[发明专利]熔体脱挥发分挤出方法

说明书

本申请要求2010年10月29日提交的美国临时专利申请号61/407,946的优先权。

本发明涉及对温度敏感型聚合物、例如含有可聚合的不饱和度和/或脂族结合卤素的聚合物脱挥发分的方法。

有机聚合物的脱挥发分通常作为它们正常的制造和/或纯化方案的一部分。脱挥发分除去了低分子量化合物，例如溶剂、催化剂残余物、未反应单体、水分或加工副产物。

在工业规模下使用了很多脱挥发分方法以从熔体或颗粒状固体形式的广泛范围的聚合物中除去挥发性物质。用于与一些热塑性聚合物联合的一种这样的方法是熔体脱挥发分挤出方法。熔体脱挥发分挤出方法具有从有机聚合物中除去大量挥发物的潜力。脱挥发分的产物通常只含有很少量的残余挥发性物质。

进行脱挥发分挤出方法是通过将所述聚合物充分加热以使其在挤出机中存在的条件下流动。温度保持在超过待除去的挥发物的沸点温度上。这种挤出机包括细长形室(通常称为“挤出机机筒”)，其包含一个或多个排气口和一个或多个旋转螺杆。在聚合物沿着挤出机机筒的长度向模头穿行时，挥发的化合物通过所述排气口从挤出机机筒逸出。螺杆提供推动加热的聚合物通过挤出机机筒并随后通过所述模头排出所必需的机械力。

脱挥发分挤出法的一个问题是它们倾向于让聚合物经受高温。在熔体脱挥发分挤出过程期间，主要有两种可以导致聚合物温度提高的能量来源。其中第一种是从外部加热装置通过挤出机机筒供应的传导热。第二种能量来源是从发动机通过挤出机螺杆的旋转输入的机械能。

生产规模脱挥发分挤出机通常以绝热方式运行(即，不施加传导加热)。因此，在脱挥发分挤出操作期间可以达到温度提高的主要能量来源是来自用来操作螺杆的挤出机发动机的机械能。该能量的一部分由于熔体内分子间摩擦而转变成热量。以这种方式产生的热量升高了聚合物熔体的温度。它被称作粘性耗散加热。随着挤出机尺寸增加，由于每单位体积的表面积更小，粘性耗散加热变得更显著，并因此能够通过挤出机机筒逸出的热量较少。通过降低挤出期间的螺杆速度，可能将粘性耗散加热降到最低；以这种方式，被引入所述系统的机械能较少，导致了粘性耗散加热较少，从而能够降低操作温度。但是这种途径在工业规模上通常是不可行的。较低的螺杆速度可能导致每单位时间的生产量低下，使得所述方法过于昂贵而无法操作。螺杆的旋转是重要的，其进一步的原因是其不断更新聚合物熔体的表面，这让更多的溶剂逸出和运行效率更高。降低螺杆转速使其更难以将溶剂水平降低到预定目标。

含有可聚合的碳-碳不饱和度的聚合物通常对温度相当敏感。其中包括共轭二烯例如丁二烯或环戊二烯的聚合物。所述碳-碳不饱和度可能在脱挥发分挤出过程期间遇到的条件下聚合。这可能在所述聚合物中引入不想要的分支或最终交联。

含有脂族结合卤素原子的聚合物也倾向于是温度敏感的，因为卤素原子可以是热不稳定的。含有脂族结合卤素的某些聚合物可能在高温条件下失去卤素。所述卤素通常以卤化氢(HF，HCl，HBr等)或卤素气体(F₂，Cl₂，Br₂)的形式释放。这些气体是腐蚀性的并存在工作人员暴露的问题。另一个问题是，失去卤素和/或卤素和氢可导致聚合物中形成脂族碳-碳双键；在脱挥发分挤出过程本身期间或在后续的熔体加工操作中，这些双键可能聚合，从而交联所述聚合物并形成凝胶。所产生的卤化氢和/或卤素气体被认为是自催化的，因为所释放的含卤素化合物被认为催化更多卤素的消除(并通常形成更多碳-碳双键)。这种自催化的可能性使得含有脂族结合卤素的聚合物尤其热敏感。

因为脱挥发分挤出提供了将有机聚合物中挥发性化合物的浓度廉价地降低到低水平的可能性，所以希望提供一种通过脱挥发分挤出而经济地加工温度敏感型聚合物的方式。

本发明是这样的一种产生脱挥发分的聚合物掺合物的方法。本发明的这种方法包括

a)向脱挥发分挤出机中供给热增塑聚合物混合物，其包括

组分1)：至少一种含有可聚合的碳-碳不饱和度、至少10重量％的脂族结合卤素或二者的第一热塑性聚合物；

组分2)：至少一种第二热塑性有机聚合物，它与组分1)在其相对存在量下相容，其中所述第二有机聚合物基本上没有可聚合的碳-碳不饱和度，包含低于5重量％的卤素，并且通过GPC相对于聚苯乙烯标准品测量的重均分子量为约25,000至约175,000；和

组分3)：基于聚合物混合物的总重量，1-60重量％的至少一种挥发性化合物；

同时温度在超过所述至少一种挥发性化合物的沸点温度下；