個(gè)C6-C20脂環(huán)基或基團(tuán) 其中R2和R3獨(dú)立地是氫原子,C1-C20烷基、C4-C20環(huán)烷基,或C4-C20芳基;或R2和R3共同生成一個(gè)被一個(gè)或多個(gè)C1-C20烷基、C6-C20芳基、C5-C21芳烷基、C5-C20環(huán)烷基或它們的混合物任選地取代的C4-C20環(huán)脂族的環(huán)。
18.權(quán)利要求17的方法,其中工序(A)還包括向擠出機(jī)中加入一水解催化劑。
19.權(quán)利要求18的方法,其中的水解催化劑是氫氧化季銨、氫氧化季磷,或它們的混合物。
20.權(quán)利要求18的方法,其中的水解催化劑是具有結(jié)構(gòu)II的氫氧化季銨 其中每一個(gè)R4-R7獨(dú)立地是一個(gè)C1-C20烷基、C4-C20環(huán)烷基、或C4-C20芳基。
21.權(quán)利要求18的方法,其中的水解催化劑是一種具有結(jié)構(gòu)III的氫氧化磷 其中每個(gè)R4-R7獨(dú)立地是C1-C20烷基、C4-C20環(huán)烷基或C4-C20芳基。
22.權(quán)利要求18的方法還包括回收一種分子量比加入擠出機(jī)的聚碳酸酯分子量低的聚碳酸酯。
23.權(quán)利要求22的方法,其中水解催化劑的量相當(dāng)于加入擠出機(jī)中的聚碳酸酯重量的約10至約300ppm。
24.權(quán)利要求22的方法,其中從擠出機(jī)回收的聚碳酸酯含小于約0.5%重量的水和小于約1ppm的二氯甲烷。
25.權(quán)利要求18的方法,其中聚合物粉末含雙酚A聚碳酸酯。
26.權(quán)利要求1的方法,其中工序(A)還包含向擠出機(jī)中加入至少一種附加的聚合物。
27.權(quán)利要求26的方法,其中該附加的聚合物是選自聚碳酸酯、聚苯醚、聚酰胺、聚酯、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚醚砜、聚烯烴、及它們的混合物。
28.權(quán)利要求26的方法,其中該附加的聚合物是聚碳酸酯。
29.權(quán)利要求28的方法,其中該含水的聚合物粉末是雙酚A聚碳酸酯,該附加的聚合物是含結(jié)構(gòu)單元1的聚碳酸酯 其中R1在每次出現(xiàn)時(shí)獨(dú)立地是鹵素原子、硝基、氰基、C1-C20烷基、C4-C20環(huán)烷基,或C6-C20芳基;n和m獨(dú)立地是整數(shù)0-4;w是一個(gè)鍵、一個(gè)氧原子、一個(gè)硫原子、一個(gè)SO2基、一個(gè)C1-C20脂族基、一個(gè)C6-C20芳基、一個(gè)C6-C20脂環(huán)基或基團(tuán) 其中R2和R3獨(dú)立地是氫原子、C1-C20烷基、C4-C20環(huán)烷基、或C4-C20芳基;或R2和R3共同形成一個(gè)被一個(gè)或多個(gè)C1-C20烷基、C6-C20芳基、C5-C21芳烷基、或它們的混合物任選地取代的C4-C20的環(huán)烷基。
30.權(quán)利要求29的方法,其中該附加的聚合物是1,1-雙(3-甲基-4羥基苯基)環(huán)己烷聚碳酸酯。
31.權(quán)利要求26的方法,其中該附加的聚合物是ABS。
32.一種從雙酚A聚碳酸酯粉末中除去水和二氯甲烷的方法,該方法包括工序(A)把含水和二氯甲烷的雙酚A聚碳酸酯加至一擠出機(jī)中,該擠出機(jī)包括(i)一個(gè)粉末輸送段;(ii)在該粉末輸送段的下游的一個(gè)粉末密封段;(iii)在該粉末密封段的下游的一個(gè)捏合及熔化段;和(iv)在該捏合及熔化段的下游的一個(gè)真空排氣口;工序(B)輸送該雙酚A聚碳酸酯通過該粉末密封段;工序(C)在該捏合及熔化段中加熱并剪切該雙酚A聚碳酸酯,形成一含水和二氯甲烷的聚合物熔化物;工序(D)該聚合物熔化物在該真空排氣口進(jìn)行真空排氣。
33.權(quán)利要求32的方法,其中該雙酚A聚碳酸酯含約0.1-約20%重量的水和約0.1-約5%重量的二氯甲烷。
34.權(quán)利要求32的方法,其中該擠出機(jī)是一種雙螺桿同步旋轉(zhuǎn)擠出機(jī)。
35.權(quán)利要求32的方法,其中該擠出機(jī)還帶有約5-約10個(gè)筒體。
36.權(quán)利要求32的方法,其中該擠出機(jī)是在加熱區(qū)的設(shè)定溫度為約100℃和約400℃之間的范圍內(nèi)操作的。
37.權(quán)利要求32的方法,其中工序(C)包括在約200℃和約450℃之間的范圍內(nèi)加熱并剪切聚合物熔化物。
38.權(quán)利要求32的方法,其中該真空排氣口是在約1和約750乇范圍內(nèi)操作。
39.權(quán)利要求32的方法,其中擠出機(jī)還包括至少一個(gè)附加的真空排氣口。
40.權(quán)利要求32的方法,其中該捏合及熔化段含有兩個(gè)或更多的向前運(yùn)行的捏合塊。
41.權(quán)利要求32的方法,其中該捏合及熔化段含有向前和向后兩種方向運(yùn)行的螺桿部件。
42.權(quán)利要求32的方法,其中該擠出機(jī)還包含熔化物密封段,該熔化物密封段含有一分配混合部件。
43.權(quán)利要求32的方法還包括回收一種含約0.5%重量的水和小于約1ppm的二氯甲烷的雙酚A聚碳酸酯。
44.權(quán)利要求32的方法,其中該擠出機(jī)是在其最大功率利用率約50和約100%之間運(yùn)轉(zhuǎn)的。
45.權(quán)利要求32的方法,其中該擠出機(jī)的長度和直徑比在約20和約60之間。
全文摘要
本發(fā)明描述了用一臺(tái)真空排氣擠出機(jī)從濕聚合物粉末中脫除揮發(fā)性組分的方法。將含大量(1-20%重量)水的聚合物粉末以高生產(chǎn)率很快轉(zhuǎn)變成含量低于0.5%重量水的聚合物組分,同時(shí)避免了過量蒸汽由擠出機(jī)進(jìn)料口回流。本發(fā)明的方法所用的螺桿被設(shè)計(jì)成在擠出機(jī)的捏合及熔化段的上游中包含了一粉末密封段。粉末加熱產(chǎn)生的蒸汽向下游流動(dòng)至一個(gè)或多個(gè)真空排氣口被除掉。已部分脫除揮發(fā)物的聚合物熔化物進(jìn)一步進(jìn)行熔化物捏合及真空排氣。本方法可以把含剩余二氯甲烷的濕聚碳酸酯粉末轉(zhuǎn)變成含低于約1ppm二氯甲烷的基本上干燥的聚碳酸酯粉末。
文檔編號(hào)B29C47/60GK1592675SQ02820128
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2002年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月29日
發(fā)明者王 華, 埃里克·T·戈?duì)?申請(qǐng)人:通用電氣公司