一種聚碳酸酯的合成工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及化學領域，尤其涉及一種聚碳酸酯的合成工藝。
【背景技術】
[0002]聚碳酸酯(簡稱PC)是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根據(jù)酯基的結構可分為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多種類型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的機械性能較低，從而限制了其在工程塑料方面的應用。目前僅有芳香族聚碳酸酯獲得了工業(yè)化生產(chǎn)。由于聚碳酸酯結構上的特殊性，現(xiàn)已成為五大工程塑料中增長速度最快的通用工程塑料。
[0003]由于傳統(tǒng)的聚碳酸酯合成工藝比較成熟，目前仍被廣泛使用中，如熔融狀態(tài)下利用異山梨醇與碳酸二酯酯化反應，之后再通過預聚反應和縮聚反應得到成品的聚碳酸酯，這種工藝雖然聚碳酸酯的產(chǎn)率較高，但是其合成反應的時間長、耗能大。同時，由于熔融酯交換工藝在高溫和高黏度下進行，副反應較多，影響產(chǎn)品的顏色和質量，而產(chǎn)生的副反應使催化劑選擇變得尤為重要，而且為了消除催化劑對熱穩(wěn)定性和色穩(wěn)定性的影響，需要增加一個催化劑猝滅步驟，這將增加工藝難度，阻礙熔融酯交換供應的應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種反應速率快、轉化率大的聚碳酸酯的合成工藝。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術方案:一種聚碳酸酯的合成工藝，包括以下步驟:S1.原料混合階段，使熔融后的異山梨醇與碳酸二酯在原料混合罐內(nèi)攪拌均勻混合；S2.酯交換反應階段，位于原料混合罐之后，將一個塔式反應器作為酯交換反應器，可連續(xù)地除去釋放的羥基芳基反應產(chǎn)物；S3.預聚反應階段，酯交換反應器之后有一個釜式的預縮聚反應器，并且在其內(nèi)生成預聚產(chǎn)物，同時連續(xù)除去釋放的羥基芳基反應產(chǎn)物；S4.縮聚反應階段，位于預聚反應器之后，有一臺帶有液壓驅動的臥式圓盤縮聚反應器，對預縮聚反應物進行微波處理使其縮聚成聚碳酸酯熔體。
[0006]作為優(yōu)選，SI中所述的碳酸二酯為碳酸二苯酯。
[0007]作為優(yōu)選，該微波的頻率為2000MHZ?2500MHZ，反應持續(xù)的時間控制于0.5?I小時。
[0008]作為優(yōu)選，為使羥基的反應產(chǎn)物和低聚物脫去，在上述的階段中除原料混合階段之外都配有合適的真空系統(tǒng)，但上述階段和系統(tǒng)都配備冷凝系統(tǒng)和焚燒系統(tǒng)，可處理尾氣。
[0009]作為優(yōu)選，為調節(jié)在縮聚反應產(chǎn)物中OH/芳基碳酸酯的端基比例以及反應物的摩爾比，在預縮聚反應之后，有單獨的一路管道將異山梨醇加入到系統(tǒng)中。
[0010]作為優(yōu)選，向S2步驟中加入由堿金屬脂肪酸鹽或堿金屬脂肪二酸鹽或堿金屬醇鹽中的一種或多種物質和芳香族硼酸酯以及芳香族磷酸酯組成的混合型催化劑。
[0011]作為優(yōu)選，堿金屬脂肪酸鹽或堿金屬脂肪二酸鹽0.01至1ppm ;堿金屬醇鹽0.1至20ppm ;芳香族硼酸磷酸酯0.2至lOOppm。
[0012]本發(fā)明具有下述優(yōu)點:在酯交換階段不斷的將釋放的羥基芳基反應產(chǎn)物從系統(tǒng)中除去，這樣可以在保留目標產(chǎn)物的同時將其他反應產(chǎn)物除去，進而推動反應向正方向進行，提高了反應的轉化率以及產(chǎn)率，大大提高生產(chǎn)的效率。
[0013]同時，微波能夠加速碳酸二酯和異山梨醇預聚反應產(chǎn)物的縮聚反應，主要是由于微波輻射對極性有機物的選擇性加熱，是微波的“致熱效應”，其加熱機理是極性有機物質在外加電磁場作用下，內(nèi)部介質的極化，產(chǎn)生的極化強度矢量落后于電場一個角度矢量，導致與電場相同的電流產(chǎn)生，構成物質內(nèi)部功率耗散，從而將微波能轉化為熱能。再者，微波的熱效應還有利于促進碳酸二酯和異山梨醇相互滲透，進而縮短縮短聚合反應的時間，提高反應產(chǎn)率。
[0014]再者，為調節(jié)在縮聚反應產(chǎn)物中OH/芳基碳酸酯的端基比例以及反應物的摩爾比，在預縮聚反應之后，有單獨的一路管道將異山梨醇加入到系統(tǒng)中，從而使得最終產(chǎn)物中各聚合物碳鏈的長度較接近，性能也更加的穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0015]圖1為異山梨醇的轉化率(α/%)和時間(t/min)的關系圖。
【具體實施方式】
一種聚碳酸酯的合成工藝，包括以下步驟:第一步、將熔融后的異山梨醇與熔融后的碳酸二酯在原料混合罐內(nèi)攪拌均勻混合；第二步、將原料混合罐總的混合原料加入到酯交換反應器中，并連續(xù)地除去釋放的羥基芳基反應產(chǎn)物；第三步、將酯交換反應器內(nèi)完成酯交換反應的反應產(chǎn)物加入到釜式的預縮聚反應器，并且在其內(nèi)生成預聚產(chǎn)物，同時連續(xù)除去釋放的羥基芳基反應產(chǎn)物；第四步、將預聚反應器之后的預縮聚反應物，加入到帶有液壓驅動的臥式圓盤縮聚反應器，對預縮聚反應物進行微波處理使其縮聚成聚碳酸酯熔體。
[0016]微波能夠加速碳酸二酯和異山梨醇預聚反應產(chǎn)物的縮聚反應，主要是由于微波輻射對極性有機物的選擇性加熱，是微波的“致熱效應”，其加熱機理是極性有機物質在外加電磁場作用下，內(nèi)部介質的極化，產(chǎn)生的極化強度矢量落后于電場一個角度矢量，導致與電場相同的電流產(chǎn)生，構成物質內(nèi)部功率耗散，從而將微波能轉化為熱能。再者，微波的熱效應還有利于促進碳酸二酯和異山梨醇相互滲透，進而縮短縮短聚合反應的時間，提高反應產(chǎn)率。
[0017]由于此處所選用的碳酸二酯為碳酸二苯酯在作為與異山梨醇進行聚合反應的原料，而它們在聚合的過程中主要是碳酸二苯酯脫去苯環(huán)和異山梨醇脫去羥基進行的酯化縮聚反應。
[0018]而異山梨醇的羥基的旋轉振動頻率在2130MHZ?2370MHZ之間，而碳酸二苯酯的苯環(huán)的旋轉振動頻率在218IMHZ?2130MHZ之間，因此，此處選用的微波的頻率為2130MHZ，這樣微波的頻率和官能團的旋轉振動頻率相近，更能被官能團所吸收，從而觸發(fā)羥基和苯環(huán)的能級躍迀，使得兩者更容易發(fā)生碰撞，進而加快異山梨醇和碳酸二苯酯的聚合反應。
[0019]再者，從微波頻率為2130MHZ下，異山梨醇的轉化率和時間的關系圖可得，該聚合反應于開始階段就以爆發(fā)式進行，無恒速階段，而傳統(tǒng)聚合反應需要經(jīng)過三個階段(加速階段、恒速階段、減速階段)才完成。因此，微波處理處理式的聚合反應大大超遠了傳統(tǒng)加熱方式聚合的反應速率。而異山梨醇在上述頻率的微波處理下持續(xù)時間至43min時，轉化率就已經(jīng)達到了 94%，而之后就逐漸趨于水平，大大提高了聚合的效率，如圖1所示。
[0020]同時，由于異山梨醇和碳酸二苯酯的縮聚反應為可逆反應，因此，在反應的過程中連續(xù)地除去釋放的輕基芳基反應產(chǎn)物，這樣可以不斷地將反應的平衡向反應的正方向推進，從而有利于提尚反應的轉化率，進一步提尚生廣的效率。
[0021]而利用單獨的一路管道將異山梨醇加入到系統(tǒng)中，用來調節(jié)在預縮聚反應產(chǎn)物中OH/芳基碳酸酯的端基比例以及反應物的摩爾比，這樣在預縮聚反應之后，使得各預縮聚反應物碳鏈的長度較接近，從