[发明专利]用于形成聚合物的装置和方法

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求2012年8月31日提交的美国申请No.13/600,600的权益和优先权，其公开内容全文经此引用并入本文。

发明领域

本公开涉及用于聚合形成聚合物的装置和方法，特别是用于连续溶液聚合的装置和方法。

发明背景

连续溶液聚合法通常涉及将催化剂添加到单体和溶剂混合物中。该混合物可以回混以产生在基本没有浓度梯度的环境中的均匀聚合物。WO94/00500(Pannell等人)描述了在连续搅拌釜反应器中使用茂金属的溶液聚合，其可以是串联反应器布置以制造各种产品。

聚合反应的热(被称作放热)可以被反应混合物吸收。或者或另外，可以通过冷却系统，如通过反应器壁的外部冷却或通过用热交换流体冷却的置于内部的热交换表面除去反应热。

在聚合过程中，通常消耗主要量的单体且形成的聚合物溶解在溶剂中。通常，聚合物的浓度越高，含有该聚合物、溶剂和未反应的组分的聚合反应混合物的粘度越高。该混合物从聚合反应器送往整理(finishing)段，在此分离聚合物、溶剂和未反应的单体。在整理步骤中，从反应混合物中逐渐除去溶剂和未反应的单体直至该聚合物可成型为固体粒料或打包(bale)。将分离出的溶剂和单体再循环至聚合反应器。

聚合物溶液已知在较低临界溶液温度下发生相分离，较高温度和/或较低压力促成相分离。溶剂选择也影响相分离的发生条件。

相分离现象是聚合溶剂选择中的一个考虑因素。应针对给定的聚合物/溶剂组合条件选择适当的聚合单体转化率(尤其是对挥发性单体而言)、温度和压力以避免反应器内的不想要的相分离。例如，己烷之类的溶剂可能需要超过5MPa的升高的压力以避免烯烃聚合的两相条件；辛烷之类的溶剂可以在较低压力下保持均匀的单相条件。

可以在反应步骤后安排相分离现象以分离一方面挥发性溶剂和未反应的单体，另一方面聚合物。在这种情况下，建议在远高于所述较低临界溶液温度的温度下分离以使该聚合物形成浓缩相。解释一般原理的一些早期文章包括：T.G.Gutowski等人著的A Low-Energy Solvent Separation Method,Polymer Engineering and Science,1983年3月,第23卷,No.4,第230-237页；C.A.Irani等人著的Lower Critical Solution Temperature Behavior of Ethylene Propylene Copolymers in Multicomponent Solvents,Journal of Appl ied Polymer Science(1986),第31卷,第1879-1899页；Mark A.McHugh等人著的Separating Polymer Solutions with Supercritical Fluids,Macromolecules 1985,第18卷,第674-680页；Hajime Tanaka著的Critical dynamics and phase separation kinetics in dynamically asymmetric binary fluids:New dynamic universality class for polymer mixtures or dynamic crossover？,Journal of Chemical Physics，1994年4月1日,100(7),第5323-5337页；S.J.Han等人著的Short Chain Branching Effect on the Cloud Point Pressures of Ethylene Copolymers in Subcritical and Supercritical Propane,Macromolecules 1998,第31卷,第2533-2538页。

整理段还可包含脱挥发器，特别是真空脱挥发器，其中使熔融聚合物在强搅拌的同时暴露在真空下以提出挥发物，如溶剂和残留单体以将最终聚合物中的挥发性组分含量降至所需水平。