CN103003317B - 用于热分离由热塑性聚合物和溶剂组成的溶液的方法 - Google Patents

Abstract

在用于热分离由热塑性聚合物和溶剂组成的溶液的方法中，其中在高于该溶剂的临界点的压力下加热所述溶剂，然后使该溶剂减压进入容器（5）中以形成富聚合物相和低聚合物相，所述富聚合物相被供给到第二容器（8），a）在进入第二容器（8）时的压力跃变应导致在第二容器（8）中的热闪蒸反应，重相的聚合物含量上升到至少70%，尤其超过80%；和，b）所得到的富含聚合物的溶液被供给-尤其被分布在搅拌机轴的长度的至少一部分上，该搅拌机轴在相同的容器空间内且通过机械捏合能加热聚合物组分，产生的作用为该聚合物含量增加到大于70%，尤其大于90%。

Description

用于热分离由热塑性聚合物和溶剂组成的溶液的方法

技术领域

本发明涉及一种用于热分离由热塑性聚合物和溶剂组成的溶液的方法，其中该溶剂在高于其临界点的压力下进行加热，然后被减压进入一容器中，从而形成富聚合物相和低聚合物相，且其中富聚合物相被供给到第二容器中。

背景技术

所列举的发明代表了用于从热塑性塑料材料（特别是弹性体）中热分离溶剂的现有方法的改进。US 3726843公开了一种用于从三元乙丙（EPDM）橡胶中分离烷烃（尤其己烷）的这类方法。US 6881800公开了一种类似的方法，不同之处在于，US 3726843更加清楚详细地说明了热动力学状态。这些方法基于类似的从己烷中分离聚乙烯或聚丙烯的技术，该技术已经以产业规模使用了相当长的时期。

上述方法的主要优点在于这样的事实：在方法步骤期间，聚合物通常作为熔体或熔融型膏剂以不溶形式存在。这通过在聚合反应步骤期间将烷烃添加到单体混合物中而实现。在某一压力下，单体以高转化率在己烷中聚合。另外，接着将溶液减压且使用单个热交换器或多个热交换器将溶液间接加热至某一温度，其中必须选定压力以便聚合物在溶剂内总是保持很好地可溶解性以避免在热交换器中形成沉积。在以产业规模使用己烷作为溶剂的一个示例中，所需的压力为约50bar至80bar（压力计），所需的温度为220℃至240℃。此刻在分离器内对溶剂进行闪蒸以实现20bar至30bar的压力，其中，在略微超出临界的范围内，形成了含有聚合物的相和较轻的低聚物的相。然后这些相可利用其密度上的差异而被分离。在该压力跃变中温度下降是最小的，因为在超临界范围内不存在汽化焓。因此，所分离的低聚合物相的热可用于加热离析物，这代表了在方法技术方面的主要优点。在静态闪蒸容器中，所产生的富聚合物相进一步进行闪蒸至1bar（压力计）至10bar（压力计）之间的压力，其中，选定压力从而使闪蒸尽可能完整，然而，同时含有聚合物的底部残留物以熔体的形式留下。底部残留物可通过聚合物泵或阀被供给至排气式压出机或排气式捏合机，在该排气式压出机或排气式捏合机内部任何残留的溶剂和单体残留物可在绝对真空或部分真空下被除去。

对于上述操作方法，必须具有足够的焓梯度，从而在闪蒸后聚合物以熔体的形式残留在两个分离器内或脱气装置的吸气处。该方面限制了所述方法，因为许多聚合物在设定热分解前具有低于220℃至240℃范围内的最大温度。可想到使用低分子溶剂或者使用单体作为溶剂（在聚合物在单体中具有受限溶解度的情况下）；然而，在该情况下，闪蒸阶段导致温度远低于熔点温度。该问题尤其为采用苯乙烯或聚丁二烯导致的问题。尽管聚丁二烯不是热塑性材料，但是，聚丁二烯在非常受限的温度范围内表现同熔体一样。此外，随着增加的分子量和共聚物，熔点增加。这导致在脱气装置内部高转矩、细小颗粒的形成、和更高分子量的EMPDM降低的性能。

现有方法的另一缺点在于富含聚合物的底部残留物通过重量分析从闪蒸容器中去除的事实。如果底部残留物的粘度极其高，则流的压力损失导致引起底部残留物的强空穴现象的压力。这使供给泵的传送功率受到有效地限制。在高分子产物中，可观察到闪蒸容器下游的脱气装置遭受与操作相关的问题，因为由于压力跃变，来自闪蒸容器的底部残留物的温度下降，且产物趋向于固化。然后，产物通过轴被粉碎成颗粒，该颗粒可阻塞蒸汽排放管道。由于这样的事实，即利用高分子产物，脱气装置的加热壁的热交换特别差，因此需要相当大的容积以加热聚合物颗粒达到塑化范围之上，在塑化点时，轴通过机械能产生足够的转矩用于加热产物。这样，脱气装置的脱气能力大大降低，尤其在大型设备中，因为表面积与容积的比率日益变得不适合更大的设备尺寸。此外，尽管颗粒具有大的表面，但是其不能够动态地改变其表面积，在熔体内部通常就是这样。这进一步限制了脱气能力。

发明内容

发明目的

本发明的目的在于改进在高分子产物和热敏性聚合物中从溶剂热分离聚合物的方法，该方法与现有方法相比，具有更高的分子量、脱气装置内部较少的细颗粒形成、更高的能力、在脱气装置的产物中不期望的挥发性物质的更低残留量、和更低的能量消耗。

技术方案

通过以下实现该目的：

a）在进入第二容器时的压力跃变导致在第二容器中的热闪蒸反应，重相的聚合物含量增加到至少70%，尤其超过80%；以及

b）所得到的富含聚合物的溶液被供给，尤其被分布在搅拌机轴的长度的至少一部分上，该搅拌机轴在所述第二容器空间内且通过机械捏合能加热聚合物组分，产生的效应为聚合物含量增加到大于70%，尤其大于90%。

为了改进上述的方法，根据本发明提出了利用混合机取代闪蒸容器，例如该混合机具有水平的捏合机。闪蒸溶液或悬浮液沿着捏合机的长度分配在热床上，且捏合进入所述热床。所述分配和捏合可通过单个进料位置或多个进料位置而执行。

至于方法技术，使物质捏合进入捏合床中被称为再转换。再转换允许搅拌床比所供给的材料流具有更高的温度或更低的溶剂浓度。用于额外的蒸发能力所需的能量通过借助捏合轴而分散的功率利用捏合能被供给。产物空间类似于其替代的闪蒸容器，在正压力下操作以通过增加的密度来限制蒸汽废气的速度。

然而，由于捏合机能够通过强制运输而高效地排放极其粘的产物，因此对于现有方法所遭受（供给排出泵）的对于出料的限制被忽略。该出料通过搅拌机轴或捏合机轴和/或固定装置的几何形状而实现，其中所述固定装置提供出料泵或出料螺杆。

出料螺杆可具有设置在其下游的泵（例如，齿轮形的泵）以更好地控制出料量。因为产生的任何泡沫被捏合进入材料中且从而被机械破坏，因此捏合过程改善了从所蒸发的挥发性材料中分离出底部残留物，由于较高的温度，底部残留物的溶剂平衡变换以适合更高的固态物质含量。这样，该方法阶段的分离能力增加且随后进行的脱气阶段的负载减少。

因为产物被供给有更多余热，因此还减少了在脱气阶段的功率消耗。该余热导致在脱气装置的进入区进行更有效的脱气，以及从而利用相同的能量输入而得到更好的脱气能力。根据本发明选定较高的进料温度，从而脱气装置内的产物不会固化，进而避免产物的造粒。因此，与静态闪蒸容器相比，脱气装置的必要尺寸可大幅度减少，其补偿了与闪蒸捏合机关联地产生的额外投资成本。

该方法的一个变型设置为在脱气装置的长度上供给一种液体汽提剂。选定脱气装置内的压力以便汽提剂蒸发，通过形成气泡而增强材料交换，以及所得到的汽提气体导致其他挥发性物质的较低分压。根据本发明，被供给的汽提剂的量可被选定以便维持聚合物熔体的特定温度。这允许以任何期望的方式调整在脱气装置内部的停留时间，因为聚合物不可能过热。根据本发明的步骤，大大减少任何不需要的挥发性物质的残留量，和/或大大增加了脱气装置的排气量。

附图说明

从下面优选实施方式的描述以及基于附图，本发明的另外的优点、特征和细节变得更清晰。示出：

图1为根据现有技术的方法的示意性框图；

图2为根据本发明的方法的示意性框图。

具体实施方式

根据现有技术，如在图1所看到的，将单体和溶剂引入到搅拌罐1中，在该搅拌罐内部发生聚合反应。利用泵2，该溶液穿过热交换器3和阀4、通过闪蒸喷嘴达到高压分离器5。在该高压分离器5内将溶液加热到超过溶剂临界点（即，当不再有任何气相时的点，当没有什么要蒸发时的点），且产生了富聚合物相和低聚合物相。该溶剂和低聚物相返回到搅拌罐1中用于聚合反应。

富聚合物相依次通过闪蒸喷嘴和阀6被送入低压分离器7，该富聚合物相没有被搅拌。各自地，溶液从低压分离器7到达终结机（finisher），或者溶剂从低压分离器7到达冷凝器。

本发明提供了利用捏合混合机8代替根据图2的低压分离器7。例如，在DE 591 06 245.3、DE 592 03 529.8/DE 596 08 462.5、DE 596 00 991.7、DE 500 12557.0、DE 101 20 391.8、DE 101 50 900.6、DE 101 60 535.8和DE 195 33 693.3中公开了对应的捏合混合机。所述捏合混合机可具有一个轴或两个轴，可平行旋转或反向旋转或者以不同速度操作。

在不同进料位置5处富聚合物相被供给到捏合混合机8中，该不同进料位置用附图标记9.1、9.2和9.3表示。这些进料位置在单个或多个搅拌机轴和/或捏合机轴的长度上分布。所述搅拌机轴和/或捏合机轴没有进一步详细地显示；然而，这些轴水平地或倾斜地设置，且主动地将聚合物组分输送到出料装置10以便可能处理更高的粘度。

产物从出料装置10到达终结机（finisher）11，该终结机也可为水平设置地强力混合机。在终结机11内部，调整压力跃变后的进料温度以便聚合物熔体维持在固化范围上。此外，本发明提供了一种特别是在单个进料位置或在多个进料位置待添加到终结机中的液体汽提剂，以便在容器空间内，在调整的压力下，汽提剂蒸发，借此规定量的汽提剂相应地用于调整聚合物组分的温度。通过降低分压力和改善材料交换，可显著地减少不需要的挥发性物质的任何可实现的含量。

然后聚合物组分通过进一步出料装置12到达下一个处理站（这里未示出）。

附图标记列表

1	搅拌罐	34		67
						2	泵	35		68
3	热交换器	36		69
						4	阀	37		70
5	高压分离器	38		71
						6	阀	39		72
7	低压分离器	40		73
						8	捏合混合机	41		74
9	进料位置	42		75
						10	出料装置	43		76
11	终结机	44		77
						12	出料装置	45		78
13		46		79
						14		47
15		48
						16		49
17		50
						18		51
19		52
						20		53
21		54
						22		55
23		56
						24		57
25		58
						26		59
27		60
						28		61
29		62
						30		63
31		64
						32		65
33		66

Claims (6)

1.一种用于在压力下热分离由热塑性聚合物和溶剂组成的溶液的方法，其中该溶液被加热至高于所述溶剂的临界点且此后在容器(5)内进行闪蒸，从而形成富聚合物相和低聚合物相，其中，所述富聚合物相被供给到第二容器(8)，其中： 

a)在进入所述第二容器(8)时的压力跃变导致在所述第二容器(8)中的热闪蒸，重相的聚合物含量增加到至少70％；和 

b)所得到的富含聚合物的溶液被供给，并被分配在搅拌器轴的长度的至少一部分上，所述搅拌器轴在所述第二容器的空间内通过机械捏合能加热聚合物组分，产生的效应为聚合物含量增大到大于70％； 

其中， 

c)闪蒸容器由混合机代替，所述混合机具有捏合机； 

d)使闪蒸溶液或悬浮液沿着捏合机的长度分配在热床上，且捏合进入所述热床，该捏合过程对应于一再转换； 

e)所述分配和捏合通过一个进料位置或多个进料位置而执行； 

f)产物空间类似于其替代的闪蒸容器，在正压力下操作以通过增加的密度来限制蒸汽废气的速度； 

其中， 

g)选择进料温度以使得产物在脱气装置内不固化，由此不存在产物的造粒，并且其中， 

h)使用闪蒸捏合机。 

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在单一进料位置或多个进料位置发生在所述第二容器(8)内的再转换。 

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过调整所述第二容器(8)内部的搅拌器轴和/或捏合器轴的速度和/或转矩，和/或通过调整压力和/或接触热，从而使所述聚合物组分的温度维持在高于固化范围。 

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述搅拌器轴和/或捏合器轴主动地将所述聚合物组分输送至出料装置(10)，由此能够处理更高的粘度。 

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在后续的终结机(11)中，调整进料温度从而在压力跃变后，所述聚合物组分维持在高于固化范围。 

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述终结机(11)内部，在单个进料位置或多个进料位置处添加液体汽提剂，从而通过在所述容器的空间内调整的压力，该汽提剂蒸发且因此通过规定量的汽提剂来调整聚合物组分的温度，并且通过降低分压力和改善材料交换，显著地减少不需要的挥发性物质的任何可实现的含量。