CN101508773A - 一种界面聚合法制备的粗聚碳酸酯有机相溶液的纯化方法 - Google Patents

一种界面聚合法制备的粗聚碳酸酯有机相溶液的纯化方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种界面聚合法制备的粗聚碳酸酯溶液的纯化方法。所述方法采用超声技术或者超声与其他混合方式组合使用的技术,将通过界面聚合法制备的粗聚碳酸酯有机相溶液与无机酸水相溶液混合,最后经分离得到纯净的聚碳酸酯溶液。相较传统粗聚碳酸酯溶液洗涤过程,采用超声法能有效去除粗聚碳酸酯有机相溶液中残留的碳酸盐和有机碱催化剂杂质,并减少洗涤液用量。

Description

一种界面聚合法制备的粗聚碳酸酯有机相溶液的纯化方法
技术领域
本发明涉及一种粗聚碳酸酯溶液的纯化方法,具体涉及一种由界面聚合法制备的粗聚碳酸酯有机相溶液的纯化方法。
背景技术
界面聚合法生产聚碳酸酯工艺是将双酚溶解在碱金属溶液中,以其碱金属盐的形式,与溶解在可与聚碳酸酯互溶的有机溶剂(通常为二氯甲烷或氯苯)中的光气进行多相反应,将所得的聚碳酸酯有机相溶液与含盐和有机碱催化剂的水相进行分离得到粗聚碳酸酯有机相溶液,粗聚碳酸酯有机相溶液经过洗涤、纯化并脱除有机溶剂得到聚碳酸酯。
通常界面聚合法是将双酚溶解在碱金属水溶液中,以其碱金属盐的形式,与溶解在可与聚碳酸酯互溶的有机溶剂,通常为二氯甲烷或氯苯中的光气进行界面聚合反应,将所得的聚碳酸酯有机相溶液与含盐和有机物的废水进行分离得到粗聚碳酸酯有机溶液。
本发明所处理的粗聚碳酸酯有机溶液中会残留有达到饱和溶解度的水,这些微量的水相将会把无机盐及残留的酚钠盐等带入有机相,同时由于在界面聚合反应过程中受扩散控制的影响,碳酸盐局部浓度过高导致碳酸盐微细颗粒析出包裹于聚合物长链间。粗聚碳酸酯有机相溶液中通常还含有有机碱催化剂等杂质。一般去除上述粗聚碳酸酯有机相中所含杂质的方法包括采用无机酸水相溶液洗涤去除碳酸盐和有机碱催化剂。粗聚碳酸酯有机相溶液的粘度较高,达250cps以上,而无机酸水相溶液的粘度则不超过10cps,它们之间体积流量差异也较大,且互溶度非常低。通常,洗涤过程首先是粗聚碳酸酯溶液与洗涤水相经过界面的分散混合,在有机相和水相界面处无机酸与碳酸盐和有机碱催化剂反应,因此整个洗涤过程需要强化有机相和水相的分散混合。
现有技术关于界面聚合法制备的粗聚碳酸酯溶液的纯化方法中,有关于粗聚碳酸酯有机相溶液与水相洗涤液混合措施的报道。美国专利US 4338429中提到了采用多步加入酸或水来除去有机相中的碱金属氢氧化物、催化剂、终止剂和盐的工艺,该工艺中粗聚碳酸酯有机溶液与水相洗涤液的混合过程就主要通过高速的搅拌或者混合泵来实现,并最终通过重复沉降或离心的方法进行油水分离。美国专利US 5260418中提出的采用一系列串联排列的离心机来逐步除去废水、残留的终止剂及盐类的方法,该方法通常直接利用离心分离机内部自带的混合设备来混合,或者利用传统的静态混合设备来强化混合,这也是目前工业上普遍采用的一种方式。美国专利US4316009中则同样提出了采用静态混合器或汽轮式混合器等混合设备来实现两相混合,最终利用纤维填料的吸水、憎水性来使分散的细小液滴聚凝成大液滴来实现两相分离,除去PC乳液中的洗涤液。中国专利CN 1324375A中则提出采用混合泵、特别是离心泵或多级混合喷嘴来进行洗液与粗聚碳酸酯的有机相进行混合。中国专利CN1648153A中粗聚碳酸酯有机溶液与水相洗涤液的混合方式则采用了直列混合器、静态混合器或孔流混合器等混合设备。
上述传统的粗聚碳酸酯纯化工艺中,粗聚碳酸酯溶液与水相洗涤液间的混合方式普遍采用静态混合器、直列混合器、搅拌器或混合泵等传统的单一的混合方式,这种混合方式在混合过程中形成的混合液中分散相的液体尺寸普遍偏大,再加上体系的高粘度,使得两相界面更新速度也非常缓慢,从而使碳酸盐尤其是包裹在聚合物长链间的碳酸盐微细颗粒很难扩散到两相界面处与无机酸反应,通常都需要通过保持一定的油水比、延长混合时间或者采用多步洗涤的方法来提高洗涤去除率,而且对无机酸的要求更为苛刻,必须使用一定浓度的强酸来提高去除效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可提高碳酸盐和有机碱催化剂去除率的界面聚合法制备的粗聚碳酸酯溶液的纯化方法。
为解决上述技术问题,本发明采用超声技术或者超声与其他混合方式组合使用的技术来强化界面聚合法制备的粗聚碳酸酯溶液与无机酸水相溶液的混合,最后经分离得到纯净的聚碳酸酯溶液。
本发明提供了一种界面聚合法制备的粗聚碳酸酯有机相溶液的纯化方法,所述方法包括如下步骤:
(1)、向所述粗聚碳酸酯有机相溶液中加入无机酸水相溶液,其中,所述粗聚碳酸酯有机相溶液与无机酸水相溶液的体积比为5~15:1;
(2)、在超声化学反应器内通过超声振荡来强化所述粗聚碳酸酯有机相溶液与无机酸水相溶液之间的分散混合,其中,所述超声波的频率为20~300kHz,所述超声波的声强为10~100W/cm2,所述粗聚碳酸酯有机相溶液在超声化学反应器内的停留时间为0.5~30min;以及
(3)、将所述聚碳酸酯有机相溶液与无机酸水相溶液进行分离,得到纯净的聚碳酸酯有机相溶液。
本发明所述粗聚碳酸酯有机相溶液是指本领域界面聚合法制备的聚碳酸酯溶液经除去无机相后所得到的粗聚碳酸酯有机相溶液,所述粗聚碳酸酯有机相溶液中通常含有碳酸盐和有机碱催化剂等其他物质。
作为本发明的一种优选方案,粗聚碳酸酯有机相溶液与无机酸水相溶液的体积比为8~12:1。
作为本发明的另一种优选方案,所述超声波的频率为30~50kHz。
作为本发明的还一种优选方案,所述超声波的声强为20~50W/cm2
作为本发明的又一种优选方案,所述粗聚碳酸酯有机相溶液在超声化学反应器内的停留时间为0.5~15min。
上述无机酸包括盐酸、磷酸、亚磷酸、偏磷酸、原磷酸、硝酸或亚硝酸,优选盐酸。盐酸浓度为0.01~10wt%,优选为0.5~1wt%。
上述粗聚碳酸酯有机相溶液的纯化方法的操作可以采用间歇操作或连续操作。
实现超声的设备可以是槽式、探头式或者管道式超声设备,也可以是内置式超声波振荡片。
上述方法可以单独采用超声或超声与其它混合装置组合使用。
与超声组合使用的其它混合装置可以是搅拌器或静态混合设备等任何能够促进混合液湍流混合的设备,其组合方式可以是耦合也可以是串联。
本发明步骤a)中所采用的无机酸为各种易除去的强酸或弱酸,可以是盐酸、磷酸、亚磷酸、偏磷酸、原磷酸、硝酸或亚硝酸等,优选为盐酸。盐酸的浓度为0.01~10wt%。为保证混合反应效果,粗聚碳酸酯有机相溶液与无机酸水相溶液的体积比为5~15:1,优选8~12:1。
本发明首次提出将超声技术应用于界面聚合法制备的粗聚碳酸酯溶液的纯化过程中,主要是利用超声波的机械效应和涡流效应来强化界面聚合法制备的粗聚碳酸酯溶液与无机酸水相溶液的混合,相较传统粗聚碳酸酯溶液洗涤过程,能有效去除聚碳酸酯有机相中残留的碳酸盐和有机碱催化剂杂质,并减少洗涤液用量。
具体实施方式
本发明所处理的粗聚碳酸酯溶液中的聚碳酸酯所占的质量百分比为但不限于10~30wt%。聚碳酸酯的分子量为但不限于10000~50000g/mol。
本发明中对粗聚碳酸酯有机相溶液与无机酸水相溶液的分离则可以采取任何可实现液液不相溶体系分离的设备。为保证对碳酸盐和有机碱催化剂的洗涤效果,通常要求经过洗涤并分离得到的水相溶液的pH值小于3.5,通常优选小于2.5,进一步优选pH值小于2。pH过大则会降低PC聚合物内残留碳酸盐的去除率,但pH过小对最终结果的影响不大。通过对洗涤分离水相pH值的监控,并结合粗聚碳酸酯有机相溶液与无机酸水相溶液的体积比要求,由此调节盐酸溶液的添加量。
本发明所使用的超声振荡设备可以根据粗聚碳酸酯溶液处理量的大小和操作条件来自由选择超声设备的结构尺寸。
本发明使用的超声设备的功率是根据粗聚碳酸酯有机溶液的处理量和设备的尺寸而定,通常在25~500000W之间。一般而言,在保证聚合物品质的前提下,使用高的超声功率可以有效强化分散混合,由此可以缩短停留时间,降低设备尺寸并有效地提高粗聚碳酸酯有机溶液的处理量。
本发明中纯化过程可以采用间歇操作或连续操作,其中间歇操作便于实施和控制,间歇操作一般是把粗聚碳酸酯有机溶液与无机酸水相溶液混合,随后再施加一定量的超声波并保持一定的时间,然后再分离得到纯化的聚碳酸酯溶液。连续操作实施较为简便,粗聚碳酸酯有机溶液与无机酸水相溶液连续混合并输入到一个超声波加载的设备中进行超声,随后连续的输出混合溶液,经过分离得到纯化的聚碳酸酯溶液。连续超声设备可以是全混流反应器,也可以是平推流反应器。更具体地说,超声加载的设备可以是釜式、槽式或者管道式设备,超声波载入的设备可以是内置式超声探头、内置式超声波振荡片、各种形式的超声换能器,或直接采用槽式超声仪等超声波发生设备。
本发明所述的超声技术,即可以采用单独超声的方式,也可以将超声设备与其它强化混合装置组合使用。其它装置可以是搅拌器、静态混合器等任何能够促进液液混合的设备,其组合方式可以是耦合也可以是串联。耦合的方式如采用搅拌釜加槽式超声仪,搅拌釜内内置超声探头,静态混合器外壁固定超声换能器,串联的方式如可在多个静态混合单元间内置超声震荡片等方式。
下面的实施例将对本发明所提供方法予以进一步的说明,但本发明并不因此而受到任何限制。
在以下实施例中所用到的原料分别为:
双酚A:工业级,购自蓝星化工新材料股份有限公司(无锡树脂厂);氢氧化钠:分析纯,购自天津市科密欧化学试剂有限公司;光气:工业级,自制;二氯甲烷:分析纯,购自天津市科密欧化学试剂有限公司;苯酚:分析纯,购自山东省化工研究院;三乙胺:分析纯,购自天津市科密欧化学试剂有限公司;盐酸:分析纯,购自山东莱阳市经济技术开发区精细化工厂。
粗聚碳酸酯有机相溶液的制备过程如下:
(1)将600.10g双酚A、6.36g苯酚、225.69g氢氧化钠加入4000g水中配成水相溶液,将288g光气加入5558g二氯甲烷中配成有机相溶液;
(2)将有机相溶液加入水相溶液中,搅拌并不断补加50质量%氢氧化钠溶液来调控PH为碱性;
(3)加料完成并反应30min后,加入催化剂三乙胺6.34g,反应5~10分钟后,静置分层并去掉上层水相,即为粗聚碳酸酯的有机相溶液。
(4)用电位滴定仪测定粗聚碳酸酯的有机相溶液中碳酸盐的含量,结果为937ppm(按质量)。
(5)碳酸盐颗粒粒径大小和分布的测试仪器采用的是马尔文仪器公司的zatasizer nano ZS激光纳米粒度测定仪,测试温度为25℃;首先加两滴液体于容量瓶中,加入溶剂100ml,放于超声波上振荡5分钟后,进行测试。
实施例1
将500ml的粗聚碳酸酯有机溶液加入到1L的烧杯中,并将烧杯置于北京市历原电子仪器技贸公司提供的AS20500A型超声仪中,超声仪的参数设置为:频率为40kHz,声强为35W/cm2,功率为500W;开启超声仪,然后向烧杯中加入50ml的0.8wt%的盐酸,超声10min后分离除去酸性水相,得到纯化的聚碳酸酯有机溶液,用pH计分析水相的pH值为2,用电位滴定仪测定酸洗后的有机相中碳酸盐的含量为13ppm,此方法碳酸盐的除去效率为98.61%。
实施例2
将500ml的粗聚碳酸酯有机溶液加入到1L的烧杯中,并将烧杯置于北京市历原电子仪器技贸公司提供的AS20500A型超声仪中,超声仪的参数设置为:频率为20kHz,声强为35W/cm2,功率为500W,开启超声仪,然后向烧杯中加入50ml的0.8wt%的盐酸,超声10min后分离除去酸性水相,得到纯化的聚碳酸酯有机溶液,用pH计分析水相的pH值为1.9,用电位滴定仪测定酸洗后的有机相中碳酸盐的含量,结果为34ppm,此方法碳酸盐的除去效率为96.37%。
实施例3
将500ml的粗聚碳酸酯有机溶液加入到1L的烧杯中,并将烧杯置于北京市历原电子仪器技贸公司提供的AS20500A型超声仪中,超声仪的参数设置为:频率为40kHz,声强为15W/cm2,功率为500W,开启超声仪,然后向烧杯中加入50ml的0.8wt%的盐酸,超声10min后分离除去酸性水相,得到纯化的聚碳酸酯有机溶液,用pH计分析水相的pH值为1.8,用电位滴定仪测定酸洗后的有机相中碳酸盐的含量,结果为62ppm,此方法碳酸盐的除去效率为93.38%。
实施例4
将500ml的粗聚碳酸酯有机溶液加入到1L的烧杯中,并将烧杯置于北京市历原电子仪器技贸公司提供的AS20500A型超声仪中,超声仪的参数设置为:频率为40kHz,声强为35W/cm2,功率为250W,开启超声仪,然后向烧杯中加入50ml的0.8wt%的盐酸,超声10min后分离除去酸性水相,得到纯化的聚碳酸酯有机溶液,用pH计分析水相的pH值为1.9,用电位滴定仪测定酸洗后的有机相中碳酸盐的含量,结果为31ppm,此方法碳酸盐的除去效率为96.69%。
实施例5
将500ml的粗聚碳酸酯有机溶液加入到1L的烧杯中,并将烧杯置于北京市历原电子仪器技贸公司提供的AS20500A型超声仪中,超声仪的参数设置为:频率为40kHz,声强为35W/cm2,功率为500W,开启超声仪,然后向烧杯中加入50ml的0.5wt%的盐酸,超声10min后分离除去酸性水相,得到纯化的聚碳酸酯有机溶液,用pH计分析水相的pH值为2.8,用电位滴定仪测定酸洗后的有机相中碳酸盐的含量,结果为341ppm,此方法碳酸盐的除去效率为63.61%。
实施例6
将500ml的粗聚碳酸酯有机溶液加入到1L的烧杯中,并将烧杯置于北京市历原电子仪器技贸公司提供的AS20500A型超声仪中,超声仪的参数设置为:频率为40kHz,声强为35W/cm2,功率为500W,开启超声仪,然后向烧杯中加入100ml的0.8wt%的盐酸,超声10min后分离除去酸性水相,得到纯化的聚碳酸酯有机溶液,用pH计分析水相的pH值为1,用电位滴定仪测定酸洗后的有机相中碳酸盐的含量,结果为12ppm,此方法碳酸盐的除去效率为98.72%。
实施例7
将500ml的粗聚碳酸酯有机溶液加入到1L的烧杯中,并将烧杯置于北京市历原电子仪器技贸公司提供的AS20500A型超声仪中,超声仪的参数设置为:频率为40kHz,声强为35W/cm2,功率为500W,开启超声仪,然后向烧杯中加入50ml的0.8wt%的盐酸,超声30min后分离除去酸性水相,得到纯化的聚碳酸酯有机溶液,用pH计分析水相的pH值为2,用电位滴定仪测定酸洗后的有机相中碳酸盐的含量,结果为13ppm,此方法碳酸盐的除去效率为98.61%。
实施例8
将500ml的粗聚碳酸酯有机溶液加入到1L的烧杯中,并将烧杯置于北京市历原电子仪器技贸公司提供的AS20500A型超声仪中,超声仪的参数设置为:频率为40kHz,声强为35W/cm2,功率为500W;同时在烧杯内配置机械搅拌器,搅拌器的参数设置为:转速200rpm。向烧杯中加入50ml的0.8wt%的盐酸,并同时开启超声仪和搅拌器10min后分离除去酸性水相,得到纯化的聚碳酸酯有机溶液,用pH计分析水相的pH值为2,用电位滴定仪测定酸洗后的有机相中碳酸盐的含量,结果为5ppm,此方法碳酸盐的除去效率为99.47%。
实施例9
将1000ml的粗聚碳酸酯有机溶液加入到2L的烧杯中,并在烧杯内插入杭州成功超声设备有限公司生产的聚焦探头式超声仪,该超声仪的结构尺寸为Φ50×250mm,超声的参数设置为:频率为40kHz,声强为35W/cm2,功率为500W。开启超声仪,并向烧杯中加入100ml的0.8wt%的盐酸,超声10min后分离除去酸性水相,得到纯化的聚碳酸酯有机溶液,用pH计分析水相的pH值为2,用电位滴定仪测定酸洗后的有机相中碳酸盐的含量,结果为10ppm,此方法碳酸盐的除去效率为98.93%。
实施例10
将粗聚碳酸酯有机溶液与0.8wt%的盐酸分别采用两台隔膜计量泵向管径为DN15,管长为1米的聚四氟管路中加料,其中粗聚碳酸酯有机溶液的流量为20L/小时,盐酸的流量为2L/小时。在聚四氟管路的外壁每100mm间距绑定一个无锡宇超电子有限公司生产的GC-2560型超声波换能器,该换能器的直径为25mm,在管路上总共固定8个GC-2560型超声波换能器。超声的参数设置为频率为40kHz,声强为35W/cm2,每个换能器的功率均为25W。将超声后两相分离除去酸性水相,得到纯化的聚碳酸酯有机溶液,用pH计取样分析水相的pH至为1.8,用电位滴定仪测定酸洗后的有机相中碳酸盐的含量,结果为177ppm,此方法碳酸盐的除去效率为81.11%。
实施例11
将粗聚碳酸酯有机溶液与0.8wt%的盐酸分别采用两台隔膜计量泵向管径为DN15,管长为1米,内衬有SMX型混合单元的聚四氟管路中加料,其中粗聚碳酸酯有机溶液的流量为20L/小时,盐酸的流量为2L/小时。在聚四氟管路的外壁每100mm间距绑定一个无锡宇超电子有限公司生产的GC-2560型超声波换能器,该换能器的直径为25mm,在管路上总共固定8个GC-2560型超声波换能器。超声的参数设置为频率为40kHz,声强为35W/cm2,功率均为25W。将超声后两相分离除去酸性水相,得到纯化的聚碳酸酯有机溶液,用pH计取样分析水相的pH至为2,用电位滴定仪取样分析测定酸洗后的有机相中碳酸盐的含量,结果为18ppm,此方法碳酸盐的除去效率为98.08%。
实施例12
将500ml的粗聚碳酸酯有机溶液加入到1L的烧杯中,并将烧杯置于北京市历原电子仪器技贸公司提供的AS20500A型超声仪中,超声仪的参数设置为:频率为50kHz,声强为35W/cm2,功率为500W;开启超声仪,然后向烧杯中加入50ml的0.8wt%的盐酸,超声10min后分离除去酸性水相,得到纯化的聚碳酸酯有机溶液,用pH计分析水相的pH值为2,用电位滴定仪测定酸洗后的有机相中碳酸盐的含量为13ppm,此方法碳酸盐的除去效率为98.61%。
实施例13
将500ml的粗聚碳酸酯有机溶液加入到1L的烧杯中,并将烧杯置于北京市历原电子仪器技贸公司提供的AS20500A型超声仪中,超声仪的参数设置为:频率为40kHz,声强为50W/cm2,功率为500W,开启超声仪,然后向烧杯中加入50ml的0.8wt%的盐酸,超声10min后分离除去酸性水相,得到纯化的聚碳酸酯有机溶液,用pH计分析水相的pH值为1.8,用电位滴定仪测定酸洗后的有机相中碳酸盐的含量,结果为12ppm,此方法碳酸盐的除去效率为98.72%。
尽管为了清楚理解的目的已经通过举例方式详细描述了上文的发明内容,对本领域技术人员显而易见的是,在不背离所附权利要求的精神或范围的情况下可以进行某些改变和变化。该申请书中引用的所有参考文献通过引用完整并入本申请。

Claims (13)

1、一种界面聚合法制备的粗聚碳酸酯有机相溶液的纯化方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
(1)、向所述粗聚碳酸酯有机相溶液中加入无机酸水相溶液,其中,所述粗聚碳酸酯有机相溶液与无机酸水相溶液的体积比为5~15:1;
(2)、在超声化学反应器内通过超声振荡来强化所述粗聚碳酸酯有机相溶液与无机酸水相溶液之间的分散混合,其中,所述超声波的频率为20~300kHz,所述超声波的声强为10~100W/cm2,所述粗聚碳酸酯有机相溶液在超声化学反应器内的停留时间为0.5~30min;以及
(3)、将所述聚碳酸酯有机相溶液与无机酸水相溶液进行分离,得到纯净的聚碳酸酯有机相溶液。
2、根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述粗聚碳酸酯有机相溶液与无机酸水相溶液的体积比为8~12:1。
3、根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述超声波的频率为30~50kHz。
4、根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述超声波的声强为20~50W/cm2
5、根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述粗聚碳酸酯有机相溶液在超声化学反应器内的停留时间为0.5~15min。
6、根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述无机酸为盐酸、磷酸、亚磷酸、偏磷酸、原磷酸、硝酸或亚硝酸,所述无机酸的用量使得保证粗聚碳酸酯有机相溶液经所述无机酸洗涤后分离得到的水相溶液pH小于3.5,优选所述无机酸的用量使得保证粗聚碳酸酯有机相溶液经所述无机酸洗涤后分离所得的水相溶液pH值小于2.5,更优选所述无机酸的用量使得保证粗聚碳酸酯有机相溶液经所述无机酸洗涤后分离所得的水相pH值保持在2。
7、根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述无机酸为盐酸。
8、根据权利要求7所述的方法,其特征在于,盐酸浓度为0.01~10wt%,优选盐酸浓度为0.5~1wt%。
9、根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述方法的操作步骤采用间歇操作或采用连续操作。
10、根据权利要求9所述的方法,其特征在于,实现超声的设备是槽式、探头式或者管道式超声设备,或内置式超声波振荡片。
11、根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述方法单独采用超声,或采用超声与其它混合装置的组合。
12、根据权利要求11所述的方法,其特征在于,与超声组合使用的其它混合装置为搅拌器或静态混合设备。
13、根据权利要求12所述的方法,其特征在于,超声与其它混合装置的组合方式是耦合或串联。
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