多孔材料、其生产方法及其连续生产设备的制造方法_4

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存在罐5中并以其液体状态通过泵送计量器6引入接触区域 9中的管,可提前熔化固体原料。启动进料计量器(2、4)、泵送计量器6和泵送计量器8的 顺序不被具体限制。然而,如果原料在初始阶段被供应进反应区域13中而没有接触压缩流 体,则由于温度下降原料可能被固化。因此,优选的是首先启动泵送计量器8。
[0204] 基于开环可聚合单体、填充材料(例如,无机材料)、引发剂和添加剂之间的预定 定量比,将通过进料计量器(2、4)和泵送计量器6的原料的进料速率调节至它们之间的恒 定比。基于期望的聚合物的物理性能、反应时间等,调节通过进料计量器(2、4)和泵送计量 器6每单位时间供应的原料的总质量(总原料进料速率(g/min))。同样地,基于期望的聚 合物的物理性能、反应时间等,调节通过泵送计量器8每单位时间供应的压缩流体的质量 (压缩流体进料速率(g/min))。压缩流体进料速率和原料进料速率之间的比率(原料进料 速率/压缩流体进料速率,被称为进料比)优选地是1或更大,更优选地是3或更大,甚至更 优选地是5或更大,并且特别优选地是10或更大。进料比的上限优选地是1,000或更小, 更优选地是100或更小,并且特别优选地是50或更小。
[0205] 在1或更大的进料比的情况下,当原料和压缩流体被输送至反应区域13时,将以 其中原料和产生的聚合物的浓度(所谓的固体含量浓度)是高的的状态进行反应。在此情 况下,聚合系统中的固体含量浓度极大地不同于根据传统生产方法的聚合系统中的固体含 量浓度,在所述传统生产方法中通过在非常较大量的压缩流体中溶解较少量的开环可聚合 单体进行聚合。本实施方式的生产方法表征为甚至在具有高固体含量浓度的聚合系统中仍 有效地和稳定地进行聚合反应。在本实施方式中,进料比可以小于1。甚至在此情况下,待获 得的聚合物将不具有质量上的任何问题,但是经济效率将较小。当进料比大于1,〇〇〇时,压 缩流体溶解开环可聚合单体的能力可以是不足够的,使得不可能均匀地进行预期的反应。
[0206] 因为原料和压缩流体被连续地引入接触区域9中的管,所以它们连续地彼此接 触。因此,原料比如开环可聚合单体、填充材料(例如,无机材料)、引发剂和添加剂在接触 区域9中彼此混合。当接触区域9包括搅拌器时,可搅拌原料和压缩流体。为了防止引入 的压缩流体转变为气体,控制反应区域13中的管中的温度和压力为至少等于或大于压缩 流体的三相点的温度和压力。通过调节接触区域9中加热器9e的功率或压缩流体的进料 速率进行此控制。在本实施方式中,当熔化开环可聚合单体时的温度可以是等于或低于常 压下开环可聚合单体的熔点的温度。这被认为可能的,因为在压缩流体的存在下接触区域 9内部地变为高压状态,从而降低开环可聚合单体的熔点至低于常压下的其熔点。因此,甚 至当压缩流体的量相对于开环可聚合单体小时,开环可聚合单体仍在接触区域9中熔化。
[0207] 为了有效地混合原料,可能调节定时以向接触区域9中的原料和压缩流体施加热 或搅拌。在此情况下,在促使原料和压缩流体彼此接触后可施加热或搅拌,或者促使原料和 压缩流体彼此接触的同时施加热或搅拌。为了更可靠地混合,可以在向开环可聚合单体施 加等于或高于开环可聚合单体的熔点的热后促使开环可聚合单体和压缩流体彼此接触。当 接触区域9是例如单轴混合器时,通过适当地设定螺旋桨的布置、进口(9a、9b、9c、9d)的位 置和加热器9e的温度实现这些方案中的每个。
[0208] 在本实施方式中,与开环可聚合单体分离地供应填充材料(例如,无机材料)和添 加剂至接触区域9。然而,可与开环可聚合单体一起供应填充材料(例如,无机材料)和添 加剂。可在聚合反应后供应添加剂。在此情况下,可能取出自反应区域13获得聚合物的树 脂多孔材料,并且然后通过捏合添加添加剂。
[0209] 通过液体输送泵10输送在接触区域9中混合的原料以通过进口 13a供应其进入 反应区域13。同时,通过泵送计量器12称量罐11中的催化剂并且通过进口 13b以预定量 供应其进入反应区域13。由于催化剂可在室温下作用,在本实施方式中,优选的是在原料 与压缩流体混合添加催化剂。反应通常均匀地进行,如果催化剂被添加至反应区域13中的 聚合系统,在所述聚合系统中开环可聚合单体、引发剂等被压缩流体充分地溶解或熔化。然 而,取决于开环可聚合单体、引发剂等,可在促使开环可聚合单体、引发剂等与压缩流体彼 此接触前添加催化剂。
[0210] 如果必要的话,通过反应区域13中的搅拌器充分地搅拌通过液体输送泵10输送 的原料和通过泵送计量器12供应的催化剂,或者在输送的同时通过加热器13c将其加热至 预定温度。结果,在催化剂的存在下在反应区域13中开环聚合开环可聚合单体(聚合步 骤)。
[0211] 当开环聚合开环可聚合单体时温度(聚合反应温度)的下限不被具体限制并且可 根据目的适当地选择。然而,优选地是40°C,更优选地是50°C,并且特别优选地是60°C。当 聚合反应温度低于40°C时,一些种类的开环可聚合单体可以花费较长时间被压缩流体熔化 或可以被不充分熔化,或者催化剂的活性可以变弱。这倾向于减慢聚合的反应速度,并且使 得不可能定量地进行聚合反应。
[0212] 聚合反应温度的上限不被具体限制,但是其是150°C和高于开环可聚合单体的熔 点30°C的温度中较高的那一个。聚合反应温度的上限优选地是130°C和开环可聚合单体的 熔点中较高的那一个。聚合反应温度的上限优选地是80°C和低于开环可聚合单体的熔点 20°C的温度中较高的那一个。当聚合反应温度比高于开环可聚合单体的熔点30°C的温度高 时,它很可能变为解聚反应,其是开环聚合的逆反应,将平衡出现,其使得聚合反应难于定 量地进行。当使用低熔点开环可聚合单体,比如在室温下是液体的开环可聚合单体时,为了 增强催化剂的活性,聚合反应温度可被设定为比熔点高30°C的温度。同样在此情况下,优选 的是设定聚合反应温度至150°C或更低。通过在反应区域13中提供的加热器13c或通过从 反应区域13的外部加热等控制聚合反应温度。
[0213] 使用超临界二氧化碳的传统聚合物生产方法通过使用大量的超临界二氧化碳聚 合开环可聚合单体,因为超临界二氧化碳对聚合物的裂解潜能(lytic potential)低。本 实施方式的聚合方法可在高浓度下开环聚合开环可聚合单体,使用压缩流体通过传统聚合 物生产方法还没有实现上述反应。在此情况下,反应区域13在压缩流体的存在下内部地变 为高压状态,从而降低产生的聚合物的玻璃化温度(Tg)。这将降低产生的聚合物的黏度以 允许甚至在其中聚合物的浓度已经变高的状态中均匀地进行开环聚合反应。
[0214] 在本实施方式中,根据目标分子量设定聚合反应时间(反应区域13中的平均保留 时间)。然而,通常,其优选地是1小时或更短,更优选地是45分钟或更短,并且仍更优选地 是30分钟或更短。根据本实施方式的生产方法,聚合反应时间可被设定为20分钟或更短。 这对于压缩流体中开环可聚合单体的聚合是空前短的时间。
[0215] 聚合期间的压力,即压缩流体的压力可以是在其下自罐7供应的压缩流体转变为 液化气体(图2的相图中的(2))或高压气体(图2的相图中的(3))的压力。然而,其优选 地是在其下压缩流体转变为超临界流体(图2的相图中的(1))的压力。通过将压缩流体 转变为超临界流体状态,其将改进开环可聚合单体的熔化,可能均匀地和定量地进行聚合 反应。当二氧化碳被用作压缩流体时,考虑到反应效率、聚合物转化率等,其压力是3. 7MPa 或更高,优选地是5MPa或更高,并且更优选地是7. 4MPa或更高的其临界压力。进一步地, 当二氧化碳被用作压缩流体时,出于同样的原因其温度优选地是25°C或更高。
[0216] 反应区域13中的含水量不被具体限制并且可根据目的适当地选择。然而,相对于 开环可聚合单体,其优选地是4mol %或更小,更优选地是Imol %或更小,并且特别优选地 是0. 5mol %或更小。当含水量大于4mol %时,水分自身开始作为引发剂发挥作用,其可使 得难于控制分子量。为了控制聚合系统中的含水量,根据需要,可能添加去除包含在开环可 聚合单体中的水分和其它原料的操作作为预处理。
[0217] 在反应区域13中完成聚合反应的树脂(脂族聚酯树脂、脂族聚碳酸酯树脂或二 者)通过泵送计量器14被输送至孔隙度赋予单元15,并且与额外进料至孔隙度赋予单元 15并快速膨胀的压缩流体一起作为树脂多孔材料P被排出至外部。
[0218] 优选的是在孔隙度赋予单元15中混合额外进料的压缩流体和聚合的树脂。
[0219] 根据需要去除在包含本实施方式中获得的聚合物的树脂多孔材料中保留的催化 剂。去除方法不被具体限制并且可根据目的适当地选择。其实例包括当目标是具有沸点的 化合物时在减小的压力下蒸馏、通过使用作为共沸剂的可溶解催化剂的物质的萃取和去除 催化剂的方法、和使用柱吸附和去除催化剂的方法。在此情况下,用于去除催化剂的方案可 以是在从反应区域13取出包含聚合物的有机-无机杂化多孔材料后去除它的分批类型,或 者可以是不需要取出的去除它的连续类型。当在减小的压力下蒸馏催化剂时,基于催化剂 的沸点设定减压条件。例如,当压力减小的温度是从l〇〇°C至120°C时,其意为可能在低于 在其下解聚聚合物的温度的温度下去除催化剂。当使用有机溶剂用于此萃取操作时,有必 要在萃取催化剂后进行去除有机溶剂的步骤。因此,同样在此萃取操作中,优选地是使用压 缩流体作为溶剂。对于这样的萃取操作,可能使用公众已知的用于合成香料的萃取的技术。
[0220] (第二实施方式)
[0221] (应用的实例)
[0222] 然后,将说明作为第一实施方式的应用的实例的第二实施方式。在第一实施方式 的生产方法中,几乎不存在残留单体并且反应(开环可聚合单体的开环聚合)定量地进行。 以此为基础,通过使用通过第一实施方式的生产方法产生的树脂,并且通过适当地设定对 添加1种或多种开环可聚合单体的定时,第二实施方式的第一方法将添加更多树脂进入树 月旨。通过使用2种或更多种树脂(包括通过第一实施方式的生产方法产生的树脂),并且通 过在压缩流体的存在下混合2种或更多种树脂,第二实施方式的第二方法将形成2种或更 多种树脂的复合体。在本实施方式中,"树脂复合体"意为包括2种或更多种树脂片段的共 聚物一一通过多个单独系统线路通过聚合单体获得的,或2种或更多种树脂的混合物一一 通过多个单独系统线路通过聚合单体获得的。下面将说明用于合成作为复合体的实例的立 体络合物的两个模式。
[0223] 〈第一方法和设备〉
[0224] 第二实施方式的第一方法不被具体限制并且可根据目的适当地选择。例如,它包 括上面所述的聚合步骤(第一聚合步骤),和促使通过在第一聚合步骤中开环聚合第一开 环聚合单体获得的第一聚合物与第二开环可聚合单体彼此连续地接触并聚合第一聚合物 与第二开环可聚合单体的第二聚合步骤,并且根据需要进一步包括其它步骤。树脂复合体 生产设备,其是第二实施方式的第一设备,包括上面所述的聚合物生产设备和压缩流体通 过其循环的第二反应区域。第二反应区域在其上游侧处包括第二开环可聚合单体通过其导 入的第二单体进口、和通过聚合物生产设备的孔隙度赋予单元15排出的第一树脂通过其 导入的进口;在第二单体进口的下游侧处包括第二催化剂通过其导入的第二催化剂进口; 并且在第二催化剂进口的下游侧包括通过聚合第一聚合物与第二开环可聚合单体获得的 树脂通过其排出的出口;并且根据需要进一步包括其它构件。优选地通过树脂复合体生产 设备进行生产方法。树脂复合体生产设备优选地是具有管状形状的树脂复合体连续生产设 备:在其中,第二反应区域是管状反应区域在其一个端部(上游侧)处包括第二开环可聚合 单体通过其导入的第二单体进口和通过上面所述的聚合物生产设备的孔隙度赋予单元15 排出的第一树脂通过其导入的进口;在其另一个端部处包括通过聚合第一树脂与第二开环 可聚合单体获得的树脂复合体通过其排出的出口;并且在一个端部和另一个端部之间的部 分处包括第二催化剂通过其导入的第二催化剂进口。上面所述的聚合物生产设备是具有管 状形状的聚合物连续生产设备;并且进口(第一树脂通过其导入的进口)与上面所述的聚 合物生产设备的孔隙度赋予单元15连接。第一开环可聚合单体和第二开环可聚合单体不 被具体限制并可根据目的从列为开环可聚合单体的那些中选择。它们可以是彼此不同种类 的开环可聚合单体,或者可以是相同的种类。例如,还可能通过使用彼此互为对映体的单体 获得立体复合体。第一催化剂和第二催化剂不被具体限制,可根据目的从列为催化剂的那 些中选择,并且可以是彼此相同或不同的。
[0225] 首先,将参考图5A和图5B说明第一方法。图5A和图5B是在第一方法中使用的 复合体生产系统的示例性图。第一方法包括在压缩流体的存在下连续地混合通过第一实施 方式的生产方法获得的树脂的混合步骤。具体地,树脂是通过图5A的生产系统200的系统 线路1 (在图5A中由参考符号201指示)中的第一实施方式的生产方法产生的,并且为了 在压缩流体的存在下连续地混合它们,在系统线路2 (在图5A中由参考符号202指示)中 促使产生的树脂P'与最近引入的第二开环可聚合单体接触,从而产生包含树脂复合体的树 脂并通过使它多孔获得树脂多孔材料PP。通过重复相同的系统线路,如串联的图5A的生产 系统200的系统线路2,还可能获得包括3种或更多种片段的树脂多孔材料PP。
[0226] 然后,将参考图5B说明生产系统200的具体实例。生产系统200包括如在第一实 施方式中使用的相同的聚合反应设备100 :罐(21、27)、进料计量器22、泵送计量器28、接触 区域29、反应区域33和压力调节阀34。
[0227] 在生产系统200中,反应区域33由管或管状设备构成,所述管或管状设备在其一 个端部处包括第一树脂通过其导入的进口 33a,并且在其另一个端部处包括通过使包含树 脂复合体的树脂多孔而获得的树脂多孔材料通过其排出的出口,通过混合多种树脂获得所 述树脂复合体。反应区域33的进口 33通过压力密闭管31被连接至聚合反应设备100的 出口。这里,聚合反应设备100的出口 31d意为反应区域13中管30或筒的前端,或者压力 调节阀16(图4)的泵送计量器14(图3)的出口。在此情况下,通过每个聚合反应设备100 产生的树脂P'可被供应至反应区域33而不用恢复常压。
[0228] 罐21储存第二开环可聚合单体。在第一方法中,第二开环可聚合单体是在罐1中 储存的开环可聚合单体的对映体。罐27储存压缩流体。罐27中储存的压缩流体不被具体 限制,但是为了均匀地进行聚合反应,优选与罐7中储存的压缩流体相同种类。罐27可储 存气态物体(气体)或固体,其通过被供应至接触区域29的过程转变为压缩流体,或通过 在接触区域29中被加热或加压转变为压缩流体。在此情况下,储存在罐27中的气态物体 或固体通过被加热或加压在接触区域29中变为图2的相图中(1)、(2)或(3)的状态。
[0229] 进料计量器22称量储存在罐21中的第二开环可聚合单体并连续地供应其至接触 区域29。泵送计量器28在恒定压力和恒定流速下连续地供应储存在罐27中的压缩流体至 接触区域29。
[0230] 接触区域29由压力密闭设备或管构成,在其中促使自罐21供应的第二开环可聚 合单体与自罐27供应的压缩流体彼此连续地接触以溶解或熔化原料。接触区域29的容器 提供有通过泵送计量器28自罐27供应的压缩流体通过其引入的进口 29a,和通过进料计量 器22自罐21供应的第二开环可聚合单体通过其引入的进口 29b。接触区域29被提供有配 置为加热供应至其的第二开环可聚合单体和压缩流体的加热器29c。在本实施方式中,相同 于被用作接触区域29的接触区域9。
[0231] 反应区域33由压力密闭设备或管构成,在其中聚合通过聚合反应设备100产生的 包含在树脂P'中的树脂与在接触区域29中的压缩流体中溶解或熔化的第二开环可聚合单 体。反应区域33被提供有有机-无机杂化材料P'通过其被引入管的进口 33a,和溶解或熔 化的第二开环可聚合单体其被引入管的进口 33b。反应区域33还提供有配置为加热树脂 P'和输送的第二开环可聚合单体的加热器33c。在本实施方式中,相同于被用作反应区域 33的反应区域13。压力调节阀34作为出口的
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