CN111363139A - 一种聚芳醚酮聚合物的后处理方法 - Google Patents

一种聚芳醚酮聚合物的后处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种聚芳醚酮聚合物的后处理方法，属于聚合物后处理技术领域。该方法包括：将聚芳醚酮聚合物溶液先经过过滤器过滤，然后再通过喷雾干燥塔进行干燥，所述的喷雾干燥塔先进行塔内气体循环预热，循环气流入口温度设置180‑200℃，气流出口温度设置120‑135℃，待温度稳定后将聚芳醚酮聚合物溶液通过高压输液泵打入喷雾干燥塔内，压力为0.102MPa，循环气流入口温度设置180‑200℃，气流出口温度降至105‑132℃，经旋风分离器后将溶剂与聚合物分离，干燥，得到处理后的聚芳醚酮聚合物。通过该方法使聚合物中无机盐的残存量小于0.1％，高沸点溶剂残存量小于1％，低分子量聚合物不损失，对聚合物的热加工也起到较好的改善作用。

Description

一种聚芳醚酮聚合物的后处理方法
技术领域
本发明属于聚合物后处理技术领域，具体涉及一种聚芳醚酮聚合物的后处理方法。
背景技术
聚苯醚、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚芳醚砜、聚芳醚腈均聚物及共聚物等特种工程塑料主要是由SN2亲核缩聚方法制备得到，近年来可溶性聚合物由于加工方法灵活、尺寸稳定性更佳，应用领域越来越广，但受到原料价格和后处理方法的限制,聚合物成本一直以来居高不下。
中国专利CN85108751A公开了一种酚酞型聚芳醚酮的后处理方式：制备得到的聚合物经过过滤除盐，在乙醇中沉淀，三次沸水煮洗，过滤干燥获得聚合物。该方法要使用大量去离子水，能源消耗量大，环境负担较重，通过良溶剂稀释后沉淀到不良溶剂的方法的处理方式，可以预期该方法获得的产品具有多孔性，尤其是聚合物韧性很好，沉淀物粉碎后形状不规则，流动性较差。中国专利201711040027.3和201711043441.X分别公开了一种可溶性聚芳醚酮和含氮聚芳醚树脂聚合物的后处理方法，该方法可以除去大量的支化结构、不溶物和小分子齐聚物，但需要耗费大量的溶剂，后处理过程也采用大量水洗的办法，环境负担较重。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的聚芳醚酮聚合物的后处理方法需要消耗大量溶剂且环境负担较重的技术问题，而提供一种聚芳醚酮聚合物的后处理方法。
本发明提供一种聚芳醚酮聚合物的后处理方法，该方法包括：
将聚芳醚酮聚合物溶液先经过过滤器过滤，然后再通过喷雾干燥塔进行干燥，所述的喷雾干燥塔先进行塔内气体循环预热，循环气流入口温度设置180-200℃，气流出口温度设置120-135℃，待温度稳定后将聚芳醚酮聚合物溶液通过高压输液泵打入喷雾干燥塔内，压力为0.102MPa，循环气流入口温度设置180-200℃，气流出口温度降至105-132℃，经旋风分离器后将溶剂与聚合物分离，干燥，得到处理后的聚芳醚酮聚合物。
优选的是，所述的过滤具体为：将聚芳醚酮聚合物溶液先经过板式过滤器2-3次，精滤过滤器1-2次。
优选的是，所述的聚芳醚酮聚合物溶液为含有有机溶剂、无机不溶物的聚芳醚酮聚合物溶液，无机不溶物和有机溶剂不互溶；
或者不含无机盐的可溶性聚芳醚酮溶液。
优选的是，所述的有机溶剂选自二苯砜、环丁砜、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、1，3-二甲基-2-咪唑啉酮或N-环己基吡咯烷酮中的一种或几种。
优选的是，所述的无机不溶物为无机盐或无机添加剂。
优选的是，所述的无机盐为氯化钾、氟化钾、氯化钠、氟化钠、氯化钙、氟化钙、五氟化砷、碳酸钾、碳酸钠、碳酸钙或碳酸铈。
优选的是，所述的无机添加剂为三氧化二铝或四氧化三铁。
优选的是，所述的聚芳醚酮聚合物为一种双酚与一种双卤单体缩聚的产物，或者为三元或多元共聚物，包括式101和102表示的结构单元：
Figure BDA0002489977410000021
所述式101所示的重复单元和式102所示的重复单元的质量比为0.01～100:1；
所述M、R为双酚类化合物去除羟基后剩余的基团；
所述X、Z为含苯环的双卤化合物去除两个卤素后剩余的基团，且其中X、Z种至少具有一个酮羰基结构；
当M与X结构相同的同时，满足R与Z结构相同，即为聚芳醚酮均聚物；
当M与X结构相同，且R与Z结构不同；或M与X结构不相同，且R与Z结构同；即为聚芳醚酮三元共聚物；
当M、X结构不相同的同时，满足R与Z结构也不相同，则为四元共聚物(多元共聚物)。
优选的是，所述的聚合物包括但不限于所述式101所示的重复单元，
Figure BDA0002489977410000031
所述式102所示的重复单元为
Figure BDA0002489977410000032
Figure BDA0002489977410000033
Figure BDA0002489977410000041
优选的是，所述的聚芳醚酮聚合物的结构式如下：
Figure BDA0002489977410000042
本发明的有益效果
本发明提供一种聚芳醚酮聚合物的后处理方法，该方法是通过过滤联合喷雾干燥的方式，快速、高效、环保、低成本去除聚合物溶液中的无机盐、交联副产物和有机溶剂，分离得到聚合物粉体。通过该方法使聚合物中无机盐的残存量小于0.1％，高沸点溶剂残存量小于1％，低分子量聚合物不损失，对聚合物的热加工也起到较好的改善作用。本方法既可以对聚合反应得到的含无机盐原液进行处理，也可以用于可溶性聚合物的回收纯化，是目前该类材料纯化处理方式中，更环保、更节能、更高效的一种后处理方式。
附图说明
图1为实施例1处理得到的酚酞聚芳醚酮粗粉的热失重曲线。
具体实施方式
本发明提供一种聚芳醚酮聚合物的后处理方法，该方法包括：
将聚芳醚酮聚合物溶液先经过过滤器过滤，所述的过滤优选将聚芳醚酮聚合物溶液先经过板式过滤器2-3次，精滤过滤器(10微米)1-2次；
然后再通过喷雾干燥塔进行干燥，所述的喷雾干燥塔先进行塔内气体循环预热，循环气流入口温度设置180-200℃，气流出口温度设置120-135℃，待温度稳定后将聚芳醚酮聚合物溶液通过高压输液泵打入喷雾干燥塔内，压力为0.102MPa，循环气流入口温度设置180-200℃，气流出口温度降至105-132℃，经旋风分离器后将溶剂与聚合物分离，干燥，得到处理后的聚芳醚酮聚合物。
本发明循环气流温度对溶剂去除影响较大，当温度过低时(120℃)，仅有部分稀释溶剂被带出，高沸点的溶剂如环丁砜等仍然留在聚合物粉末中，则会出现黏附在喷雾塔塔底，长期会发生堵塞。当温度过高时，溶剂大量蒸发，所有稀释剂和部分高沸点溶剂被热气流带走，虽然粗粉的溶剂含量更低，较高的温度会使聚合物粉体呈高弹态或粘流态，彼此发生粘结，但循环过程中热量损失加大，经济性较差，不利于节约后处理成本。因此，适宜的最高温度应低于聚合物玻璃化转变温度20-30℃。
按照本发明，所述的聚芳醚酮聚合物溶液为含有有机溶剂、无机不溶物的聚芳醚酮聚合物溶液，无机不溶物和有机溶剂不互溶；或者不含无机盐的可溶性聚芳醚酮溶液。所述的有机溶剂优选选自二苯砜、环丁砜、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、1，3-二甲基-2-咪唑啉酮或N-环己基吡咯烷酮中的一种或几种。所述的无机不溶物优选为无机盐或无机添加剂，所述的无机盐优选为氯化钾、氟化钾、氯化钠、氟化钠、氯化钙、氟化钙、五氟化砷、碳酸钾、碳酸钠、碳酸钙或碳酸铈。所述的无机添加剂优选为三氧化二铝或四氧化三铁。
按照本发明，所述的聚芳醚酮聚合物在合成所用溶剂与稀释剂的存在下完全溶解。
按照本发明，所述的聚芳醚酮聚合物为一种双酚与一种双卤单体缩聚的产物，或者为三元或多元共聚物，包括式101和102表示的结构单元：
Figure BDA0002489977410000061
所述式101所示的重复单元和式102所示的重复单元的质量比为0.01～100:1；
所述M、R为双酚类化合物去除羟基后剩余的基团；
所述X、Z为含苯环的双卤化合物去除两个卤素后剩余的基团，且其中X、Z种至少具有一个酮羰基结构；
当M与X结构相同的同时，满足R与Z结构相同，即为聚芳醚酮均聚物；
当M与X结构相同，且R与Z结构不同；或M与X结构不相同，且R与Z结构同；即为聚芳醚酮三元共聚物；
当M、X结构不相同的同时，满足R与Z结构也不相同，则为四元共聚物(多元共聚物)。
优选的是，所述的聚合物包括但不限于所述式101所示的重复单元，
Figure BDA0002489977410000071
所述式102所示的重复单元为
Figure BDA0002489977410000072
Figure BDA0002489977410000073
Figure BDA0002489977410000081
更优选的是，所述的聚芳醚酮聚合物的结构式如下：
Figure BDA0002489977410000082
下面结合具体实施例对本发明技术方案做进一步详细的描述，实施例中涉及到的原料均为商购获得。
实施例1
酚酞型聚芳醚酮均聚物溶液的后处理
Figure BDA0002489977410000083
聚合得到的聚合物溶液中含有碳酸钾4.15kg，氟化钾23.2kg，酚酞聚芳醚酮均聚物99.3kg，环丁砜310kg，N，N-二甲基乙酰胺1200kg聚合物固含量为6.2％。注：聚合物固含量为聚合物质量/(聚合物质量+溶剂质量+稀释剂质量)。
将聚合物溶液经过板式过滤器3次，精滤过滤器(10微米)1次，得到聚合物溶液1595.2kg。
喷雾干燥塔先进行塔内气体循环预热，循环气流入口温度200℃，气流出口温度120℃，待温度稳定后将聚合物溶液通过高压输液泵打入喷雾干燥塔内，压力0.102MPa，循环气流入口温度200℃，气流出口温度降至108℃，经旋风分离器后将溶剂与聚合物分离，得到酚酞聚芳醚酮均聚物118.5kg，该物料出口处溶剂含量为11.9％。所得聚合物经进一步干燥，最终聚合物溶剂残存量(TGA法)不高于0.085％，堆积密度0.35kg/cm3。电镜测得聚合物微球粒度30-85微米。
图1为实施例1处理得到的酚酞聚芳醚酮粗粉的热失重曲线(升温速度10K/min)；图1说明粗粉中溶剂含量为11.85％
实施例2
酚酞型聚芳醚酮共聚物溶液的后处理(PHT+DFK+6FBPA)
Figure BDA0002489977410000091
聚合得到的聚合物溶液中含有碳酸钾4.15kg，氟化钾23.2kg，酚酞聚芳醚酮共聚物95.2kg，环丁砜310kg，N，N-二甲基乙酰胺700kg聚合物固含量为7.9％。注：聚合物固含量为聚合物质量/(聚合物质量+溶剂质量+稀释剂质量)。
将聚合物溶液经过板式过滤器3次，精滤过滤器(10微米)2次，得到聚合物溶液1094.8kg。
喷雾干燥塔先进行塔内气体循环预热，循环气流入口温度180℃，气流出口温度120℃，待温度稳定后将聚合物溶液通过高压输液泵打入喷雾干燥塔内，压力0.102MPa，循环气流入口温度180℃，气流出口温度降至105℃，经旋风分离器后将溶剂与聚合物分离，得到酚酞聚芳醚酮均聚物118.5kg，该物料出口处溶剂含量为15.4％。所得聚合物经进一步干燥，得到酚酞型聚芳醚酮共聚物，高沸点溶剂含量低于0.09％，堆积密度0.32kg/cm3。电镜测得聚合物呈球形，微球直径30-85微米。
实施例3
酚酞型聚芳醚酮酮腈共聚物溶液的后处理(PHT+DFDK+DCBN)
Figure BDA0002489977410000101
聚合得到的聚合物溶液中含有碳酸钾4.15kg，氟化钾6.92kg，氯化钾30.2kg，酚酞聚芳醚腈酮共聚物90.6kg，环丁砜190kg，N-甲基吡咯烷酮400kg。聚合物固含量为13.3％。注：聚合物固含量为聚合物质量/(聚合物质量+溶剂质量+稀释剂质量)。
将聚合物溶液经过板式过滤器2次，精滤过滤器(5微米)1次，得到聚合物溶液673.7kg。
喷雾干燥塔先进行塔内气体循环预热，循环气流入口温度180℃，气流出口温度130℃，待温度稳定后将聚合物溶液通过高压输液泵打入喷雾干燥塔内，压力0.102MPa，循环气流入口温度180℃，气流出口温度降至115℃，经旋风分离器后将溶剂与聚合物分离，得到酚酞聚芳醚腈酮共聚物103.5kg，该物料出口处溶剂含量为21.4％。所得聚合物经进一步干燥，最终聚合物溶剂残存量(TGA法)不高于0.095％，堆积密度0.20kg/cm3。电镜测得聚合物微球粒度30-85微米。
实施例4
含咔唑基酚酞型聚芳醚酮均聚物溶液的后处理
Figure BDA0002489977410000102
聚合得到的聚合物溶液中含有碳酸钠3.2kg，氟化钠5.0kg，氯化钠30.2kg，酚酞聚芳醚酮共聚物110.6kg，环丁砜240kg，N，N-二甲基乙酰胺600kg。聚合物固含量为11.6％。注：聚合物固含量为聚合物质量/(聚合物质量+溶剂质量+稀释剂质量)。
将聚合物溶液经过板式过滤器4次，精滤过滤器(15微米)4次，得到聚合物溶液942.7kg。
喷雾干燥塔先进行塔内气体循环预热，循环气流入口温度195℃，气流出口温度135℃，待温度稳定后将聚合物溶液通过高压输液泵打入喷雾干燥塔内，压力0.102MPa，循环气流入口温度200℃，气流出口温度降至132℃，经旋风分离器后将溶剂与聚合物分离，得到酚酞聚芳醚酮均聚物120.5kg，该物料出口处溶剂含量为11.2％。所得聚合物经进一步干燥，最终聚合物溶剂残存量(TGA法)不高于0.08％，堆积密度0.22kg/cm3。电镜测得聚合物微球粒度40-95微米。
为了进一步说明本方案中循环气流入口温度对聚合物粗粉溶剂残留的影响，分别对实施例1中的条件进行对比分析。
对比例1：
酚酞型聚芳醚酮均聚物溶液的后处理
Figure BDA0002489977410000111
聚合得到的聚合物溶液中含有碳酸钾4.15kg，氟化钾23.2kg，酚酞聚芳醚酮均聚物99.3kg，环丁砜310kg，N，N-二甲基乙酰胺1200kg聚合物固含量为6.2％。注：聚合物固含量为聚合物质量/(聚合物质量+溶剂质量+稀释剂质量)。
将聚合物溶液经过板式过滤器3次，精滤过滤器(10微米)1次，得到聚合物溶液1595.2kg。
喷雾干燥塔先进行塔内气体循环预热，循环气流入口温度170℃，气流出口温度102℃，待温度稳定后将聚合物溶液通过高压输液泵打入喷雾干燥塔内，压力0.102MPa，循环气流入口温度170℃，气流出口温度降至98℃，经旋风分离器后将溶剂与聚合物分离，得到的酚酞聚芳醚酮均聚物粗粉必须马上处理，很容易粘连，该物料出口处样品的溶剂含量为27.2％。
对比例2：
酚酞型聚芳醚酮均聚物溶液的后处理
Figure BDA0002489977410000121
聚合得到的聚合物溶液中含有碳酸钾4.15kg，氟化钾23.2kg，酚酞聚芳醚酮均聚物99.3kg，环丁砜310kg，N，N-二甲基乙酰胺1200kg聚合物固含量为6.2％。注：聚合物固含量为聚合物质量/(聚合物质量+溶剂质量+稀释剂质量)。
将聚合物溶液经过板式过滤器3次，精滤过滤器(10微米)1次，得到聚合物溶液1595.2kg。
喷雾干燥塔先进行塔内气体循环预热，循环气流入口温度240℃，气流出口温度180℃，待温度稳定后将聚合物溶液通过高压输液泵打入喷雾干燥塔内，压力0.102MPa，循环气流入口温度240℃，气流出口温度降至175℃，经旋风分离器后将溶剂与聚合物分离，得到酚酞聚芳醚酮均聚物粗粉，该物料出口处溶剂含量为7.1％，样品有粘连现象，固液分离不充分。
通过实施例1与对比例1-2的比较可知，循环气流温度体系的建立是本方案的关键。聚合物溶液中溶剂的挥脱与纯溶剂有显著的区别，随着溶剂的挥发，浓度逐渐提高，聚合物成为混合体系的主要组分后，会阻碍溶剂的挥发，即便到达了溶剂的沸点，也不容易将溶剂挥脱掉。因此，循环气流的进口温度要远高于稀释剂的沸点。这样随着溶剂的挥脱，温度逐渐下降，在纵向空间内形成稳定的溶液梯度，越接近出口，溶剂含量越低。当循环气流入口温度确定后，随着喷液量、料液溶剂含量的变化，循环气流出口温度、稳定后的进出口温度也逐渐建立平衡。设定循环气流入口温度分别为170℃、200℃和240℃时，相应的聚合物粗粉的溶剂含量为27.2％、11.9％和7.1％。无论是熔融粘连或溶剂粘连都将影响溶剂和聚合物的分离，该数值对后期干燥方式和干燥难易程度影响较大，需要选择适宜的温度条件完成喷雾干燥步骤。

Claims (10)

1.一种聚芳醚酮聚合物的后处理方法，其特征在于，该方法包括：
将聚芳醚酮聚合物溶液先经过过滤器过滤，然后再通过喷雾干燥塔进行干燥，所述的喷雾干燥塔先进行塔内气体循环预热，循环气流入口温度设置180-200℃，气流出口温度设置120-135℃，待温度稳定后将聚芳醚酮聚合物溶液通过高压输液泵打入喷雾干燥塔内，压力为0.102MPa，循环气流入口温度设置180-200℃，气流出口温度降至105-132℃，经旋风分离器后将溶剂与聚合物分离，干燥，得到处理后的聚芳醚酮聚合物。
2.根据权利要求1所述的一种聚芳醚酮聚合物的后处理方法，其特征在于，所述的过滤具体为：将聚芳醚酮聚合物溶液先经过板式过滤器2-3次，精滤过滤器1-2次。
3.根据权利要求1所述的一种聚芳醚酮聚合物的后处理方法，其特征在于，所述的聚芳醚酮聚合物溶液为含有有机溶剂、无机不溶物的聚芳醚酮聚合物溶液，无机不溶物和有机溶剂不互溶；
或者不含无机盐的可溶性聚芳醚酮溶液。
4.根据权利要求3所述的一种聚芳醚酮聚合物的后处理方法，其特征在于，所述的有机溶剂选自二苯砜、环丁砜、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、1，3-二甲基-2-咪唑啉酮或N-环己基吡咯烷酮中的一种或几种。
5.根据权利要求3所述的一种聚芳醚酮聚合物的后处理方法，其特征在于，所述的无机不溶物为无机盐或无机添加剂。
6.根据权利要求5所述的一种聚芳醚酮聚合物的后处理方法，其特征在于，所述的无机盐为氯化钾、氟化钾、氯化钠、氟化钠、氯化钙、氟化钙、五氟化砷、碳酸钾、碳酸钠、碳酸钙或碳酸铈。
7.根据权利要求5所述的一种聚芳醚酮聚合物的后处理方法，其特征在于，所述的无机添加剂为三氧化二铝或四氧化三铁。
8.根据权利要求1所述的一种聚芳醚酮聚合物的后处理方法，其特征在于，所述的聚芳醚酮聚合物为一种双酚与一种双卤单体缩聚的产物，或者为三元或多元共聚物，包括式101和102表示的结构单元：
Figure FDA0002489977400000021
所述式101所示的重复单元和式102所示的重复单元的质量比为0.01～100:1；
所述M、R为双酚类化合物去除羟基后剩余的基团；
所述X、Z为含苯环的双卤化合物去除两个卤素后剩余的基团，且其中X、Z种至少具有一个酮羰基结构；
当M与X结构相同的同时，满足R与Z结构相同，即为聚芳醚酮均聚物；
当M与X结构相同，且R与Z结构不同；或M与X结构不相同，且R与Z结构同；即为聚芳醚酮三元共聚物；
当M、X结构不相同的同时，满足R与Z结构也不相同，则为四元共聚物(多元共聚物)。
9.根据权利要求8所述的一种聚芳醚酮聚合物的后处理方法，其特征在于，所述的聚合物包括但不限于所述式101所示的重复单元，
Figure FDA0002489977400000031
所述式102所示的重复单元为
Figure FDA0002489977400000032
Figure FDA0002489977400000033
Figure FDA0002489977400000041
10.根据权利要求8所述的一种聚芳醚酮聚合物的后处理方法，其特征在于，所述的聚芳醚酮聚合物的结构式如下：
Figure FDA0002489977400000042
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