CN105713190A - 用于生产熔融聚碳酸酯的连续方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于生产熔融聚碳酸酯的连续方法,可以包括:(a)将丙酮、碳酸二芳基酯、和二羟基化合物添加至熔融聚合单元,其中将所述丙酮添加至所述熔融聚合单元作为与所述碳酸二芳基酯和/或所述二羟基化合物的混合物;(b)将催化剂添加至所述熔融聚合单元,可选地在添加所述催化剂之前无需分离出丙酮;以及(c)在多种条件下操作所述熔融聚合单元以使所述一种或多种碳酸二芳基酯和所述一种或多种二羟基化合物;所述二羟基化合物与所述碳酸二芳基酯反应以产生具有所期望的规格的聚碳酸酯,以及苯酚副产物。
Description
本申请是于2012年12月17日提交的题为“用于生产熔融聚碳酸酯的连续方法”的中国专利申请号201280012671.9的分案申请。
技术领域
本发明公开总体上涉及聚合聚碳酸酯的方法,并且具体涉及由包含DPC和/或BPA连同丙酮一起的混合物生产聚碳酸酯的方法。
背景技术
在许多不同的制造部门中聚碳酸酯被广泛用作原材料。应当确信的是在未来的几年里对聚碳酸酯的需要将会明显增加并且因此,目前正在开发聚合方法的改进。
用于生产聚碳酸酯的数种方法是已知的。例如,在相转移条件下光气与2,2-双(4-羟基苯基)丙烷(也称为双酚A)的反应。该方法具有使用光气以及产生包含氯化物的废物流的内在缺点。
不需要使用光气的不同方法是基于双酚A与碳酸二烷基酯或碳酸二芳基酯的酯交换反应。该碳酸二烷基酯具有缺点,即在与双酚A的酯交换反应中,其没有足够的活性以产生聚合物聚碳酸酯。
使用碳酸二芳基酯,如碳酸二苯基酯(DPC)具有优点,即其具有足够的活性以形成聚合物聚碳酸酯。此外,在碳酸二苯基酯与双酚A反应以形成聚碳酸酯的反应中释放苯酚。该苯酚可以再循环并用于生产,例如,双酚A或碳酸二苯酯(其在聚合中可以用作主要原材料)。
由于对聚碳酸酯生产不断增长的需求,用于生产聚碳酸酯的方法留下足够的改进空间,尤其是从引入原材料的方法来看。
发明内容
在一种实施方式中,通过熔融聚合来生产聚碳酸酯的方法,可以包括:(a)制备包含丙酮和碳酸二芳基酯的混合物;(b)将混合物(例如,以液相形式)输送至进行所述熔融聚合的聚碳酸酯生产设备;(c)将混合物添加至熔融聚合单元;(d)将二羟基化合物添加至熔融聚合单元;(e)将催化剂添加至熔融聚合单元;以及(f)在多种条件下操作熔融聚合单元使得二羟基化合物与碳酸二芳基酯反应以产生具有所期望的规格的聚碳酸酯,和苯酚副产物。
在另一个实施方式中,通过熔融聚合来生产聚碳酸酯的方法,可以包括:(a)将丙酮、碳酸二芳基酯、和二羟基化合物添加至熔融聚合单元,在熔融聚合单元之前无需分离出丙酮,其中将丙酮添加至熔融聚合单元作为与碳酸二芳基酯和/或二羟基化合物的混合物;(b)将催化剂添加至熔融聚合单元;以及(c)在多种条件下操作熔融聚合单元使得二羟基化合物与碳酸二芳基酯反应以产生具有所期望的规格的聚碳酸酯,和苯酚副产物。
在又一个实施方式中,用于生产聚碳酸酯的方法,可以包括:(a)将碳酸二芳基酯、二羟基化合物、和丙酮添加至熔融聚合单元,其中添加丙酮作为包含碳酸二芳基酯和/或二羟基化合物的混合物的一部分,并且基于混合物的总重量丙酮的量大于3重量%;(b)将催化剂添加至熔融聚合单元;以及(c)在多种条件下操作熔融聚合单元使得碳酸二芳基酯与二羟基化合物反应以产生具有所期望的规格的聚碳酸酯,和苯酚副产物。
在又一个实施方式中,通过熔融聚合来生产聚碳酸酯的方法,可以包括:将二羟基反应物和碳酸二芳基酯添加至熔融聚合单元,其中添加二羟基化合物和碳酸二芳基酯中至少一种作为与丙酮的混合物,其中碳酸二芳基酯相对于二羟基反应物以2:1至1:2的摩尔比存在,并且其中在聚合单元中调节丙酮的量使得丙酮相对于二羟基反应物的摩尔比大于或等于0.1:1;在从熔融聚合单元中分离或回收丙酮之前,在催化剂存在下使二羟基化合物与碳酸二芳基酯反应以产生聚碳酸酯和至少苯酚副产物。
在又一个实施方式中,通过熔融聚合来生产聚碳酸酯的方法,可以包括:(a)将丙酮、碳酸二芳基酯、和二羟基化合物添加至熔融聚合单元,其中将丙酮添加至熔融聚合单元作为与碳酸二芳基酯和/或二羟基化合物的混合物;(b)将催化剂添加至熔融聚合单元,在加入催化剂之前无需分离出丙酮;以及(c)在多种条件下操作熔融聚合单元使得二羟基化合物与碳酸二芳基酯反应以产生具有所期望的规格的聚碳酸酯,和苯酚副产物。
通过以下附图和具体实施方式来举例说明上文所描述的以及其他特征。
附图说明
下面是附图的简要描述,其中相似的元件(要素)是类似地编号的并且其表示是出于说明本文中公开的示例性实施方式的目的,而不是出于限制其的目的。
图1示意性地描述了用于生产聚碳酸酯的装置设计,其中将反应物添加至聚合单元中的混合器中。
图2示意性地描述了用于生产聚碳酸酯的装置设计,其中首先将反应物添加至聚合单元中的两个单独的混合器中。
图3示意性地描述了用于生产聚碳酸酯的装置设计,其中将反应物或反应混合物与丙酮一起添加至聚合单元中的混合器中并且从聚合单元中的预混合容器与缓冲罐中的一个或两者中回收丙酮。
图4示意性地描述了用于生产聚碳酸酯的装置设计,其中将反应物或反应混合物与丙酮一起添加至聚合单元中的混合器中并且从聚合单元中的低聚反应容器中回收丙酮。
图5示意性地描述了用于生产聚碳酸酯的装置设计,其中将反应物或反应混合物与丙酮一起添加至聚合单元中的混合器中并且从聚合单元中的预混合容器与缓冲容器中的一个或多个中以及从低聚反应容器中回收丙酮。
具体实施方式
迄今为止,用于聚合聚碳酸酯的方法通常具有大量分开的需要被生产、运输、和/或存储的原材料,或者必须被结合在单个生产部位上的一些较大生产单元。在室温下用于聚碳酸酯生产的大多数原材料是固体,这意味着如果输送大量的这些材料,将出现许多不利地影响全过程的问题,例如,经济问题。如果将以熔融状态运送材料,需要大量的能量来维持高温,同时在生产它们之后凝固这些材料需要较大的、复杂的设备(如冷却带和/或造粒塔)。这种设备不必要地增加资本投资,并且运行也是昂贵的和耗能的。
美国专利号7,067,610和国际申请号WO2009/010486A1(在此通过引用将它们的全部内容结合至本文中),公开了原材料如分别地碳酸二苯酯和双酚A,可以输送处于丙酮中的熔融液相(例如,其中该相基于丙酮存在的量),但是公开了在将单体添加至聚合单元之前必须将这些单体纯化至大于97重量%纯度,因而在聚碳酸酯的聚合中需要昂贵的、额外的处理步骤。
出人意料地发现可以将更高量的丙酮直接给料至聚合单元中,而对于聚合反应或对于反应的产物没有任何不利影响。这意味着包含大于3重量%,具体地大于或等于5重量%,更具体地,大于或等于10重量%的丙酮的单体混合物可以被引入聚合单元中,从而有效地除去任何之前所需要的纯化步骤;即,在添加其他反应物之前(如,添加一种或多种碳酸二芳基酯或一种或多种二羟基化合物,无论哪一种都不与丙酮一起存在)需要将丙酮的量降低至低于3重量%,具体地低于2重量%。在生产额外的单体中可以使用随后从聚合单元中回收的任何丙酮,连同任何回收的苯酚副产物一起。如在此理解的,苯酚副产物包括苯酚本身,以及包含由一种或多种碳酸二芳基酯和一种或多种二羟基化合物的反应形成的化合物的苯酚;如,包含芳香化合物的羟基。
“聚碳酸酯”是指具有化学式(1)的重复结构的碳酸酯单元的组合物
其中R1基团包含脂肪族的、脂环族的、和/或芳香族的部分(例如,R1基团总数的大于或等于30%,具体地大于或等于60%,可以包含芳香族部分并且其剩余部分是脂肪族、脂环族、或者芳香族)。可选地,每个R1可以是C6-30芳香基团,即,可以包含至少一个芳香族部分。R1可以衍生自化学式HO-R1-OH尤其是化学式(2)的二羟基化合物
HO–A1–Y1–A2–OH(2)
其中A1和A2的每一个是单环二价的芳香基团且Y1是单键或桥连基团(该桥连基团具有隔开A1与A2的一个或多个原子)。一个原子可以隔开A1与A2。具体地,每个R1可以衍生自化学式(3)的二羟基芳香化合物
其中Ra和Rb各自独立地是卤素、C1-12烷氧基、或C1-12烷基;并且p与q各自独立地是0至4的整数。应当理解的是当p是0时Ra是氢气,并且同样地当q是0时Rb是氢气。同样在化学式(3)中,Xa是连接两个羟基取代的芳香基团的桥连基团,其中在C6亚芳基基团上将每个C6亚芳基基团的桥连基团和羟基取代基彼此布置在邻位、间位、或者对位(尤其是对位)。桥连基团Xa可以是单键、-O-、-S-、-S(O)-、-S(O)2-、-C(O)-、或C1-18有机基团。C1-18有机桥连基团可以是环状或非环状、芳香烃或非芳香烃,并且可以进一步包括杂原子如卤素、氧、氮、硫、硅、或磷。可以布置该C1-18有机基团使得连接至其上的C6亚芳基基团是各自连接至共同的次烷基碳或者连接至C1-18有机桥连基团的不同碳。p和q可以各自是1,并且Ra和Rb各自是C1-3烷基基团,尤其是甲基,在每个亚芳基基团上布置在羟基基团的间位。
Xa可以是取代的或未取代的C3-18环次烷基,化学式-C(Rc)(Rd)-的C1-25次烷基,其中Rc和Rd各自独立地是氢、C1-12烷基、C1-12环烷基、C7-12芳基烷基、C1-12杂烷基、或环状的C7-12杂芳基烷基、或化学式-C(=Re)-的基团,其中Re是二价的C1-12烃基团。此类型的基团包括亚甲基、环己基亚甲基、次乙基(乙叉基)、新次戊基(新戊叉基)、和异次丙基(异丙叉基)、以及2-[2.2.1]-二环次庚基(2-[2.2.1]-二环庚叉基)、环次已基(环己叉基)、环次戊基(环戊叉基)、环次十二烷基(环十二烷叉基)、和次金刚烷基(金刚烷叉基)。
Xa可以是C1-18亚烷基基团、C3-18环亚烷基基团、稠合的C6-18环亚烷基、或化学式-B1-G-B2-的基团,其中B1和B2是相同的或不同的C1-6亚烷基基团并且G是C3-12环次烷基(C3-12环烷叉基)基团或C6-16亚芳基基团。例如,Xa可以是化学式(4)的取代的C3-18环次烷基(C3-12环烷叉基)
其中Rr、Rp、Rq、和Rt各自独立地是氢、卤素、氧、或C1-12烃基团;Q是直接的键、碳、或二价氧、硫、或-N(Z)-,其中Z是氢、卤素、羟基、C1-12烷基、C1-12烷氧基、或者C1-12酰基;r是0至2,t是1或2,q是0或1,并且k是0至3,条件是Rr、Rp、Rq、和Rt中的至少两个放在一起是稠合的环脂族的、芳香族的、或者杂芳族的环。应当理解的是当稠合的环是芳香族,在化学式(4)中显示的环将具有不饱和的碳-碳键其中该环是稠合的。当k是1且i是0时,如在化学式(4)中显示的环包括4个碳原子,当k是2时,如在化学式(4)中显示的环包括5个碳原子,并且当k是3时,该环包括6个碳原子。两个相邻的基团(如,将Rq和Rt放在一起)可以形成芳香基团或将Rq和Rt放在一起可以形成一个芳香基团并且将Rr和Rp放在一起可以形成第二芳香基团。当将Rq和Rt放在一起形成芳香基团时,Rp可以是双键氧原子,即酮类。
双酚(4)可以用于制造包含化学式(4a)的碳酸邻苯二甲酰亚胺单元的聚碳酸酯
其中Ra、Rb、p、和q与化学式(4)中一样,R3各自独立地是C1-6烷基基团,j是0至4,并且R4是C1-6烷基、苯基、或用高达5个C1-6烷基基团取代的苯基。碳酸邻苯二甲酰亚胺单元可以具有化学式(4b)
其中R5是氢或C1-6烷基。R5可以是氢。碳酸酯单元(4a),其中R5是氢,可以衍生自2-苯基-3,3'-双(4-羟基苯基)邻苯二甲酰亚胺(也称为正-苯基酚酞双酚,或“PPPBP”)(也称为3,3-双(4-羟苯基)-2-苯基异吲哚啉-1-酮)。
这种类型的其他双酚碳酸酯重复单元是化学式(4c)和(4d)的靛红碳酸酯单元
其中Ra和Rb各自独立地是C1-12烷基,p和q各自独立地是0至4,且Ri是C1-12烷基、苯基(可选地用1至5个C1-10烷基取代)、或可选地使用1至5个C1-10烷基取代的苄基。Ra和Rb可以各自是甲基,p和q可以各自独立地是0或1,且Ri可以是C1-4烷基或苯基。
衍生自双酚(4)的双酚碳酸酯单元的实例,其中Xb是取代的或未取代的C3-18环次烷基(C3-18环烷叉基),包括化学式(4e)的环次已基(环已叉基)-桥连的、烷基-取代的双酚
其中Ra和Rb各自独立地是C1-12烷基,Rg是C1-12烷基,p与q各自独立地是0至4,并且t是0至10。可以将Ra和Rb的每个的至少一种布置在环次已基桥连基团的间位。Ra和Rb可以各自独立地是C1-4烷基,Rg可以是C1-4烷基,p与q可以各自是0或1,并且t是0至5。Ra、Rb、和Rg可以各自是甲基,r和s可以各自是0或1,且t可以是0或3,尤其是0。
衍生自双酚(4)的其他双酚碳酸酯单元的实例,其中Xb是取代的或未取代的C3-18环次烷基,包括金刚烷基单元(4f)和单元(4g)
其中Ra和Rb各自独立地是C1-12烷基,并且p与q各自独立地是1至4。可以将Ra和Rb的每个的至少一种布置在环次烷基桥连基团的间位。Ra和Rb可以各自独立地是C1-3烷基,并且p与q可以各自是0或1。Ra、Rb可以各自是甲基,p和q可以各自是0或1。包含单元(4a)至(4g)的碳酸酯用于制备具有高玻璃转变温度(Tg)和高热变形温度的聚碳酸酯。
化学式HO-R1-OH的其他可能的芳香族二羟基化合物包括化学式(6)的化合物
其中每个Rh独立地是卤素原子、C1-10烃基(如C1-10烷基基团、卤素取代的C1-10烷基基团、C6-10芳基基团、或者卤素取代的C6-10芳基基团),并且n是0至4。通常该卤素是溴。
具体的芳香族二羟基化合物的一些说明性实例(本文中也称为二羟基反应物)包括以下:4,4'-二羟基联苯、1,6-二羟基萘、2,6-二羟基萘、双(4-羟基苯基)甲烷、双(4-羟基苯基)二苯基甲烷、双(4-羟基苯基)-1-萘基甲烷、1,2-双(4-羟基苯基)乙烷、1,1-双(4-羟基苯基)-1-苯基乙烷、2-(4-羟基苯基)-2-(3-羟基苯基)丙烷、双(4-羟基苯基)二苯甲烷、2,2-双(4-羟基-3-溴苯基)丙烷、1,1-双(羟基苯基)环戊烷、1,1-双(4-羟基苯基)环己烷、1,1-双(4-羟基苯基)异丁烯、1,1-双(4-羟基苯基)环十二烷、反式-2,3-双(4-羟基苯基)-2-丁烯、2,2-双(4-羟基苯基)金刚烷、α,α'-双(4-羟基苯基)甲苯、双(4-羟基苯基)乙腈、2,2-双(3-甲基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-乙基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-正丙基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-异丙基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-仲丁基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-叔丁基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-环己基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-烯丙基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-甲氧基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(4-羟基苯基)六氟丙烷、1,1-二氯-2,2-双(4-羟基苯基)乙烯、1,1-二溴-2,2-双(4-羟基苯基)乙烯、1,1-二氯-2,2-双(5-苯氧基-4-羟基苯基)乙烯、4,4'-二羟基二苯甲酮、3,3-双(4-羟基苯基)-2-丁酮、1,6-双(4-羟基苯基)-1,6-已二酮、乙二醇双(4-羟基苯基)醚、双(4-羟基苯基)醚、双(4-羟基苯基)硫化物、双(4-羟基苯基)亚砜、双(4-羟基苯基)砜、9,9-双(4-羟基苯基)氟、2,7-二羟基芘、6,6'-二羟基-3,3,3',3'-四甲基螺(双)二氢化茚(“螺二茚满双酚”)、3,3-双(4-羟基苯基)邻苯二甲酰亚胺、2,6-二羟基二苯并-对-二噁英、2,6-二羟基噻蒽、2,7-二羟基吩噻噁、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、间苯二酚、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-异丙苯基间苯二酚、2,4,5,6-四氟间苯二酚、2,4,5,6-四溴间苯二酚等);儿茶酚;对苯二酚;取代的对苯二酚如2-甲基对苯二酚、2-乙基对苯二酚、2-丙基对苯二酚、2-丁基对苯二酚、2-叔丁基对苯二酚、2-苯基对苯二酚、2-异丙苯基对苯二酚、2,3,5,6-四甲基对苯二酚、2,3,5,6-四-叔丁基对苯二酚、2,3,5,6-四氟-对苯二酚、2,3,5,6-四溴对苯二酚等、或包含上述二羟基化合物中至少一种的组合。
化学式(3)的双酚化合物的具体实例包括1,1-双(4-羟基苯基)甲烷、1,1-双(4-羟基苯基)乙烷、2,2-双(4-羟基苯基)丙烷(在下文中称为“双酚A”或“BPA”)、2,2-双(4-羟基苯基)丁烷、2,2-双(4-羟基苯基)辛烷、1,1-双(4-羟基苯基)丙烷、1,1-双(4-羟基苯基)正丁烷、2,2-双(4-羟基-2-甲基苯基丙烷、1,1-双(4-羟基-叔丁基苯基)丙烷、3,3-双(4-羟基苯基)邻苯二甲酰亚胺、2-苯基-3,3-双(4-羟基苯基)邻苯二甲酰亚胺(PPPBP)、和1,1-双(4-羟基-3-甲基苯基)环己烷(DMBPC)。还可以使用包含上述二羟基化合物中至少一种的组合。聚碳酸酯可以是衍生自双酚A的直链均聚物,其中A1和A2的每一个可以是对-亚苯基,并且Y1可以是化学式(3)中的异次丙基。
“聚碳酸酯”包括均聚碳酸酯(其中在聚合物中的每个R1是相同的),在碳酸酯(“共聚碳酸酯”)中包含不同R1部分的共聚物,包含碳酸酯单元和其他类型的聚合物单元(如酯单元)的共聚物,以及包含均聚碳酸酯和/或共聚碳酸酯中至少一种的组合。
共聚物的具体类型是聚酯碳酸酯,也称为聚酯-聚碳酸酯。这种共聚物除了化学式(1)的重复的碳酸酯链单元外,进一步包含化学式(7)的重复单元
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环亚烷基、C6-20亚芳基、或聚氧化亚烷基基团(其中该亚烷基基团包含2至6个碳原子,具体的是2、3、或4个碳原子);且T是衍生自二元羧酸的二价基团,并且可以是例如,C2-10亚烷基、C6-20环亚烷基、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。该聚酯可以是支链的或直链的。
J可以是具有直链、支链、或环状(包括多环)结构的C2-30亚烷基基团。J可以是衍生自前面化学式(3)的芳香族二羟基化合物。J可以是衍生自前面化学式(4)的芳香族二羟基化合物。J可以是衍生自前面化学式(6)的芳香族二羟基化合物。
可以用于制备聚酯单元的芳香族二羧酸包括间苯二甲酸或对苯二甲酸、1,2-二(对-羧基苯基)乙烷、4,4'-二羧基二苯基醚、4,4’-双苯甲酸、或包含上述酸中至少一种的组合。还可以存在包含稠合环的酸,如1,4-、1,5-、或2,6-萘二甲酸。具体的二元羧酸包括对苯二甲酸、间苯二甲酸、萘二甲酸、环己烷二羧酸、或包含上述酸中至少一种的组合。具体的二元羧酸包含间苯二甲酸和对苯二甲酸的组合,其中间苯二甲酸与对苯二甲酸的重量比是91:9至2:98。J可以是C2-6亚烷基基团并且T可以是对-亚苯基、间-亚苯基、亚萘基、二价环脂族基团、或它们的组合。这类聚酯包括聚(对苯二甲酸亚烷基酯)。
在共聚物中的酯单元与碳酸酯单元的摩尔比,取决于最终组合物所期望的特性,可以广泛地变化,例如1:99至99:1,具体地10:90至90:10,更具体地25:75至75:25。
聚酯-聚碳酸酯的聚酯单元可以衍生自间苯二酸和对苯二酸(或其衍生物)的组合与间苯二酚的反应。聚酯-聚碳酸酯的聚酯单元可以衍生自间苯二甲酸和对苯二甲酸的组合与双酚A的反应。聚碳酸酯单元可以衍生自双酚A。聚碳酸酯单元可以衍生自间苯二酚和双酚A(间苯二酚碳酸酯单元与双酚A碳酸酯单元的摩尔比是1:99至99:1)。
可以通过熔融聚合过程来制备聚碳酸酯,其可以是连续的熔融过程。通常,在熔融聚合过程中,可以通过在熔融状态下使二羟基反应物与碳酸二芳基酯(本文中也称为碳酸二芳基酯)如碳酸二苯酯,共反应来制备聚碳酸酯。用于制备聚碳酸酯的有用的熔融过程还可以使用在芳香基上具有吸电子(electronwithdrawing)取代基的碳酸二芳基酯。具有吸电子取代基的特别有用的碳酸二芳基酯的实例包括双(4-硝基苯基)碳酸酯、双(2-氯苯基)碳酸酯、双(4-氯苯基)碳酸酯、双(甲基水杨酸基)碳酸酯、双(4-甲基羧基苯基)碳酸酯、双(2-乙酰基苯基)羧酸酯、双(4-乙酰基苯基)羧酸酯、或包含上述酯中至少一种的组合。碳酸二芳基酯与二羟基反应物能够以2:1至1:2的摩尔比,具体地以1.5:1至1:1.5的摩尔比,更具体地以1.05:1至1:1.05的摩尔比,甚至更具体地以1:1的摩尔比存在。
此外,可以使用一种或多种酯交换催化剂。在熔融酯交换聚合反应生产聚碳酸酯中使用的催化剂可以包括α和/或β催化剂。通常在升高的温度下β催化剂易挥发且易降解。因此在早期低温聚合阶段优选使用β催化剂。通常α催化剂比β催化剂有更大的热稳定性和更小的挥发性。
α催化剂可以包括碱金属或碱土金属离子的来源。这些离子的来源包括碱土金属氢氧化物,如氢氧化镁与氢氧化钙。碱金属离子的来源可以包括碱金属氢氧化物,如通过氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、及包含上述至少一种的组合举例说明的。碱土金属氢氧化物的实例是氢氧化钙、氢氧化镁、和包含上述至少一种的组合。其中,氢氧化钠是尤其令人期望的。通常将以足够的量来使用α催化剂以便提供1x10-2摩尔至1x10-8摩尔,具体地,1x10-4摩尔至1x10-7摩尔的金属氢氧化物/所使用的每摩尔二羟基化合物。碱土金属和碱金属离子的其他可能来源包括羧酸盐(如醋酸钠)和乙二胺四乙酸(EDTA)的衍生物(如EDTA四钠盐,以及EDTA镁二钠盐),以及包含上述至少一种的组合。例如,α催化剂可以包括一种或多种羧酸的碱金属盐、一种或多种羧酸的碱土金属盐、或包含上述至少一种的组合。在另一个实施例中,α催化剂包括Na2MgEDTA或其盐。
α酯交换催化剂还可以,或可替换地,包括一种或多种非挥发性无机酸的盐。例如,该α催化剂可以包括一种或多种非挥发性无机酸的盐,如NaH2PO3、NaH2PO4、Na2HPO3、KH2PO4、CsH2PO4、Cs2HPO4、以及包含上述至少一种的组合。可替换地,或另外地,该α酯交换催化剂可以包括一种或多种磷酸的混合的碱金属盐,如NaKHPO4、CsNaHPO4、CsKHPO4、以及包含上述至少一种的组合。
一种或多种可能的β催化剂可以包括季铵化合物、季鏻化合物、或包含上述至少一种的组合。该季铵化合物可以是具有以下结构的一种或多种有机铵化合物,
其中R20-R23独立地是C1-C20烷基、C4-C20环烷基、或C4-C20芳基;并且X-是有机的或无机的阴离子。可选地,阴离子X-可以选自氢氧化物、卤化物、羧酸盐、磺酸盐、硫酸盐、甲酸盐、碳酸盐、和碳酸氢盐。有机季铵化合物的一些非限制性实例包括四甲基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、四甲基乙酸铵、四甲基甲酸铵、四丁基乙酸铵、和包含上述至少一种的组合。通常使用四甲基氢氧化铵。
该季鏻化合物可以是具有以下结构的有机鏻化合物,
其中R24-R27独立地是C1-C20烷基、C4-C20环烷基、或C4-C20芳基;并且X-是阴离子(例如,有机的或无机的阴离子)。可选地,阴离子X-可以选自氢氧化物、卤化物、烷氧化物、芳基氧化物、羧酸盐、磺酸盐、硫酸盐、甲酸盐、碳酸盐、和碳酸氢盐。其中X-是多价的阴离子如碳酸盐或硫酸盐,应当明了在季铵和季鏻结构中的正电荷和负电荷是适当平衡的。例如,其中R20-R23各自是甲基基团且X-是碳酸酯,应当明了X-表示2(CO3 -2)。
有机季鏻化合物的实例包括四甲基氢氧化鏻、四甲基乙酸鏻、四甲基甲酸鏻、四丁基氢氧化鏻、四丁基乙酸鏻(TBPA)、四苯基乙酸鏻、四苯基鏻苯氧化物、和包含上述至少一种的组合。通常使用TBPA。
通常地,使用的β催化剂的量是基于在聚合反应中使用的二羟基化合物的摩尔总数。当提及β催化剂例如鏻盐相对于在聚合反应中使用的所有的二羟基化合物的比率时,适宜的是提及鏻盐的摩尔数/一种或多种二羟基化合物的摩尔数,是指鏻盐的摩尔数除以存在于反应混合物中的每种单独的二羟基化合物的摩尔数总和。通常地,使用的β催化剂(例如,有机铵盐或鏻盐)的量将是1x10-2至1x10-5,具体地1x10-3至1x10-4摩尔/反应混合物中的二羟基化合物的总摩尔数。
聚合反应可以发生在聚合单元中;两种示例性聚合单元在图1和图2中示出。该聚合单元可以包括一个或多个混合器(10)、一个或多个缓冲容器(20)、两个或更多个低聚阶段(30,31)、一个或多个聚合阶段(40,41)、一个或多个挤出机(50)、一个或多个过滤器(60)、一个或多个洗涤器(70)、或包含上述一种或多种的组合。在图1中将二羟基反应物(A)、碳酸二芳基酯(B)、和催化剂(C)添加至预混合器(10)中。可以可选地添加额外的碳酸二芳基酯(D)并且将反应物送至低聚阶段(30)。从低聚阶段(30,31)以及从聚合阶段(40,41)中除去苯酚副产物(E)。在挤出机(50)中将任何添加剂(F)添加至聚合的聚碳酸酯。在熔融过滤器(60)中过滤挤出的聚碳酸酯以便产生聚碳酸酯颗粒(G)。图2描述了相似的聚合单元,除了将二羟基反应物(A)和碳酸二芳基酯(B)(例如,添加至以间歇方式(10,11)依次操作的两个单独的预混合器,然后)进料至缓冲容器(20)中,将催化剂(C)添加至缓冲容器(20)。
本申请人出乎意料地发现可以将更高量的丙酮直接进料至聚合单元中,而对聚合反应或对反应的产物没有任何不利影响。相应地,可以将二羟基反应物和/或碳酸二芳基酯添加至聚合单元作为与丙酮的混合物,分别称为二羟基反应物混合物(A')和碳酸二芳基酯混合物(B')。例如,可以将二羟基反应物混合物和碳酸二芳基酯混合物、二羟基反应物和碳酸二芳基酯混合物、和/或二羟基反应物混合物和碳酸二芳基酯添加至聚合单元。可以将二羟基反应物和/或碳酸二芳基酯(连同或不连同丙酮一起)添加至聚合单元中的相同或不同的混合器中。
基于混合物的总重量,该二羟基反应物混合物和/或碳酸二芳基酯混合物可以具有大于3重量%,更具体地大于或等于5重量%,并且还更具体地,更具体地大于或等于8重量%的丙酮浓度。可选地,混合物中丙酮的上限是基于所期望的输送温度、在输送之后丙酮的应用、和实用性如在随后的反应中使用的足够的碳酸二羟基或二芳基酯。由于可以使用丙酮来制备BPA,使混合物中的丙酮的量接近用于生产BPA的化学计量的量是有利的,其中化学计量的量基于重量。过量的丙酮将带来输送至位点的不必要的成本并且需要卖掉余量,而缺乏将导致购买额外的丙酮来弥补差额,并且将影响混合物所需要的输送温度。因此,基于混合物的总重量,该混合物可以具有3重量%至35重量%的丙酮,具体地5重量%至30重量%的丙酮,并且更具体地,10重量%至25重量%的丙酮或20重量%至35重量%的丙酮的浓度。丙酮与二羟基反应物的摩尔比可以大于或等于0.1:1,具体地0.1:1至9:1。二羟基反应物相对于碳酸二芳基酯相对于丙酮的摩尔比可以是化学计量的1:1:1的摩尔比。可以在反应之前和/或反应期间调节丙酮浓度,例如,通过加入一种或多种其他组分。可以添加额外的二羟基反应物和/或碳酸二芳基酯以实现和/或维持二羟基反应物和碳酸二芳基酯之间的所期望的摩尔比。
由于可以从聚合单元中回收丙酮(例如,可以在已经形成聚碳酸酯之后回收丙酮),在加入二羟基反应混合物和碳酸二芳基酯混合物之一或两者之前不需要预先分离该丙酮。换句话说,将混合物添加至聚合单元并且在加入催化剂之前并不从混合物中分离丙酮。如在本文中使用的,“未分离的”是指丙酮保留在包含混合物的容器中。换句话说,尽管在容器中丙酮能够以液相或气相存在,但是例如在加入催化剂之前,并不从容器中取出丙酮。
由于在聚合单元中使用的操作条件下(150℃<T<320℃,0.3毫巴<P<大气压)二羟基反应物、碳酸二芳基酯、苯酚副产物、和聚合的产物之间在挥发性差异,可以很容易地回收丙酮。因此,可选地可以在熔融聚合反应形成聚碳酸酯之后回收丙酮,如从聚合单元的不同部分。可以选择去除丙酮所使用的分离装置以便避免未反应的碳酸二芳基酯和任何其他挥发性组分从反应混合物中损失。该分离装置可以可选地包括定位于聚合单元之后的单个或多个分离步骤。
同样地,可以回收苯酚副产物。可以在与丙酮分离相同的一个或多个分离步骤中和/或在一个或多个分离步骤中回收苯酚副产物。当苯酚副产物和丙酮在相同的分离步骤中分离时,可以在相同的产物流中去除它们并且可选地分离或可以使它们反应以产生另外的二羟基反应物。
回收的丙酮可以与回收的苯酚副产物反应以制备二羟基反应物并且例如该回收的苯酚副产物可以与光气或碳酸二烷基酯反应以制备碳酸二芳基酯,其中可以将从回收的产品生产的二羟基反应物和/或碳酸二芳基酯添加至聚合单元以进行聚合。例如,可以将其添加至聚合单元以便根据需要调整其相对于丙酮的摩尔比。
图3、图4、和图5示出了其中可以去除丙酮(H)和/或苯酚副产物(E)的不同的方式。图3示出了第一去除选项,其中可以从预混合器(10)和/或缓冲容器(20)中回收丙酮(H)和/或苯酚副产物(E)。基于选择在预混合器(10)和/或缓冲容器(20)中允许丙酮(H)和/或苯酚副产物(E)从单体混合物中挥发的温度和压力的组合可以发生该回收。例如,针对这种去除的条件可以在160℃至180℃的温度下和大气压力下并且可以导致回收大于或等于95重量%的丙酮(H)。
图4示出了第二去除选项,其中可以在第一低聚阶段(30)中回收丙酮(H)和/或苯酚副产物(E),其中丙酮(H)可以与苯酚副产物(E)一起、或作为独立的流而回收。为了防止丙酮(H)和/或其他单体如(A)或(B)在进入低聚阶段(30)之前离开单体混合物,可以在低聚阶段(30)之前在一个或多个阶段中将气压提高至大于大气压力。
图5示出了第三去除选项,其中可以从预混合器(10)和/或缓冲容器(20)以及在第一低聚阶段(30)中回收丙酮(H)和/或苯酚副产物(E)。在此,可以在预混合器(10)和/或缓冲容器(20)中以及从第一低聚阶段(30)中回收大于或等于95重量%的丙酮(H)。可以取决于操作条件来调整预混合器(10)和/或缓冲容器(20)和低聚化器(30)中的相对去除百分比。例如,在预混合器和/或缓冲容器(20)中去除的丙酮(H)可以高达混合物(如,与BPA(A')或DPC(B')或两者一起进料至聚合单元的丙酮)中的总丙酮的95重量%(如,大于0至95重量%)。在低聚化器(30)中可以可选地去除剩余部分(balance)。
在这些选项的任何一个中,可以在随后的反应步骤中如从一个或多个二级低聚阶段和/或从一个或多个聚合阶段中去除苯酚副产物(E)。此外,可以应用这些去除选项的任何组合以及包含上述去除选项的至少一个的组合。
在聚合反应之后,可以挤出并且可选地过滤该聚碳酸酯以便形成聚碳酸酯组合物。该聚碳酸酯组合物可以包括另外的一种或多种聚合物,例如另外的,不同的聚碳酸酯、聚酯、聚硅氧烷、添加剂(如,一种或多种抗冲击改性剂、一种或多种稳定剂、一种或多种着色剂、一种或多种阻燃剂等)、或上述的一种或多种以便形成聚碳酸酯混合物。
该添加剂可以包括各种添加剂,条件是选择一种或多种添加剂以便并不显著地不利地影响热塑性组合物的所期望的特性。可以在混合这些组分期间在合适的时间混合这类添加剂以形成该组合物。该添加剂可以包括抗冲击改性剂、填充剂、增强剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外(UV)光稳定剂、增塑剂、润滑剂、脱模剂、抗静电剂、着色剂(例如,如二氧化钛、炭黑、和有机染料)、表面效应添加剂、辐射稳定剂、阻燃剂、防滴落剂(anti-dripagents)、或包含上述的一种或多种的组合。基于组合物的总重量,添加剂总量(除了任何抗冲击改性剂、填充剂、或增强剂以外)可以是0.01重量%至5重量%。
抗冲击改性剂可以包括天然橡胶、氟弹性体、乙烯-丙烯橡胶(EPR)、乙烯-丁烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯单体橡胶(EPDM)、丙烯酸酯橡胶、氢化的丁腈橡胶(HNBR)硅酮弹性体、和弹性体-修饰的接枝共聚物(如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEBS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、丙烯腈-乙烯-丙烯-二烯-苯乙烯(AES)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯(MBS)、高度橡胶接枝物(HRG))、或包含上述的一种或多种的组合。该热塑性组合物可以基本上不含氯和溴。基本上不含氯和溴是指并不故意添加氯或溴或包含氯或溴的材料而生产的材料。然而应当明了在处理多种产品的设备中,可以出现一定量的交叉污染,这通常导致溴和/或氯的水平在百万分之几的部分上(按重量等级计)。在这种理解下,可以容易地理解,基本上不含溴和氯可以定义为具有溴和/或氯的含量为按重量计(ppm)小于或等于100ppm,小于或等于75ppm,或小于或等于50ppm。当将本定义应用于阻燃剂时,其是基于阻燃剂的总重量。当将本定义应用于热塑性组合物时,其是基于除了任何填充剂以外的组合物的总重量。
可以通过操作用于制备聚碳酸酯组合物的过程来生产透明的组合物。在美国专利申请号2003/0032725中描述了用于生产透明的聚碳酸酯组合物的这种方法的一个实施例。
在实施方式中,通过熔融聚合来生产聚碳酸酯的方法,可以包括:(a)制备包含丙酮和碳酸二芳基酯的混合物;(b)将混合物(例如,以液相形式)输送至进行所述熔融聚合的聚碳酸酯生产设备;(c)在无需从混合物中分离出丙酮的情况下,将混合物添加至熔融聚合单元(例如,其自身或与其他反应物一起);(d)将二羟基化合物添加至熔融聚合单元;(e)将催化剂添加至熔融聚合单元;并且(f)在多种条件下操作熔融聚合单元使得二羟基化合物与碳酸二芳基酯反应以产生具有所期望的规格的聚碳酸酯,和苯酚副产物。
在另一个实施方式中,通过熔融聚合来生产聚碳酸酯的方法,可以包括:(a)将丙酮、碳酸二芳基酯、和二羟基化合物添加至熔融聚合单元,而无需在熔融聚合单元之前分离出丙酮,其中将丙酮添加至熔融聚合单元作为与碳酸二芳基酯和/或二羟基化合物的混合物;(b)将催化剂添加至熔融聚合单元,而无需在加入催化剂之前分离出丙酮;并且(c)在多种条件下操作熔融聚合单元使得二羟基化合物与碳酸二芳基酯反应以产生具有所期望的规格的聚碳酸酯,和苯酚副产物。
在另一个实施方式中,通过熔融聚合来生产聚碳酸酯的方法,可以包括:(a)将丙酮、碳酸二芳基酯、和二羟基化合物添加至熔融聚合单元,而在熔融聚合单元之前无需分离出丙酮,其中将丙酮添加至熔融聚合单元作为与碳酸二芳基酯和/或二羟基化合物的混合物;(b)将催化剂添加至熔融聚合单元,而在加入催化剂之前无需改变混合物中丙酮的浓度;并且(c)在多种条件下操作熔融聚合单元使得二羟基化合物与碳酸二芳基酯反应以产生具有所期望的规格的聚碳酸酯,和苯酚副产物。
在另一个实施方式中,通过熔融聚合来生产聚碳酸酯的方法,可以包括:(a)将丙酮、碳酸二芳基酯、和二羟基化合物添加至熔融聚合单元,而在熔融聚合单元之前无需分离出丙酮,其中将丙酮添加至熔融聚合单元作为与碳酸二芳基酯和/或二羟基化合物的混合物,并且在与并不在混合物中的碳酸二芳基酯或二羟基化合物一起添加之前无需改变混合物中丙酮的浓度;(b)将催化剂添加至熔融聚合单元;并且(c)在多种条件下操作熔融聚合单元使得二羟基化合物与碳酸二芳基酯反应以产生具有所期望的规格的聚碳酸酯,和苯酚副产物。
在又一个实施方式中,用于生产聚碳酸酯的方法,可以包括:(a)将碳酸二芳基酯、二羟基化合物、和丙酮添加至熔融聚合单元,其中添加丙酮作为包含碳酸二芳基酯和/或二羟基化合物的混合物的一部分,并且基于混合物的总重量,该丙酮的量大于3重量%;(b)将催化剂添加至熔融聚合单元;并且(c)在多种条件下操作熔融聚合单元使得碳酸二芳基酯与二羟基化合物反应以产生具有所期望的规格的聚碳酸酯,和苯酚副产物。
在又一个实施方式中,用于生产聚碳酸酯的方法,可以包括:(a)将碳酸二芳基酯、二羟基化合物、和丙酮添加至熔融聚合单元,其中添加丙酮作为包含碳酸二芳基酯和/或二羟基化合物的混合物的一部分,并且基于混合物的总重量,该丙酮的量大于或等于10重量%;(b)将催化剂添加至熔融聚合单元;并且(c)在多种条件下操作熔融聚合单元使得碳酸二芳基酯与二羟基化合物反应以产生具有所期望的规格的聚碳酸酯,和苯酚副产物。
在又一个实施方式中,通过熔融聚合来生产聚碳酸酯的方法,可以包括:将二羟基反应物和碳酸二芳基酯添加至熔融聚合单元,其中添加二羟基化合物和碳酸二芳基酯的至少一个作为与丙酮的混合物,其中碳酸二芳基酯相对于二羟基反应物以2:1至1:2的摩尔比存在,并且其中调整聚合单元中丙酮的量使得丙酮相对于二羟基反应物的摩尔比大于或等于0.1:1;在从熔融聚合单元中分离或回收丙酮之前,在催化剂存在下使二羟基化合物与碳酸二芳基酯反应以产生聚碳酸酯和至少苯酚副产物。
在又一个实施方式中,通过熔融聚合来生产聚碳酸酯的方法,可以包括:(a)将丙酮、碳酸二芳基酯、和二羟基化合物添加至熔融聚合单元,其中将丙酮添加至熔融聚合单元作为与碳酸二芳基酯和/或二羟基化合物的混合物;(b)将催化剂添加至熔融聚合单元,而在加入催化剂之前无需分离出丙酮;并且(c)在多种条件下操作熔融聚合单元使得二羟基化合物与碳酸二芳基酯反应以产生具有所期望的规格的聚碳酸酯,和苯酚副产物。
在另一个实施方式中,通过熔融聚合来生产聚碳酸酯的方法,可以包括:(a)将丙酮、碳酸二芳基酯、和二羟基化合物添加至熔融聚合单元,其中将丙酮添加至熔融聚合单元作为与碳酸二芳基酯和/或二羟基化合物的混合物,并且在熔融聚合单元之前无需去除丙酮;(b)将催化剂添加至熔融聚合单元;并且(c)在多种条件下操作熔融聚合单元使得二羟基化合物与碳酸二芳基酯反应以产生具有所期望的规格的聚碳酸酯,和苯酚副产物。
在另一个实施方式中,通过熔融聚合来生产聚碳酸酯的方法,可以包括:(a)将丙酮、碳酸二芳基酯、和二羟基化合物添加至熔融聚合单元,而在熔融聚合单元之前无需分离出丙酮;(b)将催化剂添加至熔融聚合单元,而在加入催化剂之前无需分离出丙酮;并且(c)在多种条件下操作熔融聚合单元使得二羟基化合物与碳酸二芳基酯反应以产生具有所期望的规格的聚碳酸酯,和苯酚副产物。可选地:(i)从预混合容器、缓冲容器、和低聚容器的一个或多个中回收丙酮(即,在混合物中的丙酮);和/或(ii)在形成混合物之前没有通过蒸馏回收丙酮;和/或(iii)从预混合容器和缓冲容器之一或两者中回收大于或等于95重量%的丙酮并且从低聚容器中回收剩余的丙酮。
在又一个实施方式中,通过熔融聚合来生产聚碳酸酯的方法,可以包括:将催化剂和包含碳酸二芳基酯、二羟基化合物、以及大于或等于8重量%的丙酮(基于混合物的总重量)的混合物添加至熔融聚合单元;并且在150℃至320℃的温度下及0.3毫巴绝对压力至1大气压的压力下操作该熔融聚合单元以产生聚碳酸酯。可选地:(i)从预混合容器、缓冲容器、和低聚容器的一个或多个中回收丙酮(即,在混合物中的丙酮);和/或(ii)在形成混合物之前通过蒸馏没有回收丙酮;和/或(iii)从预混合容器和缓冲容器之一或两者中回收大于或等于95重量%的丙酮并且从低聚容器中回收剩余的丙酮。
在各种的实施方式中:(i)基于混合物的总重量,以大于3重量%的量将存在于混合物中的丙酮添加至熔融聚合单元;和/或(ii)使用±10%化学计量的量的丙酮和碳酸二芳基酯来制造混合物,在熔融聚合单元中使用该混合物来生产聚碳酸酯;或(iii)在步骤(a)中的丙酮相对于碳酸二芳基酯的摩尔比是0.12至2;或(iv)在步骤(a)中的丙酮相对于碳酸二芳基酯的摩尔比是0.195至1.58;或(v)基于混合物的总重量,丙酮和碳酸二芳基酯的混合物具有18.7重量%至28.8重量%的丙酮;或(vi)基于混合物的总重量,添加至聚合反应器的混合物包含大于或等于15.2重量%的丙酮;或(vii)丙酮相对于碳酸二芳基酯的摩尔比是0.41至1.23;或(viii)二羟基化合物相对于碳酸二芳基酯相对于丙酮的摩尔比是1:1:1;或(ix)基于混合物的总重量,添加至聚合反应器的混合物包含20重量%至35重量%的丙酮。此外,各种实施方式可以可选地进一步包括和/或可替换地包括:(i)进一步包括使苯酚副产物与丙酮反应以产生双酚;和/或(ii)进一步包括使用产生的双酚以产生额外的聚碳酸酯;和/或(iii)碳酸二芳基酯是碳酸二苯基酯并且二羟基化合物是双酚;和/或(iv)二羟基化合物是BPA;和/或进一步包括在添加至熔融聚合单元之前接收丙酮和碳酸二芳基酯作为混合物;和/或(v)进一步包括在添加至熔融聚合单元之前接收丙酮和二羟基化合物作为混合物;和/或(vi)其中在使碳酸二芳基酯和二羟基化合物反应之后仅分离丙酮;和/或(vii)预混合物容器和缓冲容器之一或者两者是在160℃至180℃温度下和在大气压下;和/或(viii)在低聚容器之前任何预混合或缓冲容器的压力大于大气压;和/或(ix)进一步包括使丙酮与回收的苯酚副产物反应以制备双酚并且将双酚添加至熔融聚合单元;和/或(x)其中该丙酮是从生物来源中得到的;和/或(xi)其中该生物来源是玉米(谷物);和/或(xii)其中在添加催化剂之前并不从混合物中分离丙酮(换句话说,在添加催化剂之前并不从包含剩余的混合物的容器中回收丙酮);和/或(xiii)在添加催化剂之前包括并不对该混合物进行蒸馏处理;和/或(xiv)其中在使碳酸二芳基酯和二羟基化合物反应之前并不从混合物中分离丙酮;和/或(xv)其中该催化剂包括α催化剂和/或β催化剂;和/或(xvi)该催化剂包括α催化剂,其包括NaH2PO3、NaH2PO4、Na2HPO3、KH2PO4、CsH2PO4、和Cs2HPO4的至少一种;和/或(xvii)其中该催化剂包括四甲基氢氧化鏻、四甲基乙酸鏻、四甲基甲酸鏻、四丁基氢氧化鏻、四丁基乙酸鏻、四苯基乙酸鏻、和四苯基鏻苯氧化物的至少一种;和/或(xvii)其中该条件是在150℃至320℃的温度以及0.3毫巴绝对压力至1大气压的压力下;和/或(xviii)在形成混合物(包括丙酮、一种或多种碳酸二芳基酯、和一种或多种二羟基化合物)之前没有通过蒸馏来回收丙酮。
提供以下实施例来阐明在熔融聚合中可以将包含大于3重量%的丙酮的单体进料流应用于聚合聚碳酸酯而对得到的聚合物的方法或性能没有不利影响。这些实施例仅是示例性的并且不旨在将根据本公开内容所制造的装置限制于在其中提出的材料、条件、或工艺参数。
实施例
实施例1(比较例):从纯化的单体来源制备聚碳酸酯
在搅拌下将碳酸二苯酚酯(DPC,固体)和双酚A(BPA,固体)以1.065的质量比添加至不锈钢容器。将50微当量/摩尔双酚A的乙酸四丁基鏻(TBPA,在水溶液中,在3.2重量%下)和0.5微当量/摩尔双酚A的NaKHPO4添加至容器中。在氮气下在大气压下将容器加热至220℃并且在这些条件下保持2小时。重复该过程4次并且在表1中示出平均结果。
实施例2:由双酚A/丙酮混合物制备聚碳酸酯
除了将双酚A首先溶解在丙酮中以外使用比较例1的过程使得该混合物包含基于混合物的总重量的15.2重量%的丙酮。一旦催化剂与混合物合并,基于混合物和催化剂的总量,丙酮的量是8.5重量%。重复本过程3次并且在表1中示出平均结果。
实施例3:由碳酸二苯基酯/丙酮混合物制备聚碳酸酯
除了将碳酸二苯基酯首先溶解在丙酮中以外使用比较例1的过程使得该混合物包含30重量%的丙酮。一旦该催化剂与混合物合并,基于混合物和催化剂的总量,丙酮的量是17.2重量%。重复本过程2次并且在表1中示出平均结果。
表1示出了如通过高效液相色谱(HPLC)测定的组成(%苯酚副产物)和转化率(产生的低聚物),其中重量百分比(wt%)是在扣除丙酮之后的净值。St.Dev.表示标准偏差。
表1示出了具有和不具有不同水平的丙酮的实验产生了相似的转化率值,如以产生的苯酚副产物和低聚物的百分比以及以双酚A与碳酸二苯酯的剩余量表示的。如在表1中示出的这些值,如通过方差分析(ANOVA)方法所测量的,不具有统计学差异。这些结果表明更高水平的丙酮对低聚过程没有影响。
换句话说,如从这些实施例可以明了的,可以在聚合单元中引入和使用丙酮、碳酸二芳基酯和二羟基化合物的混合物,而无需提前蒸馏混合物(如,用于回收丙酮)。实际上,可以使用该混合物,其中在添加催化剂之前并不从混合物中分离丙酮。可选地,在任何的实施方式中,在添加催化剂之前并不对混合物进行蒸馏处理(例如,在添加催化剂之前该过程不包含对混合物的蒸馏处理)。
出乎意外地发现丙酮可以保留在混合物(与一种或多种碳酸二芳基酯和一种或多种二羟基化合物一起)中,而对反应没有不利的影响,甚至在催化剂存在下和在反应条件下(例如,150℃至320℃的温度和0.3毫巴绝对压力至1大气压的压力)。高水平的丙酮(例如,基于混合物(丙酮、一种或多种碳酸二芳基酯、和一种或多种二羟基化合物)的总重量大于或等于10重量%)并不对熔融聚合过程有不利的影响,例如,并不由于丙酮反应而导致副反应或不需要的副产物。因此,可以简化该方法,消除对于预分离步骤的需要,其中在添加剩余的反应物(如,一种或多种碳酸二芳基酯或一种或多种二羟基化合物)之前将丙酮浓度降低至小于3重量%。
换句话说,可以预先购买丙酮与碳酸二芳基酯或二羟基化合物的混合物。在添加其他反应物(即,并不是混合物一部分的碳酸二芳基酯或二羟基化合物)之前将丙酮的浓度降低至小于3重量%。
在本方法中发现在添加其他反应物之前可以保持(如,并不需要减少)混合物(如,在包含混合物的容器中)中丙酮的浓度。在使碳酸二芳基酯和二羟基化合物反应之前甚至也不需要减少(如,从包含混合物、其他反应物、和催化剂的容器中去除)丙酮。
单数形式“一个”、“一种”、和“该”包括复数的指示物,除非上下文另外清楚地指示。“或”意味着“和/或”。针对相同组分或性质的所有范围的端点是包括在内的并且可独立地结合(例如,“小于或等于25重量%、或5重量%至20重量%”的范围包括“5重量%至20重量%”的范围的端点和所有中间值,等等)。后缀“(s)(一种或多种)”是指包括其修饰的术语的单数和复数两者,因此包括该术语的至少一个(如,一种或多种着色剂包括至少一种着色剂)。“可选的”或“可选地”指随后所描述的事件或情况可能发生或者可能不发生,而且该描述包括其中该事件发生的实例和其中不发生的实例。除非另有定义,本文中使用的技术术语和科学术语具有与本公开所属领域的技术人员所通常理解的相同意义。“组合”包括掺合物、混合物、合金、反应产物等。
如在本文中使用的,术语“烃基”和“烃”广泛地指包括碳和氢的取代基,可选地具有1至3个杂原子,如氧、氮、卤素、硅、硫、或它们的组合;“烷基”是指直链的或支链的、饱和的一价烃基团;“亚烷基”指直链的或支链的、饱和的二价烃基团;“次烷基(烷叉基)”是指直链的或支链的、饱和的二价烃基团,在单个共同的碳原子上具有两个化合价;“烯基”是指直链的或支链的一价烃基团,具有通过碳-碳双键连接的至少两个碳;“环烷基”是指非-芳香族的一价单环或多环的烃基团,具有至少三个碳原子,“环烯基”是指非-芳香族的环状二价烃基团,具有至少三个碳原子,具有至少一个不饱和度;“芳香基”是指在一个或多个芳香环中仅包含碳的一价芳香族基团;“亚芳基”是指在一个或多个芳香环中仅包含碳的二价芳香族基团;“烷基芳香基”是指使用如上文定义的烷基基团取代芳香基基团,使用4-甲基苯基作为示例性的烷基芳香基基团;“芳香基烷基”是指使用如上文定义的芳香基基团取代烷基基团,使用苄基作为示例性芳香基烷基基团;“酰基”是指如上文定义的烷基基团,具有通过羰基碳桥(-C(=O)-)连接的指定数量的碳原子;“烷氧基”是指如上文定义的烷基基团,具有通过氧桥(-O-)连接的指定数量的碳原子;并且“芳氧基”是指如上文定义的芳香基基团,具有通过氧桥(-O-)连接的指定数量的碳原子。
除非另有指示,每一个上述基团可以是未取代或取代的,条件是该取代并没有显著地不利地影响化合物的合成、稳定性、或使用。如在本文中使用的术语“取代的”是指在指定的原子或基团上至少一个氢被其他基团替换,条件是并没有超过指定原子的正常化合价。当取代基是氧代(即,=O)时,则在原子上的两个氢被替换。可以允许取代基和/或可变物的组合,条件是该取代并不显著地不利地影响化合物的合成或使用。可以在“取代的”位置上存在的示例性基团包括,但不限于:氰基;羟基;硝基;叠氮基;链烷酰基(如C2-6链烷酰基基团,如酰基);甲酰胺;C1-6或C1-3烷基、环烷基、烯基、和炔基(包括具有至少一个不饱和键和从2至8、或2至6个碳原子的基团);C1-6或C1-3烷氧基;C6-10芳氧基如苯氧基;C1-6烷硫基;C1-6或C1-3烷基亚磺酰基;C1-6或C1-3烷基磺酰基;氨基二(C1-6或C1-3)烷基;C6-12芳香基,具有至少一个芳香环(如,苯基、二苯基、萘基等,每个环是取代的或未取代的芳香族的);C7-19亚烷基芳香基具有1至3个单独的或稠合的环以及6至18个环碳原子,使用苄基作为示例性的芳香基烷基基团;芳香基烷氧基,具有1至3个单独的或稠合的环以及6至18个环碳原子,使用苄氧基作为示例性的芳香基烷氧基基团。
所有引用的专利、专利申请、和其他参考文件都通过引用将它们的整体合并至本文中。然而,如果在本申请中的术语与合并的参考文件中的术语矛盾或冲突,则来自本申请的术语优先于来自合并的参考文件的冲突术语。
虽然为了举例说明的目的已经提出了典型的实施方式,上述说明书不应当被认为是限制本文的范围。相应地,在没有偏离本文中的精神和范围的情况下本领域技术人员可以做出各种修改、改变、和替换。
虽然参考示例性实施方式已经描述了本公开内容,本领域技术人员应当明了在没有偏离本公开的范围的情况下,可以做出各种改变并且可以用等效物替换其要素。此外,在没有偏离本发明的实质范围的情况下,可以做出许多修改来使特定情形或材料适应本公开所教导的内容。因此,旨在使本公开并不局限于作为用于执行本公开所考虑的最佳方式而公开的特定的实施方式,而是本公开可以包括落在所附权利要求的范围内的所有实施方式。
Claims (15)
1.一种通过熔融聚合用来生产聚碳酸酯的方法,包括:
(a)将丙酮、碳酸二芳基酯、和二羟基化合物添加至熔融聚合单元,其中将所述丙酮添加至所述熔融聚合单元作为与所述碳酸二芳基酯和/或所述二羟基化合物的混合物,其中,基于所述混合物的总重量,所述丙酮以大于3重量%的量存在于添加至所述熔融聚合单元的所述混合物中;
(b)将催化剂添加至所述熔融聚合单元,在添加所述催化剂之前无需分离出丙酮;并且
(c)在多种条件下操作所述熔融聚合单元以使所述二羟基化合物与所述碳酸二芳基酯反应来产生具有所期望的规格的聚碳酸酯和苯酚副产物。
2.根据权利要求1所述的方法,其中基于所述混合物的总重量,所述丙酮以大于或等于5重量%的量存在于添加至所述熔融聚合单元的所述混合物中。
3.一种通过熔融聚合用来生产聚碳酸酯的方法,包括:
(a)制备包含丙酮和碳酸二芳基酯的混合物;
(b)将所述混合物输送至进行所述熔融聚合的聚碳酸酯生产设备;
(c)将所述混合物添加至熔融聚合单元;
(d)将二羟基化合物添加至所述熔融聚合单元;
(e)将催化剂添加至所述熔融聚合单元,在加入所述催化剂之前无需分离出所述丙酮;并且
(f)在多种条件下操作所述熔融聚合单元以使所述二羟基化合物与所述碳酸二芳基酯反应以产生具有所期望的规格的聚碳酸酯和至少苯酚副产物。
4.根据权利要求3所述的方法,其中在输送步骤期间温度在15℃至70℃的范围内。
5.根据权利要求1-4所述的方法,其中使用±10%的化学计量的量的所述丙酮和碳酸二芳基酯来制备所述混合物,在所述熔融聚合单元中使用所述混合物以制备所述聚碳酸酯。
6.根据权利要求1-5所述的方法,其中在所述混合物中丙酮与碳酸二芳基酯的摩尔比是0.12至2。
7.根据权利要求1-6所述的方法,其中基于所述混合物的总重量,添加至所述聚合单元的所述混合物包含大于或等于15.2重量%的丙酮。
8.一种通过熔融聚合用来生产聚碳酸酯的方法,包括:
将二羟基反应物和碳酸二芳基酯添加至熔融聚合单元,其中添加所述二羟基化合物和所述碳酸二芳基酯的至少一种作为与丙酮的混合物,其中所述碳酸二芳基酯与所述二羟基反应物以2:1至1:2的摩尔比存在,并且在从所述熔融聚合单元中分离或回收所述丙酮之前,在催化剂存在下使所述二羟基化合物和所述碳酸二芳基酯反应以产生聚碳酸酯和苯酚副产物;
其中在所述聚合单元中调整丙酮的量使得丙酮与二羟基反应物的摩尔比大于或等于0.1:1。
9.根据权利要求1-8所述的方法,进一步包括使所述苯酚副产物与所述丙酮反应以产生双酚。
10.根据权利要求9所述的方法,进一步包括使用所生产的双酚以产生另外的聚碳酸酯。
11.根据权利要求1-10所述的方法,进一步包括,在添加至所述熔融聚合单元之前接收所述丙酮和所述二羟基化合物作为混合物。
12.根据权利要求1-11所述的方法,其中所述催化剂包括α催化剂,所述α催化剂包括NaH2PO3、NaH2PO4、Na2HPO3、KH2PO4、CsH2PO4、Cs2HPO4、氢氧化四甲基鏻、乙酸四甲基鏻、甲酸四甲基鏻、氢氧化四丁基鏻、乙酸四丁基鏻、乙酸四苯基鏻、和苯氧化四苯基鏻中至少一种。
13.根据权利要求8-12所述的方法,其中仅在使所述碳酸二芳基酯与所述二羟基化合物反应之后分离丙酮。
14.根据权利要求8-13所述的方法,其中从所述聚合单元中的预混合容器、缓冲容器、和低聚容器中的一个或多个中回收所述苯酚副产物,并且其中在所述低聚容器之前的任何所述预混合容器或所述缓冲容器的压力大于大气压。
15.根据权利要求1-14所述的方法,其中所述丙酮是从生物来源得到的。
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