[发明专利]用于制备高聚合度聚乙烯醇的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及制备聚乙烯醇的方法和设备，并且更准确地说，涉及一种制备聚乙烯醇的方法和设备，其特征在于，在聚乙烯酯转化为聚乙烯醇的过程中抑制凝胶化，从而在高浓度聚乙烯酯溶液中制备具有高皂化度、高聚合度和高表观比重的聚乙烯醇；降低使用的溶剂量并且需要更小反应器，从而带来设备成本和溶剂回收成本降低。

背景技术

1924年Hermann和Haehnel在进行聚乙酸乙烯酯的皂化实验期间首次发现了聚乙烯醇。聚乙烯醇是包含羟基的线性结晶聚合物，并且通过例如显示出极好的耐溶剂性和耐油性的聚乙酸乙烯酯的乙烯酯聚合物的皂化而制得。根据分子量、皂化度和立体有规性，聚乙烯醇已广泛应用于胶粘剂、服装、工业纤维、分离过滤器和医用聚合物等。

最近，对高价值和高功能聚乙烯醇的制备和应用的研究已积极展开。由于在拉伸的过程中，聚乙烯醇具有极好的包括透明度的光学特性，并显示出高双折射，因此它可制成薄膜，特别是作为多种光学聚合物膜或者进一步作为LCD的偏振膜。为了用作偏振膜，聚乙烯醇必须具有高聚合度和高皂化度，这对技术的要求高。因此，只有少数公司从事制备可用作偏振膜的聚乙烯醇。

由于乙烯醇单体的互变异构化，聚乙烯醇不能被直接聚合。因此，首先通过乳液、悬浮和/或本体聚合将乙烯基酯单体，具体为乙酸乙烯酯聚合，以制备聚乙烯酯。然后，通过连续或者分批皂化处理制得的聚乙烯酯。

诱导聚乙烯酯皂化的代表性方法是将聚乙烯酯完全溶解在醇溶剂中，并且在强酸或者碱存在下反应。为了制备高聚合度(聚乙烯醇的重均分子量：至少132,000)和高皂化度的聚乙烯醇，由于聚乙烯酯溶液的高粘度，在这一方法中保持聚乙酸乙烯酯的低浓度是重要的。如果聚乙酸乙烯酯的浓度为至少6％，反应溶液显示出高粘度，并且因此使具有杆的搅拌器施加的法向力引起“爬杆”，这意味着在溶解或者相转化期间，反应溶液或者浆料爬到搅拌器的杆上。结果，由于聚乙烯醇的皂化，产生了大块凝胶而不是分散粒子，这些凝胶粘附于搅拌器或者反应器壁使得反应困难。为保持聚乙酸乙烯酯的低浓度，用于皂化的反应器必须非常大，并且因此使用的溶剂量增加，这表明溶剂回收成本和能量成本增加。

虽然一些认为已解决了上述问题的专利已经被应用，但是事实上上述问题仍在讨论中。

美国专利号4,954,567描述了一种以向含催化剂的溶剂中缓慢加入干燥聚乙酸乙烯酯粒子代替在溶剂中溶解聚乙酸乙烯酯的制备聚乙烯醇的方法。发明人声称这种制备方法制备了具有改进的粒子形状、表观比重和透明度的聚乙烯醇。但是，具有高皂化度的聚乙烯醇仍有争议。当以上述专利公开的方法将干燥聚乙酸乙烯酯用于皂化时，导致聚乙酸乙烯酯成为芯而聚乙烯醇成为壳体的问题。

美国专利号5,753,753描述了，将聚乙酸乙烯酯溶解于溶剂中，在皂化前加入作为成核点的惰性材料(如碳酸氢钠)。在将惰性材料完全分散于聚乙酸乙烯酯溶液之后，加入催化剂以诱导反应。根据发明人所述，用这种方法通过皂化制备的聚乙烯醇粘附在成核点上以致防止严重的凝胶化。该方法的问题是开始时向聚乙烯醇加入的惰性材料仍作为杂质保留在最终产物中，使得产物不适于作为要求高纯度和高透明度的偏振板的膜。

美国专利号3,884,892描述了一种用多种不同密度的溶剂制备聚乙烯醇的方法。根据该专利，在聚乙烯酯溶液上加盖具有低密度的醇溶剂层，然后在该层上加盖较醇层密度高的催化剂溶液。就是说，依靠密度差，催化剂溶液层位于聚乙烯酯溶液和醇溶剂层之间。然后，通过搅拌诱导反应。结果，根据发明人所述，由于醇层的密度低，形成聚乙烯酯滴，并因此使反应在悬浮型溶液中进行，从而防止凝胶化。但是，这种方法非常复杂，并且因此操作困难。

发明内容

【技术问题】

为了克服常规技术中的上述问题，本发明的一个目的是提供一种制备聚乙烯醇的方法，该方法特点为防止在高浓度聚乙烯酯溶液中将聚乙烯酯转化为具有高皂化度、高聚合度和高表观比重的聚乙烯醇的过程中的凝胶化，减少使用的溶剂量，并因此需要更小的反应器，以致降低设备成本和溶剂回收成本。

本发明的另一目的是提供一种可适合本发明方法的制备聚乙烯醇的设备。

【技术方案】

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于包含聚乙烯酯溶液和催化剂的混合物皂化而制备聚乙烯醇的方法，其中在配置有涂敷了选自包括氟树脂、硅树脂和环氧树脂的组的一种或者多种涂布剂的行星式搅拌器的反应器中诱导皂化。