[发明专利]制备高分子量熔融聚碳酸酯的方法和设备

说明书

本申请是申请号为03825011.x(国际申请号PCT/US03/23647)，申请日为2003年7月17日，发明名称为“制备高分子量熔融聚碳酸酯的方法和设备”的发明专利申请的分案申请。

发明背景

本发明涉及通过熔融聚合方法合成聚碳酸酯。更具体地说，本发明描述了用于作为喷雾(spray mist)聚合聚碳酸酯的方法和系统描述为喷雾，以促进抑制性的反应副产物的挥发，由此增加聚合速率。

通常，或者通过界面聚合或者通过熔融聚合方法制备聚碳酸酯如双酚A聚碳酸酯。双酚如双酚A(BPA)与光气在水、溶剂(如二氯甲烷)、酸受体(如氢氧化钠)和相转移催化剂(如三乙胺)存在下的反应是界面法的典型。相转移催化剂提高了酚盐在有机相中的溶解度，因此大大地提高了反应速率。另外，聚碳酸酯可以通过如碳酸二甲酯或碳酸二苯酯的酯交换来制备。高温下，在催化剂如氢氧化钠存在下，双酚A与碳酸酯单元的来源如碳酸二苯酯的反应是目前采用的熔融聚合方法的典型。每一种方法都在商业上大规模运行，并且每一种方法都具有明显的缺陷。

制备聚碳酸酯的界面法具有几个内在的缺点。首先，操作需要光气作为反应物的方法由于已知的安全因素是个缺点。第二，由于该方法需要使用大量的有机溶剂，因此必须采取昂贵的预防措施来防止对环境的任何负面影响。第三，界面法需要较高的设备和资金投入。第四，界面法制备的聚碳酸酯易于形成不一致的颜色，较高的微粒含量和较高的氯化物含量，它们能够引起腐蚀。

熔融法尽管不需要使用光气或溶剂如二氯甲烷，但是要求高温和较长的反应时间。结果，高温下可能形成副产物，例如聚合过程中通过Fries重排产生的产物。Fries重排产生不需要的且不受控制的聚合物支化，它将负面影响聚合物的流动性和表现。熔融法还需要使用复杂的工艺设备，它能够在高温低压下操作，并且能够在得到高分子量所需要的较长的反应过程中，有效地搅拌高粘聚合物熔体。

利用碳酸水杨酯作为碳酸二苯酯的替代物能够明显提高反应速率，并且更有利于熔融聚合反应中的平衡。例如，有报导说，熔融聚碳酸酯可以在较温和的条件下，通过双酚如BPA与碳酸二芳酯的反应形成，所述碳酸二芳酯是通过光气与水杨酸甲酯之间的反应形成的(美国专利4,323,668和WO99/47580)。还有，包括水杨酸酯衍生物的聚碳酸酯可以制成具有优异的光色调和/或色彩(例如参见WO00/63274，WO98/45246，JP10036497，JP10101786，JP10101787和JP11302228)和热稳定性(JP2001158821)。然而，利用所报导的方法通常需要较高含量的酯交换催化剂以制备高分子量聚碳酸酯。另一个明显的缺陷是作为反应副产物形成的水杨酸酯抑制了反应的进行。

人们所需要的是一种简单方法，利用允许在温和条件的碳酸二芳酯如碳酸二(甲基水杨基)酯来促进聚碳酸酯的形成，同时促进抑制性的副产物的除去。理想地，该方法能够利用已有的设备和方案结合到在商业上合适的聚碳酸酯制备过程中。同样理想地，该方法能够允许使用较温和(即低于400℃)的条件，并且聚合时间短，以最小化Fries副产物的形成和/或聚碳酸酯产物的断裂，同时仍然能够有效地挥发抑制性的水杨酸酯副产物。

发明简述

本发明描述了用于喷雾聚合(spray polymeriazation)聚碳酸酯和其共聚物的方法和新型反应器设计。通过促进除去聚合时产生的挥发性副产物，本发明能够增加任意给定熔融方法，尤其是快速反应碳酸二(甲基水杨基)酯(BSMC)方法的产量并最小化前期投资。

一方面，本发明提供了制备高分子量聚碳酸酯的方法，包括：

(a)将包括酯取代的碳酸二芳酯和二羟基芳族化合物的单体熔融，并与至少一种熔融聚合催化剂混合，生成预聚合反应熔体；

(b)处理反应混合物以形成规定液滴大小(droplet size)的雾(mist)；

(c)减压下，将雾暴露于高温环境中以使单体聚合；和

(d)收集聚合的聚碳酸酯产物。

另一方面，本发明包括制备高分子量聚碳酸酯的设备，包括：

(a)将包括至少一种酯取代的碳酸二芳酯和至少一种二羟基芳族化合物的单体熔融，并将所述单体与至少一种熔融聚合催化剂混合，生成预聚合反应混合物的装置；

(b)由预聚反应混合物形成预定液滴大小的细雾的装置；

(c)减压下，将雾暴露于高温环境中以使所述单体聚合，并且从所述液滴中分离至少一种挥发性反应副产物的至少一部分的反应器；

(d)从液滴中除去至少一部分所述挥发性副产物的排气口；和