CN101495521A - 苯乙烯类聚合物中锂的减少 - Google Patents

苯乙烯类聚合物中锂的减少 Download PDF

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Abstract

一种方法，其包括加热含锂混合物至一个或多个至少约90℃的温度，并且在一个或多个压力下足以使所述整个混合物基本上保持液相，其中，所述含锂混合物包括水、锂离子、至少一种液态饱和烃，以及至少一种通过阴离子聚合形成的苯乙烯类聚合物，其中，相对于所述苯乙烯类聚合物的重量，所述水的量为至少约10重量％，且所述苯乙烯类聚合物具有至少约1000的重量平均分子量。

Description

苯乙烯类聚合物中锂的减少
技术领域
本发明涉及通过阴离子聚合方法制备的苯乙烯类聚合物中离子锂残留物的去除。
背景技术
聚苯乙烯在塑料制品和材料生产中有很多应用。阴离子苯乙烯类聚合物的一个重要应用是作为溴化苯乙烯类聚合物生产的原材料。已知溴化阴离子聚苯乙烯是应用在热塑性塑料中的一种非常有用的阻燃剂，所述热塑性塑料例如聚丁烯对苯二酸酯、聚乙烯对苯二酸酯和尼龙。有机锂化合物通常在诸如阴离子聚苯乙烯的阴离子苯乙烯类聚合物的合成中用作引发剂。为了有效地溴化所述阴离子苯乙烯类聚合物，有必要有效地从聚合物中去除离子锂催化剂残留物。当通过阴离子聚合并且在锂离子存在下制备聚苯乙烯时，残留在产品聚苯乙烯中的锂离子会对聚苯乙烯的进一步加工造成问题，例如在制备装置中沉淀为固体锂盐，造成阻塞，或所述残留在聚苯乙烯中的锂离子会不利影响进一步的反应，例如溴化，其中锂离子可以与溴化过程中使用的溶剂起反应，或妨碍溴化催化剂。
本领域公知用于苯乙烯类单体的阴离子聚合以制备苯乙烯类聚合物的方法，参见例如美国专利号6,657,028。迄今为止，通过添加少量水(每摩尔有机锂引发剂约1至约5摩尔的水)，然后添加更大量的水(通常每七重量份苯乙烯类聚合物溶液约1重量份水)，并把所述混合物加热至范围为约50℃至约70℃的温度，从低Mw(～1000-10000)苯乙烯类聚合物中去除锂离子。加热后，所述混合物被输送通过凝聚过滤器以有助于从有机相中分离水相，从而可以显著减少阴离子聚苯乙烯中的锂离子含量。为了分离水相(含锂)和有机相(含苯乙烯类聚合物)，凝聚过滤器的使用通常对低Mw阴离子苯乙烯类聚合物是必要的，因为所述水(水相)一般作为小滴(droplet)悬浮在有机相中。急需有一种不需要凝聚过滤器的从阴离子催化制备的苯乙烯类聚合物中去除锂的方法。
发明内容
令人惊讶地，依照本发明，无需凝聚过滤器从有机相中分离水相，用以从通过阴离子聚合制备的苯乙烯类聚合物中去除锂离子，尽管这种苯乙烯类聚合物与水混合经常形成乳状液。所述乳状液通过凝聚过滤器时不能被打碎。依照本发明，可以有利地分离乳化的混合物。此外，在本发明中，不使用凝聚过滤器即可完成含锂离子的水相从含苯乙烯类聚合物有机相中的分离。已观察到苯乙烯类聚合物中存在的锂的量显著降低。特别是，在实验室规模上，锂离子的水平已经被降低少至百万分之18(18ppm)。因此，本发明提供了一种用于降低苯乙烯类聚合物中锂离子的量的有效方法。
本发明的一个实施方式是，一种方法，其包括加热含锂混合物至一个或多个至少约90℃的温度，并且在一个或多个压力下足以使所述整个混合物基本上保持液相。所述含锂混合物包括水、锂离子、至少一种液态饱和烃，以及至少一种通过阴离子聚合形成的苯乙烯类聚合物。在此方法中，相对于所述苯乙烯类聚合物的重量，所述水的量为至少约10重量％，且所述苯乙烯类聚合物具有至少约1000的重量平均分子量。
本发明的另一个实施方式是，在至少一种苯乙烯类单体的阴离子聚合方法中的一种改进的方法，其中至少一种有机锂引发剂用于在产品溶液中制备苯乙烯类聚合物，用水终止所述阴离子聚合。所述苯乙烯类聚合物具有至少约1000的重量平均分子量。所述改进的方法包括，在阴离子聚合已经被终止后，加热至少部分的所述产品溶液至一个或多个至少约90℃的温度，并且在一个或多个压力下足以使被加热的产品溶液的整个部分基本上保持液相。
本发明的这些以及其他实施方式和特征还将在后续的说明书和附加的权利要求中进一步阐明。
具体实施方式
本说明书中给出的百万分之几(ppm)的表达式是以重量为基础。
本发明中使用的用于制备苯乙烯类聚合物的苯乙烯类单体可以是任何阴离子聚合苯乙烯类单体。适当但非限制性的实例包括苯乙烯、邻甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、叔丁基苯乙烯、二甲基苯乙烯等，包括前述两种或几种的混合物。优选所述苯乙烯类单体基本上由苯乙烯组成。本领域公知，苯乙烯单独或在一种或几种可与苯乙烯共聚合的单体存在下的阴离子聚合，在此不讨论阴离子聚合方法；对于苯乙烯阴离子聚合的一种方法的描述，参见美国专利号6,657,028，此处其通过参考并入本文中。
经由本发明方法的苯乙烯类聚合物具有至少约1000重量平均分子量(Mw)。本发明方法中的阴离子苯乙烯类聚合物(即用阴离子引发剂形成的苯乙烯类聚合物)优选具有范围为约3000至约30000的重量平均分子量。更优选地，本发明方法中的阴离子苯乙烯类聚合物具有范围为约3000至约15000的重量平均分子量；本发明方法中特别优选的是重量平均分子量范围为约3000至约12000的阴离子苯乙烯类聚合物。Mw是基于本领域公知的使用光散射检测器的凝胶渗透色谱法(GPC)技术；对于该技术更深入的描述，参见例如国际专利公开WO 98/50439。
在本发明中的一个实施方式中，通过阴离子聚合制备的苯乙烯类聚合物的锂离子含量得到降低。在该方法中，含锂混合物由至少一种阴离子苯乙烯类聚合物、至少一种液态饱和烃、锂离子和水形成。所述液态饱和烃的量如此以致相对于所述苯乙烯类聚合物和所述液态饱和烃的组合重量，存在约5重量％至约70重量％、更优选约20重量％至约60重量％的所述苯乙烯类聚合物。
所述液态饱和烃可以是任何脂肪族的或脂环族的烃，或者是两种或几种脂肪族的或脂环族的烃的混合物，其在阴离子聚合反应条件下为液态。所述饱和烃优选在分子中含约4至约12个碳原子。所述脂肪族烃可以为直链的或支链的。合适的脂肪族烃非限制性的实例包括戊烷、异戊烷、己烷、2-甲基戊烷、辛烷、2，2，4-三甲基戊烷等。更优选地，所述液态饱和烃是一种或几种液态饱和脂环族烃。合适的所述脂环族烃的非限制性实例包括环戊烷、甲基环戊烷、环己烷、甲基环己烷、环庚烷、1，3-二甲基环己烷、1，4-二甲基环己烷等，特别优选环己烷作为所述液态饱和烃。
在含锂混合物中，相对于所述苯乙烯类聚合物的重量，所述水的量为至少约10重量％，优选为约20重量％至约100重量％。更优选相对于所述苯乙烯类聚合物的重量，所述水的量为约25重量％至约40重量％。可以用更大量的水，但没有必要也不合适，因为更大量的水通常并不能显著地增加从苯乙烯类聚合物中去除锂离子的量，并且会产生更多的废液体积。
搅拌所述含锂混合物并把所述含锂混合物加热至至少约90℃的温度，优选范围为约90℃至约250℃的温度。更优选地，含锂混合物被加热至范围为约100℃至约220℃的温度。更加优选的是范围为约110℃至约200℃的温度。不希望受理论的束缚，一般认为相对高的温度有助于打破通常在含锂混合物中形成的乳状液。使用高温的好处是可以降低含锂混合物的粘度。此外，加热含锂混合物所需的时间通常相对较短。特别地，在实验室规模上，加热时间约为大约1小时左右。任选地在加热至至少约90℃的温度之前，所述含锂混合物可以被加热至较低提高的温度，例如在约55℃至约70℃的范围内。
本发明的方法中，增高的压力的应用允许所述含锂混合物加热至高温，但同时整个混合物基本上保持液相。这里使用的术语“增高的压力”是指比大气压更高的压力。这里使用的术语“整个混合物基本上”表明所述混合物可以稍微偏离完全的液相，这种小的偏离包括少量的蒸气形成。应用于所述含锂混合物的压力优选在每平方英寸约20至约1000磅(1.38×105至6.90×106Pa)的范围内。更优选所述压力在每平方英寸约20至约500磅(1.38×105至3.45×106Pa)的范围内。实施本发明的方法的方便且优选的途径是在高压锅中加热所述含锂混合物。
加热后，所述含锂混合物通常要冷却并形成水相和有机相，所述水相和有机相能用常规的相分离法进行分离。大部分锂离子通常以氢氧化锂或一种或几种锂盐的形式存在于水相中，而苯乙烯类聚合物则保留在有机相中。
在本发明的另一个实施方式中，存在至少一种苯乙烯类单体的阴离子聚合方法中的一种改进的方法，其中至少一种有机锂引发剂用于在产品溶液中制备苯乙烯类聚合物，其中用水终止所述阴离子聚合。所述苯乙烯类聚合物具有至少约1000的重量平均分子量。在所述改进的方法中，得到处理以去除锂离子的产品溶液主要含有阴离子苯乙烯类聚合物和至少一种液态饱和烃；同时在所述产品溶液中存在的是至少一种有机锂引发剂和/或其副产物。在阴离子聚合已经被终止后，在产品溶液中还存在水。在产品溶液中可能存在其他物质，例如包括未反应的苯乙烯类单体以及一种或几种醚助剂。在产品溶液中液态饱和烃的量可以变化，但优选如此以致在产品溶液中含有约5重量％至约70重量％，公约选约20重量％至约60重量％的苯乙烯类聚合物；所述液态饱和烃如上所述用于含锂混合物。
推荐并优选当使用这种水终止的实施方式时，用于终止所述阴离子聚合的水的量为每摩尔有机锂引发剂约1至约10mol的范围的水，并且更优选最初激发的每摩尔有机锂引发剂约1.25至约5mol的水。将产品溶液和水混合在一起终止阴离子聚合反应(通常形成水合氢氧化锂)。
推荐并优选的另一个步骤包括在所述阴离子聚合被终止后，并在本发明锂降低操作步骤前，再次混合水和至少部分的产品溶液。尽管第二次水混合步骤不与第一次混合的水量分开可能会出现过量，但两个分开的步骤混合水可以最小化形成乳液的可能性。在所述第二次水混合步骤中，相对于所述苯乙烯类聚合物的重量，所述水的量为至少约10重量％。相对于所述苯乙烯类聚合物的重量，该步骤中使用的水优选为约20重量％至约100重量％。相对于所述苯乙烯类聚合物的重量，更优选水的量在约25重量％至约40重量％的范围内。如上所述，可以用更大量的水，但没有必要也不合适，因为更大量的水通常并不能显著地增加从苯乙烯类聚合物中去除锂离子的量，并且会产生更多的废液体积。
在所述产品溶液中存在的有机锂引发剂可以是众多含锂烃中的一种。合适的非限制性实例包括甲基锂、乙基锂、正丁基锂、仲丁基锂、异丙基锂、环己基锂或苯基锂，包括前述物质的混合物。
如上所述对于含锂混合物，阴离子聚合已经被终止后，至少部分的产品溶液加热至一个或多个至少约90℃的温度，并在一个或多个压力下足以使整个被加热的产品溶液部分基本上保持液相。优选的温度如上所述对于含锂混合物的温度。增高的压力包括优选的压力也如上所述对于含锂混合物增高的压力。对于产品溶液的加热的考虑如上所述对于含锂混合物的加热，其包括加热至任选的较低提高的温度。加热后，终止后的混合物通常要冷却并形成水相和有机相，所述水相和有机相能用常规的相分离法进行分离。
下面给出的实施例目的在于解释说明，并没有意在对本发明的范围加以限制。
在下面的实施例中，所述相允许在测定有机相(具有苯乙烯类聚合物)中锂的量之前进行分离，存在的锂离子量用带发射探测器的ICP测定。
实施例1
通过在30-53℃下，向1-BuLi(0.0162mol)和THF(0.0486mol)在环己烷(70g)中的溶液输送苯乙烯(0.7mol)来进行苯乙烯的阴离子聚合形成聚苯乙烯。在4分钟内输送水(每摩尔活性聚合物或
Figure A20078002839200101
3mol)失活化正在进行的聚合。然后加入更多的水(21g)。所得混合物在57-64℃下搅拌10分钟。使得所述混合物放置15分钟后，进行水相和有机相的分离；发现所述有机相(含聚苯乙烯和悬浮水)含88ppm的
Figure A20078002839200102
。然后在高压锅中将所述混合物(由有机相和水相组成)加热至110℃并搅拌。30分钟后，所述有机相含34ppm的
Figure A20078002839200103
在高压锅中于130℃下搅拌额外一个小时后，所述有机相含18ppm的
Figure A20078002839200104
至少在理论上，每一摩尔有机锂引发剂(在本实施例中，1-BuLi)生成一摩尔活性聚合物。这样，更适合每摩尔活性聚合物使用例如约3mol水，胜于每摩尔有机锂引发剂使用约3mol水。然而，有机锂引发剂的量通常比活性聚合物的量更容易测定，因此，用于终止的水量经常参照有机锂引发剂的量。
实施例2
含104ppm的
Figure A20078002839200105
的聚苯乙烯乳状环己烷溶液(40重量％；Mw 10,000；用与实施例1相似的阴离子聚合方法制备)，以及其最初的水洗物(占阴离子聚苯乙烯溶液的15重量％；1,170ppm的
Figure A20078002839200106
)合并且装至高压锅中。在压力下，把所述液体混合物加热至130℃并在130℃下搅拌。一个小时后，有机相含37ppm的
Figure A20078002839200107
。在高压锅中，150℃下再搅拌一个小时，所得有机相含24ppm的
Figure A20078002839200108
可以这样理解，本文件任何地方以化学名称或通式提到的反应物和成分，不管是以单数形式或复数形式提及，均视为在与其他以化学名称或化学形式(如另一种反应物、溶剂等)提及的其他物质接触前就存在。最初的化学变化、转化和/或反应并不重要，如果有的话，会在合成混合物或溶液或反应介质中发生。由于这种变化、转化和/或反应是依照本披露所要求的条件带来特定反应物和/或成分的自然结果。这样反应物和成分被视为共同进行所需的化学操作或反应的成分，或形成一种混合物用来进行所需的操作或反应。并且按照本披露，即使实施方式以现在时时态(“由......构成”、“含有”、“是”等)提到物质、成分和/或组分，其中物质、成分或组分在第一次与一种或几种其他物质、成分和/或组分接触或混合前就存在。
并且按照本披露，即使权利要求以现在时时态(“由......构成”、“含有”、“是”等)提到物质，其中物质在第一次与一种或几种其他物质接触或混合前就存在。
除了以其他方式表示外，冠词“a”或“an”在这里如果使用的话，不是为了限制，也不应该被认为是限制对冠词所引用的单一成分进行的说明或要求的权利。更合适的是，冠词“a”或“an”在这里如果使用的话，是为了覆盖一种或者多种这样的成分，除非以其他方式描述
在本说明书中任何部分所引用的每一份专利或者其他出版物或者出版文件都被以其全部公开的内容加以引入作为参考。
在附带的权利要求的精神和范围内，本发明可以有多种变化。

Claims (21)

1.一种方法，其包括加热含锂混合物至一个或多个至少约90℃的温度，并且在一个或多个压力下足以使所述整个混合物基本上保持液相，其中，所述含锂混合物包括水、锂离子、至少一种液态饱和烃，以及至少一种通过阴离子聚合形成的苯乙烯类聚合物，其中，相对于所述苯乙烯类聚合物的重量，所述水的量为至少约10重量％，且所述苯乙烯类聚合物具有至少约1000的重量平均分子量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述加热是至范围为约90℃到约250℃的温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述压力范围为每平方英寸约20磅至每平方英寸约1000磅。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，相对于所述苯乙烯类聚合物的重量，所述水的量为约20重量％至约100重量％。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述苯乙烯类聚合物具有范围为约3000至约30000的重量平均分子量。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述苯乙烯类聚合物具有范围为约3000至约15000的重量平均分子量。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述液态饱和烃的量如此以致相对于所述苯乙烯类聚合物和所述液态饱和烃的组合重量，存在约20重量％至约60重量％的所述苯乙烯类聚合物。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述苯乙烯类聚合物具有范围为约3000至约30000的重量平均分子量，其中，相对于所述苯乙烯类聚合物的重量，所述水的量为约25重量％至约40重量％。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述苯乙烯类聚合物具有范围为约3000至约30000的重量平均分子量，其中，相对于所述苯乙烯类聚合物的重量，所述水的量为约25重量％至约40重量％，并且其中所述加热是至范围为约100℃至约220℃的温度。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述苯乙烯类聚合物具有范围为约3000至约30000的重量平均分子量，其中，相对于所述苯乙烯类聚合物的重量，所述水的量为约25重量％至约40重量％，并且其中所述加热是至范围为约100℃至约220℃的温度，并且其中所述压力范围为每平方英寸约20磅至每平方英寸约500磅。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述苯乙烯类聚合物具有范围为约3000至约15000的重量平均分子量，其中，相对于所述苯乙烯类聚合物的重量，所述水的量为约25重量％至约40重量％，并且其中所述加热是至范围为约100℃至约220℃的温度。
12.在至少一种苯乙烯类单体的阴离子聚合方法中，其中至少一种有机锂引发剂用于在产品溶液中制备苯乙烯类聚合物，所述苯乙烯类聚合物具有至少约1000的重量平均分子量，其中用水终止所述阴离子聚合，其改进的方法包括，在阴离子聚合已经被终止后，加热至少部分的所述产品溶液至一个或多个至少约90℃的温度，并且在一个或多个压力下足以使被加热的产品溶液的整个部分基本上保持液相。
13.根据权利要求12所述的改进的方法，其中，所述加热是至范围为约90℃到约250℃的温度。
14.根据权利要求12所述的改进的方法，其中，所述压力范围为每平方英寸约20磅至每平方英寸约1000磅。
15.根据权利要求12所述的改进的方法，其中，所述苯乙烯类聚合物具有范围为约3000至约30000的重量平均分子量。
16.根据权利要求12所述的改进的方法，其中，所述苯乙烯类聚合物具有范围为约3000至约15000的重量平均分子量。
17.根据权利要求12所述的改进的方法，其中，所述产品溶液包含约20wt％至约60wt％的苯乙烯类聚合物。
18.根据权利要求12所述的改进的方法，其中，相对于所述苯乙烯类聚合物的重量，所述与终止的混合物混合在一起的水的量为约20重量％至约100重量％。
19.根据权利要求12所述的改进的方法，其中，所述苯乙烯类聚合物具有范围为约3000至约30000的重量平均分子量，并且其中相对于所述苯乙烯类聚合物的重量，所述与终止的混合物混合在一起的水的量为约25重量％至约40重量％。
20.根据权利要求12所述的改进的方法，其中，所述苯乙烯类聚合物具有范围为约3000至约15000的重量平均分子量，其中相对于所述苯乙烯类聚合物的重量，所述与终止的混合物混合在一起的水的量为约25重量％至约40重量％，并且其中所述加热是至范围为约100℃至约220℃的温度。
21.根据权利要求12所述的改进的方法，其中，所述苯乙烯类聚合物具有范围为约3000至约15000的重量平均分子量，其中相对于所述苯乙烯类聚合物的重量，所述与终止的混合物混合在一起的水的量为约25重量％至约40重量％，其中所述加热是至范围为约100℃至约220℃的温度，并且其中所述压力范围为每平方英寸约20磅至每平方英寸约500磅。
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