CN100506883C - 脂肪族聚碳酸酯树脂无助剂脱挥方法及装置 - Google Patents
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Abstract
脂肪族聚碳酸酯树脂无助剂脱挥工艺及装置，属于脂肪族聚碳酸酯树脂合成技术领域。工艺包括使二氧化碳和环氧化物反应后的聚合物体系进入温度控制于30-80℃的初级脱挥器内，保持其中压力＜-0.01MPa，用无油真空泵抽吸残余挥发分并保持真空度。经过初级脱挥后的聚合物体系的固含量在50-60%时，保温60-100℃输送到脱挥塔继续进行脱挥，脱挥塔内的压力控制在-0.03MPa以下、温度控制在130-220℃之间，从脱挥塔出来的物料进入排气式挤出机继续脱挥并造粒。排式挤出机温度控制在100-180℃、压力控制在-0.05MPa以下。脱除的挥发分通过冷凝器回收使用。利用该工艺及装置可在无溶剂参与下有效去除二氧化碳和环氧化物聚合生成的脂肪族聚碳酸酯树脂中的挥发成分。
Description
技术领域
本发明属于脂肪族聚碳酸酯树脂合成技术领域，特别涉及一种以二氧化碳和环氧化物为原料制备的脂肪族聚碳酸酯树脂脱挥的方法和装置。
背景技术
以二氧化碳和环氧化物合成的脂肪族聚碳酸酯树脂呈无定形，可水解、热稳定性高、燃烧热低，二氧化碳与环氧乙烷、环氧丙烷的共聚物的拉伸强度和弹性模量分别超过聚乙烯、聚丙烯。上述工艺是固定与利用二氧化碳的良好途径，在消耗工业废气的同时生产出可降解塑料，该塑料可替代使用或消耗后难以回收、并对环境造成危害的塑料制品，可有效减轻二氧化碳对环境的污染、减少直至避免由不可降解塑料造成的“白色污染”。
在我国，中科院、浙江大学、兰州大学及中山大学等相继开展了二氧化碳固定为可降解塑料的研究，取得了许多有价值的成果，河南天冠企业集团有限公司(和中山大学合作)、蒙西集团(与中科院长春应用化学所合作)已实现工业化。
目前，影响脂肪族聚碳酸酯树脂产品迅速推广的最大因素就是产品的生产成本。以二氧化碳和环氧化物合成脂肪族聚碳酸酯树脂的反应为本体聚合，在反应结束时，聚合物体系中还有40-50％的环氧化物没有反应，如果对这部分原料不进行回收，产品的成本大大增加；另一方面，聚合物中的残留挥发分可能会对人体有害，同时也影响材料使用性能。
发明内容
本发明目的在于提供一种能有效脱除脂肪族聚碳酸酯树脂中残留挥发分的脂肪族聚碳酸酯树脂无助剂脱挥方法及装置。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案：脂肪族聚碳酸酯树脂无助剂脱挥方法，使二氧化碳和环氧化物反应后的聚合物体系进入温度控制于30-80℃的初级脱挥器内，保持其中压力<—0.01Mpa，用无油真空泵抽吸残余挥发分并保持真空度；经过初级脱挥后的聚合物体系输送到排气式挤出机继续脱挥并造粒，排式挤出机温度控制在100—180℃、压力控制在—0.05Mpa以下。
经过初级脱挥后的聚合物体系的固含量在50—60％时，保温60—100℃输送到脱挥塔继续进行脱挥，脱挥塔内的压力控制在—0.03Mpa以下、温度控制在130—220℃之间，从脱挥塔出来的物料进入排气式挤出机继续脱挥并造粒。
脱除的挥发分通过冷凝器回收使用。
脂肪族聚碳酸酯树脂无助剂脱挥装置，包括初级脱挥器和排气式挤出机，初级脱挥器为内设搅拌器、带加热装置的容器，初级脱挥器底部与排气式挤出机进料口之间通过高粘度泵和管路连接，初级脱挥器顶部及排气式挤出机出气口与无油真空泵进口连接。
初级脱挥器与排气式挤出机之间设有脱挥塔，脱挥塔为内置分布器的分离塔，初级脱挥器底部与脱挥塔顶部、脱挥塔底部与排气式挤出机进料口之间通过高粘度泵和管路连接，初级脱挥器顶部、脱挥塔顶部及排气式挤出机出气口与无油真空泵进口连接。
无油真空泵出口与冷凝器连接。
利用本发明工艺及装置处理后的聚合物体系中残留挥发分含量在0.5％wt以下，而且在处理过程中不引入其它介质，回收后的环氧化物可直接使用，不仅极大地降低了生产成本，而且可确保产品不受外界物质的影响，从而提高产品的清洁度，保证产品的稳定性不受影响。
本发明装置中，初级脱挥器是一种利用表面更新方式进行脱挥的设备，内设搅拌器，可利用夹套或内置换热器进行加热。搅拌方式多种多样，可采用框式、锚式、螺带式、螺杆式等适合中高粘度、低转速的搅拌形式。脱挥塔内置分布器，也是一种利用表面更新方式进行脱挥的设备。分布器的形式多种多样，可以是一段开有分布孔的直管，也可以是是几段开有分布孔的直管，还可以是开有分布孔的圆盘式分布器。分布孔的孔型多样，可为圆孔、方孔、菱形孔等等，孔径在0.5—5mm之间。无油真空泵和排气式挤出机为成型设备。
附图说明
图1为实施例1中装置结构示意图；
图2为实施例2中装置结构示意图。
具体实施方式
实施例1、脂肪族聚碳酸酯树脂无助剂脱挥装置，包括初级脱挥器2和排气式挤出机10，初级脱挥器2为内设搅拌器3、带加热夹套4的容器，初级脱挥器2底部与排气式挤出机10进料口之间通过高粘度泵6和管路5连接，初级脱挥器2顶部及排气式挤出机10出气口与无油真空泵11进口连接。无油真空泵11出口与冷凝器12连接。1为脂肪族聚碳酸酯树脂物料进口管，16为冷凝挥发分出口。
利用固含量为50％wt的聚碳酸亚丙酯树脂进行试验。初级脱挥器升温抽真空，启动搅拌器，温度升高至46℃，无油真空泵压力-0.075MPa。90分钟后取样，固含量达到87.3％wt。通过排气式挤出机进行脱挥，温度150℃，真空度0.05Mpa，最终造出的粒子残余挥发分不到0.1％wt。
本实施例所需设备较少，减少了中间环节，设备耗能较少。但是，随着聚合物体系中固含量的提高，产物的粘度大大提高，对初级脱挥器的电机功率、搅拌轴强度的要求会很高，大大增加了对设备的制作要求。而且高固含量的聚合物体系不易排放输送，这样对高粘度输送泵的要求也会提高，要求泵必须能够输送高粘度物料，还必须有很高的自吸能力。最终的设备的成本会大大增加。
实施例2、脂肪族聚碳酸酯树脂无助剂脱挥装置，包括初级脱挥器2和排气式挤出机10，初级脱挥器2为内设搅拌器3、带加热夹套4的容器，初级脱挥器2与排气式挤出机10之间设有脱挥塔7，脱挥塔7为内置分布器的分离塔，8为加热夹套，初级脱挥器2底部与脱挥塔7顶部之间通过高粘度泵6和管路5连接，脱挥塔7底部与排气式挤出机10进料口之间通过高粘度泵9和管路连接，初级脱挥器2顶部、脱挥塔7顶部及排气式挤出机10出气口与无油真空泵11进口连接。无油真空泵11出口与冷凝器12连接。1为脂肪族聚碳酸酯树脂物料进口管，16为冷凝挥发分出口。
利用固含量37.5％wt的聚碳酸亚丙酯树脂进行试验。初级脱挥器内压力保持在—0.04Mpa左右，温度56.0℃，处理1小时。取样，固含量63％。通过泵输送到脱挥塔进行处理，脱挥塔顶温150℃，中温135℃。从视镜观察，物料呈条状较均匀的通过脱挥塔。取样，固含量95.7％wt。通过排气式挤出机进行脱挥，温度150℃，真空度0.05Mpa，最终造出的粒子残余挥发分不到0.05％wt。
在实施例1基础上，我们经过多次试验，将初挥后的聚合物固含量控制在65％wt，通过脱挥塔脱挥后的固含量可以达到将近95％wt，再通过挤出机进行简单的脱挥后造粒。
本实施例虽然增加了脱挥塔这一环节，但是设备的利用率大大提高。初级脱挥器将固含量50％wt左右的聚合物提高到85％wt以上，用时近2个小时，而提高到65％wt不到40分钟就足够了，只要高粘度输送泵保证足够的出口压力，脱挥塔的处理效率高于初级脱挥器，同样达到90％wt总用时不到90分钟。
本实施例可以降低初级脱挥器的设计制作成本，还可以提高排气式挤出机的单位产量，使处理后的聚合物中残留挥发分的含量更低。
实施例3、利用固含量为22.7％的聚碳酸亚丙酯树脂进行试验。初级脱挥器升温抽真空，启动搅拌器，温度升高至80℃，无油真空泵压力-0.055MPa。120分钟后取样，固含量达到63.4％。通过泵输送到脱挥塔进行处理，脱挥塔顶温180℃，中温155℃。从视镜观察，物料呈条状较均匀的通过脱挥塔。取样，固含量96.5％。通过排气式挤出机进行脱挥，温度180℃，真空度0.07Mpa，最终造出的粒子残余挥发分为6ppm。
实施例4、利用固含量为22.7％的聚碳酸亚丙酯树脂进行试验。初级脱挥器升温抽真空，启动搅拌器，温度升高至30℃，无油真空泵压力-0.080MPa。150分钟后取样，固含量达到87.2％。通过排气式挤出机进行脱挥，温度160℃，真空度0.08Mpa，最终造出的粒子残余挥发分约为0.1％。
实施例5、利用固含量为35％的聚碳酸亚丙酯树脂进行试验。初级脱挥器升温抽真空，启动搅拌器，温度升高至40℃，无油真空泵压力-0.075MPa。110分钟后取样，固含量达到66％。通过泵输送到脱挥塔进行处理，脱挥塔顶温100℃，中温105℃。从视镜观察，物料呈条状较均匀的通过脱挥塔。取样，固含量91.5％。过排气式挤出机进行脱挥，温度140℃，真空度0.085Mpa，最终造出的粒子残余挥发分为0.1％。
Claims (6)
1、脂肪族聚碳酸酯树脂的无助剂脱挥方法，其特征在于，使二氧化碳和环氧化物反应后的聚合物体系进入温度控制于30-80℃的初级脱挥器内，保持其中压力<-0.01Mpa，用无油真空泵抽吸残余挥发分并保持真空度；经过初级脱挥后的聚合物体系输送到排气式挤出机继续脱挥并造粒，排气式挤出机温度控制在100-180℃、压力控制在-0.05Mpa以下。
2、如权利要求1所述的脂肪族聚碳酸酯树脂的无助剂脱挥方法，其特征在于，经过初级脱挥后的聚合物体系的固含量在50-60％时，保温60-100℃输送到脱挥塔继续进行脱挥，脱挥塔内的压力控制在-0.03Mpa以下、温度控制在130-220℃之间，从脱挥塔出来的物料进入排式挤出机继续脱挥并造粒。
3、如权利要求1或2所述的脂肪族聚碳酸酯树脂的无助剂脱挥方法，其特征在于，脱除的挥发分通过冷凝器回收使用。
4、脂肪族聚碳酸酯树脂无助剂脱挥装置，其特征在于，包括初级脱挥器和排气式挤出机，初级脱挥器为内设搅拌器、带加热装置的容器，初级脱挥器底部与排气式挤出机进料口之间通过高粘度泵和管路连接，初级脱挥器顶部及排气式挤出机出气口与无油真空泵进口连接。
5、如权利要求4所述的装置，其特征在于，初级脱挥器与排气式挤出机之间设有脱挥塔，脱挥塔为内置分布器的分离塔，初级脱挥器底部与脱挥塔顶部、脱挥塔底部与排气式挤出机进料口之间通过高粘度泵和管路连接，初级脱挥器顶部、脱挥塔顶部及排气式挤出机出气口与无油真空泵进口连接。
6、如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，无油真空泵出口与冷凝器连接。
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