專利名稱：用于將聚合物脫氣的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于將聚合物脫氣、特別是用于除去熱塑性聚合物中包含的殘余揮發(fā)性化合物的方法和設(shè)備。
在制造聚合物的工藝中，聚合反應(yīng)在理論上應(yīng)該是完全的，并且將所有單體轉(zhuǎn)化成聚合物。事實(shí)上，眾所周知，聚合反應(yīng)決不會(huì)是完全的，尤其是在溶液或者本體聚合工藝中更是如此，這尤其是因?yàn)樵诜磻?yīng)期間聚合介體的粘度增大。因此，實(shí)際上，制備的聚合物通常包含殘余揮發(fā)性化合物，例如任何沒有反應(yīng)的單體、已經(jīng)加入的或者在反應(yīng)期間積累的一種或多種溶劑和在反應(yīng)期間形成的低聚物。這些產(chǎn)品與不是揮發(fā)性的聚合物相比是實(shí)質(zhì)上揮發(fā)性的化合物。此外，眾所周知，這些殘余揮發(fā)性化合物對(duì)聚合物質(zhì)量具有不希望的影響，例如聚合物的物理和機(jī)械性能和毒理特征，尤其在食品包裝應(yīng)用中更是如此。
尤其由于越來(lái)越嚴(yán)格的毒理學(xué)規(guī)定，一直需要開發(fā)更高性能的和更有效的工藝，來(lái)除去聚合物中包含的殘余揮發(fā)性化合物。這些工藝一般地由被稱為“脫揮發(fā)分”的聚合物脫氣操作組成。脫氣一般地通過(guò)使熱聚物，尤其是溶液或者熔體形式的熱聚物，在一個(gè)或多個(gè)膨脹室(也稱為“閃蒸罐”或者“脫揮發(fā)器”)中，經(jīng)受降低的壓力、優(yōu)選低于大氣壓力的壓力(或者低于大氣壓的壓力)來(lái)進(jìn)行，所述膨脹室以串聯(lián)形式排列，并且處于依次提高的真空度下。特別地，聚合物可以以熔體和分割的形式被擠出到膨脹室中，例如“落下的線料”的形式，以便促進(jìn)殘余揮發(fā)性化合物與聚合物的分離，從而回收脫除了這些化合物的聚合物。這類脫氣工藝描述于例如美國(guó)專利US 2 970089、US 3 853 672、US 3 928 300、US 4 294 652、US 4 383 972、US 5 453 158、US 5 540 813和US 5 874 525。
眾所周知，已經(jīng)對(duì)這類脫氣工藝進(jìn)行了多年的改進(jìn)，尤其借助于在聚合物中加入惰性和揮發(fā)性的試劑。這種試劑一般地稱為“起泡劑”、“發(fā)泡劑”或者“反萃劑”，或者“脫揮發(fā)分-輔助流體”或者“脫揮發(fā)分助劑”。在這些條件下，將聚合物脫氣一般包括在例如如上所述的那種膨脹室中、在熱的和處于降低的壓力下時(shí)，使由所述加入產(chǎn)生的混合物膨脹。在這種膨脹之后，起泡劑在聚合物熔體內(nèi)形成大量氣泡，并且借助于擴(kuò)散，將包含在聚合物中的殘余揮發(fā)性化合物汽提出來(lái)，這一過(guò)程借助于產(chǎn)生的發(fā)泡物質(zhì)的大大增加的表面面積而得到促進(jìn)。最通常使用的發(fā)泡劑描述于美國(guó)專利US 3 668 161、US 3 773740、US 4 195 169、US 4 537 954、US 5 350 813、US 5 380 822和US 6 410 683。這些物質(zhì)通常在標(biāo)準(zhǔn)情況下是液態(tài)流體，并且在脫氣條件下易于揮發(fā)，例如水、醇或者酮，或者二氧化碳在水中的溶液。美國(guó)專利US 5 691 445和US 5 861 474建議用超臨界流體代替這些常規(guī)發(fā)泡劑，所述超臨界流體通常在噴射條件下是氣態(tài)的，但是其由于在注射期間施加的高壓而被保留在聚合物中的溶液中。因此，已經(jīng)提出使用例如氮?dú)狻⒍趸己玩溚?，特別是C4到C6鏈烷。
在所有情況下都沒有給出詳細(xì)的將發(fā)泡劑加入聚合物中的方法，除了這樣的事實(shí)，即推薦進(jìn)行所述加入，然后使得到的混合物經(jīng)過(guò)位于膨脹室下游的靜態(tài)混合器。通常，人們相信靜態(tài)混合器具有將發(fā)泡劑分散到整個(gè)聚合物物質(zhì)中的作用。然而，有關(guān)將發(fā)泡劑事實(shí)上混合到和分散在聚合物物質(zhì)中的方法的描述很少。在脫氣之前在工藝中施加的相對(duì)高的溫度和高的壓力，和在脫氣期間在膨脹室中施加的真空和高溫，通常妨礙了對(duì)混合物和對(duì)發(fā)泡劑在聚合物中的分散體的直接觀察，妨礙了將發(fā)泡劑在聚合物內(nèi)分散為相對(duì)精細(xì)的液態(tài)顆粒(或者液滴)，以及例如在靜態(tài)混合器中聚合物的預(yù)發(fā)泡。
美國(guó)專利US 6 124 426(相當(dāng)于歐洲專利申請(qǐng)EP 905 149 A)提出使用噴嘴將發(fā)泡劑，例如水、醇或者酮，注射到聚合物熔體中，所述噴嘴的方向與聚合物的流動(dòng)方向相反，這具有提高位于發(fā)泡劑加入點(diǎn)的下游的靜態(tài)混合器的混合性能的效果。注射噴嘴通常被定義為是一個(gè)管道，其包括節(jié)流口，以便使流體加速和引導(dǎo)流體的流向，所述流體的壓力在離開噴嘴時(shí)降低。在該美國(guó)專利中，認(rèn)為噴嘴在相反方向上定向，也就是說(shuō)與聚合物的流動(dòng)方向相同，傾向于使發(fā)泡劑在靜態(tài)混合器中的一個(gè)點(diǎn)上濃縮，并且這將導(dǎo)致不均勻的混合，降低混合器的性能和最后降低聚合物脫氣的有效性。
歐洲專利申請(qǐng)EP 1 084 739公開了用于聚合物脫揮發(fā)分、特別地用于從熱塑性聚合物中除去揮發(fā)性雜質(zhì)的設(shè)備和工藝。所述工藝包括在靜態(tài)混合器設(shè)備的入口端，借助于泵和注入裝置，將反萃劑加入熔融聚合物中。然而，該歐洲專利申請(qǐng)沒有描述注入裝置以及如何將反萃劑加入熔融聚合物。
美國(guó)專利US 3 644 296公開了用于內(nèi)酰胺的高分子量聚合的工藝。該工藝包括(i)將第一部分的內(nèi)酰胺單體與催化劑混合，以提供第一組分，(ii)將第二部分的內(nèi)酰胺單體與聚合加速促進(jìn)劑混合，以提供第二組分，(iii)在液態(tài)中將第一和第二組分混合在一起，和(iv)將得到的混合物引入聚合區(qū)。然而，該美國(guó)專利沒有公開用于將聚合物脫氣的方法或設(shè)備，以及更具體地用于在聚合之后除去聚合物中包含的殘余揮發(fā)性化合物的方法或設(shè)備。其沒有公開將發(fā)泡劑加入熔融聚合物。
美國(guó)專利US 4 233 269公開了用于在具有向上的流體流動(dòng)路徑的反應(yīng)器容器的橫截面上混合和分配氣體和液體的流體流動(dòng)分配器。在反應(yīng)器容器中，在用于油類的加氫精制、烴到較輕化合物的氫化裂解、烯烴和芳族化合物的氫化以及烯烴到醛的羰化反應(yīng)的操作中，將氣體和液態(tài)接觸以便進(jìn)行需要的化學(xué)反應(yīng)。然而，該美國(guó)專利沒有描述用于將聚合物脫氣的方法或者設(shè)備。特別地，其沒有描述將一種液體加入另一種液體中。此外，其沒有公開用于從聚合物熔體中分離殘余揮發(fā)性化合物的靜態(tài)混合器或者處于降低的壓力下的膨脹室。
美國(guó)專利US6 419 386提出了一種靜態(tài)混合設(shè)備，其包含兩個(gè)層流靜態(tài)混合器，它們串聯(lián)排列，具有在高粘度主產(chǎn)品的流動(dòng)方向上增大的橫截面，該高粘度主產(chǎn)品預(yù)計(jì)與低粘度的添加劑混合。該設(shè)備還包括用于將添加劑注入主產(chǎn)品的裝置。該裝置包括具有會(huì)聚管口的板，主產(chǎn)品和添加劑通過(guò)該板，該管口位于所述兩個(gè)靜態(tài)混合器的第一個(gè)的進(jìn)口之前或者進(jìn)口處。其還包括用于注入添加劑的管道(在其末端具有噴嘴)，該管道與所述管口對(duì)準(zhǔn)，并且在主產(chǎn)品的流動(dòng)方向上定向。所述噴嘴包括中心進(jìn)料通道，該通道在所述板中在所述管口的軸上形成。該文獻(xiàn)規(guī)定，所提出的設(shè)備適合于混合粘性的產(chǎn)品，例如聚苯乙烯，與可溶于聚苯乙烯的粘性小得多的添加劑，例如礦物油或者石蠟油。在其它情況下，所述添加劑可以是氣體，例如氮?dú)?、二氧化碳或者蒸汽。然而，該文獻(xiàn)沒有提到所述設(shè)備、特別是注入裝置是否可以用于在脫氣操作中將發(fā)泡劑加入聚合物和將其混合到聚合物中。
然而，已經(jīng)嘗試了使用在美國(guó)專利US 6 419 386中描述的注入裝置，用以在位于將聚合物脫氣的膨脹室的上游的靜態(tài)混合器的進(jìn)口處，將發(fā)泡劑例如水加入到在本體聚合方法中連續(xù)地生產(chǎn)的熔融聚合物、例如聚苯乙烯中。因此觀察到了“敲打”或者“錘擊”現(xiàn)象，伴隨有相當(dāng)大的在混合器中的振動(dòng)，在膨脹室中具有反沖。這種現(xiàn)象的程度使得所述裝置會(huì)被損壞和使其安全性出現(xiàn)問題。特別是在制造聚苯乙烯中的變化期間會(huì)出現(xiàn)這些現(xiàn)象，例如小時(shí)生產(chǎn)率的降低和/或聚合物平均分子量的減小。經(jīng)過(guò)廣泛的研究，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這些敲打現(xiàn)象可能是由于在流過(guò)靜態(tài)混合器的聚合物熔體物質(zhì)中出現(xiàn)的“空化”現(xiàn)象。這類現(xiàn)象可能由注入到聚合物中的并且在聚合物內(nèi)分散很差的水所引起。特別地，將壓力降低到低于水的蒸氣壓能夠?qū)е滤耐蝗徽舭l(fā)并且形成大的水蒸汽氣泡。這些氣泡具有不穩(wěn)定的特征，這是由于溫度和壓力的最輕微變化也將導(dǎo)致水突然地再凝結(jié)。
本發(fā)明的目的尤其在于克服這些缺點(diǎn)和使聚合物的脫氣更有效，特別是當(dāng)使用常規(guī)發(fā)泡劑時(shí)，特別是當(dāng)使用易于揮發(fā)的和通常在這些聚合物中不溶的液體流體的發(fā)泡劑時(shí)。常規(guī)發(fā)泡劑的優(yōu)點(diǎn)之一是它們是以液體形式注入的，并且易于控制所引入的小的量。
本發(fā)明首先涉及用于汽提在熱塑性聚合物中包含的殘余揮發(fā)性化合物的方法，其特征在于包括以下步驟(1)形成熔體形式的作為主物流流動(dòng)的聚合物；(2)形成一個(gè)或多個(gè)輔液體物流形式的發(fā)泡劑；(3)通過(guò)噴射將輔液體物流加入主物流，以便將每個(gè)輔液體物流分成幾個(gè)分物流，并且因此形成聚合物熔體/發(fā)泡劑預(yù)混合物；(4)將預(yù)混合物引入靜態(tài)混合器，然后引入處于降低的壓力下的膨脹室，以便將聚合物熔體與殘余揮發(fā)性化合物和發(fā)泡劑分離；和從膨脹室排出如此脫除了殘余揮發(fā)性化合物和發(fā)泡劑的聚合物熔體。


圖1圖解地顯示了用于將熱塑性聚合物脫氣、能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的方法的設(shè)備。
圖2、3和4圖解地顯示了可以安裝在圖1所示的設(shè)備中的噴射裝置的幾個(gè)實(shí)施方案。
圖5圖解地顯示了可用于圖2、3和4中顯示的裝置中的噴嘴。
用于本發(fā)明方法的熱塑性聚合物可以是熱塑性均聚或者共聚物，或者兩種或多種熱塑性(共)聚合物的共混物，所述(共)聚合物特別地選自烯烴聚合物，特別是聚(α-烯烴)，例如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、線性低密度聚乙烯(LLDPE)，乙烯與至少一種α-烯烴的共聚物，例如C3到C8α-烯烴，聚丙烯、聚丁烯、聚異丁烯，或者聚乙烯與聚(α-烯烴)的共混物。熱塑性(共)聚合物還可以選自乙烯基聚合物，特別是芳族乙烯基聚合物，例如聚苯乙烯，聚(α-甲基苯乙烯)，高抗沖聚苯乙烯(HIPS)、尤其是通過(guò)接枝到天然或者合成橡膠例如聚丁二烯或者聚異戊二烯上而改性的那種，苯乙烯/丙烯腈共聚物(SAN)，苯乙烯/馬來(lái)酸酐共聚物(SMA)，丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三元聚合物(ABS)，苯乙烯/丙烯酸共聚物，苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯共聚物，和聚氯乙烯。熱塑性(共)聚合物還可以選自聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯、聚硅氧烷和合成橡膠，例如聚丁二烯、聚異戊二烯、乙丙橡膠(EPR)和乙烯-丙烯-二烯烴橡膠(EPDM)。優(yōu)選的是從烯烴聚合物和乙烯基芳族聚合物中選擇熱塑性(共)聚合物，例如上述的那些，特別是苯乙烯(共)聚合物，例如聚苯乙烯和高抗沖聚苯乙烯(HIPS)。在本說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“聚合物”指均聚物或者共聚物兩者以及兩種或多種(共)聚合物的共混物。
在本發(fā)明方法中，在聚合物中包含的殘余揮發(fā)性化合物通?？梢允且环N或多種殘留單體，一種或多種已經(jīng)加入的或者在制造聚合物期間積累的有機(jī)溶劑、特別是脂肪族烴，例如己烷、庚烷、辛烷或者癸烷、芳香族烴例如苯、甲苯、乙苯、二甲苯、異丙苯或者其它烷基苯、鹵代烴、鹵代芳香族烴、腈化合物、胺化合物以及在制造聚合物期間產(chǎn)生的低聚物。特別地，在制造苯乙烯聚合物的末尾存在的殘余揮發(fā)性化合物基本上是殘余苯乙烯、通常伴隨單體的烴雜質(zhì)，與低沸點(diǎn)惰性溶劑有關(guān)，例如乙苯、異丙苯、正丙基苯、甲基環(huán)己烷和乙基甲苯，以及苯乙烯低聚物，例如苯乙烯二聚體和三聚體。這些殘余揮發(fā)性化合物在聚合之后存在于聚合物中。通常，殘余單體含量，例如殘余苯乙烯含量，相對(duì)于聚合物重量可以為大約0.5到25％、優(yōu)選1到10％。
可以通過(guò)將聚合物熔體經(jīng)受降低的壓力而對(duì)聚合物進(jìn)行初步的脫氣步驟，以便在進(jìn)行本發(fā)明的方法之前除去相當(dāng)大的部分的殘余揮發(fā)性化合物。由這種初步步驟產(chǎn)生的聚合物具有的殘余單體、例如殘余苯乙烯含量相對(duì)于聚合物可以為大約500到5000、優(yōu)選1000到3000重量份每百萬(wàn)重量份(ppm)。
本發(fā)明的方法包括這樣一個(gè)步驟，其中，如上所述，作為熔體形成包含殘余揮發(fā)性化合物的聚合物。通常，將聚合物加熱到高于聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg(按照ASTM E 1356-98方法測(cè)定)和優(yōu)選低于聚合物的分解溫度的溫度?？梢詫⒕酆衔锛訜岬阶銐蚋叩牟⑶掖蟠蟾哂诰酆衔颰g的溫度，使得聚合物粘度不過(guò)高，以便聚合物能夠相對(duì)容易地流動(dòng)和使得脫氣更容易。因此，聚合物可以被加熱到高于(Tg+30℃)、優(yōu)選高于(Tg+50℃)、特別是高于(Tg+90℃)的溫度。聚合物熔體可以通過(guò)將聚合物例如在擠出機(jī)中熔融來(lái)產(chǎn)生。優(yōu)選，當(dāng)聚合物特別地使用溶液或者優(yōu)選地本體聚合方法制造時(shí)，其可以直接從制造聚合物的過(guò)程中產(chǎn)生。因此，當(dāng)苯乙烯聚合物使用本體聚合方法制造時(shí)，在聚合之后，所述聚合物通常以處于130到200℃、優(yōu)選150到190℃溫度下的熔體的形式獲得。然后聚合物熔體被優(yōu)選地預(yù)熱到適合于進(jìn)行聚合物脫氣的溫度，例如180到300℃、優(yōu)選200到280℃、特別是220到260℃的溫度。預(yù)熱可以在熱交換器中進(jìn)行，例如靜態(tài)混合器類型的熱交換器。此外，優(yōu)選在膨脹室中，在180到300℃、優(yōu)選200到280℃、特別是220到260℃的溫度下，和在降低的壓力、例如低于大氣壓力的壓力、優(yōu)選5×102到5×104Pa、特別是103到104Pa的絕對(duì)壓力下，使聚合物熔體經(jīng)受現(xiàn)有技術(shù)的脫氣操作。通常，現(xiàn)有技術(shù)的脫氣操作的目的主要是在使用發(fā)泡劑進(jìn)行本發(fā)明的脫氣之前，將相當(dāng)大的部分的殘余揮發(fā)性化合物與聚合物分離，如此可以優(yōu)化殘余揮發(fā)性化合物的去除，直到獲得具有很低的這些化合物含量的聚合物。
聚合物熔體以主物流的形式(優(yōu)選連續(xù)地，例如通過(guò)利用齒輪泵)用于本發(fā)明方法。
本發(fā)明的方法還包括這樣一個(gè)步驟，其中發(fā)泡劑以至少一個(gè)輔液體物流的形式形成。發(fā)泡劑可以優(yōu)選地選自流體，該流體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為液體，并且同時(shí)是易于揮發(fā)的，特別是在脫氣條件下，尤其是在降低壓力的膨脹條件下。此外，發(fā)泡劑在聚合物熔體中可以是不溶性的(或者不混溶性的)或者基本上不溶性的。發(fā)泡劑可以選自水，醇、特別是C1到C10、優(yōu)選C1到C5醇，酮、特別是C3到C10、優(yōu)選C3到C5酮，含水二氧化碳溶液，以及這些產(chǎn)品的兩種或多種的混合物。優(yōu)選，所述發(fā)泡劑選自水、甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、丙酮，0.1到10重量％、優(yōu)選0.5到5重量％、特別是0.5到1.5重量％的二氧化碳溶液(基于溶液的總重量)，以及這些產(chǎn)品的兩種或多種的混合物。加入到聚合物中的發(fā)泡劑的量相對(duì)于聚合物可以是0.1到8％、優(yōu)選0.2到5％、特別是0.5到3重量％。
發(fā)泡劑以一個(gè)或多個(gè)輔液體物流的形式(優(yōu)選連續(xù)地，通過(guò)利用例如一個(gè)或多個(gè)泵)用于本發(fā)明的方法。
本發(fā)明的方法還包括這樣一個(gè)步驟，其中通過(guò)噴射將輔液體物流，優(yōu)選連續(xù)地，加入到主物流中，以便將每個(gè)輔液體物流分成幾個(gè)分物流。表達(dá)“輔液體物流的噴射”被理解為一般地是指任何用于將輔液體物流分成或者分割為幾個(gè)分物流、特別是至少兩個(gè)或者優(yōu)選至少三個(gè)或者特別是至少四個(gè)分物流、例如2到20、優(yōu)選3到15、特別是4到12個(gè)分物流的設(shè)備。這種分成或者分割為幾個(gè)分物流的方法能夠減少或甚至消除上述“敲打”現(xiàn)象，并且同時(shí)能夠極大地提高脫氣工藝的有效性。所述方法中的改進(jìn)之一是例如可以降低脫氣溫度和/或降低膨脹室中的真空(即提高低于大氣壓的壓力)，同時(shí)繼續(xù)除去恒定量的揮發(fā)性化合物?？蛇x擇地，聚合物中的殘余揮發(fā)性化合物的含量可以實(shí)質(zhì)上地被降低，特別是與已知的現(xiàn)有技術(shù)方法相比。另一觀察到的改進(jìn)是還可以降低用于脫氣的發(fā)泡劑的量，同時(shí)仍然能夠繼續(xù)除去恒定量的殘余揮發(fā)性化合物。發(fā)泡劑量的這種降低使得能夠較容易地進(jìn)行隨后的殘余揮發(fā)性化合物、尤其是殘余單體的分離、冷凝和回收操作。如此回收的殘余單體可以有利地返回到聚合，用于制造聚合物。例如可以獲得與用于這些分離、冷凝和回收操作的加熱、冷卻和/或能量設(shè)備有關(guān)的非常顯著的成本降低。
將輔液體物流噴射到主物流中是以這樣一種方式進(jìn)行的，即將輔液體物流分成幾個(gè)分物流，或者更具體地分成幾個(gè)液體射流，所述射流可以因此穿入主物流，并且因此本身可以更容易地減小或者細(xì)分為小的液體顆?；蛘咭旱巍Ｋ鰢娚鋬?yōu)選以這樣的方式進(jìn)行，即使分物流在與主物流方向成直角的方向中定向，或者在與其成直角、銳角或者零角的方向中定向，優(yōu)選在與其成銳角或者零角的方向中定向，即在具有沿著主物流方向定向的非零分量的方向中定向。特別地，分物流的至少一個(gè)可以被選擇成在相當(dāng)于主物流的方向中或者基本上在這個(gè)方向中定向，而其它分物流的至少一個(gè)在這樣的方向中定向，該方向與所述主物流的方向形成大于20°和小于或等于90°、優(yōu)選大于20°和小于90°、例如30到80°、特別是45到75°的角度。表達(dá)“基本上在主物流方向上的方向”可以被理解為是指與所述物流的方向產(chǎn)生±20°、優(yōu)選±10°的角度的方向。
當(dāng)發(fā)泡劑以兩個(gè)或多個(gè)輔液體物流的形式使用時(shí)，優(yōu)選通過(guò)將后者噴射到主物流中而同時(shí)引入，并且特別地以如上所述的優(yōu)選的形式之一引入。
這種噴射可以形成預(yù)混合物，其中聚合物熔體與如此預(yù)先分開或者分割的發(fā)泡劑被預(yù)混合。該預(yù)混合物特別地在其被引入靜態(tài)混合器之前或者剛好在其被引入靜態(tài)混合器之前被產(chǎn)生。
輔液體物流的溫度和壓力特別地應(yīng)使得發(fā)泡劑在其被加入到主物流中時(shí)為液體形式。特別地，輔液體物流可以處于等于或者優(yōu)選低于主物流溫度的溫度下，例如室溫(例如20℃)直至200℃、或者優(yōu)選直至150℃的溫度范圍內(nèi)，和處于大于主物流壓力的壓力下，例如大于主物流壓力0.2到3MPa、優(yōu)選0.3到2MPa。
在輔液體物流加入主物流中的點(diǎn)，主物流可以處于與聚合物熔體的溫度相同或者大致相同的溫度，尤其是如上所指出的溫度，特別是在預(yù)熱時(shí)。在此加入點(diǎn)，主物流可以處于1到12MPa、優(yōu)選1.5到10MPa、特別是2到8MPa的絕對(duì)壓力。
按照優(yōu)選的方案，當(dāng)主物流經(jīng)受收縮時(shí)，或者更具體地，經(jīng)受雙重操作，其包括在主物流流動(dòng)的方向上，順次的減壓縮階段，繼之以壓縮階段，將輔液體物流加入主物流可能是有利的。所述收縮可以借助于利用例如孔板或者“文丘里”裝置導(dǎo)致的主物流的節(jié)流(或者變狹窄)來(lái)獲得。收縮可以包括，在主物流方向上，順次的上游段或者收斂段和接著的下游段或者擴(kuò)散段，收縮的最狹窄的部分位于收斂段和擴(kuò)散段之間，即在減壓縮階段和壓縮階段之間。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在主物流的收縮期間進(jìn)行輔液體物流的加入時(shí)，和更具體地當(dāng)在減壓縮階段期間或者在壓縮階段期間，或者在這兩個(gè)階段之間進(jìn)行輔液體物流的加入時(shí)，所述預(yù)混合得到實(shí)質(zhì)上的改善。當(dāng)所述加入特別地在減壓縮和壓縮階段之間進(jìn)行時(shí)，或者優(yōu)選地在主物流的壓縮階段期間進(jìn)行時(shí)，獲得了最好的結(jié)果。事實(shí)上已經(jīng)觀察到，這種加入具有改善噴射、特別是將發(fā)泡劑分成分物流和因此使其容易將聚合物脫氣的作用。
收縮可以以這樣一種方式使用，即在減壓縮階段，主物流經(jīng)受0.2到2MPa、優(yōu)選0.3到1.2MPa的壓力降，和此后在壓縮階段，其壓力增大，增大的程度通常低于所述壓力降，特別地為0.1到1MPa、優(yōu)選0.1到0.5MPa。主物流的收縮可以因此導(dǎo)致0.1到1MPa、優(yōu)選0.2到0.7MPa的總體壓頭損失。
當(dāng)主物流的收縮通過(guò)在物流的通道中應(yīng)用收斂段和擴(kuò)散段來(lái)進(jìn)行時(shí)，僅僅將輔液體物流在減壓縮和壓縮階段之間或者優(yōu)選地在壓縮階段期間引入主物流是有利的，而且還另外特別推薦將至少一個(gè)分物流在與擴(kuò)散段的平面平行或者大致平行的方向中定向。表達(dá)“與擴(kuò)散段的平面大致平行的方向”可以被理解為是指與擴(kuò)散段的平面成±20°、優(yōu)選±10°或甚至±5°的角度的方向。此外，可以推薦，其它分物流的至少一個(gè)同時(shí)地在相當(dāng)于主物流方向的方向上或者基本上在這個(gè)方向上定向。表達(dá)“基本上在主物流方向上的方向”可以被理解為是指與所述物流的方向成±20°、優(yōu)選±10°的角度的方向。
此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明條件下形成所述預(yù)混合物有助于促進(jìn)在靜態(tài)混合器中和在膨脹室中進(jìn)行的操作，以致全面地大大改善了聚合物的脫氣工藝。
特別地，本發(fā)明的方法包括將預(yù)混合物引入靜態(tài)混合器，所述引入優(yōu)選連續(xù)地進(jìn)行。靜態(tài)混合器可以是線形的或者常規(guī)靜態(tài)混合器，例如由Sulzer Chemtech或者Koch Glitsch出售的SMX類型的靜態(tài)混合器，或者由Kenics、Toray或者Ross出售的另一種常規(guī)靜態(tài)混合器。還可以使用如日本專利申請(qǐng)JP62-191274或者JP57-15258、英國(guó)專利申請(qǐng)GB 2 010 739或者法國(guó)專利FR 2 223 073所描述的靜態(tài)混合器。還可以使用如美國(guó)專利US 6 419 386所描述的靜態(tài)混合器，尤其是適用于混合具有非常不同的粘度的產(chǎn)品的那種特別地，其包括兩個(gè)在線靜態(tài)混合器，各自具有不同的橫截面。然而，本發(fā)明的方法具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即能夠使用更常規(guī)的靜態(tài)混合器，例如上述的一種。
靜態(tài)混合器可以在這樣的條件下操作，使得剪切速率處于1到200s-1、特別是1到10s-1范圍內(nèi)。靜態(tài)混合器的溫度可以與膨脹室的相同。特別地，可以將溫度選擇為180到300℃、優(yōu)選200到280℃、特別是210到260℃或者220到245℃。根據(jù)本發(fā)明方法，靜態(tài)混合器的溫度，與通常在該步驟期間所使用的相比，可以有利地被降低，例如降低至少10或者15℃，而不影響混合的均化并且不限制發(fā)泡劑在聚合物內(nèi)的分散。在靜態(tài)混合器進(jìn)口處的壓力可以在1到12MPa、優(yōu)選1.5到10MPa、特別是2到8MPa范圍內(nèi)選擇。在靜態(tài)混合器出口處的壓力可以與膨脹室中的相同或者大致相同。按照本發(fā)明方法，靜態(tài)混合器可以主要地具有將預(yù)混合物均化的作用和繼續(xù)將發(fā)泡劑分散和分割成極其精細(xì)的液體顆?；蛘咭旱蔚淖饔茫浞绞绞鞘沟盟a(chǎn)生的混合得到優(yōu)化，以至此后被有利地膨脹和脫氣。聚合物熔體和發(fā)泡劑在靜態(tài)混合器中的平均滯留時(shí)間可以為0.5到20分鐘、優(yōu)選0.5到10分鐘、特別是1到5分鐘。有利地，與在常規(guī)聚合物脫氣方法中已知的那些相比，其可以被減少。
本發(fā)明的方法然后包括將混合物引入膨脹室，該引入優(yōu)選連續(xù)地進(jìn)行。膨脹室可以是在聚合物脫氣方法中描述的那些之一。特別地，可以使用這樣的膨脹室，其中混合物以分割的形式被擠出，例如以落下的線料的形式被擠出。在膨脹室中施加的絕對(duì)壓力優(yōu)選被選擇成使混合物可以借助于蒸發(fā)發(fā)泡劑而被膨脹。特別地可以施加低于大氣壓的壓力(即低于大氣壓力的壓力)，其可以在102到104Pa、優(yōu)選102到5×103Pa、特別是5×102到5×103Pa范圍內(nèi)選擇。在膨脹室中施加的低于大氣壓的壓力，與通常在該步驟期間使用的相比，可以有利地更大，例如大至少一倍，而不損害脫氣的有效性。膨脹室的溫度優(yōu)選被選擇成使得所述混合物可以被膨脹并且所述聚合物保持在熔融狀態(tài)，特別是相對(duì)流體的形式，并且不被實(shí)質(zhì)上地降解或者分解。所述溫度可以在180到300℃、優(yōu)選200到280℃、特別是210到260℃或者220到245℃范圍內(nèi)選擇。根據(jù)本發(fā)明方法，膨脹室的溫度，與通常在該步驟期間使用的相比，可以有利地被降低，例如降低至少10或者20℃，而不因此損害脫氣的有效性。這種溫度的降低是尤其有益的，因?yàn)槠淇梢越档途酆衔锏娜魏螣峤饩圩饔?，并且特別是降低聚合物中的殘余單體含量。
所述膨脹室因此能夠?qū)堄鄵]發(fā)性化合物和發(fā)泡劑與聚合物熔體分離。特別地，按照本發(fā)明脫氣的聚合物的殘余單體含量，例如殘余苯乙烯含量，可以等于或低于250ppm，和優(yōu)選在50到250ppm、特別是50到200ppm范圍中。
如此實(shí)質(zhì)上脫除了殘余揮發(fā)性化合物和發(fā)泡劑的聚合物，優(yōu)選連續(xù)地，特別是借助于齒輪泵，從所述膨脹室中排出。
本發(fā)明還涉及用于除去熱塑性聚合物中包含的殘余揮發(fā)性化合物的設(shè)備，特別是借助于實(shí)施如上所述的方法除去熱塑性聚合物中包含的殘余揮發(fā)性化合物的設(shè)備，該設(shè)備的特征在于包括-聚合物熔體進(jìn)料管線；-加入室，所述進(jìn)料管線進(jìn)入其中，并且所述聚合物熔體作為主物流通過(guò)其流動(dòng)；-一個(gè)或多個(gè)用于加入作為一個(gè)或多個(gè)輔液體物流流動(dòng)的發(fā)泡劑的管線，這些管線進(jìn)入所述加入室，并且在其末端具有噴射裝置，使得每個(gè)輔液體物流被分成幾個(gè)分物流；-靜態(tài)混合器，其具有連接到所述加入室的進(jìn)口，和出口；和-用于將聚合物熔體與殘余揮發(fā)性化合物和與發(fā)泡劑分離的膨脹室，該室連接到靜態(tài)混合器的出口，并且具有用于排出如此分離的聚合物熔體的管線，和用于抽出殘余揮發(fā)性化合物和發(fā)泡劑的管線。
本發(fā)明的設(shè)備包括加入室，用于進(jìn)料聚合物熔體的管線進(jìn)入該加入室，所述聚合物熔體特別地包含要被除去的殘余揮發(fā)性化合物，并且通過(guò)該加入室，聚合物熔體作為主物流流動(dòng)。一個(gè)或多個(gè)用于加入發(fā)泡劑的管線進(jìn)入該加入室，所述發(fā)泡劑作為一個(gè)或多個(gè)輔液體物流流動(dòng)。該設(shè)備還包括靜態(tài)混合器，其具有特別地直接或者間接地連接到所述加入室的進(jìn)口，和特別地直接或者間接地連接到膨脹室的出口。熱塑性聚合物和發(fā)泡劑可以特別地是如上所述的那些。
所述加入室可以具有任何形式。特別地，其可以是管線或者管道的形式，特別是延伸聚合物熔體進(jìn)料管線的管線，或者是與靜態(tài)混合器進(jìn)口連接(或者鄰近)的室，并且優(yōu)選位于靜態(tài)混合器的縱軸上。加入室可以特別地被設(shè)計(jì)成能承受較高的壓力和溫度，例如如上所述的那些。
加入管線進(jìn)入加入室，并且在其末端具有噴射裝置，該噴射裝置用于將每個(gè)輔液體物流分成幾個(gè)分物流，特別地以致于在加入室中形成聚合物熔體與如此預(yù)分開或者預(yù)分割的發(fā)泡劑的預(yù)混合物。將輔液體物流分成幾個(gè)分物流在上文中進(jìn)行了詳細(xì)描述。所述噴射裝置可以是任何能夠機(jī)械地分割液體物質(zhì)的系統(tǒng)。特別地，其可以選自噴射器、噴霧器、蒸發(fā)器或者霧化裝置。其可以特別地由閉式噴嘴組成，所述閉式噴嘴位于加入管線的末端并且由幾個(gè)孔口穿透，孔口的數(shù)目等于形成的分物流的數(shù)目，尤其是每個(gè)噴嘴至少2、優(yōu)選至少3或者4個(gè)孔口，例如每個(gè)噴嘴2到20、優(yōu)選3到15、特別地4到12個(gè)孔口。噴嘴可以具有任何形狀，并且尤其是用孔口穿透的封閉包殼的形狀，其具有開口底部，特別是與加入管線末端連接的底部。噴嘴可以特別地具有圓筒形包殼的形狀，特別是回轉(zhuǎn)圓筒形包殼、例如空心插塞的形狀，其兩個(gè)底部之一是密閉的，而另一個(gè)底部是開口的并且特別地與加入管線的末端連接，包殼和密閉的底部?jī)烧呔每卓诖┩?。噴?或者特別地其包殼)可以具有這樣的壁，使得每個(gè)穿透的孔口由直接通過(guò)所述壁的通道、優(yōu)選直的通道組成?？卓诨蛘咄ǖ赖臋M截面通常是圓形的，并且可以具有0.1到10毫米、優(yōu)選0.5到5毫米、例如1到3毫米的直徑。所述噴嘴特別地具有孔口(或者，具體地，通過(guò)噴嘴壁的通道)，所述孔口以這樣一種方式定向，以至于得到的分物流被引導(dǎo)到這樣的方向中，該方向與流過(guò)加入室的主物流的方向成直角、銳角或者零角，優(yōu)選銳角或者零角，也就是說(shuō)在具有沿著所述物流的方向定向的非零分量的方向中。特別地，可以選擇這樣的噴嘴，其至少一個(gè)孔口(或者通道)以這樣一種方式定向，使得得到的分物流在相當(dāng)于流過(guò)所述加入室的主物流方向的方向中或者基本上在這個(gè)方向中定向，而至少一個(gè)其它孔口(或者其它通道)以這樣一種方式定向，使得得到的分物流在這樣的方向中定向，該方向與所述主物流的方向成大于20°和小于或等于90°的角度、優(yōu)選大于20°和小于90°的角度，例如30到80°、特別地45到75°的角度。表達(dá)“基本上在主物流方向上的方向”可以被理解為是指與所述物流的方向成±20°、優(yōu)選±10°的角度的方向。在相當(dāng)于主物流方向的方向中或者基本上在這個(gè)方向中定向的孔口或者通道可以具有與不同地定向的孔口或者通道相同的或者不同的直徑優(yōu)選地，它們的直徑比不同地定向的孔口或者通道的直徑大例如1.2到4倍，優(yōu)選1.5到3倍。
按照優(yōu)選的方案，噴射裝置位于加入室中，該加入室可以具有收縮區(qū)(或者節(jié)流或者變狹窄)，以致主物流可以如上所述地經(jīng)受收縮。所述收縮區(qū)，在主物流的流動(dòng)方向上，可以包括順次的上游段或者收斂段和下游段或者擴(kuò)散段，該區(qū)的最狹窄部分位于所述兩個(gè)段之間。該噴射裝置可以位于收縮區(qū)中的任何一點(diǎn)，例如在上游段或者收斂段中，或者在下游段或者擴(kuò)散段中，或者在該區(qū)的最狹窄的部分中，即位于兩個(gè)段之間。已經(jīng)注意到，當(dāng)噴射裝置位于收縮區(qū)的最狹窄部分時(shí)，或者優(yōu)選地位于該區(qū)的下游段或者擴(kuò)散段中時(shí)，獲得了最好的結(jié)果。擴(kuò)散段的平面與流過(guò)加入室的主物流的方向可以成銳角(A)或者直角，更具體地大于20°和小于或等于90°的角度，優(yōu)選地大于20°和小于90°的角度，例如30到80°、特別是45到75°的角度，而收斂段的平面與所述主物流的方向可以成鈍角(B)或者直角，更具體地大于或等于90°和小于160°的角度，優(yōu)選地大于90°和小于160°的角度，例如100°到150°、特別地105°到135 °的角度。角度(A)和(B)具體地示于圖3中。收縮區(qū)可以例如由孔板或者“文丘里”裝置組成。收縮區(qū)的最狹窄的部分可以對(duì)應(yīng)于主物流在加入室中流動(dòng)的橫截面面積的減小該面積可以減小到二分之一以下、優(yōu)選五分之一以下、特別是十分之一以下，例如2到150、優(yōu)選5到120、特別是10到80分之一的范圍內(nèi)。
當(dāng)噴射裝置位于收縮區(qū)的最狹窄的部分中時(shí)或者優(yōu)選地位于該區(qū)的下游段或者擴(kuò)散段中時(shí)，可以選擇這樣的噴嘴，該噴嘴具有至少一個(gè)以這樣一種方式定向的孔口(或者通過(guò)該噴嘴的壁的通道)，使得得到的分物流在與下游段或者擴(kuò)散段的平面平行的或者大致平行的方向中定向。表達(dá)“與下游段或者擴(kuò)散段的平面大致平行的方向”可以被理解為是指與所述段的平面成±10°、優(yōu)選±5°的方向。此外，至少一個(gè)其它孔口(或者其它通道)可以以這樣一種方式定向，使得得到的分物流在與流過(guò)加入室的主物流的方向相當(dāng)?shù)姆较蛑谢蛘呋旧显谶@個(gè)方向中定向。表達(dá)“基本上在主物流方向上的方向”可以被理解為是指與所述物流的方向成±20°、優(yōu)選±10°的角度的方向。
本發(fā)明的設(shè)備還包括靜態(tài)混合器，該靜態(tài)混合器具有進(jìn)口和出口，以及特別地縱軸。加入室被直接或者間接地連接到靜態(tài)混合器。加入室優(yōu)選與靜態(tài)混合器的進(jìn)口連接(或者鄰近)，并且特別地被定位在靜態(tài)混合器的縱軸上。如上所述，靜態(tài)混合器可以是線形的靜態(tài)混合器，并且選自常規(guī)的靜態(tài)混合器，其特別地包括靜態(tài)的、可以加熱或者冷卻的混合元件。
本發(fā)明的設(shè)備還包括連接到靜態(tài)混合器出口的膨脹室。膨脹室可以選自用于聚合物脫氣方法中的膨脹室，例如上述的膨脹室。通常，其具有用于將離開靜態(tài)混合器的混合物以例如“落下的線料”的形式分割的擠出裝置。膨脹室的功能是將聚合物與殘余揮發(fā)性化合物和與發(fā)泡劑分離。其具有用于抽出殘余揮發(fā)性組分和發(fā)泡劑的管線。該抽出管線可以從膨脹室上部離開并且被特別地連接到真空泵。膨脹室還具有用于排出如此脫除了殘余揮發(fā)性化合物和發(fā)泡劑的聚合物熔體的管線。排出管線可以帶有齒輪泵。
本發(fā)明還涉及如上所述的設(shè)備在用于將熱塑性聚合物脫氣的方法中的用途。該方法可以包括如上所述的步驟。
圖1圖解地顯示了用于將熱塑性聚合物脫氣、能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的方法的設(shè)備。該設(shè)備包括具有齒輪泵(2)的聚合物熔體進(jìn)料管線(1)。管線(1)進(jìn)入加入室(3)，聚合物熔體作為主物流通過(guò)該加入室流動(dòng)。用于加入作為輔液體物流流動(dòng)的發(fā)泡劑的管線(4)進(jìn)入所述室(3)，并且在其末端上具有噴射裝置(5)，噴射裝置(5)用于將輔液體物流分割成幾個(gè)(在圖1中為三個(gè))分物流(6)和(6’)。所述設(shè)備包括靜態(tài)混合器(7)，其具有進(jìn)口(8)和出口(9)。進(jìn)口(8)經(jīng)由管線(10)被連接到加入室(3)。出口(9)經(jīng)由管線(12)連接到膨脹室(11)，管線(12)進(jìn)入膨脹室的上部(13)，并且在末端具有用于將聚合物熔體/發(fā)泡劑混合物分割和擠出的設(shè)備。膨脹室的上部(13)具有用于抽出殘余揮發(fā)性化合物和發(fā)泡劑的管線(15)。管線(15)連接到真空泵(16)。膨脹室(11)的下部具有用于排出脫除了殘余揮發(fā)性化合物和發(fā)泡劑的聚合物熔體的管線(18)。管線(18)裝備有齒輪泵(19)。
圖2圖解地顯示了可用于示于圖1中的設(shè)備的噴射裝置的第一個(gè)實(shí)施方案。與示于圖1中的那些相同的圖2中的元件用相同的標(biāo)記標(biāo)出。聚合物熔體進(jìn)料管線(1)進(jìn)入加入室(3)，聚合物熔體作為主物流(20)通過(guò)加入室(3)流動(dòng)。加入室(3)具有管線的形式，該管線具有與進(jìn)料管線(1)相同的橫截面并且與進(jìn)料管線(1)連接定位。用于加入作為輔液體物流(21)流動(dòng)的發(fā)泡劑的管線(4)在末端具有噴射裝置(5)，噴射裝置(5)用于將輔液體物流(21)分割成幾個(gè)(在圖2中為三個(gè))分物流(6)和(6’)。分物流(6’)在與主物流(20)的方向相當(dāng)?shù)姆较蛑卸ㄏ颍渌鼉蓚€(gè)分物流(6)在與所述主物流的方向成60°的角度的方向中定向。加入室(3)直接連接到靜態(tài)混合器(7)的進(jìn)口(8)，與示于圖1中的類似。
圖3圖解地顯示了可用于示于圖1中的設(shè)備的噴射裝置的第二個(gè)實(shí)施方案。與示于圖1或者2中的那些相同的圖1的元件用相同的標(biāo)記標(biāo)出。聚合物熔體進(jìn)料管線(1)進(jìn)入加入室(3)，聚合物熔體作為主物流(20)通過(guò)加入室(3)流動(dòng)。用于加入作為輔液體物流(21)流動(dòng)的發(fā)泡劑的管線(4)進(jìn)入加入室(3)。管線(4)在末端具有噴射裝置(5)，噴射裝置(5)用于將輔液體物流(21)分割成幾個(gè)(在圖3中為三個(gè))分物流(6)和(6’)。加入室(3)具有收縮(22)，其包括上游段或者收斂段(23)和下游段或者擴(kuò)散段(24)。上游段或者收斂段的平面和下游段或者擴(kuò)散段的平面與主物流(20)的方向分別形成120°的角度(B)和60°的角度(A)。噴射裝置(5)位于所述收縮的下游段或者擴(kuò)散段(24)。因此，來(lái)自噴射裝置(5)的分物流(6’)在與主物流(20)的方向相同的方向中定向，而其它兩個(gè)分物流(6)在與所述收縮的下游段或者擴(kuò)散段(24)的平面平行的方向中定向，即在與所述主物流的方向成60°的角度的方向中定向。加入室(3)直接進(jìn)入靜態(tài)混合器(7)的進(jìn)口(8)，如圖1所示。加入室(3)具有與靜態(tài)混合器(7)相同的橫截面。
圖4圖解地顯示了可用于示于圖1中的設(shè)備的噴射裝置的第三個(gè)實(shí)施方案。與示于圖1、2或者3中的那些相同的圖4的元件用相同的標(biāo)記標(biāo)出。圖4的裝置與示于圖3中的那種相同，除了其包括兩個(gè)用于加入發(fā)泡劑的管線(4)，而不是一個(gè)管線。因此，發(fā)泡劑作為兩個(gè)輔液體物流(21)流動(dòng)。每個(gè)管線(4)在末端具有噴射裝置(5)，噴射裝置(5)用于將每個(gè)輔液體物流(21)分割成幾個(gè)(在圖4中為三個(gè))分物流(6)和(6’)。加入室(3)具有收縮(22)，其包括上游段或者收斂段(23)和下游段或者擴(kuò)散段(24)。上游段或者收斂段(23)的平面和下游段或者擴(kuò)散段(24)的平面與主物流(20)的方向分別形成120°的角度(B)和60°的角度(A)(這些角度沒有示于圖4)。噴射裝置(5)位于所述收縮的下游段或者擴(kuò)散段(24)。因此，來(lái)自每個(gè)噴射裝置的分物流(6’)在與主物流(20)的方向相同的方向中定向，而其它兩個(gè)分物流(6)在與所述收縮的下游段或者擴(kuò)散段(24)的平面平行的方向中定向，即在與所述主物流的方向成60°的角度的方向中定向。加入室(3)直接進(jìn)入靜態(tài)混合器(7)的進(jìn)口(8)，如圖1所示。加入室(3)具有與靜態(tài)混合器(7)相同的橫截面。
圖5圖解地顯示了可用于示于圖2、3或者4中的裝置之一的噴嘴。與示于圖2、3或者4中的那些相同的圖5的元件用相同的標(biāo)記標(biāo)出。用于加入作為輔液體物流(21)流動(dòng)的發(fā)泡劑的管線(4)進(jìn)入加入室(3)(在圖5中沒有顯示)，通過(guò)管線(4)聚合物熔體作為主物流(20)流動(dòng)。管線(4)在末端提供有形成噴嘴的噴射裝置(5)，其具有圓筒形的空心插塞形狀，其具有一個(gè)密閉的底部和另一個(gè)開口的并且與管線(4)末端連接的底部。該噴嘴更特別地由圓筒形的包殼(25)形成，其具有平行于主物流(20)的回轉(zhuǎn)軸(26)，與管線(4)的末端連接的開口的底部(27)，和密閉的底部(28)。圓筒形的包殼(25)和密閉的底部(28)分別由兩個(gè)圓柱形的通道(29)和一個(gè)圓柱形的通道(30)穿透，使得輔液體物流(21)被分成幾個(gè)(在圖5中為三個(gè))分物流(6)和(6’)。圓柱形的通道(29)以這樣一種方式定向，使得其軸(與分物流的方向一致)與主物流(20)的方向成60°的角度。圓柱形的通道(30)以這樣一種方式定向，使得其軸(與分物流(6’)的方向一致)與主物流(20)的方向相同(或平行)。
以下實(shí)施例舉例說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1高抗沖聚苯乙烯(HIPS)，以下稱為“聚合物”被連續(xù)地脫氣。該聚合物通過(guò)將聚苯乙烯接枝到聚丁二烯上而被改性并且通過(guò)連續(xù)本體聚合方法制備。該聚合物包含94.5重量％的聚苯乙烯和5.5重量％的聚丁二烯。其具有210000道爾頓的重均分子量和1700ppm的殘余苯乙烯含量。
脫氣在如圖1所示的設(shè)備中連續(xù)地進(jìn)行。聚合物以熔體的形式使用，其作為主物流在提供有齒輪泵(2)的進(jìn)料管線(1)中，以7000kg/h的流量，在238℃的溫度和2.5MPa的絕對(duì)壓力下連續(xù)地流動(dòng)。聚合物熔體進(jìn)料到加入室(3)，通過(guò)加入室(3)聚合物熔體作為主物流(20)流動(dòng)。兩個(gè)水加入管線(4)，如圖4所示，進(jìn)入加入室(3)，在所述管線中，被加熱到150℃和處于3.5MPa的絕對(duì)壓力下的水作為兩個(gè)輔液體物流(21)流動(dòng)。每個(gè)管線(4)在其末端提供有與示于圖5中的那種相同的噴射裝置(5)，除了圓柱形的通道(29)的數(shù)目是4，而不是2。因此，形成噴射裝置的噴嘴(5)由四個(gè)直徑為1毫米的圓柱形的通道(29)和一個(gè)直徑為2毫米的圓柱形的通道(30)穿透，它們的方向和形成的角度如圖5所示。接著，每個(gè)輔液體物流(21)被分成五個(gè)分物流(6)和(6’)。由噴射裝置產(chǎn)生的總壓頭損失是0.5MPa。水連續(xù)地經(jīng)由兩個(gè)管線(4)和噴射裝置(5)流動(dòng)，進(jìn)入加入室(3)，其總量相對(duì)于聚合物為1.5％重量。加入室(3)具有收縮區(qū)(22)，如圖4所示，該收縮區(qū)(22)具有收斂段(23)和擴(kuò)散段(24)，與主物流(20)的方向分別形成120°的角度(B)和60°的角度(A)。
然后，由將水加入聚合物熔體中產(chǎn)生的預(yù)混合物，在235℃的溫度和2.5MPa的絕對(duì)壓力下，連續(xù)地直接流進(jìn)靜態(tài)混合器(7)的進(jìn)口(8)，所述靜態(tài)混合器是由Koch Glitsch(瑞士)出售的SMX型的靜態(tài)混合器。聚合物/水混合物在靜態(tài)混合器(7)中的平均滯留時(shí)間是3分鐘。在靜態(tài)混合器(7)的出口(9)獲得了在230℃的溫度和3.5×103pa的絕對(duì)壓力下的聚合物熔體/水混合物。
然后，該混合物經(jīng)由管線(12)被連續(xù)地引入膨脹室(11)，該管線進(jìn)入所述室并且在其末端具有位于膨脹室(11)的上部(13)中的擠出和分割設(shè)備(14)。膨脹室(11)在3.5×103pa的絕對(duì)壓力下被加熱到225℃的溫度。從聚合物熔體中分離出殘余揮發(fā)性化合物，例如殘余苯乙烯，和水，并且連續(xù)地從膨脹室(11)中經(jīng)由連接到真空泵(16)的抽出管線(15)排出。如此脫除了殘余揮發(fā)性化合物和水的聚合物，在235℃下，連續(xù)地從膨脹室(11)中經(jīng)由提供有齒輪泵(19)的排出管線(18)排出。如此排出的聚合物的殘余苯乙烯含量為150ppm。
實(shí)施例2(對(duì)比實(shí)施例)此處的工藝與實(shí)施例1中的完全相同，除了水經(jīng)由加入管線(4)引入加入室(3)，所述加入管線(4)在末端上不具有噴射裝置(5)。
在這些條件下，在整個(gè)靜態(tài)混合器(7)中和進(jìn)入膨脹室(11)前觀察到了“敲打”、特別是“錘擊”現(xiàn)象。此外，經(jīng)由排出管線(18)排出的聚合物的殘余苯乙烯含量為250ppm。這些“敲打”現(xiàn)象使脫氣裝置處于危險(xiǎn)狀態(tài)，以至于為了安全原因必須迅速地將脫氣工藝停止。
權(quán)利要求
1.用于汽提在熱塑性聚合物中包含的殘余揮發(fā)性化合物的方法，其特征在于包括以下步驟(1)形成熔體形式的作為主物流流動(dòng)的聚合物；(2)形成一個(gè)或多個(gè)輔液體物流形式的發(fā)泡劑；(3)通過(guò)噴射將輔液體物流加入主物流，以便將每個(gè)輔液體物流分成幾個(gè)分物流，并且因此形成聚合物熔體/發(fā)泡劑預(yù)混合物；(4)將預(yù)混合物引入靜態(tài)混合器，然后引入處于降低的壓力下的膨脹室，以便將聚合物熔體與殘余揮發(fā)性化合物和發(fā)泡劑分離；和(5)從膨脹室排出如此脫除了殘余揮發(fā)性化合物和發(fā)泡劑的聚合物熔體。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于熱塑性聚合物選自烯烴聚合物和芳族乙烯基聚合物，優(yōu)選選自苯乙烯(共)聚合物。
3.權(quán)利要求1或者2的方法，其特征在于發(fā)泡劑選自水，醇，特別是C1到C10醇，酮，特別是C3到C10酮，含水的二氧化碳溶液，和這些產(chǎn)品的兩種或多種的混合物。
4.權(quán)利要求1到3任何一項(xiàng)的方法，其特征在于每個(gè)輔液體物流通過(guò)噴射被分成至少兩個(gè)、優(yōu)選至少三個(gè)、特別是至少四個(gè)分物流。
5.權(quán)利要求1到4任何一項(xiàng)的方法，其特征在于分物流在這樣的方向中定向，該方向與主物流的方向成直角、銳角或者零角，優(yōu)選銳角或者零角。
6.權(quán)利要求1到5任何一項(xiàng)的方法，其特征在于所述分物流的至少一個(gè)在與主物流的方向相當(dāng)?shù)姆较蛑谢蛘呋旧显谶@個(gè)方向中定向，而其它分物流的至少一個(gè)在這樣的方向中定向，該方向與所述主物流的方向成大于20°和小于或等于90°的角度、優(yōu)選大于20°和小于90°的角度、特別是30°到80°范圍內(nèi)的角度。
7.權(quán)利要求1到6任何一項(xiàng)的方法，其特征在于輔液體物流在主物流經(jīng)受收縮時(shí)被加入到主物流中，所述收縮特別地包括在主物流的流動(dòng)方向中順次的減壓縮階段和壓縮階段。
8.權(quán)利要求7的方法，其特征在于輔液體物流在減壓縮階段和壓縮階段之間加入到所述主物流中，或者優(yōu)選地在壓縮階段期間加入到主物流中。
9.用于除去在熱塑性聚合物中包含的殘余揮發(fā)性化合物的設(shè)備，其特征在于包括-聚合物熔體進(jìn)料管線；-加入室，所述進(jìn)料管線進(jìn)入其中，并且所述聚合物熔體作為主物流通過(guò)其流動(dòng)；-一個(gè)或多個(gè)用于加入作為一個(gè)或多個(gè)輔液體物流流動(dòng)的發(fā)泡劑的管線，這些管線進(jìn)入所述加入室，并且在其末端具有噴射裝置，使得每個(gè)輔液體物流被分成幾個(gè)分物流；-靜態(tài)混合器，其具有連接到所述加入室的進(jìn)口，和出口；和-用于將聚合物熔體與殘余揮發(fā)性化合物和與發(fā)泡劑分離的膨脹室，該室連接到靜態(tài)混合器的出口，并且具有用于排出如此分離的聚合物熔體的管線，和用于抽出殘余揮發(fā)性化合物和發(fā)泡劑的管線。
10.權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征在于，所述噴射裝置由位于加入管線末端的并且由幾個(gè)孔口穿透的閉式噴嘴組成，所述孔口的數(shù)目等于形成的分物流的數(shù)目。
11.權(quán)利要求10的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)噴嘴的孔口數(shù)目為至少2、優(yōu)選至少3、特別是至少4。
12.權(quán)利要求10或11的設(shè)備，其特征在于，所述孔口以這樣一種方式定向，使得得到的分物流被導(dǎo)向這樣的方向，該方向與流過(guò)加入室的主物流的方向成直角、銳角或者零角，優(yōu)選銳角或者零角。
13.權(quán)利要求10到12任何一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于所述孔口的至少一個(gè)以這樣一種方式定向，使得得到的分物流在與流過(guò)所述加入室的主物流的方向相當(dāng)?shù)姆较蛑谢蛘呋旧显谶@個(gè)方向中定向，而其它孔口的至少一個(gè)以這樣一種方式定向，使得得到的分物流在這樣的方向中定向，該方向與所述主物流的方向成大于20°和小于或等于90°的角度、優(yōu)選大于20°和小于90°的角度、特別是30°到80°范圍內(nèi)的角度。
14.權(quán)利要求9到13任何一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，所述加入室包括收縮區(qū)，該收縮區(qū)特別地具有在主物流流動(dòng)的方向中的順次的上游段或者收斂段和下游段或者擴(kuò)散段，所述區(qū)的最狹窄的部分位于所述兩個(gè)段之間。
15.權(quán)利要求14的設(shè)備，其特征在于，所述收縮裝置位于所述收縮區(qū)的最狹窄的部分中，或者優(yōu)選地位于所述區(qū)的下游段或者擴(kuò)散段中。
16.權(quán)利要求9到15任何一項(xiàng)的設(shè)備，其特征在于，所述加入室與靜態(tài)混合器的進(jìn)口連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于汽提在熱塑性聚合物中包含的殘余揮發(fā)性化合物的方法。所述方法包括(1)形成熔體形式的作為主物流流動(dòng)的聚合物，(2)形成一個(gè)或多個(gè)輔液體物流形式的發(fā)泡劑；(3)通過(guò)噴射將輔物流加入主物流，以便將每個(gè)輔液體物流分成幾個(gè)分物流，并且因此形成聚合物熔體/發(fā)泡劑預(yù)混合物，(4)將預(yù)混合物引入靜態(tài)混合器，然后引入處于降低的壓力下的膨脹室，以便將聚合物熔體與殘余揮發(fā)性化合物和發(fā)泡劑分離；和(5)從所述膨脹室排出所述聚合物熔體。本發(fā)明還涉及用于除去在熱塑性聚合物中包含的殘余揮發(fā)性化合物的設(shè)備。所述設(shè)備包括(i)聚合物熔體進(jìn)料管線，(ii)加入室，所述進(jìn)料管線進(jìn)入其中，并且所述聚合物熔體作為主物流通過(guò)其流動(dòng)；(iii)一個(gè)或多個(gè)用于加入作為一個(gè)或多個(gè)輔液體物流的發(fā)泡劑的管線，該管線進(jìn)入所述加入室，并且在其末端具有噴射裝置，該噴射裝置能夠?qū)⒚總€(gè)輔液體物流分割成幾個(gè)分物流，(iv)靜態(tài)混合器，其具有連接到所述加入室的進(jìn)口，和出口，和(v)用于將聚合物熔體與殘余揮發(fā)性化合物和與發(fā)泡劑分離的膨脹室，該室連接到靜態(tài)混合器的出口，并且具有用于排出聚合物熔體的管線，和用于抽出殘余揮發(fā)性化合物和發(fā)泡劑的管線。
文檔編號(hào)B01F5/04GK1678641SQ03820570
公開日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2003年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月30日
發(fā)明者J·-M·加列夫斯基, H·古戎, N·維萊 申請(qǐng)人:英國(guó)石油化學(xué)品有限公司