[发明专利]从溶液中分离聚合物的方法

说明书

本发明涉及一种蒸发聚合物溶液的方法，其中该聚合物溶液流经一个加热的螺旋管(helix)和一个连在其上的蒸气分离器。

在制备溶液中的聚合物时，反应后得到溶液。然而要保证高的产品质量，聚合物必须以这样一种方式从溶液中分离出来，使得最终产物中残留溶剂的含量减到最小。这迫使要解决许多分压问题，而这通常需要完全相反的措施。

纯净的聚合物其软化点通常远远高于溶剂的沸点。因为聚合物与溶剂的分子量有很大不同，使得达到很高聚合物浓度时溶液的沸点接近于溶剂的沸点，所以工艺过程中，溶液粘度最初急剧增大，并且会达到远大于1000Pas的数值，而这会导致不良热传导、要求很大的混合力且会导致温度达不到玻璃化转变温度。仅在工艺过程的最终相态中，当聚合物的比例对溶液蒸汽压有实质性影响时，溶液温度才会急剧升高且超过聚合物的软化点，由于粘度上的下降这一点变得很明显。接近过程的终点时，对流蒸发过程变为扩散过程。这一相态要求延长的停留时间、大的交换面积、粘性产物的彻底混合和高的分压梯度。

大部分产物都是对热很敏感的，也就是说从这一观点来看，它们要求低的温度和短的停留时间。

为达到目的，迄今为止有两个基本的方法：

1.喷雾干燥期间加热溶液，然后在汽提用水蒸汽的帮助下将其喷成雾状进入一干燥塔或一个附聚管。在该工艺过程中将溶剂蒸发掉从而得到基本上不含溶剂但浓缩有冷凝物的粉末。这通常需要后干燥。该方法的主要缺点是能量和设备方面的高费用。

2.蒸发工艺使用串联连接的蒸发器类型的结合方式。一个已知的结合方式的例子是：降膜蒸发器(初步蒸发至20wt％的聚合物)+薄膜蒸发器(主要蒸发至50wt％的聚合物)+双轴螺杆压出机(最后蒸发500μg/g的残留溶剂)。

在最近一段时间内经常使用多相螺旋管+双轴螺杆压出机这一结合方式。具体描述于专利DE1 667 051和DE1 921 045中的多相螺旋管，实质上是基于间接加热的螺旋管中的闪蒸和顺流蒸发。在螺旋管的下游加上一个蒸气分离器。为避免造成管内堵塞的过高粘度，因而在正压力下进行该工艺，这会增高温度并且从而降低粘度至可防止堵塞危险的程度。另一方面，流管内产物的停留时间短至产物未受损害。这样，在一次流程中起始溶液通常能浓缩到70～90wt％。即使在接近管末端的高聚合物浓度下，溶剂的摩尔比例仍是很大的，在这一点上足以使对流而不是扩散来控制蒸发过程。高浓度可减轻下游的螺杆压出机的负荷，使得最终产品中残留溶剂含量得以降低。这一工艺过程的主要缺点在于螺杆压出机的高投资费用，旋转部件的磨损，许多处密封，尤其蒸发拱顶的密封，它们对由于旋转部件而导致的故障的敏感性以及重型机器部件的维护保养。

本发明的目的是，在聚合物浓缩期间，使残留溶剂或单体的含量至少减小到小于法律所允许的1wt％的限定值，并且与此同时，以可以采用不贵重设备来进行的较简单的方法代替迄今应用的昂贵的加工工程。

本发明的目的可通过蒸发聚合物溶液的方法而达到，其中聚合物溶液的起始组成中包含至少30wt％，优选50～70wt％的溶剂和单体，该聚合物溶液以高流流速经一个加热的螺旋管和一个连在其上的加热的蒸气分离器，其特征在于，在螺旋管和分离器中加热装置的温度高于聚合物的软化点，并且其特征在于，形成于螺旋管中的聚合物熔体和溶剂蒸气以及单体蒸气的两相混合物，其膨胀进入加热的蒸气分离器，达到10mbar～800mbar的绝对压力。

有利的是，螺旋管和蒸气分离器中加热装置的温度保持为比聚合物的玻璃化转变温度高10％～30％的数值。

有利的是，该工艺过程也以这样一种方式来进行，即聚合物溶液进入螺旋管时处于4bar～20bar的压力之下。

为获得更低的残留溶剂含量，本发明的进展在于，在分离器下游的线料蒸发器(strand evaporator)中进一步蒸发聚合物溶液，使残留溶剂含量下降到5μg/g～100μg/g。

如果起始溶液中聚合物的比例很低(＜30wt％)，则可以串联连接两个或多个多相螺旋管段。如果产量很高(＞5t/h的聚合物)，则并联连接两个或多个多相螺旋管段，对每一段而言装备自己的泵送系统是必须的。

为进一步加工浓缩的聚合物，由聚合物熔体构成的分离器底部的产物，可通过广口齿轮泵方便地取出，然后在冷却装置中转化为固体细粒的形式。