CN1034124C - 从聚合物溶液中除去溶剂的方法 - Google Patents

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Abstract

从一种至少含20%弹性聚合物的溶液中除去溶剂的单阶段方法，包括向螺杆的进料斗加进150-200℃、压力控制在足以使其保持液态的上述溶液；使进料区减压，通过后排气区除去80-95%的溶剂，同时使溶液向前移动；将溶液再热至150-200℃；在其后各排气区除去剩余溶剂；选择地在排气区之间注进0.5-2.0%的水；将无溶剂聚合物通过一个模头并切粒。

Description

从聚合物溶液中除去溶剂的方法
本发明涉及一种从聚合物溶液中除去溶剂的方法。特别是本发明涉及一种从弹性聚合物溶液中除去溶剂的方法，该溶液的聚合物含量为至少重量20％。
一般来说，处理聚合物溶液以便将溶剂从其中除去，并得到聚合物颗粒，包括两个阶段。在第一阶段中，已将该溶剂大部分除去而得到一种比较粘稠的溶液，将此溶液送进一个脱气装置，该装置包含有一个或两个螺杆和几个排列在该螺杆周围的开口以便使汽化的溶剂逸出。
第一阶段可以在一个反应器中进行，或同样在一个在端部的螺杆中进行。在两种情况下，引起的问题都不单只和用于两个阶段的系统之间的液流控制有关，而且和在两个系统之间该聚合物溶液的传送有关，特别在处理高粘性的弹性聚合物溶液时尤其如此。
用两阶段的系统时，亦观察到所形成的聚合物的热稳定性较差。要记住，在螺杆中产生很多死区并且该聚合物在该挤出装置中的滞留时间很长。
而且当用常规装置处理橡胶类型的弹性聚合物溶液、并在水中成粒时，在模头的位置可观察到橡胶的交联作用。后者是由于在这类型成粒作用中模头的上游产生的压力降所引起的高温所致。
对于处理这些弹性聚合物溶液还有一项要求，就是要产生一种残余挥发性化合物含量尽可能低的组成，然而，用通常的两阶段方法，结果所得残余物含量被局限在约为重量0.5％，要记住在第二阶段中所使用的螺杆尺寸是很小的。
因此理想的是要有一种以单阶段将溶剂从一种橡胶或非橡胶性质的弹性聚合物溶液中除去的一种方法，直至残余挥发性化合物的含量少于重量0.1％。
在应用本发明的时候，术语“弹性聚合物”表示一种至少含有重量15％的一种弹性聚合体，和由热塑性树脂组成其余部分的聚合物。
本发明的目的是一种新的单阶段方法，该方法用于从一种至少含有20％的弹性聚合体的弹性聚合物溶液中除去溶剂，此方法可以避免上面所提到的缺点。
本发明的另一目的是一种新的单阶段方法，该方法可以从弹性聚合物溶液中除去溶剂，达到残余挥发性化合物的含量少于重量0.1％。
本发明的方法是用于以单阶段从含有至少20％弹性聚合物的弹性聚合物溶液中除去溶剂，其特征在于包括以下步骤：
向为一个螺杆进料的进料斗中输进经事前加热至150°到200℃之间、并将压力控制在高于该溶剂沸腾压力条件的一种弹性聚合物溶液；
在进料区产生一种减压作用；
利用所产生的减压作用，通过位于进料斗后边的排气区除去80至95％的溶剂，同时使该弹性聚合物溶液向前移动；
将该聚合物溶液再加热至150°至200℃；
除去位于该进料斗前方排气区内的剩余溶剂；
可适当地在各排气区之间注入其量为占该聚合物0.5至2％重量的水，以促进溶剂的除去。
将不含溶剂的弹性聚合物料团通过一个模头；
在紧接在该模头后面的一个成粒机中将聚合物切粒；
本发明的方法是通过将弹性聚合物溶液输进到为一个螺杆进料的料斗中来实行。
本发明所处理的弹性聚合物可以是一种具有橡胶或热塑性质的弹性聚合物。为此目的，有可能处理丁二烯和异戊二烯聚合物，或在大多数情况下处理具有橡胶性质的共聚物，这些共聚物是由乙烯基芳香烃单体和共轭二烯，例如苯乙烯和丁二烯或苯乙烯和异戊二烯的共聚物所组成，其中共轭二烯单体的比例至少为重量15％。当本发明的方法应用于具有热塑性质的弹性聚合物时，在大多数情况下这些是苯乙烯和共轭二烯的嵌段共聚物，其中具有高含量的苯乙烯。很明显，本发明的方法亦适用于乙烯基芳香烃/共轭二烯嵌段共聚物类型的弹性聚合物，并且其中共轭二烯部分是部分或全部被氢化。
这些聚合物是通过在溶液中的相应的起始单体的聚合反应而生成。该等聚合物或共聚物的形式是在该聚合反应的溶剂之中的一种溶液，大多数情况下溶剂是链烷烃，环烷烃或芳香烃。环己烷，戊烷，己烷，环戊烷，异辛烷，苯，甲苯或己烷和环己烷的混合物可以特别提及作为合适的溶剂例子。在该溶中聚合物的含量一般在重量20至60％之间。
申请本专利的公司现已发现，有可能通过单阶段处理将该溶剂除去，达到残余溶剂含量等于或少于0.1％。
申请本专利的公司亦发现，需要通过位于进料斗后边的一个排气口除去大部分的该溶剂，即该溶剂的80至95％。
意外发现，在使用此方法时用螺杆不单只使聚合物料团继续自由移动，而且溶剂容易除去，因为向着螺杆后部的通道没有受到任何阻凝。
这种后部排气是通过将溶液预热到150-200℃和在螺杆的进料区产生一种低压来实现。此种低压是通过位于输料到螺杆的管线上的控制阀来调节。
除去溶剂具有使聚合物溶液温度大幅度下降的作用。
本专利申请公司已发现，为了在后继的各排气区中得到除去溶剂的良好效能，需要将聚合物溶液再加热至150°-200℃，热量的输入是通过将螺杆外筒加热至180°-250℃，或是给螺杆加上能产生剪切力的部件，或者是联合使用各种手段。
业已发现若该聚合物溶液没有再热至足够的温度，0.1％数量级的残余物含量水平是达不到的。
残余溶剂接序通过各排气区而被逐步除去，与聚合物料团在螺杆中的向前移动是同步的。
这些排气区的压力通常处在低于或等于大气压的条件下。真空度是随着聚合物溶液在螺杆中的前进而逐步增加。使得压力从大气压变化到在螺杆末端的约5×102帕。这些脱气区的数目一般为3至5个，取决于要除去的溶剂的量。
在每个脱气区之间都可以装有供水装置，以便促进该溶剂的除去。一般来说，输进到聚合物料团的水量为基于该聚合物重量的0.5-2％。
如上述所指明，各脱气区的压力都不同；为避免抽吸现象，一般在脱气区之间的螺杆部位来用封闭部件。这些装置一般由左旋转螺杆部件组成。在进水位置的后面也放置一个这类型的部件，因为这样还可以产生密切的混合作用。
申请本专利的公司亦意外地发现，成粒条件十分重要。因此，在通常的水下成粒机中，压力降太大，并且观察到聚合物的交联作用，这是十分不利的。
申请本专利的公司发现，通过使用一种容许模头安装于紧接于螺杆下游的成粒机，有可能减少死区并减小压力降以使得该产品的温度限制在该聚合物的交联温度以下。亦不必要在水下切割该聚合物。这是本发明的方法中无可置疑的一个优点。
申请本专利的公司亦发现，螺杆必须以每分钟100至300转的速率运转，以使得到良好的脱挥发成分作用。一般情况此速率在每分钟150至250转之间。
根据本发明的方法，以一种单阶段操作能成功地将大量溶剂从一种弹性聚合物溶液中除去而不会产生任何使螺杆卡住和堵塞的问题。
很明显，本发明特别涉及弹性聚合物溶液的处理，但它亦可应用于在一种溶剂中的溶液形式的任何类型聚合物。
本发明的方法可通过附图来说明，图中示出从一种含有至少20％聚合物的聚合物溶液中除去溶剂的一种挤出机。
将该聚合物溶液输进装有一种双螺杆(14)的一种挤出机(12)的进料斗(10)中。
该挤出机内的压力和进料速率是通过控制阀(16)来控制。
该挤出机包括一个后排气区(18)，通过它将大部分溶剂除去。通过螺杆(14)将料团向前推进。为了将残余的溶剂除去，在该挤出机(12)上安装了若干个排气区(20)。在各该排气区之间，安装有装置(22)，用于输进一种液体，一般是水，以促进溶剂的除去。
用此方法除去溶剂的该聚合物料团通过模头(24)被成粒机(26)切成颗粒。
下面的实例是为了更好地阐明本发明，但并不限制其范围。
实例1
在丁二烯和苯乙烯进行该种溶液聚合反应以后，回收到一种含有38％的星状苯乙烯-丁二烯共聚物的环己烷溶液，该苯乙烯-丁二烯共聚物含苯乙烯40％。
此溶液在170℃温度以75千克/小时的速率输进一台双螺杆挤出机(WP型ZSK-57)的进料斗。其压力是通过位于进料管线上的阀内来调节。此挤出机有一个位于进料斗后边的排气区和三个位于此料斗前方的排气区。模头和成粒机紧接安装在该螺杆的下游。
应用下面的操作条件：
后区          8×104帕
前方第一区    8×104帕
前方第二区    8×103帕
前方第三区    1×103帕
旋转速率：    230转/分钟
在最未两个排气区以前将水注入，其比率为基于聚合物重量10％的水。
溶剂的回收比率在后区为92％，在前边的第1和第2区均为3％，并在最末一区为2％。挥发物的最后含量为重量0.1％。
成粒以前的压力15×105帕，成粒以前的物料温度为195℃。
聚合物完全成粒而不需要在水下切割。
实例2
在丁二烯和苯乙烯进行该种溶液聚合反应以后，回收到一种含有38％的苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的环己烷溶液，该苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物含苯乙烯75％。
将此溶液在165℃温度以80千克/小时的速率输进一台双螺杆挤出机(WP型-ZSK-57)的进料斗。其压力通过位于进料管线上的阀门来调节。此挤出机有一个位于进料斗后边的排气区和三个位于此料斗前方的排气区。模头和成粒机紧接安装在螺杆的下游。
应用下面的操作条件：
在该等排气区的真空度：
后区          8×104帕
前方第一区    8×104帕
前方第二区    8×103帕
前方第三区    7×102帕
旋转速率：    270转/分钟
在最末两个排气区之前将水注入，其比率为基于聚合物重量1％的水。
该溶剂的回收比率在后区为89％，在前方的第1区和第2区为3％和6％，以及最末一区为2％。挥发物的最后含量为重量0.1％。
成粒前的压力15×105帕，成粒前的物料温度为192℃。
聚合物完全成粒，不需要采用水下切割。
实例3
在异戊二烯和苯乙烯的该种溶液聚合物反应以后，回收到一种含38％。苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物的环己烷溶液，该苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物含15％的苯乙烯。
将此溶液在160℃温度以50千克/小时的速率输进一台双螺杆挤出机(WP型ZSK-57)的进料斗。其压力是通过位于进料管线上的阀门来调节。此挤出机有一个位于进料斗后边的排气区和三个位于此料斗前方的排气区。模头和成粒机紧接安装在该螺杆的下游。
应用下面的操作条件：
后区          8×104帕
前方第一区    6×104帕
前方第二区    6×103帕
前方第三区    9×102帕
旋转速率：    220转/分钟
在最末两个排气区之前将水注入，其比率为基于聚合物重量1％的水。
该溶剂的回收比率在后区为89％，在前方的第1和第2区分别为4％和6％。在最未一区为1％。挥发物的最后含量为重量0.1％。
成粒以前的压力8×105帕，成粒以前的物料温度为180℃。
该聚合物成粒完全，不需要采取在水下切割。

Claims (8)

1.一种以单一的阶段从至少含有20％弹性聚合物的弹性聚合物溶液中除去溶剂的方法，其特征在于包括如下步骤：
向为螺杆进料的料斗中输进经事先加热到150-200℃之间、在受控的高于该溶剂的沸腾压力的压力条件下的该种弹性聚合物溶液；
在进料区造成减压条件；
用所产生的减压条件，通过位于该进料斗后边的排气区除去80％至95％的该种溶剂，同时使该弹性聚合物溶液向前移动；
将该聚合物溶液再加热至150℃至200℃；
在位于该进料斗前方的各排气区除去剩余的溶剂；
将不含溶剂的弹性聚合物料团通过一个模头；
在紧接在该模头后面的一台成粒机中将该聚合物切粒。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于该溶剂是从弹性聚合物溶液中除去，该弹性聚合物是选自丁二烯和异戊二烯的均聚物以及乙烯基
芳香烃和共轭二烯的共聚物，并且其中共轭二烯组分已被氢化，或者是另一情况，即具体是苯乙烯-丁二烯和苯乙烯-异戊二烯的嵌段共聚物。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于将已经失去了80至95％溶剂的该聚合物溶液通过将该螺杆-外筒加热到180°至250℃之间和/或向该螺杆加上产生剪切力的部件进行再加热。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于在该螺杆中的绝对压力是随着该聚合物溶液在该螺杆中前进而从大气压力下降至5×102帕。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于该螺杆包含有3至5个脱气区。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于该螺杆的旋转速率在每分钟100到300转之间。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于所述旋转速率在每分钟150到250转之间。
8.根据权利要求1的方法，其中在各排气区之间注入其量占聚合场重量0.5％至2％的水，以促进溶剂的除去。
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