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芳香族聚碳酸酯的制造方法_5

文檔序號(hào):9762018閱讀:來源:國(guó)知局
器14的配管和過濾器來說,優(yōu)選它們本身的溫度與同它們 接觸的反應(yīng)混合物的溫度相同或低于所述反應(yīng)混合物的溫度。
[0159] 攪拌槽式第2聚合器15優(yōu)選在內(nèi)溫為240 °C~275 °C、壓力為1. 3kPa~ 3. 99kPa(10Torr~30Torr)的條件下進(jìn)行連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。攪拌槽式第2聚合器15的出口處的 預(yù)聚物的Μη優(yōu)選為2000~7000。
[0160] 優(yōu)選能夠利用設(shè)置在各聚合器的底部的用于進(jìn)行預(yù)聚物或聚合物的抽出和輸送 的輸送栗的轉(zhuǎn)速和吐出壓、和/或設(shè)于吐出配管的粘度計(jì)、和/或聚合器的預(yù)聚物或聚合物 的入口的壓力等對(duì)各聚合器的分子量進(jìn)行確認(rèn)。
[0161] [惰性氣體吸收設(shè)備(未圖示)]
[0162] 本實(shí)施方式的制造裝置可以在攪拌式第1聚合器14與攪拌式第2聚合器15之間、 和/或攪拌式第2聚合器15與后述的主聚合器16之間具備用于使預(yù)聚物或聚合物吸收惰 性氣體的惰性氣體吸收設(shè)備。惰性氣體吸收設(shè)備使預(yù)聚物或聚合物吸收惰性氣體,從而促 進(jìn)例如國(guó)際公開第99/64492號(hào)中記載的酯交換反應(yīng)。作為惰性氣體吸收設(shè)備,例如可以舉 出在內(nèi)部設(shè)有導(dǎo)線和/或金屬絲網(wǎng)的立式筒槽(例如立式圓筒槽)以及攪拌槽。
[0163] [主聚合器 16、18Α 和 18Β]
[0164] 主聚合器16、18Α和18Β為用于由從攪拌式第2聚合器15供給的預(yù)聚物制造 Μη 為4000~30000的預(yù)聚物和聚合物的聚合器。作為這些主聚合器16、18Α和18Β的形式, 例如可以舉出使預(yù)聚物或聚合物沿著導(dǎo)線或金屬絲網(wǎng)落下來進(jìn)行聚合的公知的導(dǎo)線式立 式筒槽(例如立式圓筒槽)以及攪拌槳的旋轉(zhuǎn)軸為水平方向的臥式聚合槽等公知的臥式聚 合器。主聚合器16、18Α和18Β可以分別為1臺(tái)以上,可以全部為導(dǎo)線式立式筒槽或全部為 臥式聚合槽,也可以為導(dǎo)線式立式筒槽與臥式聚合槽的組合。主聚合器的臺(tái)數(shù)沒有特別限 定,可以像圖示那樣為3臺(tái),但優(yōu)選為2臺(tái)~6臺(tái)。如圖1所示,本實(shí)施方式的制造裝置具備 主聚合器16、18A和18B的情況下,主聚合器16中的溫度和壓力只要為可得到所期望的預(yù) 聚物和聚合物的范圍就沒有特別限定,優(yōu)選溫度為240°C~300°C、壓力為990Paa~20Paa。 此外,主聚合器18A和18B中的溫度和壓力只要為可得到所期望的預(yù)聚物和聚合物的范圍 就沒有特別限定,優(yōu)選溫度為250°C~300°C、壓力為500Paa~20Paa。
[0165] [裝置的材質(zhì)等]
[0166] 本實(shí)施方式中使用的各設(shè)備和裝置的材質(zhì)使用公知的材質(zhì)即可,例如優(yōu)選也被 稱為18-8不銹鋼的奧氏體系不銹鋼。作為具體例,可以舉出SUS302、SUS304、SUS304L、 SUS309S、SUS310S、SUS316、SUS316L、SUS317、SUS321 和 SUS347。更優(yōu)選的材質(zhì)為 SUS304 和SUS316。此外,在這些不銹鋼中可以進(jìn)一步含有鈮或釩。作為使不銹鋼中含有這些金屬 元素的方法,例如可以舉出在熔融鋼中添加這些金屬、或者利用離子蝕刻或蒸鍍等方法進(jìn) 行添加的方法。不銹鋼的中所含有的鈮和釩的總含量?jī)?yōu)選為lOppm~lOOOppm。
[0167] 從儲(chǔ)藏罐10至主聚合器18A和18B的配管、以及設(shè)備的金屬表面可以進(jìn)行拋光精 加工。這些金屬表面的表面粗度優(yōu)選為50 μπι以下、更優(yōu)選為10 μπι以下。為了除去附著在 金屬表面的污垢、油以及反應(yīng)阻礙物(例如酸等)、以及金屬表面的吸附氧,配管和設(shè)備的 金屬表面還優(yōu)選利用選自由化學(xué)藥品、溫水、稀堿、以及芳香族單羥基化合物、碳酸二芳基 酯及芳香族二羥基化合物與碳酸二芳基酯的熔融混合物組成的組中的1種以上進(jìn)行清洗。
[0168] [芳香族二羥基化合物]
[0169] 作為本實(shí)施方式的芳香族二羥基化合物,例如使用專利文獻(xiàn)1中記載的芳香族二 羥基化合物。特別優(yōu)選的芳香族二羥基化合物為ΒΡΑ。進(jìn)而,芳香族二羥基化合物可以單獨(dú) 僅使用1種,也可以合用兩種以上。
[0170] [碳酸二芳基酯]
[0171] 作為本實(shí)施方式的碳酸二芳基酯,例如使用專利文獻(xiàn)1中記載的碳酸二芳基酯。 特別優(yōu)選的碳酸二芳基酯為碳酸二苯酯(下文中記為"DPC")。碳酸二芳基酯可以單獨(dú)使 用、也可以將2種以上組合使用。此外,為了進(jìn)行末端轉(zhuǎn)換或分子量調(diào)節(jié),在碳酸二芳基酯 中也可以含有ΡΗ、叔丁基苯酚和枯基苯酚等芳香族單羥基化合物。
[0172] [芳香族二羥基化合物與碳酸二芳基酯的投料摩爾比]
[0173] 裝入到混合槽7內(nèi)的芳香族二羥基化合物與碳酸二芳基酯的摩爾比也即投料摩 爾比由目的芳香族聚碳酸酯的Μη或0Η%、所使用的芳香族二羥基化合物和碳酸二芳基酯 的種類、聚合溫度、以及其他聚合條件來確定。從實(shí)現(xiàn)更好的聚合反應(yīng)、并且進(jìn)一步有效地 防止著色或耐熱性的降低的方面考慮,作為相對(duì)于芳香族二羥基化合物的投料量的碳酸 二芳基酯的投料量,以摩爾基準(zhǔn)計(jì),限定的范圍內(nèi)的投料比優(yōu)選為1.05~1.30、更優(yōu)選為 1.05~1.25、進(jìn)一步優(yōu)選為1.05~1.20。碳酸二芳基酯的投料量(摩爾比)為1.05以上 時(shí),能夠進(jìn)一步提尚著色、耐熱性;為1. 30以下時(shí),聚合反應(yīng)更容易進(jìn)行。
[0174] [多官能化合物]
[0175] 進(jìn)而,為了對(duì)目的芳香族聚碳酸酯賦予支鏈結(jié)構(gòu),可以使用多官能化合物。作為多 官能化合物,例如優(yōu)選使用1,1,1-三(4-羥基苯基)乙烷以及4-[4_[1,1-雙(4-羥基苯 基)乙基]-α,α-二甲基芐基]苯酚。相對(duì)于芳香族二羥基化合物100摩爾%,多官能化 合物的用量?jī)?yōu)選為〇. 2摩爾%~1. 0摩爾%、更優(yōu)選為0. 2摩爾%~0. 9摩爾%、進(jìn)一步優(yōu) 選為0. 3摩爾%~0. 8摩爾%。
[0176] [酯交換催化劑]
[0177] 在本實(shí)施方式中,在芳香族二羥基化合物與碳酸二芳基酯的聚合反應(yīng)中可以不使 用酯交換催化劑,但為了提高聚合速度,根據(jù)需要也可以使用例如專利文獻(xiàn)1中記載的酯 交換催化劑。在使用酯交換催化劑的情況下,酯交換催化劑可以單獨(dú)使用1種、或?qū)?種以 上組合使用。另外,從在實(shí)用上可實(shí)現(xiàn)更為良好的聚合反應(yīng)、并且可更為有效地防止著色或 耐熱性的降低的方面考慮,相對(duì)于原料芳香族二羥基化合物,酯交換催化劑的用量?jī)?yōu)選為 50ppb ~300ppb、更優(yōu)選為 60ppb ~200ppb、進(jìn)一步優(yōu)選為 70ppb ~150ppb。
[0178] 酯交換催化劑可以直接添加,也可以利用水、芳香族單羥基化合物和碳酸二芳基 酯等進(jìn)行稀釋。其中,在使用水時(shí),水可能會(huì)混入到在聚合反應(yīng)中副生成的芳香族單羥基化 合物中。
[0179] 此外,作為所添加的酯交換催化劑的優(yōu)選形態(tài),可以舉出粉末或錠劑(片劑),也 可以直接使用市售的形態(tài)。作為添加酯交換催化劑的方法,例如可以舉出下述方法:在粉末 狀的芳香族二羥基化合物和/或碳酸二芳基酯中添加酯交換催化劑并進(jìn)行壓縮將固狀物 投入到制造裝置內(nèi)的方法;在由壓縮成型的芳香族二羥基化合物和/或碳酸二芳基酯構(gòu)成 的容器內(nèi)添加酯交換催化劑,連同該容器一起投入到制造裝置內(nèi)的方法;將在氮手套箱中 熔融的芳香族二羥基化合物和/或碳酸二芳基酯收納在按照開口部的徑大于底部的徑的 方式制成了錐臺(tái)形狀的SUS制造的容器中,向其中添加酯交換催化劑并進(jìn)行冷卻,將由此 得到的固化物投入到制造裝置內(nèi)的方法;在由芳香族聚碳酸酯構(gòu)成的容器(包括由芳香族 聚碳酸酯構(gòu)成的膜的包裝)中添加酯交換催化劑,連同該容器一起投入到制造裝置內(nèi)的方 法。若利用上述方法,則由芳香族二羥基化合物、碳酸二芳基酯、芳香族聚碳酸酯構(gòu)成的容 器被添加到在制造裝置內(nèi)熔融了的碳酸二芳基酯、溶解混合物和預(yù)聚物中時(shí),立即發(fā)生溶 解,因而特別是在混合槽7、溶解混合物貯槽12A和12B、以及攪拌槽式第1聚合器14中,在 反應(yīng)的進(jìn)行遲緩時(shí),可以一次性添加大量的酯交換催化劑,是有效的。此外,對(duì)于固體的催 化劑來說,為了準(zhǔn)確計(jì)量出通過計(jì)算求得的添加量,需要進(jìn)行粉碎等,也優(yōu)選不進(jìn)行粉碎等 操作而比計(jì)算值過量0~l〇〇mg進(jìn)行添加。需要說明的是,在本段中,優(yōu)選芳香族二羥基化 合物和碳酸二芳基酯是在本實(shí)施方式的制造方法中作為原料使用的物質(zhì)。
[0180] 作為酯交換催化劑,可以藉由噴嘴添加到制造裝置內(nèi)。酯交換催化劑的添加中使 用的噴嘴優(yōu)選設(shè)置在選自混合槽7、溶解混合物貯槽12A和12B、攪拌槽式第1聚合器14、以 及攪拌槽式第2聚合器15中的1種以上的設(shè)備的上部。該噴嘴的尺寸優(yōu)選為2英寸~4 英寸,在噴嘴上可以安裝球閥,還優(yōu)選在其上側(cè)安裝附設(shè)有壓力計(jì)、排氣配管以及供給惰性 氣體的配管等的短管。在短管附設(shè)供給惰性氣體的配管來進(jìn)行酯交換催化劑的供給的情況 下,會(huì)產(chǎn)生惰性氣體從供給惰性氣體的配管向著設(shè)有噴嘴的槽的流動(dòng),從而防止芳香族單 羥基化合物向短管的附著,這也是優(yōu)選的。為了抑制碳酸二芳基酯、芳香族單羥基化合物以 及芳香族二羥基化合物的粉末的附著,還優(yōu)選時(shí)常在添加酯交換催化劑的噴嘴的下部流通 惰性氣體。用于供給酯交換催化劑的法蘭優(yōu)選能夠利用可簡(jiǎn)單開放的清潔方式的法蘭型夾 來關(guān)閉。此外還優(yōu)選自動(dòng)供給酯交換催化劑。進(jìn)而,酯交換催化劑可以在連接混合槽7與 溶解混合物貯槽12A或12B的輸送配管的中途添加到溶解混合物中,和/或可以在連接溶 解混合物貯槽12A或12B與攪拌槽式第1聚合器的輸送配管的中途添加到反應(yīng)混合物中。
[0181] [催化劑失活劑]
[0182] 在本實(shí)施方式中例如可以使用專利文獻(xiàn)1中記載的公知的催化劑失活劑。相對(duì)于 每1摩爾酯交換催化劑,催化劑失活劑的用量?jī)?yōu)選為〇. 5摩爾~50摩爾的比例、更優(yōu)選為 0. 5摩爾~10摩爾的比例、進(jìn)一步優(yōu)選為0. 8摩爾~5摩爾的比例。催化劑失活劑例如在 擠出機(jī)中進(jìn)行添加。
[0183] [添加劑、其他]
[0184] 最終的在主聚合器18A和18B中得到的芳香族聚碳酸酯可以在熔融狀態(tài)下從主聚 合器18A和18B送出到其后段的設(shè)備19A和19B中。作為后段的設(shè)備19A和19B,只要為以 往的可收進(jìn)熔融的芳香族聚碳酸酯的設(shè)備就沒有特別限定,例如可以舉出擠出機(jī)、造粒機(jī)、 篩分機(jī)、干燥機(jī)、筒倉(cāng)和包裝機(jī)等。例如,可以將熔融的芳香族聚碳酸酯供給到擠出機(jī)中, 在擠出機(jī)中混合ABS或PET等其他樹脂或者耐熱穩(wěn)定劑、抗氧化劑、光穩(wěn)定劑、紫外線吸收 劑、防粘劑、阻燃劑等添加劑、有機(jī)系或無機(jī)系的顏料或染料、金屬惰性化劑、抗靜電劑、潤(rùn) 滑劑、成核劑等任意的添加劑。這些其他樹脂和任意的添加劑可以單獨(dú)使用、也可以2種以 上組合使用。進(jìn)而,通過本實(shí)施方式制造的芳香族聚碳酸酯還可以含有例如乙二醇、1,4- 丁 二醇、1,4-環(huán)己烷二甲醇以及1,10-癸二醇等脂肪族二羥基化合物(二醇);例如琥珀酸、 間苯二甲酸、2, 6-萘二羧酸、己二酸、環(huán)己烷羧酸以及對(duì)苯二甲酸等二羧酸類;以及例如乳 酸、對(duì)羥基苯甲酸及6-羥基-2-萘甲酸等羥基酸類。
[0185] 此外,還可以將能夠在攪拌槽式第1聚合器14、攪拌槽式第2聚合器15、主聚合器 16、18A和18B中副生成的PH利用輸送栗17進(jìn)行回收。
[0186] 上述記載表明,利用本實(shí)施方式的制造方法,能夠連續(xù)地制造芳香族聚碳酸酯。通 過本實(shí)施方式的制造方法得到的芳香族聚碳酸酯可以經(jīng)過規(guī)定的成型工序制得成型品。成 型工序?yàn)楣某尚凸ば蚣纯桑?,在成型工序中,可以使用注射成型機(jī)、擠出成型機(jī)、吹 塑成型機(jī)和片材成型機(jī)等進(jìn)行芳香族聚碳酸酯的成型來得到成型品。所得到的成型品可用 于汽車、電氣、電子、0A、光介質(zhì)、建材和醫(yī)療等廣泛的用途中。
[0187] 利用本實(shí)施方式,能夠提供容易控制制造時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件、可有效地制造著色少的 芳香族聚碳酸酯的方法。此外,通過在設(shè)置于混合槽內(nèi)的加熱用線圈的內(nèi)部大量流通蒸汽, 能夠迅速地進(jìn)行混合槽內(nèi)的溫度調(diào)整。
[0188]【實(shí)施例】
[0189] 下面舉出具體的實(shí)施例和比較例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明,但本發(fā)明并不受這些實(shí)施例 的限定。
[0190] 實(shí)施例和比較例中應(yīng)用的各特性的測(cè)定方法如下文所記載。
[0191] (1)平衡反應(yīng)率
[0192] 將從溶解混合物貯槽中采集的反應(yīng)混合物0. 5g、作為內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的苯氨基甲酸酯 〇. 〇5g溶解在40mL的THF中,將其作為試樣。使用超高效液相色譜裝置(產(chǎn)品名"ACQUITY UPLC'Waters社制造)對(duì)該試樣所含有的各成分的量進(jìn)行測(cè)定,基于該測(cè)定結(jié)果導(dǎo)出平衡 反應(yīng)率。需要說明的是,作為洗脫液,使用由蒸餾水和乙腈構(gòu)成的混合洗脫液。另外,測(cè)定 條件為下述條件:首先,設(shè)柱溫度為40°C,使混合洗脫液中的蒸餾水與乙腈的比例(蒸餾水 /乙腈)為80/20,開始測(cè)定,從測(cè)定開始后1. 5分鐘起,利用4. 5分鐘的時(shí)間梯度化成蒸餾 水/乙腈的比例為30/70,保持該比例2分鐘,其后利用2分鐘的時(shí)間梯度化成蒸餾水/乙 腈的比例為0. 1/99. 9,保持該比例0. 9分鐘,其后利用0. 1秒的時(shí)間使蒸餾水/乙腈的比例 為80/20。此外,作為柱,使用上述超高效液相色譜裝置用的HSS T3 (1.8 μ m、長(zhǎng)度100mm) 的柱。
[0193] 各成分的檢測(cè)使用檢測(cè)波長(zhǎng)為254nm的UV檢測(cè)器進(jìn)行。由內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的吸光系數(shù)求 出試樣中的反應(yīng)混合物中的未反應(yīng)的芳香族二羥基化合物的量,由所填入的芳香族二羥基 化合物的量(將所填入的各原料的總量換算為〇. 5g的情況下的芳香族二羥基化合物的量) 減去未反應(yīng)的芳香族二羥基化合物的量,從而求出芳香族二羥基化合物的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率,將 該數(shù)值作為平衡反應(yīng)率。例如,作為芳香族二羥基化合物使用BPA、作為碳酸二芳基酯使用 DPC時(shí),由下式求出BPA的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。
[0194] A =樣品量(0· 5g) X (BPA的投料量)ΛΒΡΑ的投料量+DPC的投料量)
[0195] (此處,A表示將所填入的各原料的總量換算為0. 5g的情況下的BPA的量(g))
[0196] BPA的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率(%) = [(A-試樣中的未反應(yīng)的BPA量(g))/A] X 100
[0197] ⑵數(shù)均分子量(Μη)
[0198] Μη使用凝膠滲透色譜法(GPC)進(jìn)行測(cè)定。作為溶劑使用四氫呋喃,作為凝膠使用 聚苯乙烯凝膠,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)單分散聚苯乙烯的校正曲線,使用基于下式的換算分子量校正曲 線來求出數(shù)均分子量。
[0199] MPC = 0. 3591 XMPS1·0388
[0200] (此處,MPC表不聚碳酸酯的分子量、MPS表不聚苯乙稀的分子量)
[0201] (3)熔融指數(shù)(ΜΙ)
[0202] MI(g/10min)按照ISO 1133,在300°C、1. 2kg負(fù)荷的條件下測(cè)定。ΜΙ越大,意味著 流動(dòng)性越優(yōu)異。
[0203] (4)聚合物末端羥基比例(0H % )
[0204] 關(guān)于0H%,將芳香族聚碳酸酯0. 3g溶解在5mL的氘代氯仿中,于23°C使用1H-NMR 裝置(日本電子株式會(huì)社制造,產(chǎn)品名"EX-400")測(cè)定末端基團(tuán),計(jì)算出羥基末端相對(duì)于總 末端數(shù)的比例,作為0H%。
[0205] (5)色調(diào)(b*值)
[0206] 使用由實(shí)施例和比較例制造的芳香族聚碳酸酯,在機(jī)筒溫度300°C、模具溫度 90°C的條件下進(jìn)行直徑5. 5cm、厚度3. 2mm的圓盤狀試驗(yàn)板的注射成型。
[0207] 作為色彩計(jì)使用基于JIS Z8722的分光測(cè)光器,對(duì)上述試驗(yàn)板的色度進(jìn)行測(cè)定。色 調(diào)由基于 JIS Z8729 的 CIELAB 法(Commission Internationale de 1 'Eclairage 1976 l/al/Diagram(國(guó)際照明委員會(huì)19761;&1/坐標(biāo)圖))色度系統(tǒng)中作為黃色度的指標(biāo)的b* 值表示。
[0208] 具體地說,在作為測(cè)定基準(zhǔn)的1/值為1. 97的白板上載置上述試驗(yàn)板,利用反射法 測(cè)定試驗(yàn)板的b*值。
[0209] 〈實(shí)施例1>
[0210] 使用圖1所示的制造裝置。更詳細(xì)地說,作為混合槽7使用3. 8m徑、內(nèi)容量80m3 的設(shè)有2段葉輪葉片的立式攪拌槽。在混合槽7的上部連接有法蘭部的內(nèi)徑為400mm的用 于投入芳香族二羥基化合物的配管噴嘴。在圖2所示的獨(dú)立架臺(tái)20設(shè)置內(nèi)容量為90m 3的 計(jì)量槽2和稱重傳感器3。獨(dú)立架臺(tái)20建立在獨(dú)立的基座上,設(shè)置有具有柔性的電氣配線、 儀表的電纜以及配管。擋風(fēng)架臺(tái)(未圖示)為在獨(dú)立架臺(tái)20的外側(cè)建立在與獨(dú)立架臺(tái)20 的基座各自獨(dú)立地制作的基座上的建筑,安裝有配管等的支持部。計(jì)量槽2連接有排氣量 為150Nm3/h的、用于通過排出計(jì)量槽2內(nèi)部的氣體來控制內(nèi)壓的排氣用控制閥。
[0211] 在設(shè)置于混合槽7內(nèi)的內(nèi)部線圈的蒸汽出口與設(shè)于外側(cè)的外部夾套的蒸汽出口 設(shè)置有圖3所示的蒸汽排水排出設(shè)備21 (被虛線圍起的部分)。在內(nèi)容量為0. 5m3的排水 鼓22連接有并列設(shè)置的具有18噸/hr的處理能力的蒸汽阱23。位于蒸汽排水排出設(shè)備 21內(nèi)的內(nèi)部線圈的蒸汽出口的配管徑為1.
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