EA007457B1 - Способ и установка для дегазации полимера - Google Patents

Abstract

В изобретении описан способ удаления остаточных летучих соединений из термопластичных полимеров. При дегазации полимеров предлагаемым в изобретении способом (1) из расплавленного полимера формируют основной поток, (2) из жидкого вспенивающего агента формируют один или несколько вторичных потоков жидкости, (3) вторичный поток или вторичные потоки жидкости добавляют к основному потоку путем распыления, разделяя таким путем каждый вторичный поток на несколько отдельных потоков, с получением предварительной смеси расплавленного полимера и вспенивающего агента, (4) предварительную смесь расплавленного полимера и вспенивающего агента подают в статический смеситель, а затем в расширительную камеру, в которой от расплавленного полимера при пониженном давлении отделяют остаточные летучие соединения и вспенивающий агент, и (5) расплавленный полимер, не содержащий остаточных летучих соединений и вспенивающего агента, отводят из расширительной камеры. В изобретении описана также установка для удаления из термопластичного полимера остаточных летучих соединений. Такая установка содержит линию подачи расплавленного полимера, камеру добавления вспенивающего агента, в которую входит линия подачи расплавленного полимера и через которую в качестве основного потока проходит расплавленный полимер, одну или несколько линий для добавления к расплавленному полимеру вспенивающего агента в виде одного или нескольких вторичных потоков жидкости, которая(ые) соединена(ы) с камерой добавления вспенивающего агента и имеет(ют) расположенный(ые) на конце(ах) распылитель(и), который(е) делит(ят) вторичный поток жидкости или вторичные потоки жидкости на несколько отдельных потоков, статический смеситель, который имеет вход, соединенный с камерой добавления вспенивающего агента, и выход, и расширительную камеру, которая предназначена для отделения от расплавленного полимера остаточных летучих соединений и вспенивающего агента и соединена с выходом статического смесителя и от которой отходят линия для отбора расплавленного полимера и линия для отбора экстрагированных из расплавленного полимера остаточных летучих соединений и вспенивающего агента.

Description

Настоящее изобретение относится к способу и установке для дегазации полимера, предназначенным, в частности, для удаления остаточных летучих соединений, содержащихся в термопластичном полимере.

При производстве полимеров реакция полимеризации теоретически должна быть полной, обеспечивая превращение всех мономерных звеньев в полимер. Однако известно, что на практике реакция полимеризации никогда не бывает полной, особенно при полимеризации в растворе или в массе из-за происходящего, в частности, во время полимеризации увеличения вязкости среды, в которой протекает реакция. Поэтому фактически в полученном полимере всегда содержится некоторое количество остаточных летучих соединений, в частности не вступившего в реакцию мономера, или одного или нескольких растворителей, которые добавляют к мономеру или которые образуются в процессе реакции, или образующихся в процессе реакции олигомеров. По сравнению с нелетучим полимером эти продукты являются, по существу, летучими соединениями. Кроме того, известно, что такие остаточные летучие соединения снижают качество полимера, в частности, ухудшают его физические и механические свойства и токсикологические характеристики, что особенно актуально при использовании полимеров для изготовления упаковок для пищевых продуктов.

Постоянное ужесточение требований, предъявляемых в последние годы к токсикологическим свойствам полимеров, требует создания высокотехнологичного и эффективного способа удаления из полимеров остаточных летучих соединений. Практически все известные в настоящее время способы удаления из полимеров остаточных летучих соединений основаны на их испарении и так называемой дегазации полимера. Дегазацию полимера обычно проводят в нагретом состоянии в виде раствора или расплава при пониженном давлении, предпочтительно меньшем атмосферного давления (или при разрежении) в одной или нескольких расположенных в ряд соединенных друг с другом расширительных камерах с последовательно возрастающей глубиной вакуума (которые также называют расширителями, резервуарами мгновенной дегазации в вакууме или дегазаторами). Полимер можно экструдировать в расширительную камеру в виде расплава, например, разделенного для более эффективного выделения из полимера остаточных летучих соединений на ниспадающие нити, которые собирают после удаления из них оставшихся в полимере летучих соединений. Такие способы дегазации полимеров описаны, например, в патентах И8 2970089, И8 3853672, И8 3928300, И8 4294652, И8 4383792, И8 5453158, И8 5540813 и И8 5874525.

За последние годы эти известные способы дегазации были так или иначе усовершенствованы, в частности, за счет добавления к полимеру инертного и летучего вещества. Такое вещество обычно называют вспенивающим агентом, порообразователем или отгоняющим средством, а также способствующей удалению летучих соединений жидкостью или обезгаживающим средством. При таких условиях дегазация полимера обычно заключается в расширении полученной при таком добавлении и находящейся в горячем состоянии смеси в расширительной камере при пониженном давлении. При расширении вспенивающего регента в расширительной камере в расплавленном полимере образуется большое количество пузырьков, что сопровождается существенным увеличением площади поверхности вспененной массы и удалением в результате диффузии из полимера оставшихся в нем летучих соединений. К числу наиболее распространенных в настоящее время вспенивающих агентов относятся вещества, описанные в патентах И8 3688161, И8 3773740, И8 4195169, И8 4537954, И8 5350813, И8 5380822 и И8 6410683. В нормальных условиях такие вещества, к которым, в частности, относятся вода, спирты или кетоны, или раствор диоксида углерода в воде, находятся в жидком состоянии и легко испаряются в условиях дегазации. В патентах И8 5691445 и И8 5861474 предлагается вместо таких обычных вспенивающих агентов использовать сверхкритическую жидкость, которая при инжекции переходит в газообразное состояние и остается в растворе полимера благодаря высокому давлению, которое создается во время инжекции. К таким сверхкритическим жидкостям, используемым в качестве вспенивающих агентов, относятся, например, сжиженный азот, сжиженный диоксид углерода и алканы, в частности, С₄С₆алканы.

Технология добавления вспенивающего агента к полимеру может быть разной в зависимости от целого ряда факторов, однако в любом случае обычно полученную смесь полимера и добавленного к нему вспенивающего агента рекомендуется обрабатывать в статическом смесителе, расположенном за расширительной камерой. Обычно считается, что в статическом смесителе происходит равномерное распределение вспенивающего агента в массе полимера. При этом, однако, в настоящее время имеется немного сведений о том, каким образом фактически происходит примешивание вспенивающего агента к полимеру и распределение вспенивающего агента в массе полимера. Сравнительно высокая температура и высокое давление, при которых находится полимер до дегазации, а также вакуум и высокая температура полимера в процессе его дегазации в расширительной камере, обычно не позволяют определить состояние смеси и распределение в полимере вспенивающего агента и проверить степень разделения вспенивающего агента в полимере на сравнительно небольшие частицы жидкости (или капли) и степень предварительного расширения полимера, например, в статическом смесителе.

В патенте И8 6124426 (и параллельной заявке ЕР 905149 А) предлагается вспенивающий агент, например воду, спирт или кетон, инжектировать в расплав полимера навстречу потоку полимера через со

- 1 007457 пло, использование которого позволяет повысить эффективность перемешивания полимера и вспенивающего агента в статическом смесителе, расположенном за точкой, в которой к полимеру добавляют вспенивающий агент. Под соплом в данном случае подразумевается суженный участок трубопровода, который ускоряет и направляет поток жидкости, давление которой падает на выходе из сопла. В патенте И8 6124426 указано, что использование сопла, вытекающий из которого навстречу потоку полимера вспенивающий агент собирается в одной точке статического смесителя, не обеспечивает равномерного перемешивания вспенивающего агента и полимера, снижает эффективность смесителя и в конечном итоге снижает эффективность всего процесса дегазации полимера.

В заявке ЕР 1084739 предложены установка и способ удаления из полимера летучих соединений, предназначенные, в частности, для удаления летучих примесей из термопластичных полимеров. Согласно этому способу в расплавленный полимер на входе в смеситель с помощью насоса и инжектора добавляют отгоняющий агент. В этом документе, однако, нет никакой информации ни о конструкции инжектора, ни о том, каким способом отгоняющий агент добавляют к расплавленному полимеру.

В патенте И8 3644296 описан способ высокомолекулярной полимеризации лактамов. Согласно этому способу 1) смешивают первую часть мономеров лактама с катализатором с получением первого компонента, 2) смешивают вторую часть мономеров лактама с промотором полимеризации с получением второго компонента, 3) смешивают первый и второй компоненты друг с другом в жидком состоянии и 4) подают полученную смесь в зону полимеризации. В этом патенте, однако, нет никакой информации об установке для дегазации полимера, предназначенной, в частности, для удаления из полимера оставшихся в нем после полимеризации летучих соединений. В этом патенте нет также указаний на добавление вспенивающего агента к расплавленному полимеру.

В патенте И8 4233269 предложен распределитель потока жидкости, предназначенный для перемешивания и распределения газа и жидкости по поперечному сечению корпуса реактора в расположенной под распределителем частью зоны реакции. В корпусе реактора газы и жидкости контактируют между собой, вступая друг с другом в определенную химическую реакцию, в результате которой, например, происходит гидроочистка нефтепродуктов, гидрокрекинг углеводородов в более легкие соединения, гидрогенизация олефинов и ароматических соединений и оксосинтез альдегидов из олефинов. Однако в этом патенте нет никаких сведений ни о способе, ни об оборудовании для дегазации полимеров. Так, в частности, в этом патенте ничего не говорится о добавлении одной жидкости к другой жидкости. Кроме того, в этом патенте нет указаний ни на статический смеситель, ни на расширительную камеру пониженного давления, в которой происходит выделение из полимера остаточных летучих соединений.

В патенте И8 6419386 предложен статический смеситель, состоящий из двух последовательно соединенных ламинарных статических смесителей с увеличивающимся в направлении потока высоковязкого основного продукта поперечным сечением, который смешивается с низковязкой добавкой. Описанный в этом патенте смеситель имеет также устройство, предназначенное для инжекции этой добавки в основной продукт. Это устройство выполнено в виде пластины с сужающимся отверстием, через которое проходят основной продукт и добавка и которое расположено перед входом в первый из двух статических смесителей или у входа. На одной оси с отверстием расположена ориентированная в направлении потока основного продукта труба (с соплом на конце), через которое в основной продукт инжектируют добавку. Сопло имеет центральный канал, который доходит до оси отверстия пластины. Предложенный в этом патенте смеситель предназначен для перемешивания вязкого продукта, например полистирола, с гораздо менее вязкой добавкой, например минеральными или парафиновыми нефтепродуктами, растворимыми в полистироле. Этот смеситель можно также использовать для перемешивания с основным вязким материалом газообразных добавок, в частности, азота, диоксида углерода или водяного пара. При этом, однако, в этом патенте нет указаний на возможность использования предложенного в нем смесителя, в частности инжектора, для добавления вспенивающего агента к полимеру и их перемешивания для дегазации полимера.

В настоящее время известны попытки использования описанного в патенте И8 6419386 инжектора для добавления вспенивающего агента, например, воды в расплавленный полимер, получаемый непрерывной полимеризацией в массе, например полистирол, на входе в статический смеситель, расположенный перед расширительной камерой, в которой происходит дегазация полимера. При использовании такого инжектора в результате дробления или смятия полимера в смесителе возникали значительные вибрации, которые передавались в расширительную камеру. Интенсивность такого дробления полимера и вибраций смесителя могла послужить причиной его поломки со всеми вытекающими отсюда последствиями, связанными с его безопасной эксплуатацией. Дробление полимера и появление в смесителе вибраций чаще всего происходило при изменении режима работы установки, в частности при снижении количества получаемого в час полистирола и/или при уменьшении средней молекулярной массы полимера. В результате многочисленных исследований было установлено, что причиной дробления полимера и возникновения в смесителе вибраций является появление кавитации в массе расплава полимера, протекающего через смеситель. Кавитация полимера может быть связана с присутствием в полимере инжектируемой в него и плохо распределенной воды. Так, в частности, при давлении, меньшем давления насыщенного пара воды, в результате резкого испарения воды в массе полимера могут образо

- 2 007457 вываться большие скопления водяного пара. Такие скопления водяного пара отличаются нестабильностью, связанной с последующей резкой конденсацией водяного пара при малейших изменениях температуры и давления.

В основу настоящего изобретения была положена задача устранить указанные выше недостатки известных способов и разработать новый, более эффективный способ дегазации полимеров, основанный на использовании обычных вспенивающих агентов, в частности жидких, которые легко испаряются в полимерах и, как правило, не растворимы в них. Одно из преимуществ обычных вспенивающих агентов заключается в том, что они инжектируются (впрыскиваются) в полимер в жидкой форме и что введение в полимер малых количеств жидкого вспенивающего агента легче регулировать.

Настоящее изобретение относится прежде всего к способу удаления из термопластичного полимера содержащихся в нем остаточных летучих соединений, отличающемуся тем, что (1) из расплавленного полимера формируют основной поток, (2) из жидкого вспенивающего агента формируют один или несколько вторичных потоков жидкости, (3) вторичный поток или вторичные потоки жидкости добавляют к основному потоку путем распыления, разделяя таким путем каждый вторичный поток на несколько отдельных потоков, с получением предварительной смеси расплавленного полимера и вспенивающего агента, (4) предварительную смесь расплавленного полимера и вспенивающего агента подают в статический смеситель, а затем в расширительную камеру, в которой от расплавленного полимера при пониженном давлении отделяют остаточные летучие соединения и вспенивающий агент, и (5) расплавленный полимер, не содержащий остаточных летучих соединений и вспенивающего агента, отводят из расширительной камеры.

На фиг. 1 показана схема установки, предназначенной для дегазации термопластичного полимера предлагаемым в изобретении способом.

На фиг. 2, 3 и 4 показано несколько схем распылителей, которые можно использовать в установке, показанной на фиг. 1.

На фиг. 5 показана схема сопла, которое можно использовать в распылителях, показанных на фиг. 2, 3 и 4.

Предлагаемый в изобретении способ дегазации термопластичного полимера можно использовать для дегазации термопластичных мономеров, или сополимеров, или смеси двух или нескольких термопластичных (со)полимеров, в частности олефиновых полимеров, особенно поли-а-олефинов, таких как полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП), сополимер этилена по меньшей мере с одним α-олефином, например С₃-С₈α-олефином, полипропилен, полибутен, полиизобутен или смеси полиэтилена с поли-а-олефином. В качестве примера термопластичных (со)полимеров, для дегазации которых предназначен предлагаемый в изобретении способ, можно также назвать виниловые полимеры, в частности ароматические виниловые полимеры, такие как полистирол, поли-а-метилстирол, ударопрочный полистирол (УННС). в частности модифицированный путем прививки на натуральный или синтетический каучук, такой как полибутадиеновый или полиизопреновый каучук, сополимер стирола и акрилонитрила (САН), сополимер стирола и малеинового ангидрида (СМА), тройной сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола (АБС), сополимер стирола и акриловой кислоты, сополимер стирола и метилметакрилата и поливинилхлорид. К термопластичным (со)полимерам, которые можно дегазировать предлагаемым в изобретении способом, относятся также поликарбонаты, полиамиды, сложные полиэфиры, полисилоксаны и синтетические каучуки, такие как полибутадиен, полиизопрен, этилен-пропиленовый каучук (ЭПК) и каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера (СКЭПТ). Предлагаемый в изобретении способ наиболее предпочтительно использовать для дегазации термопластичного (со)полимера, который относится к группе упомянутых выше олефиновых полимеров и винилароматических полимеров, и особенно (со)полимеров стирола, таких как полистирол и ударопрочный полистирол (УППС). Встречающийся в описании термин полимер относится и к гомополимерам или сополимерам, и к смесям двух или более (со)полимеров.

При дегазации полимеров предлагаемым в изобретении способом из полимеров удаляют остаточные летучие соединения, которыми обычно являются один или несколько остаточных мономеров, один или несколько растворителей, которые добавляют или которые накапливаются при получении полимеров, в частности алифатические углеводороды, такие как гексан, гептан, октан или декан, ароматические углеводороды, такие как бензол, толуол, этилбензол, ксилол, кумол или другие алкилбензолы, галогенированные углеводороды, галогенированные ароматические углеводороды, нитрильные соединения, аминовые соединения, а также олигомеры, образующиеся при получении полимеров. Так, в частности, к остаточным летучим соединениям, которые обычно содержатся в полученных полимерах стирола, в основном относятся остаточный стирол, углеводородные примеси, обычно содержащиеся в мономере, связанные с инертными растворителями с низкой температурой кипения, такие как этилбензол, кумол, нпропилбензол, метилциклогексан и этилтолуол, а также олигомеры стирола, такие как димеры и тримеры

- 3 007457 стирола. Такие летучие соединения остаются в полимерах после полимеризации. Обычно содержание в полимере остаточного мономера, например содержание остаточного стирола, может составлять от 0,5 до 25 мас.%, предпочтительно от 1 до 10 мас.%, в пересчете на массу полимера.

До дегазации полимера предлагаемым в изобретении способом из расплавленного полимера можно при пониженном давлении удалить значительную часть содержащихся в нем остаточных летучих соединений. В предварительно дегазированном таким способом полимере может содержаться оставшийся мономер, например остаточный стирол, в количестве от 500 до 5000 част./млн, предпочтительно от 1000 до 3000 част./млн, в пересчете на массу полимера.

При дегазации полимера предлагаемым в изобретении способом сначала получают расплавленный полимер, в котором содержатся указанные выше остаточные летучие соединения. Для получения расплавленного полимера его обычно нагревают до температуры, большей температуры стеклования Т_с (измеренной по методике ЛБТМ 1356-98), но предпочтительно меньшей температуры разложения полимера. Для уменьшения вязкости и увеличения текучести полимера до уровня, обеспечивающего возможность его дегазации предлагаемым в изобретении способом, полимер можно нагреть до достаточно высокой температуры его стеклования Т_с. Таким образом, температура нагретого полимера может превышать температуру стеклования Т_с на 30°С, предпочтительно на 50°С, более предпочтительно на 90°С. Расплав полимера получают плавлением полимера, например, в экструдере. Обычно расплавленный полимер получают непосредственного в процессе получения полимера, особенно при полимеризации в растворе или, что предпочтительно, в массе. При получении полимера стирола полимеризацией в массе полимер после полимеризации получают в виде расплава с температурой от 130 до 200°С, предпочтительно от 150 до 190°С. До дегазации расплав полимера предпочтительно нагревают до соответствующей температуры, составляющей от 180 до 300°С, предпочтительно от 200 до 280°С, преимущественно от 220 до 260°С. Такой предварительный нагрев можно проводить в теплообменнике, например в теплообменнике типа статического смесителя. Кроме того, до дегазации предлагаемым в изобретении способом полимер, предварительно нагретый до температуры от 180 до 300°С, предпочтительно от 200 до 280°С, преимущественно от 220 до 260°С, дегазируют в расширительной камере при давлении, меньшем атмосферного давления, предпочтительно при абсолютном давлении от 5х10² до 5х10⁴ Па, более предпочтительно при абсолютном давлении от 10³ до 10⁴ Па. Строго говоря, такая предварительная дегазация полимера, которую проводят до его дегазации предлагаемым в изобретении способом с использованием вспенивающего реагента и в процессе которой из полимера удаляют преобладающую часть содержащихся в нем остаточных летучих соединений, позволяет оптимизировать весь процесс удаления из полимера остаточных летучих соединений и получить полимер с очень низким содержанием таких соединений.

Расплавленный полимер, дегазируемый предлагаемым в изобретении способом, образует основной поток, перекачиваемый через установку, предпочтительно непрерывно, например шестеренчатым насосом.

При дегазации полимера предлагаемым в изобретении способом используют вспенивающий агент, образующий по меньшей мере один вторичный поток. В качестве вспенивающего агента предпочтительно использовать вещества, которые в нормальных условиях находятся в жидком состоянии и могут легко испаряться в условиях дегазации, в частности при расширении полимера при пониженном давлении. Кроме того, в качестве вспенивающего агента используют нерастворимые (или несмешивающиеся) или, по существу, нерастворимые в расплавленном полимере вспенивающие агенты. В качестве вспенивающего агента при дегазации полимеров предлагаемым в изобретении способом можно использовать воду, спирты, в частности С1-С1₀спирты, предпочтительно С|-С₅спирты. кетоны, в частности С₃-С1₀кетоны, предпочтительно С3-С5кетоны, водный раствор диоксида углерода и смеси двух или нескольких этих продуктов. В предпочтительном варианте в качестве вспенивающего агента используют воду, метанол, этанол, н-пропанол, изопропанол, н-бутанол, изобутанол, ацетон, 0,1-10%-ный по массе, предпочтительно 0,5-5% по массе, преимущественно 0,5-1,5% по массе, раствор диоксида углерода (в пересчете на общую массу раствора) и смеси двух или нескольких этих продуктов. Количество добавляемого к полимеру вспенивающего агента может составлять от 0,1 до 8%, предпочтительно от 0,5 до 5%, преимущественно от 0,5 до 3%, в пересчете на массу полимера.

Используемый в предлагаемом в изобретении способе дегазации полимера вспенивающий агент образует один или несколько вторичных потоков, перекачиваемых предпочтительно непрерывно, например, одним или несколькими шестеренчатыми насосами.

При дегазации полимеров предлагаемым в изобретении способом вторичный поток или вторичные потоки жидкого вспенивающего агента добавляют, предпочтительно непрерывно, в основной поток путем распыления и разделения каждого вторичного потока жидкости на несколько отдельных потоков. Выражение распыление вторичного потока жидкости в данном случае означает, что вторичный поток любым соответствующим способом делится на отдельные потоки, в частности на два, предпочтительно по меньшей мере на три, преимущественно по меньшей мере на четыре отдельных потока, количество которых может составлять от 2 до 20, предпочтительно от 3 до 15, преимущественно от 4 до 12. Разделение на несколько отдельных потоков уменьшает или вообще устраняет упомянутое выше дробление полимера и возникновение в смесителе интенсивных вибраций и одновременно существенно повышает

- 4 007457 эффективность дегазации полимера. Одним из преимуществ предлагаемого в изобретении способа является возможность снижения температуры дегазации и/или глубины вакуума (что равносильно увеличению абсолютного давления) в расширительной камере (при постоянном количестве удаляемых из полимера летучих соединений). В другом варианте предлагаемым в изобретении способом можно (не снижая температуры или глубины вакуума) существенно, особенно по сравнению с известными способами, уменьшить количество остающихся в полимере летучих соединений. Другим преимуществом предлагаемого в изобретении способа является возможность снижения количества используемого для дегазации вспенивающего агента (при постоянном количестве удаляемых из полимера летучих соединений). Уменьшение количества используемого для дегазации вспенивающего агента облегчает его последующее разделение на отдельные компоненты, их конденсацию и извлечение из вспенивающего агента остаточных летучих соединений, в частности остаточного мономера. Выделенный из вспенивающего агента остаточный мономер можно использовать для последующей полимеризации и получения дополнительного количества полимера. Уменьшение количества используемого для дегазации вспенивающего агента позволяет, в частности, снизить затраты на нагрев и охлаждение и уменьшить потребление энергии, необходимой для разделения вспенивающего реагента на отдельные компоненты, их конденсацию и извлечение из вспенивающего реагента остаточных летучих соединений.

При распылении вторичного потока жидкости в основном потоке полимера вторичный поток жидкости разделяют на несколько отдельных потоков или более предпочтительно на несколько отдельный струй жидкости, которые приникают в основной поток и сами уменьшаются в размерах или делятся на небольшие жидкие частицы или отдельные капли. При распылении вторичного потока жидкости отдельные потоки (струи) жидкости направляют перпендикулярно основному потоку, под острым углом к нему или параллельно ему, предпочтительно под острым углом к основному потоку или параллельно ему, т.е. в направлении с отличной от нуля составляющей скорости, направленной вдоль основного потока. При этом по меньшей мере одна из отдельных струй распыленного вторичного потока должна быть направлена вдоль основного потока или, по существу, параллельно ему, а по меньшей мере одна другая струя должна быть направлена к основному потоку под углом, большим 20°, но меньшим или равным 90°, предпочтительно под углом, большим 20°, но меньшим 90°, например под углом от 30 до 80°, в частности под углом от 45 до 75°. Под направлением, по существу, параллельным направлению основного потока, в данном случае подразумевается, что угол между отдельным вторичным потоком и основным потоком не превышает ±20°, предпочтительно ±10°.

При разделении потока вспенивающего агента на два или несколько отдельных потоков жидкости эти отдельные потоки вспенивающего агента предпочтительно распыляют в основном потоке одновременно в одном из указанных выше направлений.

В результате такого распыления вспенивающего агента образуется предварительная смесь расплавленного полимера, смешанного с разделенным на отдельные струи или капли вспенивающим агентом. Такую предварительную смесь получают до или непосредственно при ее подаче в статический смеситель.

Температуру и давление вторичного потока или вторичных потоков жидкого вспенивающего агента выбирают таким образом, чтобы в момент добавления к основному потоку полимера вспенивающий агент находился в жидком состоянии. Так, в частности, температура вторичного потока или вторичных потоков вспенивающего агента может быть равной или предпочтительно меньшей температуры основного потока полимера и может лежать в пределах от комнатной температуры (равной, например, 20°С) до 200°С, предпочтительно до 150°С, а давление вторичного потока должно быть больше давления основного потока, например, на 0,2-3 МПа, предпочтительно на 0,3-2 МПа.

В точке, в которой в основной поток (в расплавленный полимер) добавляют вторичный поток или вторичные потоки жидкого вспенивающего агента, температура основного потока должна быть приблизительно равна температуре расплавленного полимера, в частности указанной выше температуре полимера в момент его подогрева. Абсолютное давление основного потока в этой точке должно составлять от 1 до 12 МПа, предпочтительно от 1,5 до 10 МПа, преимущественно от 2 до 8 МПа.

В предпочтительном варианте вторичный поток или вторичные потоки (вспенивающий агент) добавляют в основной поток (в расплавленный полимер) в тот момент, когда основной поток сужается, или в более предпочтительном варианте в тот момент, когда после расширения основной поток снова сжимается. Устройство для сжатия основного потока за счет уменьшения (сужения) площади поперечного сечения канала для прохода основного потока можно выполнить, например, в виде дроссельной шайбы или устройства типа трубки Вентури. Устройство с переменной площадью поперечного сечения канала для прохода основного потока может иметь входной или сужающийся участок и выходной или расширяющийся участок, между которыми расположена самая узкая часть канала для прохода основного потока, в которой после фазы расширения основного потока начинается фаза его сжатия. Было установлено, что эффективность предварительного перемешивания расплавленного полимера и вспенивающего агента существенно увеличивается при добавлении вторичного потока или вторичных потоков (вспенивающего агента) к основному потоку (расплавленному полимеру) в канале с меняющимся поперечным сечением во время расширения или сжатия основного потока или между фазами сжатия и расширения. Наиболее

- 5 007457 эффективно процесс предварительного перемешивания происходит при добавлении вторичного потока к основному потоку между фазами расширения и сжатия или, что более предпочтительно, во время сжатия основного потока. Такой способ добавления вспенивающего агента к расплавленному полимеру повышает эффективность его распыления в потоке расплавленного полимера, способствует, в частности, разделению вспенивающего агента на отдельные потоки и облегчает процесс дегазации полимера.

Устройство с переменной площадью поперечного сечения канала для прохода основного потока (расплавленного полимера) можно выполнить таким образом, чтобы в фазе расширения давление расплавленного полимера падало на 0,2-2 МПа, предпочтительно на 0,3-1,2 МПа, а в фазе сжатия возрастало на величину, меньшую величины падения давления в фазе расширения и составляющую, в частности, от 0,1 до 1 МПа, предпочтительно от 0,1 до 0,5 МПа. При этом общее падение давления в устройстве с переменной площадью поперечного сечения канала для прохода расплавленного полимера может составлять от 0,1 до 1 МПа, предпочтительно от 0,2 до 0,7 МПа.

Устройство с переменной площадью поперечного сечения канала для прохода основного потока (расплавленного полимера), в котором имеются сужающийся и расширяющийся участки, можно использовать не только для добавления вторичного потока или вторичных потоков (вспенивающего агента) в основной поток в самом узком месте канала между фазами расширения и сжатия или предпочтительно в фазе сжатия, но и для направления по меньшей мере одного отдельного вторичного потока параллельно или приблизительно параллельно плоскости расширяющегося участка канала. Выражение направление, приблизительно параллельное плоскости расширяющегося участка канала, означает, что угол между этим направлением и плоскостью расширяющегося участка канала не превышает ±20°, предпочтительно не превышает ±10° или даже не превышает ±5°. Кроме того, такое устройство можно выполнить таким образом, чтобы одновременно направление по меньшей мере одного другого отдельного вторичного потока совпадало или по существу совпадало с направлением основного потока. Выражение направление, по существу совпадающее с направлением основного потока, означает, что угол между этим направлением и направлением основного потока не превышает ±20° или предпочтительно не превышает ±10°.

Согласно изобретению было установлено также, что предварительное перемешивание расплавленного полимера и вспенивающего агента предлагаемым в изобретении способом способствует более эффективной работе статического смесителя и расширительной камеры и за счет этого существенно повышает эффективность всего процесса дегазации полимера.

В предлагаемом в изобретении способе дегазации полимеров полученную предварительную смесь подают, предпочтительно непрерывно, в статический смеситель. В качестве статического смесителя можно использовать линейный или другой обычный статический смеситель, например статический смеситель марки 8МХ, выпускаемый фирмой 8и1хег С11ст1сс11 или Коей С1йксй, или другой обычный статический смеситель, выпускаемый фирмой Кешек, Тогау или Кокк. Кроме этих смесителей можно использовать и статический смеситель, описанный в заявках ΙΡ 62-0191274 или 1Р 57-15258, в заявке СВ 2010739 или в патенте РК 2223073. Для дегазации полимеров предлагаемым в изобретении способом можно также использовать описанный в патенте И8 6419386 статический смеситель, который, в частности, предназначен для перемешивания продуктов с очень разной вязкостью и состоит из двух соединенных последовательно статических смесителей с разным поперечным сечением. В этой связи необходимо отметить, что одним из важных преимуществ предлагаемого в изобретении способа является возможность использования для дегазации полимеров разных обычных статических смесителей, в том числе и любого из указанных выше.

Статический смеситель должен работать в таком режиме, чтобы скорость сдвига перемешиваемого в нем полимера лежала в пределах от 1 до 200 с^-1, в частности, от 1 до 10 с^-1. Температура статического смесителя может быть такой же, что и температура расширительной камеры. Так, в частности, смеситель может работать при температуре от 180 до 300°С, предпочтительно от 200 до 280°С, более предпочтительно от 210 до 260°С, преимущественно от 220 до 245°С. Предлагаемый в изобретении способ дегазации полимеров позволяет при той же однородности перемешивания и при том же распределении вспенивающего агента в массе полимера уменьшить температуру статического смесителя, например, по меньшей мере на 10 или 15°С по сравнению с температурой перемешивания в известных способах дегазации. Давление на входе в статический смеситель обычно составляет от 1 до 12 МПа, предпочтительно от 1,5 до 10 МПа, преимущественно от 2 до 8 МПа. Давление на выходе из статического смесителя может быть равно или приблизительно равно давлению в расширительной камере. При дегазации полимеров предлагаемым в изобретении способом статический смеситель повышает однородность предварительно полученной смеси и диспергирует и разделяет в расплавленном полимере вспенивающий агент на очень мелкие частицы жидкости или капли до оптимального для последующего расширения и дегазации смеси состояния. Средняя продолжительность перемешивания расплавленного полимера и вспенивающего агента в статическом смесителе составляет от 0,5 до 20 мин, предпочтительно от 0,5 до 10 мин, преимущественно от 1 до 5 мин. Продолжительность перемешивания полимера и вспенивающего агента в предлагаемом в изобретении способе меньше, чем в обычных способах дегазации полимеров.

При дегазации полимеров предлагаемым в изобретении способом полученную в статическом сме

- 6 007457 сителе смесь полимера и вспенивающего агента подают, предпочтительно непрерывно, в расширительную камеру. В качестве расширительной камеры при дегазации полимеров предлагаемым в изобретении способом можно использовать любую известную расширительную камеру. Для этого, в частности, можно использовать расширительную камеру, в которую смесь полимера и вспенивающего агента экструдируют в разделенном на части виде, например, в виде свободно ниспадающих волокон. В расширительной камере поддерживают определенное абсолютное давление, при котором в результате испарения вспенивающего агента происходит расширение смеси. Обычно давление в расширительной камере, которое должно быть меньше атмосферного давления, поддерживают в пределах от 10² до 10⁴ Па, предпочтительно от 10² до 5х10³ Па, преимущественно от 5х10² до 5х10³ Па. При той же эффективности дегазации разрежение, создаваемое в расширительной камере при дегазации полимера предлагаемым в изобретении способом, может быть, например, по меньшей мере в два раза больше разрежения, создаваемого в известных расширительных камерах. Температуру в расширительной камере выбирают с таким расчетом, чтобы после расширения смеси полимер оставался в расплавленном виде, в частности, в относительно жидком состоянии и не разлагался и не терял своих свойств. Обычно температура в расширительной камере составляет от 180 до 300°С, предпочтительно от 200 до 280°С, более предпочтительно от 210 до 260°С, преимущественно от 220 до 245°С. При дегазации полимеров предлагаемым в изобретении способом температуру расширительной камеры можно по сравнению с обычными расширительными камерами уменьшить, например, на 10 или 20°С, не снижая при этом эффективности дегазации полимера. Снижение температуры расширительной камеры позволяет уменьшить тепловую деполимеризацию полимера и, что наиболее существенно, уменьшить содержание в нем остаточного мономера.

В расширительной камере остаточные летучие соединения и вспенивающий агент отделяют от расплавленного полимера. Содержание остаточного мономера, например стирола, в полимере, дегазированном предлагаемым в изобретении способом, не превышает 250 част./млн и составляет в предпочтительном варианте от 50 до 250 част./млн, а в наиболее предпочтительном варианте - от 50 до 200 част./млн.

Полимер, по существу, очищенный от остаточных летучих соединений и вспенивающего агента, отбирают из расширительной камеры, предпочтительно непрерывно, в частности, с помощью шестеренчатого насоса.

Настоящее изобретение относится также к установке для удаления остаточных летучих соединений из термопластичного полимера, в частности описанным выше способом. Предлагаемая в изобретении установка отличается тем, что она содержит линию подачи расплавленного полимера, камеру добавления вспенивающего агента, в которую входит линия подачи расплавленного полимера и через которую в качестве основного потока проходит расплавленный полимер, одну или несколько линий для добавления к расплавленному полимеру вспенивающего агента в виде одного или нескольких вторичных потоков жидкости, которая(-ые) соединена(-ы) с камерой добавления вспенивающего агента и имеет(-ют) расположенный(-ые) на конце(-ах) распылитель(-и), который(-е) делит(-ят) вторичный поток жидкости или вторичные потоки жидкости на несколько отдельных потоков, статический смеситель, который имеет вход, соединенный с камерой добавления вспенивающего агента, и выход, и расширительную камеру, которая предназначена для отделения от расплавленного полимера остаточных летучих соединений и вспенивающего агента и соединена с выходом статического смесителя и от которой отходят линия для отбора расплавленного полимера и линия для отбора экстрагированных из расплавленного полимера остаточных летучих соединений и вспенивающего агента.

В предлагаемой в изобретении установке имеется камера добавления вспенивающего агента, которая соединена с линией подачи расплавленного полимера, содержащего удаляемые из него остаточные летучие соединения, и через которую в качестве основного потока проходит расплавленный полимер. Камера добавления вспенивающего агента соединена также с одной или несколькими линиями, по которым в нее в виде одного или нескольких вторичных потоков жидкости подается добавляемый к расплавленному полимеру вспенивающий агент. Предлагаемая в изобретении установка содержит также статический смеситель, вход которого напрямую или косвенно соединен с камерой добавления вспенивающего агента, а выход также напрямую или косвенно соединен с расширительной камерой. Предлагаемая в изобретении установка предназначена для дегазации указанных выше термопластичных полимеров с использованием также указанных выше вспенивающих агентов.

Камера добавления вспенивающего агента может иметь любую форму. Так, в частности, камеру добавления вспенивающего агента можно выполнить в виде участка линии или трубы, например, линии, которая является продолжением линии подачи расплавленного полимера, или в виде камеры, граничащей или расположенной рядом со входом статического смесителя, предпочтительно на его продольной оси. Камера добавления вспенивающего агента должна выдерживать сравнительно высокие давление и температуру, предельные значения которых указаны выше.

Внутри дополнительной камеры на конце входящей(-их) в нее линии(-й) подачи вспенивающего агента расположен распылитель, предназначенный для разделения вторичного потока жидкости на отдельные потоки и формирования в камере добавления вспенивающего агента отдельных потоков предварительно полученной смеси расплавленного полимера и вспенивающего агента. Разделение вторичного потока жидкости на отдельные потоки подробно уже было рассмотрено выше. Распылитель вторичного

- 7 007457 потока жидкости можно выполнить в виде любого устройства, предназначенного для механического разделения жидкой массы на отдельные потоки (струи). Для этой цели можно, в частности, использовать различные разбрызгиватели (пульверизаторы), форсунки или распылители. Такой распылитель можно, в частности, выполнить в виде расположенного на конце линии подачи вспенивающего агента закрытого сопла с отверстиями в его стенке, от количества которых зависит количество образующихся в камере добавления вспенивающего агента отдельных потоков и которое равно по меньшей мере двум, предпочтительно по меньшей мере трем или четырем и может составлять от 2 до 20, предпочтительно от 3 до 15, преимущественно от 2 до 12 отверстий на каждое сопло. Сопло может иметь любую форму, в частности форму закрытой оболочки с отверстиями и открытым основанием, граничащим с концом линии подачи вспенивающего агента. Сопло можно, в частности, выполнить в виде цилиндрической оболочки, имеющей форму цилиндра вращения, т. е. в виде полой трубки с одним закрытым и одним открытым концом, граничащим с концом линии подачи вспенивающего агента, и сквозными отверстиями в оболочке и в закрытом конце. Сопло (или, в частности, его оболочка) должны иметь стенку определенной толщины с проходящими через нее насквозь под прямым углом предпочтительно прямыми каналами, образованными имеющимися в стенке сквозными отверстиями. Каналы сопла обычно имеют круглое поперечное сечение и диаметр от 0,1 до 10 мм, предпочтительно от 0,5 до 5 мм, преимущественно от 1 до 3 мм. В предлагаемой в изобретении установке сопло имеет отверстия (или каналы, проходящие насквозь через стенку сопла), которые ориентированы таким образом, что выходящие из них отдельные вторичные потоки жидкости направлены под прямым или острым углом к основному потоку, проходящему через камеру добавления вспенивающего агента, либо параллельно ему, предпочтительно под острым углом к основному потоку или параллельно ему, т. е. в направлении, имеющем отличную от нуля составляющую скорости в направлении основного потока. Так, в частности, в сопле можно выполнить по меньшей мере одно отверстие или канал, ориентированный таким образом, что выходящий из него поток жидкости направлен параллельно или, по существу, параллельно протекающему через камеру добавления вспенивающего агента основному потоку, и по меньшей мере одно другое отверстие или другой канал, ориентированный таким образом, что вытекающий по нему из сопла отдельный вторичный поток жидкости направлен к основному потоку под углом, большим 20°, но меньшим или равным 90°, предпочтительно под углом, большим 20°, но меньшим 90°, например под углом от 30 до 80°, в частности под углом от 45 до 75°. Под направлением, практически параллельным направлению основного потока, в данном случае подразумевается, что угол между отдельным вторичным потоком и основным потоком не превышает ±20°, предпочтительно ±10°. Диаметр отверстий или каналов, направленных параллельно или, по существу, параллельно основному потоку, может быть равен диаметру отверстий или каналов, имеющих иное направление, и предпочтительно должен быть больше диаметра таких отверстий или каналов в 1,2-4 раза, более предпочтительно в 1,5-3 раза.

В предпочтительном варианте изобретения распылитель расположен в камере добавления вспенивающего агента, которая имеет зону с переменным проходным сечением (сужающимся либо расширяющимся), в которой происходит описанное выше изменение скорости основного потока. В направлении движения основного потока эта зона с переменным проходным сечением состоит из расположенного на входе сужающегося участка и расположенного на выходе расширяющегося участка. Распылитель можно расположить в любой точке такой зоны с переменным проходным сечением, например на входе на сужающемся участке, на выходе на расширяющемся участке либо в самом узком участке зоны между ее сужающимся и расширяющимся участками. Было установлено, что распылитель наиболее предпочтительно располагать на самом узком участке зоны с переменным проходным сечением или на ее выходном или расширяющемся участке. Плоскость расширяющегося участка зоны с переменным проходным сечением должна быть расположена к направлению протекающего через камеру основного потока под прямым или острым углом (А), большим 20°, но меньшим или равным 90°, предпочтительно под углом большим 20°, но меньшим 90°, например под углом от 30 до 80°, в частности под углом от 45 до 75°, а плоскость сужающегося участка должна быть расположена к направлению основного потока, протекающего через камеру добавления вспенивающего агента, под прямым или тупым углом (В), большим или равным 90°, но меньшим 160°, предпочтительно под углом, большим 90°, но меньшим 160°, например под углом от 100 до 150°, в частности под углом от 105 до 135°. Углы (А) и (В) показаны, в частности, на фиг. 3. Зону с переменным проходным сечением можно выполнить в виде дроссельной шайбы или устройства типа трубки Вентури. В камере добавления вспенивающего агента на самом узком участке зоны с переменным проходным сечением происходит максимальное сжатие основного потока, площадь поперечного сечения которого уменьшается в этом месте минимум в 2 раза, предпочтительно минимум в 5 или 10 раз, в частности в 2-150 раз, предпочтительно в 5-120 раз, преимущественно в 10-80 раз.

При установке распылителя в наиболее узком месте зоны с переменным проходным сечением или предпочтительно на ее выходном или расширяющемся участке для распыления вспенивающего агента можно использовать сопло, по меньшей мере одно из отверстий которого (или по меньшей мере один проходящий через стенку сопла канал) направляет выходящую из него отдельную струю вспенивающего агента параллельно или приблизительно параллельно плоскости выходного или расширяющегося участка зоны с переменным проходным сечением. Термин приблизительно параллельное плоскости выходно

- 8 007457 го или расширяющегося участка направление означает, что вытекающая из сопла струя вспенивающего агента может быть направлена к плоскости расширяющегося участка зоны с переменным проходным сечением под углом ±10°, предпочтительно под углом ±5°. Кроме того, в этом варианте по меньшей мере одно другое отверстие (или канал) сопла направляет вытекающую из сопла струю вспенивающего агента параллельно или, по существу, параллельно направлению основного потока, протекающего через камеру добавления вспенивающего агента. Под направлением, по существу, параллельным направлению основного потока, в данном случае подразумевается, что угол между выходящей из сопла струей вспенивающего агента и основным потоком не превышает ±20°, предпочтительно ±10°.

Предлагаемая в изобретении установка для дегазации полимеров имеет также статический смеситель со входом и выходом и прежде всего продольной осью. Камера добавления вспенивающего агента соединяется со статическим смесителем непосредственно или косвенно. Камера добавления вспенивающего агента предпочтительно граничит со входом статического смесителя или расположена рядом со входом в смеситель на его продольной оси. В качестве статического смесителя в предлагаемой в изобретении установке можно использовать линейный статический смеситель, например любой из упомянутых выше известных статических смесителей с неподвижными, возможно нагревающими или охлаждающими, перемешивающими элементами.

Предлагаемая в изобретении установка имеет также расширительную камеру, соединенную с выходом статического смесителя. В качестве расширительной камере в предлагаемой в изобретении установке можно использовать любую из упомянутых выше известных расширительных камер, которые обычно используют для дегазации полимеров. Обычно такие расширительные камеры содержат экструдер, разделяющий выходящую из статического смесителя смесь на отдельные ниспадающие нити. Расширительная камера предназначена для удаления из полимера остаточных летучих соединений и вспенивающего агента. Расширительная камера оборудована линией, или трубопроводом, по которой(-ому) из нее отбирают экстрагированные из полимера остаточные летучие соединения и вспенивающий агент. Одни конец такого трубопровода соединяют с верхней частью расширительной камеры, а другой - с вакуумнасосом. Расширительная камера оборудована также линией, или трубопроводом, для отбора из нее расплавленного полимера, не содержащего остаточных летучих соединений и вспенивающего агента. Для отбора из расширительной камеры расплавленного полимера можно использовать шестеренчатый насос.

Настоящее изобретение относится также к применению описанной выше установки для дегазации термопластичных полимеров. Отдельные стадии способа дегазации термопластичных полимеров подробно были описаны выше.

На фиг. 1 показана схема установки для дегазации термопластичных полимеров предлагаемым в изобретении способом. Эта установка имеет линию (1) для подачи расплавленного полимера с шестеренчатым насосом (2). Линия (1) соединена с камерой (3) добавления вспенивающего агента, через которую в качестве основного потока движется расплавленный полимер. Камера (3) добавления вспенивающего агента соединена с линией (4) для подачи в нее в качестве вторичного потока жидкости вспенивающего агента, на конце которой расположен распылитель (5), разделяющий поток вспенивающего агента на несколько отдельных потоков (6) и (6') (количество которых в показанном на фиг. 3 примере равняется трем). Установка имеет далее статический смеситель (7) с входом (8) и выходом (9). Вход (8) статического смесителя соединен с камерой (3) добавления вспенивающего агента линией (10). Выход (9) статического смесителя соединен с расширительной камерой (11) линией (12), которая входит внутрь верхней части (13) расширительной камеры и имеет на конце устройство (14) для разделения и экструзии смеси расплавленного полимера и вспенивающего агента. Верхняя часть (13) расширительной камеры соединена с линией (15), по которой из расширительной камеры отбирают остаточные летучие соединения и вспенивающий агент. Линия (15) соединена с вакуум-насосом (16). Нижняя часть (17) расширительной камеры соединена с линией (18), по которой из нее отводят не содержащий остаточных летучих соединений и вспенивающего агента расплавленный полимер. Линия (18) соединена с шестеренчатым насосом (19).

На фиг. 2 схематично показана конструкция выполненного по первому варианту распылителя, который можно использовать на установке, показанной на фиг. 1. Элементы, идентичные элементам, показанным на фиг. 1, обозначены на фиг. 2 теми же, что и на фиг. 1, позициями. Расплавленный полимер подают по линии (1) в камеру (3) добавления вспенивающего агента в качестве основного потока (20). Камера (3) добавления вспенивающего агента выполнена в виде трубы, которая является продолжением линии (1) и имеет такое же, что и линия (1), поперечное сечение. На конце линии (4), по которой в камеру добавления вспенивающего агента в качестве вторичного потока (21) подают вспенивающий агент, расположен распылитель (5), разделяющий вторичный поток (21) жидкого вспенивающего агента на несколько отдельных потоков (6) и (6') (количество которых в показанном на фиг. 2 примере равняется трем). Поток (6') направлен параллельно основному потоку (20), а два других потока (6) направлены под углом 60° к основному потоку. Камера (3) добавления вспенивающего агента, как и на фиг. 1, напрямую соединена со входом (8) статического смесителя (7). На фиг. 3 схематично показана конструкция выполненного по второму варианту распылителя, который можно использовать на установке, показанной на

- 9 007457 фиг. 1. Элементы, идентичные элементам, показанным на фиг. 1 и 2, обозначены на фиг. 3 теми же, что и на фиг. 1 и 2, позициями. Расплавленный полимер подают в камеру (3) добавления вспенивающего агента в качестве основного потока (20) по линии (1). Внутрь камеры (3) добавления вспенивающего агента входит линия (4), по которой в нее в качестве вторичного потока (21) подают добавляемый к полимеру жидкий вспенивающий агент. На конце линии (4) расположен распылитель (5), разделяющий вторичный поток (21) жидкого вспенивающего агента на несколько отдельных потоков (6) и (6') (количество которых в показанном на фиг. 3 примере равняется трем). В камере (3) добавления вспенивающего агента расположено устройство (22) с переменной площадью поперечного сечения проходного канала или отверстия и входным или сужающимся участком (23) и выходным или расширяющимся участком (24). Плоскость входного или сужающегося участка устройства с переменной площадью поперечного отверстия проходного канала расположена к направлению основного потока (20) под углом (В), равным 120°, а плоскость выходного или расширяющегося участка - под углом (А), равным 60°. Распылитель (5) расположен на выходном или расширяющемся участке (24). В этом варианте выходящий из распылителя (5) поток (6') вспенивающего агента направлен параллельно основному потоку (20), а два других потока (6) параллельно плоскости выходного или расширяющегося участка (24) проходного канала с переменной площадью поперечного сечения под углом 60° к направлению основного потока. Камера (3) добавления вспенивающего агента, как и на фиг. 1, напрямую соединена со входом (8) статического смесителя (7). Площадь поперечного сечения камеры (3) добавления вспенивающего агента в этом варианте изобретения равна площади поперечного сечения статического смесителя (7).

На фиг. 4 схематично показана конструкция выполненного по третьему варианту распылителя, который можно использовать на установке, показанной на фиг. 1. Элементы, идентичные элементам, показанным на фиг. 1, 2 или 3, обозначены на фиг. 4 теми же, что и на фиг. 1, 2 или 3, позициями. Устройство, показанное на фиг. 4, в основном аналогично устройству, показанному на фиг. 3, и отличается от него наличием не одной, а двух линий (4), по которым в камеру добавления вспенивающего агента подают добавляемый к расплавленному полимеру вспенивающий агент. Вспенивающий агент образует в распылителе два вторичных потока (21) жидкости. На конце каждой линии (4) расположен распылитель (5), который делит каждый вторичный поток жидкого вспенивающего агента на несколько отдельных потоков (6) и (6') (количество которых в показанном на фиг. 4 примере равняется трем). В камере (3) добавления вспенивающего агента расположено устройство (22) с переменной площадью поперечного сечения проходного канала или отверстия и входным или сужающимся участком (23) и выходным или расширяющимся участком (24). Плоскость входного или сужающегося участка (23) устройства с переменной площадью поперечного отверстия проходного канала расположена к направлению основного потока (20) под углом (В), равным 120°, а плоскость выходного или расширяющегося участка (24) - под углом (А), равным 60° (на фиг. 4 эти углы не показаны). Распылители (5) расположены на выходном или расширяющемся участке (24). В этом варианте выходящая из распылителя (5) струя (6') вспенивающего агента направлена параллельно основному потоку (20), а две другие струи (6) направлены параллельно плоскости выходного или расширяющегося участка (24) проходного канала с переменной площадью поперечного сечения под углом 60° к направлению основного потока. Камера (3) добавления вспенивающего агента, как и на фиг. 1, напрямую соединена со входом (8) статического смесителя (7). Площадь поперечного сечения камеры (3) добавления вспенивающего агента в этом варианте равна площади поперечного сечения статического смесителя (7).

На фиг. 5 схематично показана конструкция сопла, которое можно использовать в распылителях, показанных на фиг. 2, 3 или 4. Элементы, идентичные элементам, показанным на фиг. 2, 3 или 4, обозначены на фиг. 5 теми же, что и на фиг. 2, 3 или 4, позициями. Внутрь не показанной на фиг. 5 камеры (3) добавления вспенивающего агента, через которую в качестве основного потока (20) протекает расплавленный полимер, входит линия (4), по которой в нее в качестве вторичного потока (21) подают добавляемый к полимеру жидкий вспенивающий реагент. На конце линии (4) расположен распылитель (5), образующий сопло в форме полой цилиндрической втулки с одним закрытым концом и одним открытым концом, который граничит с концом линии (4). Сопло выполнено, в частности, в виде цилиндрической оболочки (25) с центральной осью (26), параллельной основному потоку (20), открытым концом (27), граничащим с линией (4), и закрытым концом (28). В цилиндрической оболочке (25) и в ее закрытом конце (28) предусмотрено по два сквозных цилиндрических канала (29) и по цилиндрическому каналу (30), которые разделяют вторичный поток жидкого вспенивающего агента (21) на несколько отдельных потоков (6) и (6') (количество которых в показанном на фиг. 5 примере равняется трем). Оси цилиндрических каналов (29) (и, соответственно, вытекающие из них потоки жидкого вспенивающего агента) направлены под углом 60° к основному потоку (20). Ось цилиндрического канала (30) (и, соответственно, вытекающий из него поток жидкого вспенивающего агента) направлена параллельно основному потоку (20).

Ниже настоящее изобретение проиллюстрировано на примерах.

Пример 1.

В этом примере приведены результаты непрерывной дегазации ударопрочного полистирола (УННС). называемого в дальнейшем просто полимером. Полимер модифицировали привитой сополимеризацией полибутадиена с полистиролом и получали методом непрерывной полимеризации в массе. Полученный полимер состоял из 94,5 мас.% из полистирола и на 5,5 мас.% из полибутадиена. Средневе

- 10 007457 совая молекулярная масса полимера составляла 210000 дальтон при содержании остаточного стирола 1700 част./млн.

Полимер непрерывно дегазировали на установке, показанной на фиг. 1. Полимер непрерывно подавали на установку в виде расплава с расходом 7000 кг/ч при температуре 238°С и абсолютном давлении 2,5 МПа по линии (1) шестеренчатым насосом (2). Расплавленный полимер подавали в камеру (3) добавления вспенивающего агента, через которую расплав двигался в виде основного потока (20). Как показано на фиг. 4, камера (3) добавления вспенивающего агента соединена с двумя линиями (4), по которым в камеру добавления вспенивающего агента при абсолютном давлении 3,5 МПа подавали два вторичных потока (21) нагретой до 150°С воды. На конце каждой линии (4) был установлен выполненный в виде сопла распылитель (5), отличающийся от распылителя, показанного на фиг. 5, только количеством цилиндрических каналов (29) (четыре вместо двух). Таким образом, образующее распылитель (5) сопло имело четыре цилиндрических канала (29) диаметром 1 мм и один цилиндрический канал (30) диаметром 2 мм, расположенные и направленные аналогично каналам, показанным на фиг. 5. Такое сопло разделяло каждый вторичный поток (21) жидкости на пять отдельных потоков, или струй, (6) и (6').

Суммарная потеря давления на распылителе составляла 0,5 МПа. Суммарный расход воды, которую по двум линиям (4) через распылители (5) непрерывно подавали в камеру (3) добавления вспенивающего агента, составлял 1,5 мас.% в пересчете на массу полимера. Камера (3) добавления вспенивающего агента имела показанную на фиг. 4 зону (22) сужения канала с расположенным под углом (В) в 120° к основному потоку (20) входным или сужающимся участком (23) и расположенным под углом (А) в 60° к основному потоку (20) выходным или расширяющимся участком (24).

Предварительную смесь, полученную в результате добавления воды к расплаву полимера, напрямую непрерывно подавали через вход (8) в статический смеситель (7) типа 8МХ®, выпускаемый фирмой Коей 61Й8СЙ (Швейцария), при температуре 235°С и абсолютном давлении 2,5 МПа. Продолжительность обработки смеси полимера и воды в статическом смесителе составляла 3 мин. На выходе 9 статического смесителя (7) получали смесь полимер-вода при абсолютном давлении 3,5x10 Па и температуре 230°С.

Затем эту смесь непрерывно подавали в расширительную камеру (11) по линии (12), на расположенном внутри верхней части (13) конце которой было закреплено устройство (14), предназначенное для экструзии и разделения подаваемой в расширительную камеру смеси полимера и воды. Расширительную камеру (11) нагревали до 225°С при абсолютном давлении 3,5x10 Па. Удаляемые из смеси полимера и воды остаточные летучие соединения, в частности, остаточный стирол, и воду отбирали из расширительной камеры (11) под действием разрежения по соединенной с вакуум-насосом (16) линии (15). Не содержащий остаточных летучих соединений и воды расплавленный полимер с температурой 235°С непрерывно отводили из расширительной камеры (11) по линии (18), соединенной с шестеренчатым насосом (19). Содержание остаточного стирола в отбираемом из расширительной камеры полимере составляло 150 част./млн.

Пример 2 (сравнительный).

В этом примере приведены результаты такой же, что и в примере 1, дегазации полимера, за исключением того, что воду в камеру (3) добавления вспенивающего агента подавали по линиям (4), на концах которых не было распылителей (5).

При отсутствии таких распылителей в результате дробления или смятия полимера в статическом смесителе (7) возникали интенсивные вибрации, которые передавались в расширительную камеру (11). Кроме того, в отводившемся из расширительной камеры по линии (18) полимере содержалось 250 част./млн остаточного стирола. Возникновение в смесителе и в расширительной камере интенсивных вибраций может послужить причиной поломки установки и по соображениям безопасности требует немедленного прекращения процесса дегазации полимера.

Claims (16)

1. Способ удаления из термопластичного полимера содержащихся в нем остаточных летучих соединений, отличающийся тем, что (1) из расплавленного полимера формируют основной поток, (2) из жидкого вспенивающего агента формируют один или несколько вторичных потоков жидкости, (3) вторичный поток или вторичные потоки жидкости разделяют на несколько отдельных потоков и добавляют к основному потоку с получением предварительной смеси расплавленного полимера и вспенивающего агента, (3) вторичный поток или вторичные потоки жидкости добавляют к основному потоку путем распыления, разделяя таким путем каждый вторичный поток на несколько отдельных потоков с получением предварительной смеси расплавленного полимера и вспенивающего агента, (4) предварительную смесь расплавленного полимера и вспенивающего агента подают в статический смеситель, а затем в расширительную камеру, в которой от расплавленного полимера при пониженном давлении отделяют остаточные летучие соединения и вспенивающий агент, и

- 11 007457 (5) расплавленный полимер, не содержащий остаточных летучих соединений и вспенивающего агента, отводят из расширительной камеры.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термопластичный полимер выбран из олефиновых полимеров и ароматических виниловых полимеров, предпочтительно из (со)полимеров стирола.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве вспенивающего агента используют воду, спирты, прежде всего С₁-С₁оспирты, кетоны, прежде всего С₃-С|₀кетоны. водный раствор диоксида углерода или смеси двух или нескольких из этих продуктов.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что каждый вторичный поток разделяют распылением по меньшей мере на два, предпочтительно по меньшей мере на три, наиболее предпочтительно по меньшей мере на четыре отдельных потока.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что каждый отдельный поток направляют под прямым или острым углом к основному потоку либо параллельно ему, предпочтительно под острым углом к основному потоку или параллельно ему.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что по меньшей мере один отдельный поток направляют параллельно или по существу параллельно основному потоку, а по меньшей мере один из остальных отдельных потоков направляют к основному потоку под углом, большим 20°, но меньшим или равным 90°, предпочтительно под углом, большим 20°, но меньшим 90°, прежде всего под углом от 30 до 80°.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что вторичный поток жидкости или вторичные потоки жидкости добавляют в основной поток в момент изменения площади поперечного сечения основного потока, которая в направлении течения основного потока на фазе расширения сначала уменьшается, а затем на фазе сжатия увеличивается.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что вторичный поток жидкости или вторичные потоки жидкости добавляют в основной поток между фазами его расширения и сжатия или предпочтительно в фазе сжатия.

9. Установка для удаления из термопластичного полимера остаточных летучих соединений, содержащая линию подачи расплавленного полимера, камеру введения добавок, в которую входит линия подачи расплавленного полимера и через которую в качестве основного потока проходит расплавленный полимер, одну или несколько линий, соединенную(ых) с камерой введения добавок для добавления к расплавленному полимеру вспенивающего агента в виде соответственно одного или нескольких вторичных потоков жидкости, статический смеситель, который имеет вход, соединенный с камерой введения добавок, и выход, и расширительную камеру, которая предназначена для отделения от расплавленного полимера остаточных летучих соединений и вспенивающего агента и соединена с выходом статического смесителя и от которой отходят линия для отбора расплавленного полимера и линия для извлечения удаленных из расплавленного полимера остаточных летучих соединений и вспенивающего агента, отличающаяся тем, что одна или несколько линий для добавления к расплавленному полимеру вспенивающего агента имеет(ют) на конце(ах) распылитель(и), который(е) делит(ят) соответственно один или несколько вторичных потоков жидкости на несколько отдельных потоков.

10. Установка по п.9, отличающаяся тем, что распылитель выполнен в виде закрытого сопла, расположенного на конце линии для добавления вспенивающего агента и имеющего в своей стенке несколько отверстий, количество которых равно количеству отдельных потоков, на которые распылитель делит вторичный поток.

11. Установка по п.10, отличающаяся тем, что сопла имеют по меньшей мере по два, предпочтительно по меньшей мере по три, наиболее предпочтительно по меньшей мере по четыре отверстия.

12. Установка по п.10 или 11, отличающаяся тем, что отверстия в сопле ориентированы таким образом, что выходящие из них отдельные потоки жидкости направлены под прямым или острым углом к проходящему через камеру введения добавок основному потоку или параллельно ему, предпочтительно под острым углом к этому основному потоку или параллельно ему.

13. Установка по любому из пп.10-12, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно из отверстий сопла ориентировано таким образом, что выходящий из него поток жидкости направлен параллельно или по существу параллельно проходящему через камеру введения добавок основному потоку, а по меньшей мере одно из остальных отверстий сопла ориентировано таким образом, что выходящий из него отдельный поток жидкости направлен к проходящему через камеру введения добавок основному потоку под углом, большим 20°, но меньшим или равным 90°, предпочтительно под углом, большим 20°, но меньшим 90°, прежде всего под углом от 30 до 80°.

14. Установка по любому из пп.9-13, отличающаяся тем, что камера введения добавок имеет зону с переменной в направлении движения основного потока площадью проходного сечения, на входе в которую расположен сужающийся участок и на выходе из которой расположен расширяющийся участок, между которыми находится участок с наименьшей площадью проходного сечения.

- 12 007457

15. Установка по п.14, отличающаяся тем, что распылитель расположен на участке с наименьшей площадью проходного сечения зоны с переменной площадью проходного сечения или предпочтительно на ее выходном или расширяющемся участке.

16. Установка по любому из пп.9-15, отличающаяся тем, что камера введения добавок граничит со входом статического смесителя.