CN1597731A - 间歇加热设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通过在惰性气氛中或在减压下间歇加热聚合物颗粒而对其进行干燥或固相聚合的设备。更具体地，它属于一种间歇加热设备，其通过防止目标产物被随着密封填料的磨损而产生的杂质污染使生产能够有效进行。本发明涉及一种间歇加热设备，其在惰性气氛中或在减压下在一个旋转的气密容器中加热聚合物颗粒，它包含一个容器，该容器装配有即使在旋转过程中也能测量温度的温度检测部分和即使在旋转过程中也能降低压力和/或进行惰性气体置换的在容器内的进气/排气口；和插入容器中以连接所述进气/排气口的进气/排气管，其中所述进气/排气管的旋转密封部分安装在所述容器的外部。

Description

间歇加热设备
技术领域
本发明涉及一种通过在惰性气氛中或在减压下通过间歇加热聚酰胺、聚酯等的小球、粉末、薄片、块、颗粒或其混合物(以下称为“聚合物颗粒”)来干燥它们或使它们固相聚合的设备。更具体地，涉及一种间歇加热设备，其通过防止目标产物被随密封填料的磨损产生的杂质污染使生产能够有效进行。
背景技术
关于通过间歇系统实现聚合物颗粒的干燥或固相聚合，广泛采用滚筒式设备，其中液相聚合的聚合物作为原料进料至一个气密容器中，在惰性气氛中或减压下与容器一起旋转时被加热。上述设备通常具有这样的结构，为了各管线和配线的方便，设置有为惰性气体引入或真空的进气/排气口和为测量颗粒温度的温度计，由此仅有容器旋转，以及为了防止水分或氧气泄漏，在容器内部将旋转的密封部分以填料密封。
然而，密封填料由于反复的干燥或固相聚合，因周围结构和聚合物颗粒之间的接触而遭磨损，其碎片作为杂质污染目标产物，由此引起质量下降的问题。作为防止污染的一种方法，考虑定期检查和更换填料，但是填料固定部分是在容器内部。因此随之而来的是设备停机一定时间以确定填料的磨损度或者进行更换工作，由此其频繁更换造成生产成本问题。
作为从产品中除去污染填料的一种方法，考虑通过辨色分选机等分选和去除，但是引起增加成本的问题，诸如随着使用分选机带来的固定成本和维护费用。
日本专利申请公开No.136965/1997(平成9年)公开了一种间歇固相聚合设备，其通过使用来自装配在容器内部的压力接收器的通信信号检测气密反应容器中的真空度来控制反应条件。尽管如此，上述文献中没有提及关于容器中的温度测量和杂质产生的烦恼。
如上所述，没有文献考虑到解决关于间歇干燥和固相聚合设备密封填料的磨损是主要原因的杂质污染问题的方法。在这种情况下，迫切希望研究出解决上述烦恼的方法。
在这种情况下，本发明涉及一种通过在惰性气氛中或在减压下间歇加热聚合物颗粒，使其干燥或固相聚合的设备，以及其一个目的在于提供一种间歇加热设备，其通过防止目标产物被随密封填料的磨损产生的杂质污染而使生产能够有效进行。
发明内容
为了达到上述目的，作为本发明人经过深入细致的广泛研究和调查的结果，发现上述目的可通过以下步骤实现：使在容器内部的进气/排气口和温度检测部分与容器一起旋转，从其内部除去必要的密封填料，并在其外部安装密封填料。本发明是在上述发现和信息的基础上完成的。
特别地，本发明提供一种间歇加热设备，其在旋转的气密容器中、在惰性气氛中或在减压下加热聚合物颗粒，其包括一个容器，该容器装配有即使在旋转过程中也能够测量温度的温度测量部分和即使在旋转过程中也能够降低压力和/或进行惰性气体置换的在容器内的进气/排气口；和插入该容器以连接该进气/排气口的进气/排气管，其中该进气/排气管的旋转的密封填料安装于该容器的外部。
另外，本发明提供一种干燥聚酰胺的方法和固相聚合聚酰胺的方法，其特征在于使用上述间歇加热设备。
附图简要说明
图1是本发明的间歇加热设备的一个实例的说明性示意图；和
图2是图1中轴承(在驱动对面的轴承)6结构的一个实例的说明性示意图。
实施发明的最优选实施方案
本发明的间歇加热设备在一个旋转的气密容器中加热聚合物颗粒，容器内部包括即使在旋转过程中也能够测量温度的温度检测部分和即使在旋转过程中也能够降低压力和/或进行惰性气体置换的在容器内的进气/排气口。该进气/排气口不是固定的，而是随着容器主体整体地旋转。
进气/排气管插入至容器中以连接容器内部的进气/排气口，该进气/排气管的旋转的密封部分被安装于容器的外部。例如，可使连接到进气/排气口的进气/排气管从容器的外壁向外伸出，旋转的密封部分被安装在伸出部分上，密封是由在进气/排气管和轴承之间插入环形填料等以包围着进气/排气管外围表面完成的。通过这样的结构，能够防止与进气/排气管和/或轴承滑动接触的磨损的密封材料如填料直接混合入容器中。
另外，优选在容器内安装多个进气/排气口，特别是排列每个进气/排气口以使其不会总是被埋在聚合物颗粒层之下，以及进一步地在每个进气/排气口安置一个过滤器。过滤器能够防止容器中的聚合物颗粒泄漏到外面，和同时防止其被外部的杂质污染。
对上述的温度检测部分没有特别限定，只要其位于上述容器中和即使在容器旋转过程中也能测量温度和能使外部系统获取测量结果。例如，无线通信信号从置于容器中的温度检测部分发出和可在外部接收。作为无线通信信号，可用超声波、电磁波、可见光等。对容器中的温度连续监控使得能对加热状态进行适当和正确的控制。
对加热容器的方法没有特别限定，只要它能提供必需量的热，但通常是通过使用加热介质或蒸汽的加热套加热，从成本和操作控制的方面也是理想的。
下面，将参考附图具体描述本发明的间歇加热设备，然而该设备并不限于下文例举的结构，只要该设备满足本发明的要旨和概要即可。图1是本发明的间歇加热设备的一个实例的说明性示意图。
图中的标记对应于下面的名称。
1：干燥和/或固相聚合容器
2：加热套
3：惰性气体引入装置和/或真空发生器
4：气体引入或真空截止阀
5：进气/排气管(在驱动对面的空心固定轴)
6：在驱动对面的轴承
7：原料引入和产物排出口
8：插入至容器中的进气/排气管(空心固定轴)
9：容器内的进气/排气口
10防止聚合物颗粒(小球)散落和防止杂质污染的过滤器
11：温度检测部分(温度计)
12：在驱动侧的轴承
13：空心固定轴
14：加热介质输入管线
15：加热介质输出管线
16：旋转轴
17：驱动电动机
将旋转轴16连接至容器1，通过驱动电动机17的旋转使其转动。将空心固定轴13安装在旋转轴16上。加热介质通过连接至轴13的加热介质输入管线14被送入加热套2中，加热经由原料引入和产物排出口7进料至容器中的聚合物颗粒，再一次通过空心固定轴13，经由加热介质输出管线15排出。
旋转轴16和空心固定轴13被密封于驱动侧的轴承12中，该结构使得在旋转容器1时加热介质能被送入加热套2中。插入至容器中的进气/排气管(空心固定轴)8被安装在容器1的内部，在该进气/排气管8的一端，安装有温度检测部分和在容器内的进气/排气口9。在容器内的进气/排气口9的一端，安装有防止聚合物颗粒散落和被杂质污染的过滤器10。固定在容器1上的插入至容器中的进气/排气管(空心固定轴)8随着容器1一起旋转。在驱动对面的轴承6连接至进气/排气管(驱动对面的空心固定轴)5、气体引入或真空截止阀4和惰性气体引入装置和/或真空发生器3。
图2是轴承(在驱动对面的轴承)6结构的一个实例的说明性示意图。
图中的标记对应于下面的名称。
1：干燥和/或固相聚合容器
2：加热套
6：在驱动对面的轴承
8：插入至容器中的进气/排气管(空心固定轴)
18：密封填料
产生自受热的聚合物颗粒的水蒸汽、附加的水分、缩合反应水和随着缩聚反应的低沸点物质从容器内的进气/排气口9经由插入至容器中的进气/排气管(空心固定轴)8、驱动对面的轴承6和进气/排气管(在驱动对面的空心固定轴)5排出。通过这样的结构，能够从容器内部除去密封部分，即使磨损的密封材料从密封部分脱落，防止杂质污染的过滤器10能阻止磨损的密封材料混入容器中，也就是防止混入目标产物中。
密封填料18的形状优选是环状。用于密封填料18的材料仅需是具有极好的耐热性和低摩擦系数和不发生不可逆的变化诸如因摩擦、磨损、变形等而成分分解的物质。用于密封填料的材料的可用实例包括合成树脂、碳材料、石棉(包括其中织入了不锈钢丝的带状产品)、玻璃纱、陶瓷纤维及其复合材料。其中，优选合成树脂，尤其优选氟树脂及其复合材料。
此外，可用表面进行了赋予滑动性处理的填料材料。为了给填料材料主体赋予滑动性，可采用成膜润滑剂例如二硫化钼、硅、氟树脂和石墨的粘附方法。
容器内部可以仅包括一个插入其中的进气/排气管9，然而其中可能难于进气/排气而导致产率下降，因为在只有一个进气/排气管的情况下，由于随容器1一起旋转的结构、取决于颗粒的填充量其总是没入聚合物颗粒中。因此，进气/排气管9优选是多个并以相等角度安装于插入至容器中的进气/排气管(空心固定轴)8上，尤其优选是3至6个。进一步通过将温度检测部分11安装在插入至容器中的进气/排气管(空心固定轴)8的一端，和在其周围安装多个容器内的进气/排气口9，温度计周围的颗粒被进气/排气口搅动，因此能提高温度检测的精确度。
由于该结构使温度检测部分11随容器1一起旋转，容器1中的温度优选通过包括检测从温度检测部分11发射的无线通信信号的方法测量。通信信号不限于特定的系统，只要它们是无线系统，可以选用超声波、电磁波、可见光等。
本发明的间歇加热设备有利地适用于聚酰胺的干燥或固相聚合。本发明中的聚酰胺的示例有例如通过二胺和二羧酸的缩聚、内酰胺的开环聚合和氨基羧酸的缩聚得到的聚酰胺。
二胺的具体例子包括丁二胺；戊二胺；己二胺；庚二胺；辛二胺；壬二胺；邻苯二胺；间苯二胺；对苯二胺；邻苯二甲基二胺；间苯二甲基二胺；对苯二甲基二胺；1，2-双氨基甲基环己烷；1，3-双氨基甲基环己烷和1，4-双氨基甲基环己烷。
二羧酸的具体例子包括丁二酸；戊二酸；己二酸；辛二酸；癸二酸；十二烷二酸；间苯二甲酸；对苯二甲酸；邻苯二甲酸和2，6-萘二甲酸。
内酰胺的具体例子包括己内酰胺；戊内酰胺；月桂内酰胺和十一烷酸内酰胺。氨基羧酸的具体例子包括1，1-氨基十一酸和1，2-氨基十一酸。
实施例
下面，将参考操作实施例描述本发明。为了评价，用下列方法进行测定。
[1]水分含量(％重量)
在熔点、在汽化条件下30分钟，通过使用Karl Fischer滴定湿度计(由Mitsbishi Chemical Industries Co.，Ltd.制造，商品名“CA-06”)和水分汽化器(由同一公司制造，商品名“VA-06”)，测定2g颗粒中的水分含量。
[2]相对粘度
精确地称量一克颗粒，将其在20-30℃、在搅拌下溶解于100毫升(mL)96％硫酸中。完全溶解后，将5mL得到的溶液迅速转入Canon Fenske粘度计中，置于25±0.03℃的恒温器中10分钟，然后测量下落时间(t)，而用同样的方法测量96％硫酸自身的下落时间(t0)。相对粘度从下列公式(A)确定。
相对粘度＝t/t0            (A)
[3]结晶度
通过使用DSC(由Shimadzu Science Co.，Ltd.制造，商品名“DSC-600”)，在升温速率为10分钟下在氮气流中进行DSC(差示扫描量热法)。结晶度基于测量过程中的结晶放热峰值和熔融吸热峰值的结晶熔融热量来确定。
使用下列聚合物颗粒。
(1)尼龙MXD6颗粒
由间苯二甲基二胺和己二酸液相聚合合成的聚酰胺颗粒，其结晶度为5％，水分含量0.30％，相对粘度2.09。
(2)尼龙1，3-BAC6颗粒
由1，3-双氨基甲基环己烷和己二酸液相聚合合成的聚酰胺颗粒，其结晶度为5％，水分含量0.35％，相对粘度2.10。
实施例1
将尼龙MXD6颗粒置于间歇干燥设备中，该设备装配有三个在容器内的进气/排气口、一个温度计、一个电磁通信信号系统和由氟树脂复合材料制成的密封填料18，设备中的空气被氮气置换，设备内温度从室温开始升高以开始干燥。当颗粒温度达到135℃时，开始减压操作以将压力降低到1.33kPa。设备温度继续升高直至达到140℃，停止升温。经过5小时，设备内部回到大气压，开始冷却。颗粒温度降低至80℃后，颗粒被从设备中取出。目标颗粒(干燥产物)的物理性能列于表1中。然后重复间歇干燥60次，结果未发现源自密封填料的杂质的污染。
实施例2
将尼龙MXD6颗粒置于间歇固相聚合设备中，该设备装配有三个容器内的进气/排气口、一个温度计、一个电磁通信信号系统和由氟树脂复合材料制成的密封填料18，设备中的空气被氮气置换，设备内温度从室温开始升高以开始干燥。当颗粒温度达到135℃时，开始减压操作以将压力降低到1.33kPa。设备温度继续升高直至达到200℃，停止升温。设备内部回到大气压，开始冷却。颗粒温度降低至80℃后，颗粒被从设备中取出。目标颗粒(固相聚合产物)的物理性能列于表1中。然后重复间歇固相聚合60次，结果未发现源自密封填料的杂质的污染。
对比实施例1
重复实施例1中的步骤以完成尼龙MXD6颗粒的干燥，不同的是使用其中仅容器旋转和其中容器内只安装了一个进气/排气口的常规干燥设备。目标颗粒(干燥产物)的物理性能列于表1中。当间歇干燥重复了22次时，发现了源自密封填料的杂质的污染。
对比实施例2
重复实施例1中的步骤以完成尼龙MXD6颗粒的固相聚合，不同的是使用其中仅容器旋转和其中容器内只安装了一个进气/排气口的常规干燥设备。目标颗粒(固相聚合产物)的物理性能列于表1中。当间歇固相聚合重复了14次时，发现了源自密封填料的杂质的污染。
表1
    (对比)实施例号     实施例1     实施例2 对比实施例1 对比实施例2
    聚合物颗粒                         尼龙MXD6颗粒
    产物性能水分含量(％)相对粘度 0.052.10 0.032.65 0.052.10 0.032.66
    直至杂质产生的批数 ＞60 ＞60 22 14
实施例3
重复实施例1中的步骤以完成尼龙颗粒的干燥，不同的是使用尼龙1，3-BAC6颗粒代替尼龙MXD6颗粒。目标颗粒(干燥产物)的物理性能列于表2中。然后重复间歇干燥60次，结果未发现源自密封填料的杂质的污染。
实施例4
重复实施例1中的步骤以完成尼龙颗粒的固相聚合，不同的是使用尼龙1，3-BAC6颗粒代替尼龙MXD6颗粒。目标颗粒(固相聚合产物)的物理性能列于表2中。然后重复间歇固相聚合60次，结果未发现源自密封填料的杂质的污染。
对比实施例3
重复对比实施例1中的步骤以完成尼龙颗粒的干燥，不同的是使用尼龙1，3-BAC6颗粒代替尼龙MXD6颗粒。目标颗粒(干燥产物)的物理性能列于表2中。当间歇干燥重复了30次时，发现了源自密封填料的杂质的污染。
对比实施例4
重复对比实施例2中的步骤以完成尼龙颗粒的固相聚合，不同的是使用尼龙1，3-BAC6颗粒代替尼龙MXD6颗粒。目标颗粒(固相聚合产物)的物理性能列于表2中。当间歇干燥重复了22次时，发现了源自密封填料的杂质的污染。
表2
  (对比)实施例号   实施例3   实施例4 对比实施例3 对比实施例4
    聚合物颗粒                  尼龙1，3-BAC6颗粒
    产物性能水分含量(％)相对粘度 0.052.10 0.032.61 0.052.10 0.032.60
    直至杂质产生的批数 ＞60 ＞60 30 22
表1和2的结果清楚表明，在实施例1至4中所用的间歇加热设备的情况下，即使反复干燥和固相聚合也未发现源自密封填料的杂质的污染，然而在对比实施例1至4中所用的间歇加热设备的情况下，通过反复干燥或固相聚合一定次数，发现了源自密封填料的杂质的污染，由此没有得到正常的产物。
工业实用性
使用本发明的间歇加热设备能防止产物被随着密封填料的磨损而产生的杂质污染，使生产能够有效进行。

Claims (11)

1.一种间歇加热设备，其在惰性气氛中或在减压下在一个旋转的气密容器中加热聚合物颗粒；该设备包括一个容器，该容器装配有即使在旋转过程中也能测量温度的温度检测部分和即使在旋转过程中也能降低压力和/或进行惰性气体置换的在容器内的进气/排气口，和插入容器中以连接所述进气/排气口的进气/排气管，其中所述进气/排气管的旋转密封部分安装在所述容器的外部。
2.根据权利要求1的间歇加热设备，其中容器内的进气/排气口包含过滤器。
3.根据权利要求1或2的间歇加热设备，其中在轴承和插入容器中的进气/排气管之间插入环形填料。
4.根据权利要求1的间歇加热设备，其中环形填料的材料是氟树脂或其复合材料。
5.根据权利要求1的间歇加热设备，其中容器包含多个在容器内的进气/排气口。
6.根据权利要求1的间歇加热设备，其进一步包含温度测量系统，其中温度是通过使用从温度检测部分发射的无线通信信号检测的。
7.根据权利要求6的间歇加热设备，其中来自温度检测部分的无线通信信号是超声波、电磁波或可见光。
8.根据权利要求1的间歇加热设备，其中加热方法包括用夹套通过使用加热介质或蒸汽加热。
9.根据权利要求1的间歇加热设备，其中聚合物颗粒是聚酰胺颗粒。
10.一种干燥聚酰胺的方法，包括使用权利要求1至9中任一项所述的间歇加热设备。
11.一种聚酰胺固相聚合的方法，包括使用权利要求1至9中任一项所述的间歇加热设备。
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