CN1142506A - 连续制备聚合物的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通过本体聚合或溶液聚合由反应成分连续制备聚合物、特别是苯乙烯和丙烯腈的共聚物的方法和装置。所述方法包括使反应成分通过具有至少一个管簇式反应器的循环反应器,其管子与液体传热介质热接触并且与至少一个静态混合部件相连。
Description
本发明涉及通过本体聚合或溶液聚合由反应成分连续制备聚合物、特别是苯乙烯和丙烯腈的共聚物的方法和装置。
使用适当的自由基引发剂,可以将丙烯腈与乙烯基芳族化合物如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯等进行自由基聚合是公知的(DE2361743,DE 2513253,DE 2540517,DE 2614674,DE 2619969)。人们知道可以在搅拌容器中进行聚合。在这种情况下,反应热可以通过容器壁或通过蒸发冷却或回流冷却除去(DE 3430247,DE 3237076,DE2504659)。然而,这对于用该方法将乙烯基芳族化合物与丙烯腈的共聚而言,仅当转化率不高并且在相对大量的惰性溶剂存在下时才有可能,否则便会出现无法控制的相当高的粘度。转化率也必须不能太高,因为在连续搅拌反应器中转化率越高,则所得产物的分子量分布则越宽。 (cf·Z·Tadmor,Ind.Eng.Chem.
Fundam.5(1966)336 and G.Gerrens,Polymerisationstechnik,Ullmanns
Enzyklopdie der technischen Chemie,4th edition,Verlag Chemie,Wein-
heim,1980,107 et seq.).因此,一般将未反应单体和溶剂返回到反应器中,但考虑到经济的原因,在这种情况下低转化率是不利的,特别是它也导致时空产率的降低。已开发出的改进热去除并且能处理高粘度液体的搅拌容器技术要求很高(DD 273265,DD 294429),因而是非常昂贵的。
本发明的目的是提供一种在最少量溶剂存在下,以高转化率制得分子量分布窄的聚合物和共聚物、特别是乙烯基芳族与丙烯腈的共聚物的方法和装置。
我们发现,上述目的通过可下述方法达到:使反应成分通过具有至少一个管中充有液体热传递介质并且与至少一个静态混合部件相连的管簇式反应器的循环反应器。管簇式反应器最好是由直管组成的管壳式热交换器。原则上在这类管式反应器中能够控制较高的粘度。同时,这些反应器也可以具有大的比冷却面积,以除去反应热。管壳式热交换器的容积优选占总容积分布的至少75%。
最好使用两个管簇式反应器和两个静态混合部件,其中一个装在进料混合物入口和下游的管簇式反应器之间,而另一个则装在两个管簇式反应器之间。总体排布连接成一个回路,反应物料用回路泵循环。进料混合物通过进料混合物入口进入脱气挤出机。将新鲜单体与来自脱气步骤的循环的挥发性成分的混合物送入反应器。
下面将详述本发明的制备聚合物、特别是热塑性共聚物的方法。
上述共聚物由至少一个乙烯基芳族单体a)和至少一个选自(甲基)丙烯酸的腈和1-8个碳原子的醇与(甲基)丙烯酸的酯和马来酸酐的单体b)组成。适宜的和优选的乙烯基芳族单体是苯乙烯、α-甲基苯乙烯还有对甲基苯乙烯。可提及的优选的共聚物是苯乙烯与丙烯腈、α-甲基苯乙烯与丙烯腈的二元共聚物和α-甲基苯乙烯、苯乙烯和丙烯腈的三元共聚物。
在溶液聚合中,还可以再加入1-25%(重量)、优选2-18%(重量)的溶剂和不超过5%(重量)的水(基于单体a)和b)的混合物为100%(重量)计)。适宜的惰性溶剂是非极性溶剂,例如具有6-12个碳原子的芳香烃,特别是苯、甲苯、乙基甲苯或乙苯。特别优选使用乙苯。
本发明的方法可以在加热下进行,或者使用本领域技术人员已知的常规引发剂,例如有机过氧化物或有机偶氮化合物进行。这些引发剂的使用浓度是本领域技术人员所熟悉的,即在0.001-0.5%(重量)的范围内(均基于单体a)和b)的总量计)。熟练工人能够知道引发剂可以被连续计量送入进行聚合的反应器中所应当采取的形式(以在单体或溶剂中的溶液的形式)。
本发明的方法最好在液压填充的反应器中进行,温度范围为50-230℃,特别是50-180℃,压力范围为0.1-100巴,特别是0.5-75巴,反应物料中单体的平均停留时间为20-420分钟,特别是45-300分钟。
反应介质的粘度可以不超过750帕·秒,优选不超过500帕·秒。管簇式反应器的管子中的流量可以在0.5-20厘米/秒的范围内,优选在2-15厘米/秒的范围内。循环比定义为循环泵输送的质量流量与进料的质量流量的商,其范围为5-125,优选10-100。通过一级或多级蒸发除去反应器的出料中的挥发性成分,使其降低至聚合物重量的1%(重量)以下,特别是低于0.5%(重量)(出料量对应于进料量,因为反应器是液压填充的)。除去的挥发性成分可以在被冷凝之后返回到反应器中。
下面通过优选的实施方案的实施例和比较试验来描述本发明的方法及其必须的装置。附图是进行试验的装置的简图。
在循环反应器(其结构在附图中简略地画出)中进行试验。它包括两个管簇式反应器,每个反应器中有19根管子1,管子内径为30mm,长度为300厘米。液体热传递介质流过管子的周围。属于反应器的还有两个SMX静态混合器2和3(Sulzer的产品)。这些SMX混合器的部件包括间隔的、相互交叉的臂构成的框架。这种SMX混合器主要用于层状流动的区域。循环泵4、进料混合物入口5和出口6和脱气挤出机7也属于反应器。反应器的总容积是100升。新鲜单体8与从脱气步骤循环而来并已冷凝的的挥发性成分9的混合物被送入反应器。排出的反应物料被送入蒸发挤出机,在挤出机中挥发性成分被汽提。将共聚物以挤出物的形式从挤出机中排出、冷却并造粒。
用凝胶渗透色谱测定所得颗粒的不均匀度。不均匀度定义为Mw/Mn,它是分子量分布宽度的量度(参见B.Vollmert,Grundriss DerMakromolekularen Chemie,vol III,第130页等)。以聚苯乙烯校准曲线为标准。
凝胶渗透色谱试验条件柱名: PL Gel 10μm MIXED-B公司: Polymer Laboratories个数: 5长度+直径:300×7.5mm粒径: 8-10μm孔径: 50-106埃(混合)材料: PS/DVB柱温: 35℃流量: 1.2ml/分钟检测器: RI410(WATERS)
254nm处,UV谱100(TSP Darmstadt)实施例1
在稳定状态下,将新鲜单体与来自脱气挤出机的冷凝的挥发性成分(必要时除去其中的不合需要的成分)的混合物送入聚合体系中。泵送进入反应器的单体的组成应使得共聚物含有35%(重量)丙烯腈和65%(重量)苯乙烯。乙苯的含量,基于反应器中总反应物料计,为15%(重量)。循环比为45,平均停留时间为2.5小时,反应温度为145℃。获得55%的转化率。不均匀度为2.2。实施例2
除反应温度为155℃外,其余与实施例1相同。获得64%的转化率和2.2的不均匀度。实施例3
除反应温度为165℃外,其余与实施例1相同。获得71%的转化率和2.3的不均匀度。实施例4
除反应温度为170℃、平均停留时间为2.3小时外,其余与实施例1相同。获得81%的转化率和2.3的不均匀度。实施例5
除平均停留时间设定在2.7小时外,其余与实施例4相同。获得85%的转化率和2.3的不均匀度。实施例6
除反应温度为170℃、平均停留时间为2.2小时和乙苯的比例为12%外,其余与实施例1相同。获得82%的转化率和2.3的不均匀度。比较例
在搅拌的容器中在蒸发冷却下进行比较例。本例中反应器的总容积也是100升。比较例1
试验条件与实施例1所述的相同。所得转化率为52%,不均匀度为2.3。比较例2
试验条件与实施例2所述的相同。所得转化率为63%,不均匀度为2.7。比较例3
试验条件与实施例3所述的相同。所得转化率为69%,不均匀度为2.9。比较例4
与实施例4所述相同的试验条件导致反应物料粘度太大而无法从反应器中排出。比较例5
与实施例6所述相同的试验条件导致反应物料粘度太大而无法从反应器中排出。
Claims (17)
1.通过本体聚合或溶液聚合由反应成分连续制备聚合物、特别是苯乙烯和丙烯腈的共聚物的方法,其中使反应成分通过具有至少一个管簇式反应器的循环反应器,其管子与液体传热介质热接触并且与至少一个静态混合部件相连。
2.权利要求1所述的方法,其中将反应成分通过管簇式反应器管子的内部,周围是流动的传热介质。
3.权利要求1或2所述的方法,其中将至少一种乙烯基芳族单体与至少一种选自(甲基)丙烯酸的腈和(甲基)丙烯酸与1-8个碳原子的醇的酯和马来酸酐的单体的混合物送入反应器中。
4.权利要求3所述的方法,其中将苯乙烯、α-甲基苯乙烯和/或对甲基苯乙烯用作乙烯基芳族单体。
5.权利要求1或2所述的方法,其中溶液聚合所用的溶剂是6-12个碳原子的芳香烃,特别是苯、甲苯、乙基甲苯或乙苯。
6.权利要求5所述的方法,其中以单体混合物为100%计,还送入1-25%(重量)、优选2-18%(重量)的溶剂和不超过5%(重量)的水。
7.权利要求1至6的方法,其中聚合转化率大于60%、优选大于65%。
8.权利要求1至6中任一项所述的方法,其中反应器的反应温度在50-230℃、优选在50-180℃的范围内,压力在0.1-100巴、优选在0.5-75巴的范围内。
9.权利要求1至6中任一项所述的方法,其中反应物料中单体的平均停留时间为20-420分钟,优选45-300分钟。
10.权利要求1至6中任一项所述的方法,其中反应介质在管簇式反应器中的流速在0.5-20厘米/秒、优选在2-15厘米/秒的范围内。
11.权利要求1至6中任一项所述的方法,其中反应介质的粘度不超过750帕·秒、优选不超过500帕·秒。
12.权利要求1至6中任一项所述的方法,其中循环的质量流与进料质量流的质量比在5-125、优选在10-100的范围内。
13.权利要求1至6中任一项所述的方法,其中聚合物的不均匀度数值小于2.7,优选小于2.5。
14.实施上述权利要求中任一项所述的方法的装置,其中循环反应器具有至少一个与至少一个静态混合部件(2,3)相连的管簇式反应器(1),并且具有至少一个供单体进料的进料混合物入口(5)、一个聚合物出口(6)和一个循环泵(4)。
15.权利要求14所述的装置,其中出口(6)与一个脱气挤出机(7)相连。
16.权利要求15所述的装置,其中脱气挤出机(7)通过一个挥发性成分冷凝器与混合物入口(5)相连。
17.权利要求14至16中任一项所述的装置,其中进料混合物入口(5)通过一个静态混合部件(2)与管簇式反应器(1)的一个末端相连,管簇式反应器(1)的另一端通过另一静态混合部件(3)与另一管簇式反应器(1)的一端相连,该反应器的另一端连接到循环泵(4)的入口,该泵的出口连接到出口(6),再连接到进料混合物入口(5)形成回路。
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