[发明专利]从无定形聚酯形成粒料的工艺

说明书

发明领域

本发明涉及均匀、结晶、低分子量聚酯颗粒的成形工艺。这样的颗粒可用作高分子量聚酯生产的原料。

背景

使聚合物形成颗粒的各种方法和装置是已知的，例如，使聚合物形成固化的单丝、带状物或薄板材，然后使之破碎成颗粒。例如，薄板材破碎或粒化成颗粒，可以用包括球磨在内的各种方法实现。然而，这样的颗粒成形方法可能导致粒度和形状不均匀的颗粒。此外，这样的方法可能产生所不希望数量的微细粉末，这使颗粒操作和加工变得困难。

也已知的是，先从聚合物“熔体”形成聚合物液滴、随后使该液滴固化成颗粒或粒料来形成聚合物颗粒。锭化(pastillation)就是此类方法的一个实例。例如，Chang等人美国专利No.5,340,509公开了聚烯烃均聚物、共聚物或其共混物等超高熔体流动结晶聚合物的一种造粒工艺。Chang等人的工艺使用一种包含一个多孔外容器的锭化器(pastillator)作为微液滴形成装置。该外容器围绕一个内容器旋转，使均一数量的聚合物熔体能以微液滴形式射出。这些微液滴收集在传送带上，传送带使这些微液滴冷却一段足以使该微液滴凝固的时间。

除锭化方法外，已以各种各样的其它方式实现了聚合物通过聚合物微液滴变成颗粒的成形。例如，Ho的美国专利No.4,340,550公开了通过使熔融低聚物微液滴在水中骤冷来制备自由流动的聚对苯二甲酸乙二醇酯低聚物粒料。把熔融低聚物送入一个微液滴形成装置中，后者有一块有许多小孔的孔板。在压力下，熔融低聚物流经这些小孔，离开小孔后进入一种惰性气体中。该熔融低聚物在表面张力的作用下在离开该孔板一段距离便离析成微液滴。然后，这些熔融微液滴在一个水槽中骤冷。这些低聚物粒料略呈扁平状，约0.3～2.0mm厚，圆直径约0.8～4.0mm。

Rinehart美国专利No.4,165,420公开了通过采用一种能从低粘度熔融聚合物形成颗粒的喷雾冻凝器进行颗粒成形。把熔融聚合物输送到有一个离心雾化装置的旋转碗中。这种装置产生小球状微液滴，后者在一种惰性气体中冻凝成球状珠子形式，其平均粒径为100～250μm，取决于该碗的转速。

由于种种原因，用传统方法或装置难以产生适合于大批量作业的粒度范围(例如约2～6mm)的均匀、结晶、低分子量聚酯颗粒。低分子量聚酯也简称低聚物或预聚物，当处于熔融状态时可能有相当低的粘度。这样的低粘度可能造成难以形成均匀形状和粒度的微液滴，当采用常用手段时因所形成的压力低而尤其会如此。

用常用方法产生的低分子量聚酯颗粒，其缺点在于它们可能不是呈最适合于固态聚合(SSP)的形式，在没有一个费时的退火步骤的情况下尤其如此。固态聚合在工业上用来获得分子量非常高的优质缩聚聚合物。这样的固态聚合典型地涉及加热一种片状“预聚物”，即中等分子量聚合物。这种聚合物被加热到高于其玻璃化温度(Tg)但低于其熔点(Tm)的温度。比较而言，作为原料的相当低分子量颗粒可能是不利的，因为难以形成这样的颗粒，而且因为所形成颗粒的脆性。

由于聚合反应速度随温度增加，因而固态聚合的最佳温度通常尽可能接近于熔点。为了减少在这样高的温度下粘在一起，用常用颗粒成形方法和装置产生的聚酯颗粒典型地需要在固态聚合之前进行调理。这样的调理可以包括在相当高的温度(例如，对于聚对苯二甲酸乙二醇酯，在150℃～210℃)进行长时间(例如约0.5～8小时)退火。这样的调理提高了颗粒的结晶度水平。典型地说，这些粒料先在高湍动和搅拌下进行一定量的退火，以期达到均匀退火而不粘在一起。如果这样的颗粒在固态聚合之前不进行适当调理，则可能产生加工问题。例如，它们在SSP期间可能倾向于粘在一起，导致这些颗粒无法从SSP反应器中排出，甚至可能导致反应器停车。

如以上提到的，用常用方法形成的聚酯颗粒或粒料可能是不适当地不均匀、畸形和/或以高水平微细为特征的。这样的畸形和不均匀粒料可能是不理想的，因为它们可能在粒料加料漏斗中搭桥。此外，显著数量的畸形粒料可能改变颗粒原料对聚合工艺的堆积密度，这可能导致挤压工艺线的供料问题。它也可能导致最终产品中的空洞。由于反应速度在一定程度上取决于粒度，因而不均匀粒料可能导致聚合产品的不均匀分子量。