CN105431469A - 用于聚碳酸酯的提纯的方法 - Google Patents
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Abstract
在一种实施方式中,从包含水相和包含第一有机溶剂、聚碳酸酯、催化剂、和离子的有机相的界面聚合产物混合物中提纯聚碳酸酯的方法,所述方法包括:分离水相和有机相以形成分离的含水进料流和分离的有机流;从分离的有机流中萃取催化剂和离子以形成提纯的聚碳酸酯流和萃取的含水进料流,其中,分离的含水进料流和萃取的含水进料流中的至少一中包含有机部分和含水部分;通过将第二有机溶剂添加至含水流以形成结合流将有机部分的粘度调节为小于或等于40厘泊,提纯包含分离的含水进料流和萃取的含水进料流的中一种或两种的含水流;可选地,通过将含水溶液添加至含水流将含水部分与有机部分的比率调节为1.0至20.0;以及分离结合流以形成提纯的含水流,其中,小于或等于3vol%的提纯的含水流是有机部分。
Description
相关申请的交叉引证
本申请要求于2013年7月25日提交的美国临时专利申请序列号61/676,050的权益。相关申请通过引证结合于此。
背景技术
用于聚碳酸酯聚合的界面方法产生包含水相和有机相的混合物。水相(也称为盐水相)包含盐、离子物种、和界面催化剂。有机相,(也称为聚合物相)包含溶剂、溶解的聚碳酸酯、和界面催化剂。由于来自水相的盐水夹带(brineentrainment),一些盐或离子物种(为了方便,在下文中作“离子”)可以进一步存在于有机相中。由于它们影响最终产物的质量,在提纯方法中将这些离子和任何界面催化剂从有机相中去除。所述提纯方法通常包括,将水相从有机相中分离,随后在一个或多个萃取步骤中去除离子和催化剂以产生提纯的聚碳酸酯。
聚碳酸酯提纯方法中的问题是有机相和水相,特别是在共聚碳酸酯和聚碳酸酯-酯的制备期间可以形成乳液。乳化的特征在于产生分散于第二相内的小的,难于去除的第一相的液滴。因此,乳化可以导致以下中的一种或两种:有机相和水相仅部分分离使得部分有机相保留并与水相一起流出;以及并不能从有机相中完全去除杂质(如离子和催化剂)。因此可能难以维持稳定的工厂操作,并且最终提纯的聚碳酸酯的数量和质量可能下降。
处理去除的包含有机相保留物的水相以进一步分离出夹带的聚碳酸酯的提纯方法是合乎需要的。
发明内容
本文中公开的是用于聚碳酸酯的提纯的方法。
在实施方式中,由包含水相和包含第一有机溶剂、聚碳酸酯、催化剂、和离子的有机相的界面聚合产物混合物中提纯聚碳酸酯的方法,方法包括:分离水相和有机相以形成分离的含水进料流和分离的有机流;从分离的有机流中萃取催化剂和离子以形成提纯的聚碳酸酯流和萃取的含水进料流,其中,分离的含水进料流和萃取的含水进料流中的至少一种包含有机部分和含水部分;通过将第二有机溶剂添加至含水流以形成结合流,将有机部分的粘度调节为小于或等于40厘泊,提纯包含分离的含水进料流和萃取的含水进料流中一种或两种的含水流;可选地,通过将水溶液添加至含水流,将含水部分与有机部分的比率调节为1.0至20.0;并且分离结合流以形成提纯的含水流,其中,小于或等于3vol%的提纯的含水流是有机部分。
上面描述的和其它特征通过附图和具体实施方式举例说明。
附图说明
下列图是示例性实施方式,其中,类似元素编号相似。
图1是携带物提纯单元的示意图;
图2是利用携带物提纯方法的提纯方法的示意图;以及
图3是利用携带物提纯方法的提纯方法的示意图。
具体实施方式
界面聚合以形成聚碳酸酯产生包含有机相(也称为聚合物相)的产物混合物,其包含聚碳酸酯,和水相(也称为盐水相),其包含离子和催化剂。提纯聚碳酸酯的提纯方法通常包括,有机相和水相的相分离;经由酸洗(acidwash)从有机相中萃取催化剂;以及经由水洗从有机相中萃取离子的步骤。分离和离子萃取步骤可以发生在同一步骤中(例如,同时)。催化剂萃取和离子萃取可以发生在同一步骤中(例如,同时)。提纯方法的这些步骤中的一个或多个,以及各种传输和存储步骤,可以产生,由于乳化导致的与分离的水相的有机相携带物。用于提纯含有有机相携带物的含水流的方法将改善聚碳酸酯制备方法的产量。
已经开发了处理包含携带物的水相的方法方案。方法对于任何包含,例如基于含水流的总体积的大于2体积百分数(vol%)的有机相的水流是有用的。方法对任何包含,基于含水流的总体积的大于或等于10vol%的有机相的含水流是特别有用的。方法包括,例如通过将有机溶剂,以及如果需要的话,将水溶液(例如,包含水)添加含水流以形成结合流分离乳液并且分离获得的相;以及将结合流在分离单元(例如,离心机)中分离。为了获得分离,可以选择有机溶剂的类型和量以减少有机相的粘度,例如以便获得具有小于或等于40厘泊(cP)粘度的分离的有机相。可以选择水溶液(例如,包含水)的pH以调整分离的水相至2至10的pH。以有效提供结合流中含水部分比有机部分的比率为1.0至20.0的量添加水溶液(例如,包含水)。已经出乎意料地发现在较低的聚碳酸酯浓度(如由有机部分的粘度所反映的)和可选地在较低的有机相浓度(如由含水部分比有机部分的比率所反映的)下进行方法可以产生改善的乳液分离以及最终改善的分离。改善的乳液分离允许在分离过程中使用更剧烈的混合,其可以进一步改善分离。携带物提纯方法可以产生具有3vol%或更少的总有机部分的提纯含水流。携带物提纯方法对于倾向于容易形成乳液的聚碳酸酯的提纯是有用的,例如下文更详细描述的具有本体碳酸酯单元的共聚碳酸酯。
如本文使用的“聚碳酸酯”是指具有式(1)的重复结构碳酸酯单元的均聚物或共聚物
其中,R1基团总数的至少60%是芳香族,或每个R1含有至少一个C6-30芳香族基团。特别地,每个R1可以衍生自二羟基化合物,如式(2)的芳香族二羟基化合物或式(3)的双酚。
在式(2)中,每个Rh独立地是卤素原子,例如溴、C1-10烃基,如C1-10烷基、卤素取代的C1-10烷基、C6-10芳基、或卤素取代的C6-10芳基,并且n是0至4。
在式(3)中,Ra和Rb各自独立地是卤素、C1-12烷氧基,或C1-12烷基;并且p和q各自独立地是0至4的整数,使得当p或q小于4时,环的每个碳的化合价由氢填充。在实施方式中,p和q各自是0,或p和q各自是1,并且Ra和Rb各自是置于每个亚芳基上羟基的间位的C1-3烷基,特别是甲基。Xa是连接两个羟基取代的芳香族基团的桥联基团,其中,每个C6亚芳基的羟基取代基置于C6亚芳基上彼此的邻位、间位,或对位(特别是对位),例如,单键、-O-、-S-、-S(O)-、-S(O)2-、-C(O)-,或C1-18有机基团,其可以是环或非环状的,芳香族或非芳香族,并且可以进一步包含杂原子,如卤素、氧、氮、硫、硅、或磷。例如,Xa可以是取代的或未取代的C3-18环烷叉基(cycloalkylidene)、式–C(Rc)(Rd)–的C1-25烷叉基(alkylidene),其中,Rc和Rd各自独立地是氢、C1-12烷基、C1-12环烷基、C7-12芳烷基、C1-12杂烷基、或环C7-12杂芳烷基,或式–C(=Re)–的基团,其中,Re是二价C1-12烃基基团。
特定的二羟基化合物的一些示例性实例包括以下:双酚化合物,如4,4'-二羟基联苯、1,6-二羟基萘、2,6-二羟基萘、双(4-羟苯基)甲烷、双(4-羟苯基)二苯基甲烷、双(4-羟苯基)-1-萘基甲烷、1,2-双(4-羟苯基)乙烷、1,1-双(4-羟苯基)-1-苯乙烷、2-(4-羟苯基)-2-(3-羟苯基)丙烷、双(4-羟苯基)苯甲烷、2,2-双(4-羟基-3-溴苯基)丙烷、1,1-双(羟苯基)环戊烷、1,1-双(4-羟苯基)环己烷、1,1-双(4-羟苯基)异丁烯、1,1-双(4-羟苯基)环十二烷、反-2,3-双(4-羟苯基)-2-丁烯、2,2-双(4-羟苯基)金刚烷、α,α'-双(4-羟苯基)甲苯、双(4-羟苯基)乙腈、2,2-双(3-甲基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-乙基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-正丙基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-异丙基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-仲丁基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-叔丁基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-环己基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-烯丙基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(3-甲氧基-4-羟苯基)丙烷、2,2-双(4-羟苯基)六氟丙烷、1,1-二氯-2,2-双(4-羟苯基)乙烯、1,1-二溴-2,2-双(4-羟苯基)乙烯、1,1-二氯-2,2-双(5-苯氧基-4-羟苯基)乙烯、4,4'-二羟基二苯甲酮、3,3-双(4-羟苯基)-2-丁酮、1,6-双(4-羟苯基)-1,6-己二酮、乙二醇双(4-羟苯基)醚、双(4-羟苯基)醚、双(4-羟苯基)硫醚、双(4-羟苯基)亚砜、双(4-羟苯基)砜、9,9-双(4-羟苯基)氟、2,7-二羟基芘、6,6'-二羟基-3,3,3',3'-四甲基螺(双)茚满(“螺二茚满双酚”)、3,3-双(4-羟苯基)苯邻二甲酰亚胺、2,6-二羟基二苯并-对二恶英、2,6-二羟基噻蒽、2,7-二羟基酚黄素、2,7-二羟基-9,10-二甲基吩嗪、3,6-二羟基二苯并呋喃、3,6-二羟基二苯并噻吩、和2,7-二羟基咔唑;取代的间苯二酚化合物,如5-甲基间苯二酚、5-乙基间苯二酚、5-丙基间苯二酚、5-丁基间苯二酚、5-叔丁基间苯二酚、5-苯基间苯二酚、5-枯基间苯二酚、2,4,5,6-四氟间苯二酚、2,4,5,6-四溴间苯二酚等;儿茶酚;氢醌;取代的氢醌,如2-甲基氢醌、2-乙基氢醌、2-丙基氢醌、2-丁基氢醌、2-叔丁基氢醌、2-苯基氢醌、2-枯基氢醌、2,3,5,6-四甲基氢醌、2,3,5,6-四叔丁基氢醌、2,3,5,6-四氟氢醌、2,3,5,6-四溴氢醌等。
特定的二羟基化合物包括间苯二酚、2,2-双(4-羟苯基)丙烷(“双酚A”或“BPA”,其中,每个A1和A2是对亚苯基,并且Y1是式(3)中的异丙叉基)、3,3-双(4-羟苯基)苯并吡咯酮、2-苯基-3,3'-双(4-羟苯基)苯并吡咯酮(也称为正苯基酚酞双酚、“PPPBP”、或3,3-双(4-羟基苯基)-2-苯基异吲哚啉-1-酮)、1,1-双(4-羟基-3-甲基苯基)环己烷(DMBPC)、和1,1-双(4-羟基-3-甲基苯基)-3,3,5-三甲基环乙烷(异佛尔酮双酚)。
如在本文中使用的“聚碳酸酯”同样包括共聚物,该共聚物包含碳酸酯单元和其他类型的聚合物单元,如酯单元(“聚酯碳酸酯”,也称为聚酯-聚碳酸酯)。除了式(1)的重复碳酸酯链单元外,聚酯碳酸酯进一步包含式(4)的重复酯单元
其中,J是衍生自二羟基化合物的二价基团,并且可以是,例如C2-10亚烷基、C6-20亚环烷基、C6-20亚芳基、或聚氧化烯基团,其中,亚烷基基团包含2至6个碳原子,特别地2、3,或4个碳原子;并且T是衍生自二羧酸的二价基团,并且可以是,例如C2-10亚烷基、C6-20亚环烷基,或C6-20亚芳基。可以使用包含不同的T和/或J基团的组合的共聚酯。聚酯可以是支链或直链。
特定的二羟基化合物包括式(2)的芳香族二羟基化合物(例如,间苯二酚)、式(3)的双酚(例如,双酚A)、脂肪族二醇,如乙二醇、正丙二醇、异丙二醇、1,4-丁二醇、1,4-环己二醇、1,4-羟甲基环己烷,或包括前述二羟基化合物中至少一种的组合。可以使用的芳香族二羧酸包括对苯二甲酸、间苯二甲酸、萘二羧酸、1,4-环己烷二羧酸、或包括前述酸中的至少一种的组合。可以使用间苯二甲酸和对苯二甲酸的组合,其中间苯二甲酸比对苯二甲酸的重量比是91:9至2:98。特定的酯单元包括对苯二甲酸乙二酯、对苯二甲酸正丙二酯、对苯二甲酸正丁二酯、对苯二甲酸1,4-环己烷二甲酯,以及衍生自间苯二甲酸、对苯二甲酸、和间苯二酚(ITR)的酯单元。
共聚物中酯单元比碳酸酯单元的摩尔比可以广泛地变化,例如1:99至99:1,特别地10:90至90:10,更特别地25:75至75:25。特定的聚酯碳酸酯是包括双酚A碳酸酯单元和间苯二甲酸酯-对苯二甲酸酯-双酚A酯单元的那些,也常称为聚(碳酸酯-酯)(PCE)、聚(酞酸酯-碳酸酯)(PPC)(取决于碳酸酯单元与酯单元的摩尔比)。
聚碳酸酯可以包含含有双酚A碳酸酯单元(BPAPC)的直链均聚物。然而,在本文中描述的低剪切方法对于提纯聚酯,如PPC和PEC,以及包括双酚A和本体双酚碳酸酯单元,即衍生自包含至少12个碳原子,例如12至60个碳原子或20至40个碳原子的双酚的共聚碳酸酯是特别有用的。这种共聚碳酸酯的实例包括,包含双酚A碳酸酯单元和2-苯基-3,3'-双(4-羟苯基)苯并吡咯酮碳酸酯单元的共聚碳酸酯(BPA-PPPBP共聚物)、包含双酚A碳酸酯单元和1,1-双(4-羟基-3-甲基苯基)环己烷碳酸酯单元的共聚物(BPA-DMBPC共聚物),以及包含双酚A碳酸酯单元和异佛尔酮双酚碳酸酯单元的共聚物(例如,可以来自Bayer的商品名APEC获得)。
聚碳酸酯可以具有通过凝胶渗透色谱法(GPC)使用交联苯乙烯-二乙烯基苯柱并且相对于聚碳酸酯参照校准的测得的10,000道尔顿至200,000道尔顿,特别地200,00道尔顿至100,000道尔顿的重均分子量。GPC样品以1mg/ml的浓度制备,并且以1.5ml/min的流速洗脱。
用于界面聚合生产聚碳酸酯的反应条件可以变化,但示例性方法通常包括,将二羟基化合物溶解或分散于NaOH或KOH水溶液中,将获得的混合物添加至不与水混溶的溶剂中,并在催化剂,如叔胺或相转移催化剂存在下,在受控的pH条件下,例如,8到12下使反应物与碳酸酯前体接触。不与水混溶的溶剂可以是,例如二氯甲烷、二氯化乙烯、1,2-二氯乙烷、氯苯、甲苯等。
碳酸酯前体可以是碳酰卤、二羟基化合物的双卤代甲酸酯,或碳酸二芳基酯。碳酰卤可以是碳酰溴或碳酰氯(光气)。双氯甲酸酯可以是双酚A、氢醌、乙二醇、新戊二醇等的双氯代甲酸酯。碳酸二芳基酯可以是式(5)的碳酸二芳基酯。
其中,n是1至3的整数,并且每个Ri独立地是直链或支链,可选取代的C1-34烷基(特别地C1-6烷基,更特别地C1-4烷基)、C1-34烷氧基(特别地C1-6烷氧基,更特别地C1-4烷氧基)、C5-34环烷基、C7-34烷基芳基、C6-34芳基、卤素(特别地氯),或-C(=O)OR',其中,R'是H、直链或支链C1-34烷基(特别地C1-6烷基,更特别地C1-4烷基)、C1-34烷氧基(特别地C1-6烷氧基,更特别地C1-4烷氧基)、C5-34环烷基、C7-34烷基芳基,或C6-34芳基。在实施方式中,碳酸二芳基酯是碳酸二苯基酯,或碳酸二芳基酯,其中一个或两个芳基具有吸电子取代基,例如,双(4-硝基苯碳酸酯)、双(2-氯苯基)碳酸酯、双(4-氯苯基)碳酸酯、双(甲基水杨基)碳酸酯、双(4-甲基羧基苯基)碳酸酯、双(2-乙酰苯基)碳酸酯、双(4-乙酰苯基)碳酸酯。碳酸二芳基酯与二羟基化合物的摩尔比可以是2:1至1:2,或1.5:1至1:1.5,或1.05:1至1:1.05,或1:1。在实施方式中,碳酸二芳基酯比二羟基化合物的摩尔比当以三位小数表示时是0.996或更小、或0.962至0.996,或0.968至0.996,或0.971至0.994。可以使用包括上述类型的碳酸酯前体中的至少一种的组合。
使用光气作为碳酸酯前体形成碳酸酯键联的界面聚合反应,对用于制备通过本文中所描述的方法提纯的聚碳酸酯是有利的。在通过界面聚合制备聚酯-聚碳酸酯中,可以使用酸或二醇的活性衍生物,如相应的酰基卤,特别地,酰二氯和酰二溴,而不使用二羧酸或二醇自身。因此,例如,代替使用间苯二甲酸、对苯二甲酸,或包括前述酸中至少一种的组合,可以使用间苯二甲酰二氯、对苯二甲酰二氯,或包括前述二氯化物的至少一种的组合。
在叔胺之中可以在界面聚合中作为催化剂使用的是脂环族叔胺,如三乙胺和三丁胺、脂环族叔胺,如N,N-二乙基-环己胺,和芳族叔胺,如N,N-二甲基苯胺。可以使用的相转移催化剂是式(R3)4Q+X的催化剂,其中,每个R3相同或不同并且是C1-10烷基;Q是氮或磷原子;并且X是卤素原子或C1-8烷氧基基团或C6-18芳氧基基团。相转移催化剂的实例包括(CH3(CH2)3)4NX、(CH3(CH2)3)4PX、(CH3(CH2)5)4NX、(CH3(CH2)6)4NX、(CH3(CH2)4)4NX、CH3(CH3(CH2)3)3NX、和CH3(CH3(CH2)2)3NX,其中,X是Cl-、Br-、C1-8烷氧基或C6-18芳氧基基团。相转移催化剂的有效量可以是各自基于光气化混合物中双酚的重量的0.1至10重量百分数(wt%),或0.5至2wt%。
支链聚碳酸酯嵌段可以通过在聚合过程中添加支化剂制备。这些支化剂包括包含选自以下的至少三种官能团的多官能有机化合物:羟基、羧基、羧酸酐、卤代甲酰基,以及前述官能团的混合物。特丁的实例包括偏苯三酸、偏苯三酸酐、偏苯三酰氯、三-对-羟基苯基乙烷、靛红-双-酚、三苯酚TC(1,3,5-三((对羟基苯基)异丙基)苯)、三苯酚PA(4(4(1,1-双(对羟基苯基)-乙基)-α,α-二甲基苄基)苯酚)、4-氯甲酰基邻苯二甲酸酐、苯均三酸、和二苯甲酮四羧酸。支化剂可以以0.05至2.0wt%的水平添加。可以使用包括直链聚碳酸酯和支化聚碳酸酯的组合。
在聚合过程中可以包括封端剂(也称为止链剂或链终止剂)以提供端基。封端剂(因此为端基)基于所期望的聚碳酸酯的性能进行选择。由以下举例说明示例性的封端剂:单环苯酚,如苯酚、和C1-C22烷基取代的苯酚,如对枯基苯酚、间苯二酚单苯甲酸酯、和对-和叔-丁基苯酚,联苯酚的单醚,如对甲氧基苯酚、和具有支链烷基取代基(具有8至9个碳原子)的烷基取代的苯酚、4-取代的-2-羟基二苯甲酮和它们的衍生物,芳基水杨酸酯、联苯酚的单酯,如间苯二酚单苯甲酸酯、2-(2-羟芳基)-苯并三唑和它们的衍生物、2-(2-羟芳基)-1,3,5-三嗪和它们的衍生物、单-羧酰氯,如苯甲酰氯、C1-C22烷基取代的苯甲酰氯、甲苯酰氯、溴苯甲酰氯、肉桂酰氯、和4-桥亚甲基四氢化邻苯二甲酰胺苯甲酰氯、多环的单-羧酰氯,如偏苯三酸酐氯、和萘甲酰氯,脂肪族单羧酸的官能化的氯化物,如丙烯酰氯和甲基丙烯酰氯、和单-氯甲酸酯,如氯甲酸苯酯、烷基取代的氯甲酸苯酯、对枯基氯甲酸苯酯、和甲苯氯甲酸酯。可以使用不同的端基的组合。
如上所述,界面聚合提供了包水、离子、和催化剂的水相,以及包含有机溶剂、聚碳酸酯和,程度小于水相的水、离子物种、和催化剂的有机相的混合物。首先分离产物混合物的水相和有机相以提供分离的含水流和分离的有机相。分离单元的实例包括具有倾析器区域的聚结器、倾析器、和离心机,或包括前述一种或多种的组合。然后,萃取有机相以从分离的有机相中去除离子和界面催化剂,并且可以产生萃取的含水流。可以在离子萃取之前从分离的有机流中萃取催化剂,或者可以在单个萃取过程中提取催化剂离子。萃取单元的实例包括萃取塔(如以逆流模式运行的那些)。如上所述,任何前述方法可以产生可以在当前方法中用作含水进料流的包含携带物的含水流(也称为分离的有机相,或更常用地,包含有机部分的乳化相)。任何连同分离和萃取一起发生的运顺或储存,以及任何单元冲洗或清洗步骤也可以产生包含乳液的含水进料流。可以将任何一个或多个含水进料流合并以提供单个含水进料流。可替换地,可以将任何多个含水进料流分离并单独处理。
方法对任何包含任意量的携带物的进料流是有用的。而且,方法对具有含水部分和各自基于有机部分和含水部分的总体积的大于2vol%的有机部分,或大于或等于3vol%,或大于或等于5.5vol%,或大于或等于7vol%的有机部分的含水流是有用的。方法对任何包含大于或等于10vol%的含水的部分中的有机部分的含水流是有用的。由于如下文描述的调节含水部分和有机部分的量,而不特别限制有机部分的最大量。然而,含水流通常可以包含各自基于有机部分和含水部分的总体积的多达50vol%,或多达80vol%的有机部分。
为助于破乳,可以将有机溶剂添加含水进料流。可以选择有机溶剂的类型和量以减少有机部分的粘度,并且特别地,获得具有小于或等于40厘泊(cP),小于或等于30cP,特别地20至30cP的粘度的分离的有机部分。有机溶剂与乳液中的有机部分是相容的(例如,与其形成单相),并且可以是与含水进料流的有机部分相同的溶剂,例如二氯甲烷、二氯乙烷,或包括前述一种或多种的组合。调整分离的有机部分的粘度所需要的有机溶剂的量可以通过,分离含水进料的测试样品,并且确定将粘度调节为期望水平所需的有机溶剂的量来确定。粘度可以通过,例如ASTMD5225-09或通过ISO1628-5确定。不受理论约束地,已经确信降低有机部分的粘度有助于破乳。原本存在于含水进料流中的有机部分和添加至含水进料流中的有机溶剂的量的结合量在本文中称为含水进料流的“总有机部分”。
还可以将水流添加至含水进料流。水流可以有效地将结合流中的含水部分比总有机部分的比率提供为1.0至20.0、特别地1.1至18.0、更特别地1.2至15.0、以及更特别地1.3至13.0的量进行添加。含水部分与总有机部分的比率可以是1.0至10.0、特别地1.1至8.0、更特别地1.2至6.0、以及更特别地1.0至4.0。可以调节水流的pH以提供具有1.0至10.0、特别地1.5至8.0、更特别地2.0至6.0的pH的分离的水流。
可以将有机溶剂和水分开、同时,或预混合添加至含水进料流。可以将有机溶剂添加至含水进料流,可选地随后添加水以提供结合流。将结合流引入至分离单元(例如,离心机)并分离以提供提纯的含水流和聚碳酸酯流。
在较低的聚碳酸酯浓度(如由有机部分的粘度所反映的)和可选地在较低的有机部分浓度(如由含水比有机部分的比率所反映的)下进行方法可以产生改善的破乳以及最终导致改善的分离。改善的乳液分离允许在分离过程中使用更剧烈的混合,其可以进一步改善分离。例如,分离方法可以以高剪切速率,例如以大于或等于150000倒数秒(S-1)的高剪切速率发生,其中,如在本文中使用的剪切速率是速度和流体流动通过的通道的特征尺寸的比率(例如,如果流体以1m/s的速度旋转并且迫使流体通过混合器和容器壁之间的1mm间隙环行,剪切速率是1/0.001等于1000S-1)。携带物净化方法可以产生具有各自基于有机部分和含水部分的总体积的3vol%或更少、2vol%或更少、1vol%或更少、或0.5vol%或更少的总有机部分的提纯的含水流。
图1是示出了携带物提纯系统10,其中,可以将三个携带物流:30、50、和70结合为含水进料流2的示意图。携带物流30、50、和70可以分别由相分离步骤、催化剂萃取步骤、和离子萃取步骤产生。应该理解的是虽然图1示出了三个携带物流:30、50、和70可以结合用于提纯,但例如如果一个或多个流具有很少的或没有携带物,特别地如果流包含小于或等于3vol%,更特别地小于或等于2vol%的有机部分携带物,也可能不存在该一个或多个流。如果,例如采用低剪切,例如具有小于150000S-1的剪切速率的提纯单元,一个或多个流可以具有很少的,以至没有携带物。同样地,如果以结合的萃取步骤进行催化剂萃取和离子萃取,则可以将携带物流50和70作为单一携带物流引入至携带物提纯方法。
图1进一步示出了可以将有机溶剂流4和水流6添加至含水进料流2以形成结合流,并且可以将结合流引入至分离装置,如离心机12。可以在水流6之前、之后,或作为与其的混合流将有机溶剂流4添加至结合流。水流6的添加导致如上所述的混合物中含水的部分与有机部分的比率的增加。应该理解的是如果在添加水流6之前,含水的部分比有机部分的比率在1.0至20.0之内,不需要添加水流6。离心机中的混合和分离可以在高剪切条件,例如,在150,000S-1或更高的剪切速率下进行。可以将提纯的含水流8和聚碳酸酯流14排出离心机12。可以将全部或部分的聚碳酸酯流14通过再循环流16再循环,其中,可以将再循环流16再循环回上游操作。可以将全部或部分的聚碳酸酯液流14通过提纯流18进一步提纯,其中,另外的提纯可以包括将提纯流18引入至一个或多个分离单元或萃取单元用于水相的进一步分离,或催化剂和/或离子的萃取。
图2示出了使用一系列逆流式离心机的用于聚碳酸酯提纯方法的设备。特别地,可以将界面聚合的反应产物混合物通过泵P从槽T中泵入包括从水相中分离有机相的离心机42的相分离单元40(由虚线包围)。可选地,可以将含水清洗流32导入至离心机42。可以将包含携带物流30的含水进料流引导至携带物提纯单元10(由虚线包围)。然后可以将分离的有机流44导入至可以包括两个逆流式离心机62和64的催化剂分离单元60(由虚线包围)。可以将低pH流52引入至催化剂分离单元60,例如离心机64。该低pH流52可以具有小于或等于3、特别地小于或等于2、更特别地0.5至2、更加特别地1至1.5的pH。可以将包含携带物流50的催化剂富集的含水进料流引导至携带物提纯单元10。可以将分离的,下降的催化剂有机流66引导至包括三个逆流式离心机82、84、和86的离子萃取单元80(由虚线包围)。可以将含水洗涤流72引入催化剂分离单元80,例如离心机86中。可以将包含携带物流70的,富含离子的含水进料流引导至携带物提纯单元10。
可以在携带物提纯单元10中处理之前,将携带物流30、50、和70结合以提供含水进料流2,以如图1中所描述的加工以产生排出的聚碳酸酯流18。可以将排出的聚碳酸酯流18,例如用另外的水冲洗进行进一步的提纯。图2表明聚碳酸酯流18可以引入至一系列的逆流式离心机22和24。可以将清洗流20(其可以是水流)引入至离心机24并且可以作为杂质富集的流26排出离心机22。可以将另一提纯的聚碳酸酯流28排出离心机24,并且可以可选地将其与排出离子萃取单元80的提纯的聚碳酸酯流88结合。可以将提纯的聚碳酸酯引导至储槽T。
图3示出了,除了存在两个分开的聚结器92和94,一个在相分离单元40中的离心机42之后,并且一个在催化剂分离单元60中的离心机64之后之外,与图2类似的提纯方法。该分开的聚结器92和94可以增加水相液滴的尺寸并且可以促进下游离心机中的分离。分开的聚结器92和94可以包括聚结介质和相分离(倾析)区域,其中,可以将从聚结器中分离的水相分别作为包含携带物流96和98的含水进料流从聚结器中去除。可以将携带物流96和98引导至携带物提纯单元10并添加结合的含水进料流2。
应当理解的是虽然图2和图3涉及利用离心机和分开的聚结器的分离方法,还可以使用各种其他分离单元,如倾析器和萃取塔。
前述携带物提纯方法的使用导致含水进料流分离的改善和聚碳酸酯产物产率的改善。例如,提纯的水流中残留的有机部分的量可以小于或等于10vol%、特别地0至10vol%、更特别地0至7vol%、更特别地0至5.5vol%、并且更加特别地、0至2vol%。提纯的聚碳酸酯流中残留的含水部分的量可以是小于或等于10vol%、特别地0至10vol%、更特别地0至7vol%、更特别地0至5.5vol%、并且更加特别地、0至2vol%。特别地,如由卡尔费休分析(例如,ASTME203-08)所确定的,生成物聚碳酸酯流中存在不可检测量的含水部分携带物。可以获得含水进料流以及聚碳酸酯产物流的改善的分离。
因为不同的聚碳酸酯产物混合物的乳化性质可以变化,在执行携带物提纯方法的任何部分之前,可以通过在本领域中已知的方法确定聚碳酸酯产物混合物或任何水流的乳化性质。一旦将流确定为可能乳化,可以采样携带物提纯方法。否则可以采用标准方法。
如本文中所描述的制备和提纯的聚碳酸酯适用于在领域中已知的各式各样的组合物和应用。因此,可以将添加剂组合物添加提纯的聚碳酸酯以形成聚碳酸酯组合物。在添加剂的选择不至于对热塑性组合物的所需性能产生显著不利影响的条件下,添加剂组合物可以具有一种或多种选择的添加剂以达到期望的性能。添加剂组合物或单独的添加剂可以在混合组分以形成该组合物过程中的合适时间进行混合。添加剂可以可溶和/或不可溶于聚碳酸酯中。
添加剂组合物可以包括冲击改性剂、流动改性剂、填料(例如,颗粒聚四氟乙烯(PTFE)、玻璃、碳、矿物,或金属)、增强剂(例如,玻璃纤维)、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外(UV)光稳定剂、UV吸收添加剂、增塑剂、润滑剂、离型剂(如脱模剂)、抗静电剂、抗雾剂、抗微生物剂、着色剂(例如,染料或颜料)、表面效应添加剂、辐射稳定剂、阻燃剂、抗滴落剂(例如,PTFE包封的苯乙烯-丙烯腈共聚物(TSAN)),或包括前述一种或多种的组合。例如,可以使用热稳定剂、脱模剂和紫外光稳定剂的组合。通常,可使用通常已知有效的量的添加剂。例如,添加剂组合物的总量(除了任何抗冲改性剂,填料,或增强剂之外)基于该组合物中聚合物的总重量可以各自为0.001wt%至10.0wt%、或0.01wt%至5wt%。
热稳定剂添加剂包括有机亚磷酸酯(例如,亚磷酸三苯酯、三-(2,6-二甲基苯基)亚磷酸酯、三-(混合的单-和二-壬基苯基)亚磷酸酯等)、膦酸酯(例如,膦酸二甲基苯酯等)、磷酸酯(例如,磷酸三甲酯等)、或包括前述热稳定剂中的至少一种的组合。热稳定剂可以是三(2,4-二叔丁基苯基)磷酸酯,可获得为IRGAPHOSTM168。通常使用基于组合物中聚合物的总重量的0.01至5wt%的量的热稳定剂。
增塑剂、润滑剂、和脱模剂之中存在大量的重叠,其包括,例如三硬脂酸甘油酯(GTS)、邻苯二甲酸酯(例如,辛基-4,5-环氧基-六氢邻苯二甲酸酯)、三-(辛氧基羰基乙基)异氰脲酸酯、三硬脂酸甘油酯、二-或多官能的芳香族磷酸酯(例如,间苯二酚四苯基二磷酸酯(RDP)、氢醌的双(二苯基)磷酸酯和双酚A的双(二苯基)磷酸酯);聚-α-烯烃;环氧化的大豆油;硅酮,包括硅油(例如,聚(二甲基二苯基硅氧烷));酯,例如脂肪酸酯(例如,烷基十八酯,如硬脂酸甲酯、硬脂酸十八烷酯等)、蜡(例如,蜂蜡、褐煤蜡、固体石蜡等),或包括前述增塑剂、润滑剂、和脱模剂中至少一种的组合。通常以基于组合物中聚合物的总重量的0.01至1wt%的量使用这些。
光稳定剂,特别地紫外光(UV)吸收添加剂,也称为UV稳定剂,包括羟基二苯甲酮(例如,2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮,可以商品名CYASORB531商业获得自Cytec)、羟基苯并三嗪(例如,2-[4,6-双(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)-苯酚,可以商品名CYASORB1164商业获得自Cytec)、氰基丙烯酸酯(例如,1,3-双[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧]-2,2-双[[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧]甲基]丙烷,可以商品名UVINUL3030商业获得)、草酰替苯胺、苯并恶嗪酮(例如,2,2'-(1,4-亚苯基)双(4H-3,1-苯并恶嗪-4-酮,可以商品名CYASORBUV-3638商业获得自Cytec)、芳基水杨酸酯、羟基苯并三唑(例如,2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑、和2-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚,可以商品名CYASORB5411商业获得自Cytec)、无机材料,如二氧化钛、氧化铈、和氧化锌,均具有小于或等于100纳米的粒径,或包括前述光稳定剂中至少一种的组合。UV稳定剂可以以基于组合物中聚合物的总重量的0.01wt%至1wt%,特别地0.1wt%至0.5wt%,并且更特别地0.15wt%至0.4wt%的量存在。
聚碳酸酯组合物可以由本领域中已知的各种方法制备。例如,首先将粉末聚碳酸酯和其他可选的组分,可选地与任何填料,在高速混合机中或通过手动混合共混。然后,将共混物通过料斗进料至双螺杆挤出机的进料口。可替代地,可以通过侧填充口在进料口和/或下游将其直接进料至挤出机,或通过将其与期望的聚合物混合入母料并进料至挤出机,将组分中的至少一种结合至组合物。挤出机通常在高于导致组合物流动所需的温度下进行操作。然后,可以立即将挤出物在水浴中淬火并造粒。按照需要,如此制备的粒料可以是四分之一英寸长或更短。这种粒料可以用于随后的模制、成型(shaping),或成形(forming)。
还提供了包含聚碳酸酯组合物的成型的、成形的或模制的制品。可以将聚碳酸酯组合物通过各种方法,如挤出、压延、模制(例如,注射模制、旋转模塑、吹塑、压缩模制)、热成形、和包括这些方法中至少一种的组合形成为有用的成型的制品。制品的一些实例包括计算机和商用机器外壳,如由于监视器的外壳、手持电子装置外壳,如由于手机、电气连接器的外壳,以及照明器材(例如,灯具、头灯等)、装饰物、家用电器、屋顶、温室、阳光室、游泳池围栏、医疗器械、容器(例如,食品容器)等的组件。
以下阐述的是聚碳酸酯的制备和提纯方法的一些实施方式。
在实施方式中,从包水相以及包包含机溶剂、聚碳酸酯、催化剂、和离子的有机相的界面聚合产物混合物中提纯聚碳酸酯的方法,包括以下各项中的至少一种:分离水相和有机相;从分离的有机相中萃取催化剂;从分离的有机相中萃取离子;提供包含携带物的含水进料流,其中,该含水进料流包包有机部分和含水部分;将有机溶剂以对含水进料流的总有机部分的粘度为小于或等于40厘泊、或小于或等于30厘泊、或20至30厘泊有效的量的有机溶剂添加至含水进料流;可选地,将水以含水部分比有机部分的比率为1.0至20.0、或1.0至15.0、或1.0至10.0、或1.0至6.0有效的量添加至含水进料流以提供结合流;并且将结合流分离为包含小于或等于3vol%的总有机部分的提纯的水流和提纯的聚碳酸酯流。
在特定的实施方式,可以适用以下一种或多种条件:水的pH对结合流的含水部分的pH为1.0至10.0或1.0至6.0是有效的;提纯的水流包含小于或等于2vol%的总有机部分,或小于或等于1vol%的携带物;方法进一步包括进一步提纯的聚碳酸酯流;催化剂的萃取发生在离子的萃取之前;水相和有机相的分离以及结合流的分开通过高剪切速率的离心机发生;催化剂和离子中的一种或两种的萃取通过萃取塔发生;有机部分中的溶剂和有机溶剂是二氯甲烷或氯化乙烯;聚碳酸酯是双酚A均聚物,包含双酚A碳酸酯单元和衍生自具有至少12个碳原子的双酚的本体双酚碳酸酯单元的共聚碳酸酯,或包含双酚A碳酸酯单元和对苯二甲酸-间苯二甲酸-双酚A酯单元的聚酯碳酸酯;或聚碳酸酯是包含双酚A碳酸酯单元和2-苯基-3,3'-双(4-羟苯基)苯并吡咯酮碳酸酯单元的共聚物、包含双酚A碳酸酯单元和1,1-双(4-羟基-3-甲基苯基)环己烷碳酸酯单元的共聚物,或者包含双酚A碳酸酯单元和异佛尔酮双酚碳酸酯单元的共聚物。
提供以下实施例以示出包含含水部分和有机部分的界面反应产物的低剪切提纯方法。这些实施例仅是说明性的而不旨在将根据本公开制备的装置限制于本文中列出的材料、条件或方法参数。
实施例
对于全部实施例1-4,遵循以下流程,其中,相应的值和获得的聚碳酸酯提纯值在表1中示出。首先,制备BPA-PPPBP共聚碳酸酯的二氯甲烷溶液(通过界面聚合制成,并且源自SABIC’sInnovativePlastics商业),其中,溶剂中的共聚碳酸酯浓度在7.9至14.1wt%间变化,并且具有低于40cP的粘度。通过添加包含水和氯化钠(具有1.1的比重)的水溶液,并且将足量的盐酸添加至水溶液以提供2至10的pH,由各个聚碳酸酯溶液生成乳液。在混合之后,将获得的乳液与水结合以调整含水部分比有机部分的比率。特别地,总入口流中水部分的体积百分数在57至92vol%间变化,其对应1.3至11.5的水部分比有机部分的比率。将获得的流通过离心泵添加离心机(WestfaliaTA-40型,具有35加仑每分钟(gal/min)(132.5升每分钟(L/min))的最大通过量和15马力(11.2千瓦)发动机)。
表1示出了有机部分的体积百分数已经从8至43vol%的入口值降低至小于2vol%以至低至0vol%(实施例3)。
以下阐述的是用于聚碳酸酯的提纯的本方法的一些实施方式。
实施方式1:从包水相和包含第一有机溶剂、聚碳酸酯、催化剂、和离子的有机相的界面聚合产物混合物中提纯聚碳酸酯的方法,所述方法包括:将水相和有机相分离以形成分离的含水进料流和分离的有机流;从分离的有机流中萃取催化剂和离子以形成提纯的聚碳酸酯流和萃取的含水进料流,其中,分离的含水进料流和萃取的含水进料流中至少一种包含有机部分和含水部分;通过将第二有机溶剂添加至水流以形成结合流,将有机部分的粘度调节为小于或等于40厘泊,提纯的包含分离的含水进料流和萃取的含水进料流中的一种或两种的水流;可选地,通过将水溶液添加水流,将含水部分比有机部分的比率调节为1.0至20.0;并且分离结合流以形成提纯的水流,其中,小于或等于3vol%的提纯的水流是有机部分。
实施方式2:根据实施方式1的方法,其中,水流的有机部分具有小于或等于30厘泊的粘度。
实施方式3:根据实施方式2的方法,其中,水流的有机部分具有20至30厘泊的粘度。
实施方式4:根据实施方式1至3中任一项的方法,包括通过添加水溶液,将含水部分比有机部分的比率调节为1.0至15.0。
实施方式5:根据实施方式4的方法,其中,含水部分比有机部分的比率是1.0至10.0。
实施方式6:根据实施方式4的方法,其中,含水部分比有机部分的比率是1.0至6.0。
实施方式7:根据实施方式1至6中任一项的方法,进一步包括通过添加含水溶剂,将含水部分的pH调节为1.0至10.0。
实施方式8:根据实施方式7的方法,其中,pH是1.0至6.0。
实施方式9:根据实施方式1至8中任一项的方法,其中,小于或等于2vol%的提纯的水流是有机部分。
实施方式10:根据实施方式9的方法,其中,小于或等于1vol%的提纯的水流是有机部分。
实施方式11:根据实施方式1至10中任一项的方法,其中,第一有机溶剂和第二有机溶剂中的一种或两种包含二氯甲烷、二氯乙烷、或包括前述中一种或两种的组合。
实施方式12:根据实施方式1至11中任一项的方法,其中,催化剂的萃取发生在离子的萃取之前或期间。
实施方式13:根据实施方式1至12中任一项的方法,其中,水相和有机相的分离以及结合流的分离经由高剪切速率离心机发生。
实施方式14:根据实施方式1至13中任一项的方法,其中,催化剂和离子中一种或两种的萃取经由一个或多个萃取塔发生。
实施方式15:根据实施方式1至14中任一项的方法,其中,聚碳酸酯包含双酚A均聚物,包含双酚A碳酸酯单元和衍生自具有至少12个碳原子的双酚的本体双酚碳酸酯单元的共聚碳酸酯,或包含双酚A碳酸酯单元和对苯二甲酸-间苯二甲酸-双酚A酯单元的聚酯碳酸酯。
实施方式16:根据实施方式15的方法,其中,聚碳酸酯包含含有双酚A碳酸酯单元和2-苯基-3,3'-双(4-羟苯基)苯并吡咯酮碳酸酯单元的共聚物、包含双酚A碳酸酯单元和1,1-双(4-羟基-3-甲基苯基)环己烷碳酸酯单元的共聚物、或包含双酚A碳酸酯单元和异佛尔酮双酚碳酸酯单元的共聚物。
实施方式17:根据实施方式1至16中任一项的方法,进一步包括,进一步提纯提纯的聚碳酸酯流。
通常,本发明可以可替代地包括本文中公开的任何合适的组分,由其组成,或基本由其组成。本发明可以另外,或者可替代地,进行配置为不含,或基本上不含现有技术组合物中使用的或另外对实现本发明的功能和/或目标并非必要的任何组分、材料、成分、辅助剂或物种。
本文中公开的所有范围包括端点,并且这些端点可以独立地彼此组合(例如,“高达25wt%、或者更特别地5wt%至20wt%的范围”包括端点和“5wt%至25wt%”的范围内的所有中间值等)。此外,术语“第一”、“第二”等,在本文中并不表示任何顺序、数量、或重要性,而是用于表示一个元素不同于另一元素。本文中的术语“一个”和“一种”和“该”并不表示对数量的限制,除非本文中另有说明或与上下文明显矛盾,而应该解释为包括单数和复数。除非上下文另有明确说明,否则“或”是指“和/或”。整个说明书中提及的“一个实施方式”、“另一实施方式”、“实施方式”等是指所描述的特别的元素(例如,性质、结构、和/或特征)连同该实施方式一起包含在本文中描述的至少一种实施方式中,并且可以或可以不存在于其它实施方式中。此外,应该理解的是所描述的元素可以以任何合适的方式结合于各种实施方式中。
虽然已经描述了特定的实施方式,但但是申请人或本领域其他技术人员应该想到目前未预见的替代、修改、变更、改进、以及实质等同物。因此,提交并可以被修改的所附权利要求旨在包括所有这类替代、修改、变更、改进和实质等效物。
Claims (17)
1.一种从包含水相和包含第一有机溶剂、聚碳酸酯、催化剂、和离子的有机相的界面聚合产物混合物中提纯聚碳酸酯的方法,所述方法包括:
将所述水相和所述有机相分离以形成分离的含水进料流和分离的有机流;
从所述分离的有机流中萃取所述催化剂和所述离子以形成提纯的聚碳酸酯流和萃取的含水进料流,其中,所述分离的含水进料流和所述萃取的含水进料流中的至少一种包含有机部分和含水部分;
通过以下各项提纯包含所述分离的含水进料流和所述萃取的含水进料流中的一种或两种的含水流
通过将第二有机溶剂添加至所述含水流以形成结合流将所述有机部分的粘度调节为小于或等于40厘泊;
可选地,通过将含水溶液添加至所述含水流,将所述含水部分与所述有机部分的比率调节为1.0至20.0;以及
分离所述结合流以形成提纯的含水流,其中,小于或等于3vol%的所述提纯的含水流是所述有机部分。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述含水流的所述有机部分具有小于或等于30厘泊的粘度。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述含水流的所述有机部分具有20至30厘泊的粘度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,包括通过添加所述含水溶液将所述含水部分与所述有机部分的比率调节为1.0至15.0。
5.根据权利要求4所述的方法,其中,所述含水部分与所述有机部分的比率是1.0至10.0。
6.根据权利要求4所述的方法,其中,所述含水部分与所述有机部分的比率是1.0至6.0。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法,进一步包括通过添加含水溶剂将所述含水部分的pH调节为1.0至10.0。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,所述pH是1.0至6.0。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法,其中,小于或等于2vol%的所述提纯的含水流是所述有机部分。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,小于或等于1vol%的所述提纯的含水流是所述有机部分。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法,其中,所述第一有机溶剂与所述第二有机溶剂中的一种或两种包含二氯甲烷、二氯乙烷、或包含前述中一种或两种的组合。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法,其中,所述催化剂的萃取发生在所述离子的萃取之前或期间。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法,其中,所述水相和所述有机相的分离以及所述结合流的分离通过高剪切速率离心机发生。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法,其中,所述催化剂和所述离子中的一种或两种的萃取经由一个或多个萃取塔发生。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法,其中,所述聚碳酸酯包含双酚A均聚物、包含双酚A碳酸酯单元和衍生自具有至少12个碳原子的双酚的本体双酚碳酸酯单元的共聚碳酸酯、或包含双酚A碳酸酯单元和对苯二甲酸-间苯二甲酸-双酚A酯单元的聚酯碳酸酯。
16.根据权利要求15所述的方法,其中,所述聚碳酸酯包含含有双酚A碳酸酯单元和2-苯基-3,3'-双(4-羟苯基)苯并吡咯酮碳酸酯单元的共聚物、包含双酚A碳酸酯单元和1,1-双(4-羟基-3-甲基苯基)环己烷碳酸酯单元的共聚物、或包含双酚A碳酸酯单元和异佛尔酮双酚碳酸酯单元的共聚物。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法,进一步包括进一步提纯所述提纯的聚碳酸酯流。
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