СИСТЕМА И СПОСОБ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛИЗИРОВАННОГО ПОЛИМЕРА НА ОСНОВЕ ОЛЕФИНА
SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING A FUNCTIONALISED OLEFIN-BASED POLYMER

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
По настоящей заявке испрашивается приоритет и преимущество по заявке на патент U.S. №62/289001, поданной 29 января 2016 г., раскрытие которой во всей его полноте включено в настоящее изобретение в качестве ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ Настоящее изобретение относится к упрощенным системе и способу, предназначенным для синтеза полимера на основе олефина, предпочтительно эластомера, образованного из олефина (например, бутильного каучука), и функционализации полимера, находящегося в объемной фазе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В некоторых реакциях полимеризации жидкий или газообразный мономер полимеризуют в присутствии разбавителя, в котором продукт реакции полимеризации не является значительно растворимым. В результате этого образуется суспензия, в которой твердый продукт реакции полимеризации диспергирован в виде частиц или агломератов полимера. Во многих из этих реакций разбавитель способствует отводу тепла от агломератов полимера.
Хотя эти реакции применимы в технологии, в этих реакций полимеризации возникают несколько затруднений. Во-первых, полученная суспензия может обладать относительно высокой вязкостью, что препятствует перемешиванию и переносу тепла, и это может оказать неблагоприятное воздействие на характеристики полимера, работоспособность реактора и может привести к загрязнению реактора. Эта относительно высокая вязкость также налагает практические ограничения на содержание твердых веществ в получаемой суспензии. Кроме того, поскольку реакция протекает в присутствии разбавителя, необходимо отделить полимер и агломераты полимера от разбавителя и, в заключение, удалить жидкости и высушить полимерный продукт.
Как должно быть очевидно специалисту в данной области техники, реакции полимеризации такого типа обычно проводят в емкостном реакторе с непрерывным перемешиванием с использованием достаточных объемов разбавителя и обеспечения перемешивания для сохранения жидкой среды. После проведения полимеризации разбавитель, которым часто является органический растворитель, удаляют с использованием обычных методик удаления растворителя. Например, растворитель можно удалить из продукта реакции полимеризации с помощью методик удаления растворителя с использованием пара, при этом получают влажный продукт, который необходимо сушить. Эти обычные методики, а также использующееся в этих методиках оборудование могут являться энергоемкими и дорогостоящими.
После проведения полимеризации полученный полимерный продукт часто необходимо функционализировать. Например, эластомеры на основе изобутилена, такие как бутильный каучук, содержат небольшое количество ненасыщенных фрагментов, образующихся в результате полимеризации одного или большего количества мультиолефинов. Эти ненасыщенные фрагменты обычно случайным образом распределены вдоль полимерной цепи. В результате этого, реакционная способность эластомеров на основе изобутилена и, следовательно, степень их вулканизации, существенно ниже, чем в случае сильно ненасыщенных натуральных и синтетических каучуков. Для улучшения характеристик вулканизации эластомеров на основе изобутилена эластомеры на основе изобутилена часто функционализируют путем галогенирования.
Хотя для полимеров на основе олефина предложено множество способов функционализации, в большинстве промышленных способов полимеры на основе олефина функционализируют в жидкой фазе. Например, в патенте U.S. №3099644, который включен в настоящее изобретение в качестве ссылки, описан способ бромирования эластомеров на основе изобутилена, при проведении которого эластомер на основе изобутилена находится в растворе. Функционализация сополимеров изобутилена также описана в патенте U.S. №5670582, который включен в настоящее изобретение в качестве ссылки.
Несмотря на использующиеся в промышленности способы, предложена возможность получения функционализированного полимера на основе олефина способом, в котором используют полимер на основе олефина, находящийся в объемной фазе. Например, в патентах U.S. №№4513116 и 4563506, которые включены в настоящее изобретение в качестве ссылки, описан способ проводимого в непрерывном режиме бромирования бутильного каучука, осуществляемого путем введения бутильного каучука во взаимодействие с бромирующим реагентом в проточном устройстве, где бутильный каучук находится в объемной фазе. Точнее, в этих патентах описано, что проточные устройства могут включать месильные машины, экструдеры и смесители непрерывного действия, в которых бутильный каучук может подвергаться деформации. Эти проточные устройства устроены таким образом, что они включают множество зон реакций, включая первую зону реакции, в которой бутильный каучук вводят во взаимодействие с бромирующим реагентом, и расположенную ниже по потоку зону нейтрализации, в которой побочные продукты, образующиеся при реакции бромирования, отделяют от продукта -бромированного бутильного каучука - и удаляют из проточного устройства.
Предложена по меньшей мере одна методика упрощения способа в целом, предназначенного для получения полимера на основе олефина и функционализации полученного полимерного продукта. В WO 2015/051885 А2 описан способ получения галогенбутильного каучука, проводимый путем сополимеризации изобутилена с изопреном в растворителе с получением бутильного каучука, где растворитель может являться нерастворяющим в случае суспензионного способа (например, хлорметан) или растворяющим в случае проводимого в растворе способа (например, изопентан, пентан, гексан), и последующего галогенирования бутильного каучука. В соответствии с этим раскрытием, по меньшей мере галогенирование необходимо проводить с использованием галогенирующего реагента, предпочтительно хлора или брома, в месильной машине для галогенирования. В WO 2015/051885 А2 раскрыто, что сополимеризацию изобутилена с изопреном можно провести в месильной машине для сополимеризации. Альтернативно, и сополимеризацию изобутилена с изопреном, и последующее галогенирование бутильного каучука можно провести в комбинированой месильной машине.
Однако, поскольку обычные способы суспензионной полимеризации, предназначенные для получения полимера на основе олефина, и оборудование, использующееся в этих способах, могут являться энергоемкими и дорогостоящими и, поскольку сохраняется постоянная необходимость функционализации полимерного продукта, полученного с помощью этих способов полимеризации, где полимерный продукт остается в объемной фазе, сохраняется необходимость разработки систем и способов, с помощью которых можно эффективно провести суспензионную полимеризацию и функционализацию полученного полимерного продукта в объемной фазе.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к новым объединенным системам и способам, предназначенным для полимеризации и функционализации, которые удовлетворяют требованиям, предъявляемым к системам и способам, с помощью которых можно эффективно провести реакции полимеризации, в особенности суспензионной полимеризации, предназначенные для получения полимера на основе олефина и функционализации полученного полимера в объемной фазе.
В настоящем изобретении описана система для синтеза, предназначенная для получения функционализированного полимера на основе олефина, система включает зону полимеризации, зону удаления летучих веществ, расположенную после зоны полимеризации и соединенную жидкостным каналом с зоной полимеризации, и зону функционализации, расположенную после зоны удаления летучих веществ и соединенную жидкостным каналом с зоной удаления летучих веществ. Зона полимеризации обычно включает по меньшей мере секцию перемешивания, секцию удаления жидкостей и секцию нейтрализации и включает по меньшей мере одну секцию, обладающую определенной площадью поперечного сечения, которая непрерывно уменьшается при продвижении от первого конца ко второму концу секции.
4
7
4
7
3
2
В настоящем изобретении также описан способ получения функционализированного полимера на основе олефина. Способ включает проводимую сначала полимеризацию смеси мономеров, содержащей по меньшей мере один олефиновый мономер и предпочтительно по меньшей мере один сомономер, в присутствии катализатора в реакторе для полимеризации с получением полимеризованной смеси, содержащей полимер на основе олефина. Далее способ включает необязательно проводимое удаление жидкостей и/или нейтрализацию полимеризованной смеси и последующую функционализацию полимера на основе олефина. Функционализация полимера на основе олефина обычно включает реакцию полимера на основе олефина, находящегося в основном в объемной фазе, с функционализирующим реагентом в месильном реакторе с получением функционализированного полимера и побочных продуктов реакции функционализации. Смесь мономеров часто содержит по меньшей мере один С-С-олефиновый мономер и по меньшей мере один несопряженный алифатический диен, не являющийся изопреном сопряженный алифатический диен, ароматический диен или ариловый мономер. Альтернативно или дополнительно, смесь мономеров может содержать два или большее количество С-С-моноолефиновых мономеров. Кроме того, альтернативно, смесь мономеров может содержать С-олефиновый мономер, C-олефиновый мономер и необязательно по меньшей мере один диеновый мономер.
Эти и другие особенности, объекты и преимущества настоящего изобретения станут понятнее из приведенного ниже описания и прилагаемой формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 представлена схема системы для синтеза функционализированного полимера на основе олефина;
На фиг. 2А представлено схематическое изображение поперечного сечения первой зоны полимеризации;
На фиг. 2Б представлен перспективный вид сверху второй зоны полимеризации;
На фиг. 2Б' представлен перспективный вид сбоку в разрезе экструдера для удаления жидкостей-нейтрализации; и
На фиг. 3 представлена схематичная диаграмма, иллюстрирующая зону функционализации и способ функционализации.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Определения, применимые в описании настоящего изобретения, приведены ниже.
Термин "эластомер" при использовании в настоящем изобретении обычно означает полимеры, согласующиеся с определением, приведенным в стандарте ASTM D1566: "материал, который способен возвращаться в исходное состояние после значительных деформаций и может быть модифицирован или уже модифицирован с переходом в состояние, в котором он в основном нерастворим (но может набухать) в кипящем растворителе". Термин "эластомер" и термин "каучук" можно использовать в настоящем изобретении взаимозаменяемым образом. Эластомеры могут обладать температурой плавления, которую невозможно определить с помощью ДСК (дифференциальная сканирующая калориметрия), или, если ее можно определить с помощью ДСК, равной менее 80°С, или равной менее 20°С, или равной менее 0°С. Эластомеры могут обладать Tg (температура стеклования), определенной с помощью ДСК, равной -50°С или менее. Типичные эластомеры могут характеризоваться молекулярно-массовым распределением (Mw/Mn), составляющим менее 10, альтернативно менее 5, альтернативно менее 2,5, типичной средневязкостной молекулярной массой, находящейся в диапазоне от 200000 вплоть до 2000000 и типичной среднечисловой молекулярной массой, находящейся в диапазоне от 25000 до 750000, определенной с помощью гель-проникающей хроматографии.
Термин "мультиолефин" при использовании в настоящем изобретении означает любой мономер, содержащий две или большее количество двойных связей.
Термин "ариловый мономер" при использовании в настоящем изобретении означает мономер, содержащий углеводородную группу, которая образует кольцевую структуру, типичную для ароматических соединений, такую как, например, бензол, нафталин, фенантрен, антрацен и т.п., и обычно в своей структуре содержит альтернирующие двойные связи ("ненасыщенные фрагменты"). Таким образом, арильная группа означает группу, образованную из ароматического соединения путем замены в формуле одного или большего количества атомов водорода на алкильную и/или винильную группу с получением, например, алкилстирола.
Термин "полимер на основе олефина" при использовании в настоящем изобретении означает полимеры, образованные при полимеризации мономера, содержащего олефин, т.е. олефинового мономера, и необязательно сополимеризующегося с ним мономера, и который содержит не менее 50 мол. % повторяющихся звеньев, образованных из олефина. Термин "полимер на основе олефина" и термин "полимер, образованный из олефина" можно использовать взаимозаменяемым образом. Полимерами на основе олефина, предпочтительными для задач настоящего изобретения, являются эластомеры на основе олефина. Для удобства для обозначения эластомера на основе олефина в настоящем изобретении можно использовать термин "каучук".
4
7
4
7
Термин "эластомер на основе изоолефина" означает (а) сополимеры, образованные при полимеризации по меньшей мере одного С-С-изоолефинового мономера и по меньшей мере одного мультиолефинового мономера, (b) гомополимеры, образованные при полимеризации С-С-изоолефиновых мономеров, и (с) статистические сополимеры, образованные при полимеризации С4-С7-изоолефинов и алкилстирола.
4
Типы "эластомеров на основе изоолефина" включают "эластомеры на основе изобутилена", которые означают эластомеры, содержащие не менее 70 мол. % повторяющихся звеньев, образованных из изобутилена. Такие полимеры можно описать, как статистические сополимеры, состоящие из звена, образованного из С-изомоноолефина, такого как звена, образованного из изобутилена, и по меньшей мере одного другого полимеризующегося звена.
Термин "сополимер пропилена" можно использовать для обозначения статистического сополимера, который является эластомерным, обладает средней степенью кристалличности и содержит звенья, образованные из пропилена, и от 5 до 50 мас. % звеньев, образованных из одного или большего количества следующих: этилена, высших α-олефинов, и/или необязательно звенья, образованные из диена.
Термин "сополимер этилена" можно использовать можно использовать для обозначения статистического сополимера, который является эластомерным, обладает средней степенью кристалличности и содержит звенья, образованные из этилена, и от 5 до 50 мас. % звеньев, образованных из одного или большего количества следующих: пропилена, высших α-олефинов, и/или необязательно звенья, образованные из диена.
Термин "объемная фаза", применительно к эластомеру, означает эластомер или эластомер, смешанный с пластифицирующей жидкостью, находящийся в твердой фазе, обладающий динамической вязкостью при нулевом сдвиговом усилии и при комнатной температуре, находящейся в диапазоне от 103 до 109 Па⋅с. В любом варианте осуществления настоящего изобретения эластомер в твердой фазе альтернативно может обладать динамической вязкостью при нулевом сдвиговом усилии и при комнатной температуре, находящейся в диапазоне от 104 до 109 Па⋅с. Термин "объемная фаза" также можно использовать для обозначения полимерной массы, содержащей менее 30 мас. % растворителя и/или разбавителя.
Термин "месильная машина" можно использовать для обозначения любого устройства, предназначенного для замешивания. Термин "месильная машина" можно использовать в качестве синонима термина "месильный сосуд", но не ограничивается только им.
Термин "крючок" можно использовать для обозначения изделия из материала, например, металла, приспособленного для захвата, вытягивания или зацепления, предпочтительно обладающего кривой или согнутой формой.
Термин "набор" можно использовать для обозначения группы или серии лопастей или крючков, расположенных вдоль общего направления или под углом наклона по отношению к валу в сборе, выходящих в продольном направлении вниз от продольной части вала в сборе.
Термин "различающиеся по физическим характеристикам компоненты" означает такие материалы, которые можно разделить путем сжатия или уплотнения и/или путем комбинации перемещающих действий, направленных против силы тяжести, проводимых в секции удаления жидкостей или в секции удаления жидкостей-уплотнения.
с
с
N
5
Термин "псевдожидкая фаза" означает реологическое состояние полимера, в котором полимер обладает (i) угловой частотой перехода (ω), большей или равной 1 рад/с, или (ii) ω, равной менее 1 рад/с, и значением модуля на плато (G), равным менее 1,2×10 Па.
х
у
Термин "пластифицирующая жидкость" означает углеводородную жидкость или масло, способное обеспечивать набухание или размягчение полимеров на основе олефина, описанных в настоящем изобретении. Предпочтительно, если пластифицирующие жидкости не вступают в протекающую в значительной степени реакцию с полимерами или пластифицирующими реагентами, описанными в настоящем изобретении. В любом варианте осуществления пластифицирующие жидкости могут включать углеводородные жидкости, обладающие формулой СН, в которой х равно от 5 до 20 и у равно от 12 до 42, такие как гексан, изогексан, пентан, изопентан и циклогексан.
8
24
Термин "нейтрализующие соединения", которые также могут называться "нейтрализаторами", означают такие соединения, которые вступают в реакцию или взаимодействуют с побочными продуктами, полученными в ходе осуществления способа, предлагаемого в настоящем изобретении, с целью предотвращения или сведения к минимуму вклада нежелательных характеристик этих побочных продуктов. Например, нейтрализующие соединения можно использовать для реакции или взаимодействия с бромидом водорода. Типичные нейтрализующие соединения включают, но не ограничиваются только ими, карбоксилаты щелочных или щелочноземельных металлов (например, стеарат кальция и натрия), гидроксиды (например, гидроксид магния), оксиды (например, оксид магния), эпоксиды, эпоксидированные сложные эфиры, такие как эпоксидированные сложные С-С-эфиры, эпоксидированное соевое масло и неорганические соли органических кислот.
Термин "стабилизирующие соединения", которые также могут называться "стабилизаторами", означают такие соединения, которые можно включить в полимеры на основе олефина, описанные в настоящем изобретении, с целью предотвращения или сведения к минимуму нежелательных реакций или взаимодействий, в которые могут вступать полимеры на основе олефина. Например, стабилизаторы могут включать антиоксиданты такие как, но не ограничиваясь только ими, стерически затрудненные фенолы, такие как бутилированный гидрокситолуол (БГТ), вторичные ароматические амины, бензофураноны и светостабилизаторы на основе стерически затрудненных аминов (HALS). Другие стабилизаторы могут включать иономерный стабилизатор (стабилизаторы), который означает любой органический донор протона, такой как карбоновые кислоты (например, жирные кислоты, такие как стеариновая кислота), неорганические и органические кислоты, обладающие рKа, равным менее 9,0 (например, фенол, лимонная кислота, монофосфат калия и хлорная кислота), и полимерные смолы, содержащие кислотные функциональные группы. Дополнительные стабилизаторы включают акцепторы свободных радикалов, включая стерически затрудненные нитроксильные эфиры и стерически затрудненные нитроксильные радикалы, такие как описанные в WO 2008/003605 А1.
Объекты настоящего изобретения можно описать со ссылкой на фиг. 1, на котором представлена зона полимеризации 100, зона удаления летучих компонентов 300, расположенная после зоны полимеризации 100 и соединенная жидкостным каналом с зоной полимеризации 100 с помощью линии 130, и зона функционализации 400, расположенная после зоны удаления летучих веществ 300 и соединенная жидкостным каналом с зоной удаления летучих веществ 300 с помощью линии 140. Обычно поток смеси мономеров, содержащей мономер и необязательно один или большее количество сомономеров, вводят по линии 110 в зону полимеризации 100 и поток катализатора вводят по линии 120 в зону полимеризации 100. Альтернативно, мономеры и/или компоненты потока катализатора можно смешать и ввести в виде нереакционноспособных потоков.
Смесь мономеров
Состав смеси мономеров, вводимой в зону полимеризации 100, зависит от необходимой структуры полимера, получаемого путем полимеризации смеси мономеров. Обычно полученный полимер представляет собой полимер на основе олефина, более предпочтительно эластомер на основе олефина. В таких объектах смесь мономеров обычно содержит по меньшей мере один олефиновый мономер и необязательно один или большее количество сополимеризующихся с ним сомономеров.
Подходящие олефиновые мономеры включают, но не ограничиваются только ими, моноолефины и мультиолефины. Типичные моноолефины включают, но не ограничиваются только ими, линейные олефины, такие как этилен и пропилен, и изоолефины, такие как изобутилен, 2-метил-1-бутен, 3-метил-1-бутен, 2-метил-2-бутен, 1-бутен, 2-бутен, метилвиниловый эфир, инден, винилтриметилсилан, гексен и 4-метил-1-пентен. Подходящие мультиолефины могут являться алифатическими или ароматическими. Типичные мультиолефины включают, но не ограничиваются только ими изопрен, бутадиен, 2,3-диметил-1,3-бутадиен, мирцен, 6,6-диметилфульвен, гексадиен, циклопентадиен, пиперилен, аллооцимен и другие мономеры (например, алкилстиролы), такие как раскрытые в патенте U.S. №5506316.
4
7
4
7
4
7
4
7
4
7
4
7
4
7
Предпочтительно, если полученный эластомер на основе олефина представляет собой эластомер на основе изоолефина, в идеальном случае эластомер на основе изобутилена. В таких объектах смесь мономеров обычно содержит по меньшей мере один С-С-олефиновый мономер, предпочтительно С-С-изоолефиновый мономер. Часто смесь мономеров содержит по меньшей мере один С-С-олефиновый мономер и по меньшей мере один мультиолефиновый мономер. Часто смесь мономеров содержит по меньшей мере два или большее количество С-С-олефиновых мономеров, предпочтительно два С-С-изоолефиновых мономера, в идеальном случае два С-С-моноолефиновых мономера. Смесь мономеров необязательно может содержать дополнительные сомономеры. Предпочтительные необязательные дополнительные сомономеры включают, но не ограничиваются только ими, несопряженные алифатические диены, не являющиеся изопреном сопряженные алифатические диены, ароматические диены, ариловые мономеры и их комбинации. В предпочтительных объектах полученный эластомер на основе олефина получают путем полимеризации смеси мономеров, содержащей не менее 80 или не менее 86,5%, или, альтернативно, вплоть до 95 мас. % С-С-изоолефинового мономера и от примерно 5% до примерно 20 мас. % алкилстирольного мономера.
4
10
4
10
Альтернативно, полученный эластомер на основе олефина представляет собой сополимер пропилена или этилена. В таких объектах смесь мономеров обычно содержит пропилен и/или этилен, необязательно С-С-α-олефин и необязательно диеновый компонент. Предпочтительные С-С-α-олефины включают, но не ограничиваются только ими, 1-бутен, 1-гексен и 1-октен. Предпочтительно, если диеновый компонент является несопряженным. Предпочтительные несопряженные диеновые компоненты включают, но не ограничиваются только ими, 1,4-гексадиен, 1,6-октадиен, 5-метил-1,4-гексадиен, 3,7-диметил-1,6-октадиен, дициклопентадиен ("ДЦПД"), этилиденнорборнен ("ЭНБ"), норборнадиен, 5-винил-2-норборнен ("ВНБ") и их комбинации.
Катализатор
Возвращаясь к рассмотрению фиг. 1, отметим, что один или большее количество катализаторов и/или компонентов катализатора вводят в зону полимеризации 100. Выбор катализаторов и/или компонентов катализатора зависит от необходимой структуры полимера, получаемого путем полимеризации смеси мономеров. В любом варианте осуществления один или большее количество катализаторов и/или компонентов катализатора могут быть нанесены на подложку (т.е. являться гетерогенными) или являться растворимыми (т.е. являться гомогенными). Подходящие катализаторы и компоненты катализатора включают катализаторы Циглера-Натта, в идеальном случае металлоценовые катализаторы, катализаторы - кислоты Льюиса и катализаторы Фриделя-Крафтса.
Зона полимеризации
Продолжая рассмотрение фиг. 1, отметим, что смесь мономеров и один или большее количество катализаторов и/или компонентов катализатора вводят в зону полимеризации 100. Предпочтительно, если зона полимеризации 100 приспособлена для успешного синтеза и выделения многофазных композиций, таких как образующиеся в ходе реакций суспензионной полимеризации.
Обычно зона полимеризации 100 включает отдельно управляемые секции. Хотя каждая секция приспособлена для продвижения содержимого зоны полимеризации 100 с помощью принудительного полного потока вещества вперед, каждая секция особенным образом приспособлена для приложения заданных сил к находящемуся в ней содержимому для осуществления отдельных задач. Обычно отдельно управляемые секции включают секцию перемешивания, в которой смесь мономеров, катализатор (катализаторы), полимерный продукт (продукты) и необязательные разбавители перемешивают, подвергают противоточному перемешиванию и/или замешивают с получением полимеризованной смеси, содержащей полимер на основе олефина, секцию удаления жидкостей, в которой различающиеся по физическим характеристикам компоненты полимеризованной смеси можно разделить, и секцию нейтрализации, в которой ее содержимое перемешивают с одновременным введением нейтрализующего реагента. Зона полимеризации 100 необязательно может включать дополнительные секции, включая, но не ограничиваясь только ими, секцию уплотнения, в которой к ее содержимому можно приложить сжимающие усилия, одну или большее количество секций продвижения, приспособленных главным образом для продвижения их содержимого, одну или большее количество секций герметизации, приспособленных для удерживания потока материала внутри секции и заполнения любых пустот, чтобы таким образом создать герметичную перегородку между секцией, расположенной непосредственно перед секцией герметизации, и другими расположенными после нее секциями, и/или секцию удаления летучих веществ, приспособленную для обработки ее компонентов при пониженном давлении и/или при повышенных температурах, чтобы таким образом выпарить низкокипящие компоненты в секции удаления летучих веществ и отделить их от других компонентов. Одна или большее количество отдельно управляемых секций зоны полимеризации 100 часто могут быть сконфигурированы для выполнения нескольких указанных выше функций. Например, зона полимеризации 100 может включать секцию удаления жидкостей-уплотнения, которая сконфигурирована для разделения различающихся по физическим характеристикам компонентов полимеризованной смеси, а также для приложения к ее содержимому сжимающих усилий. В любом варианте осуществления предпочтительно, если зона полимеризации 100 включает по меньшей мере одну секцию, обладающую определенной площадью поперечного сечения, которая постоянно уменьшается при продвижении от первого конца ко второму концу.
Каждая отдельно управляемая секция зоны полимеризации 100 может быть расположена в любом сосуде или в комбинации сосудов, предназначенных для выполнения соответствующей функции (функций), любой их этих сосудов может быть снабжен одним или большим количеством регуляторов температуры и/или одним или большим количеством регуляторов давления. Обычно по меньшей мере одним сосудом, относящимся к зоне полимеризации 100, является реактор для полимеризации. Предпочтительно, если реактор для полимеризации включает кожух и вращающийся вал в сборе, расположенный внутри кожуха в осевом направлении.
Предпочтительно, если секция перемешивания расположена внутри реактора для полимеризации и включает кожух, обычно обладающий цилиндрической формой, входное отверстие, расположенное вблизи первого конца, и выходное отверстие, расположенное вблизи второго конца,. Обычно секция перемешивания включает по меньшей мере две движущиеся лопасти, направленные радиально от вращающегося вала реактора. Альтернативно или дополнительно, секция перемешивания может включать по меньшей мере два крючка для замеса, прикрепленные к кожуху секции перемешивания и направленные в сторону вращающегося вала реактора.
Секция удаления жидкостей и необязательно секция уплотнения также часто расположены внутри реактора для полимеризации. Обычно секция удаления жидкостей реактора для полимеризации включает кожух, обычно обладающий конической формой, первый конец которого больше второго. Предпочтительно, если входное отверстие в секцию удаления жидкостей расположено в большем первом конце и выходное отверстие расположено во втором конце секции удаления жидкостей. В идеальном случае входное отверстие в секцию удаления жидкостей обладает таким же размером, как второй конец секции перемешивания. Обычно секция удаления жидкостей включает по меньшей мере один обычно винтовой участок, направленный радиально от вращающегося вала реактора. Если секция удаления жидкостей находится внутри реактора для полимеризации, то зона полимеризации 100 обычно включает устройство для выгрузки материала, расположенное после реактора. В этих объектах секция нейтрализации обычно расположена в устройстве для выгрузки материала.
Если секция удаления жидкостей не расположена внутри реактора для полимеризации, то предпочтительно, если зона полимеризации 100 включает экструдер для удаления жидкостей-нейтрализации, расположенный после реактора. Обычно экструдер для удаления жидкостей-нейтрализации включает кожух и вал в сборе, расположенный в осевом направлении внутри экструдера, где вал в сборе включает несколько винтовых участков. В таких объектах экструдер включает несколько секций для обработки с несколькими винтовыми участками, таких как секция удаления жидкостей, секция нейтрализации и необязательно секция уплотнения. Секция удаления жидкостей экструдера необязательно также может выполнять функцию секции уплотнения (т.е. экструдер включает комбинацию секций удаления жидкостей-уплотнения).
Две подходящие конфигурации зоны полимеризации 100 представлены на фиг. 2А, 2Б и 2Б'. Обладающая первой конфигурацией зона полимеризации, включающая секцию перемешивания, секцию удаления жидкостей и секцию уплотнения, расположенные внутри реактора 18, который также можно назвать реактором для полимеризации 18, и секцию нейтрализации, расположенную в устройстве для выгрузки материала 132, расположенном после реактора 18, может быть описана со ссылкой на фиг. 2А.
Реактор 18 обычно включает кожух 22 и вал в сборе 24, расположенный в осевом направлении внутри кожуха 22. Кожух 22 включает боковую стенку 42, боковую стенку 72 и боковую стенку 82. В любом варианте осуществления вал в сборе 24 может являться вращающимся и может быть подходящим образом закреплен для вращения с помощью втулок, которые не показаны на чертеже. Вал в сборе 24 может быть механически присоединен к подходящему движущему устройству 26, предназначенному для вращения вала 24 с необходимой скоростью. Вал 24 часто механически присоединен к одному движущему устройству, как это показано на фиг. 2А, и, альтернативно, вал 24 механически присоединен к двум отдельным движущим устройствам, присоединенным к противоположным концам вала 24.
Секция перемешивания 30 реактора 18 приспособлена для перемешивания, противоточного перемешивания и/или замешивания содержимого реактора и тем самым обеспечения сравнительно большой площади поверхности соприкосновения содержимого реактора с перемешивающими элементами, расположенными внутри реактора. Кожух 22 включает боковую стенку 42, относящуюся к секции перемешивания 30. Боковая стенка 42 и/или торцевая стенка реактора 18, относящаяся к секции перемешивания 30, может включать одно или большее количество отверстий. Например, как показано на фиг. 2А, в боковой стенке 42 имеется входное отверстие 46, расположенное в радиальном направлении от вала в сборе 24. Боковая стенка 42 и/или торцевая стенка реактора 18, относящаяся к секции перемешивания 30, может включать одно или большее количество выходных отверстий. Например, и как показано на фиг. 2А, в боковой стенке 42 имеется выходное отверстие 48, расположенное в радиальном направлении от вала в сборе 24. Выходное отверстие 48 часто приспособлено для обеспечения удаления потока пара из реактора, при этом обеспечивается испарительное охлаждение материалов внутри реактора. Специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что расположение входных отверстий и выходных отверстий может меняться в зависимости от предпочтений. Например, может оказаться необходимым включить входное отверстие или выходное отверстие (не показано) в торцевую стенку реактора 18.
Предпочтительно, если необходимое перемешивание и замешивание, проводимые в секции перемешивания 30, осуществляют с помощью определенно расположенных крючка и лопасти для замешивания. Например, секция перемешивания 30 может включать одну или большее количество лопастей для замешивания. Вал в сборе 24 может включать один или большее количество наборов лопастей, например, 62, направленные радиально от продольной части вала в сборе. Вал в сборе 24 часто может включать от 3 до 10 наборов лопастей, находящихся в секции перемешивания 30, или, альтернативно, от 4 до 8 наборов, находящихся в секции перемешивания 30. В любом варианте осуществления каждый набор лопастей может включать не менее 1 и вплоть 100 лопастей, или каждый набор может включать от 1 до 20 лопастей, или каждый набор может включать от 2 до 10 лопастей, или каждый набор может включать от 2 до 8 лопастей.
В любом варианте осуществления лопасть 62 сконфигурирована и приспособлена для работы вместе с крючком 64, который закреплен на боковой стенке 42 секции перемешивания 30. Предпочтительно, что, если вал в сборе 24 вращается, то лопасть 62 проходит рядом с крючком 64. Крючки, например, 64, также могут быть объединены в наборы, расположенные вдоль длины оси секции перемешивания 30. Количество наборов крючков может зависеть от ряда факторов, включая количество лопастей в каждом наборе лопастей.
Пространство 66, которое также может называться каналом 66, находится между валом в сборе 24, находящемся в секции перемешивания 30 (т.е. продольной частью и лопастью 62), и внутренней стороной боковой стенки 42, а также крючком 64. Предпочтительно, если боковая стенка 42 обычно является цилиндрической и поэтому площадь поперечного сечения (т.е. область, расположенная в поперечном направлении по отношению к валу в сборе 24) является постоянной или в основном постоянной по всей длине оси секции перемешивания 30.
Секция удаления жидкостей 32 реактора 18 приспособлена для разделения различающихся по физическим характеристикам компонентов содержимого реактора и обеспечивает одному из компонентов возможность перемещаться или течь обратно в секцию перемешивания 30. Например, в секции удаления жидкостей 32 твердые вещества можно отделить от жидкостей. Аналогичным образом, в секции удаления жидкостей 32 более вязкие жидкости можно отделить от менее вязких жидкостей. Кожух 22 включает боковую стенку 72, относящуюся к секции удаления жидкостей 32. Вал в сборе 24, находящийся в секции удаления жидкостей 32, включает винтовой участок (участки) 102, выходящий из него. Пространство 106, которое также может называться каналом 106, находится между валом в сборе 24, находящемся в секции удаления жидкостей 32 (т.е. продольная часть и винтовой участок 102), и внутренней стороной боковой стенки 72. Разделение различающихся по физическим характеристикам материалов часто по меньшей мере частично можно провести с использованием щели, которая может находиться между вершиной винтового участка 102 и внутренней стороной боковой стенки 72. В любом варианте осуществления винтовой участок 102 может быть приспособлен для обеспечения течения жидкости обратно в секцию перемешивания 30.
Канал 106 может быть определен с помощью площади его поперечного сечения (область, расположенная в поперечном направлению к длине оси вала в сборе 24) в любом положении по длине вала в сборе 24, находящегося в секции удаления жидкостей 32. Обычно площадь поперечного сечения канала 106 в первом конце секции удаления жидкостей 32 больше, чем площадь поперечного сечения канала 106 во втором конце секции удаления жидкостей 32. В идеальном случае площадь поперечного сечения канала 106 непрерывно уменьшается при продвижении от первого конца ко второму концу секции. Коэффициент уменьшения при продвижении от первого конца ко второму концу секции может быть постоянным или может меняться. Специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что это уменьшение площади поперечного сечения канала 106 вместе с воздействием силы тяжести будет содействовать обратному течению жидкостей из секции удаления жидкостей 32 в секцию перемешивания 30. Обратному течению жидкостей можно содействовать, расположив реактор 18 под углом наклона а к горизонтальной плоскости. Обычно и как показано на фиг. 2А, уменьшение площади поперечного сечения канала 106 при продвижении от первого конца ко второму концу секции можно осуществить путем использования в секции удаления жидкостей 32 боковой стенки 72, обладающей формой усеченного конуса.
Секция уплотнения 34 реактора 18 приспособлена для уплотнения материалов, находящихся в этой секции (т.е. секция приспособлена для создания давлений); уплотнение можно описать, как сжатие материалов для удаления или высвобождения из материалов жидкостей или газов. Кожух 22 включает боковую стенку 82, относящуюся к секции уплотнения 34. Как и в случае секции удаления жидкостей 32, вал в сборе 24, находящийся в секции уплотнения 32, может включать винтовой участок (участки) 112, выходящий из него. Пространство 116, которое также может называться каналом 116, находится между валом в сборе 24, находящемся в секции уплотнения 34 (т.е. продольная часть и винтовой участок 112), и внутренней стороной боковой стенки 82. Как и в случае секции удаления жидкостей 32, канал 116, находящийся в третьей части 34, может быть определен с помощью площади его поперечного сечения (область, расположенная в поперечном направлению к длине оси вала в сборе 24) в любом положении по длине вала в сборе 24, находящегося в секции уплотнения 34.
Уплотнение, проводимое в секции уплотнения 34, можно осуществить разными путями. Например, средняя площадь поперечного сечения канала 116 в секции уплотнения 34 может быть меньше, чем средняя площадь поперечного сечения канала 106 в секции удаления жидкостей 32. Уплотнение также можно провести путем изменения расстояния между участками 112 в секции уплотнения 34.
Площадь поперечного сечения канала 116 в третьей части 34 часто уменьшается при продвижении от первого конца ко второму концу секции. Альтернативно, площадь поперечного сечения канала 116 в третьей части 34 является постоянной или в основном постоянной при продвижении от первого конца ко второму концу секции.
Секция нейтрализации 36, расположенная внутри устройства для выгрузки материала 132, приспособлена для перемешивания ее содержимого с одновременным введением нейтрализующего реагента. Как показано на фиг. 2А, устройством для выгрузки материала 132 может являться, например, двушнековый экструдер. В таких объектах перемешивание, проводимое в секции нейтрализации 36, включает экструзионное перемешивание. В любом варианте осуществления нейтрализующий реагент можно подавать в устройство для выгрузки материала 132 через порт 134.
Конфигурация зоны полимеризации, представленная на фиг. 2А, может быть дополнительно разъяснена с помощью совместно переуступленного WO 2016/069121, который включен в настоящее изобретение в качестве ссылки.
Вторую подходящую конфигурацию зоны полимеризации 220, включающую секцию перемешивания, находящуюся в реакторе 230, который также можно назвать реактором для полимеризации 230, и комбинацию секция удаления жидкостей-секция уплотнения, и зону нейтрализации, находящиеся в экструдере 260, который также можно назвать экструдером для удаления жидкостей-нейтрализации 260, находящийся после реактора 230, можно описать со ссылкой на фиг. 2Б и 2Б'. В дополнение к этим секциям экструдер 260, включенный в зону полимеризации, обладающую этой второй конфигурацией, включает две секции продвижения, секцию герметизации и секцию удаления летучих веществ. Как лучше всего показано на фиг. 2Б', реактор 230 соединен жидкостным каналом с экструдером 260 с помощью выходного отверстия 232 реактора 230 и входного отверстия 258 экструдера 260. Выходное отверстие 232 может быть непосредственно соединено с входным отверстием 258. Альтернативно, выходное отверстие 232 может быть соединено с входным отверстием 258 с помощью соответствующего канала (не показан). Благодаря этой конфигурации материалы, находящиеся внутри реактора 230, можно перенести в экструдер 260 для проведения последующей обработки. Кроме того, эта конфигурация обеспечивает возможность двунаправленного потока материалов между реактором 230 и экструдером 260.
Как показано на фиг. 2Б, реактор 230 обычно включает кожух 234 и вал в сборе 236, расположенный внутри кожуха 234 в осевом направлении. Кожух 234 включает боковую стенку 238. В любом варианте осуществления вал в сборе 236 может являться вращающимся и может быть подходящим образом закреплен для вращения с помощью втулок, которые не показаны на чертеже. Вал в сборе 236 может быть механически присоединен к подходящему движущему устройству 235, предназначенному для вращения вала в сборе 236 с необходимой скоростью. Вал в сборе 236 часто механически присоединен к одному движущему устройству, как это показано на фиг. 2Б, и в альтернативных конфигурациях, которые не показаны, вал в сборе 236 может быть механически присоединен к двум отдельным движущим устройствам, присоединенным к противоположным концам вала 236.
Секция перемешивания 270, расположенная внутри реактора 230 по всей его длине, приспособлена для перемешивания, противоточного перемешивания и/или замешивания содержимого реактора 230 и тем самым обеспечения сравнительно большой площади поверхности соприкосновения содержимого реактора с перемешивающими элементами, расположенными внутри реактора. Боковая стенка 238 и/или торцевая стенка секции перемешивания 270 может включать одно или большее количество отверстий. Например, как показано на фиг. 2Б, в боковой стенке 238 имеется входное отверстие 243, расположенное радиально от вала в сборе 236. Аналогичным образом, боковая стенка 238 и/или торцевая стенка секции перемешивания 270 может включать одно или большее количество выходных отверстий. Например, и как показано на фиг. 2Б, в боковой стенке 238 имеется выходное отверстие 245, расположенное радиально от вала в сборе 236. Выходное отверстие 245 часто приспособлено для обеспечения удаления потока пара (также называющегося газовым потоком) из реактора, при этом обеспечивается испарительное охлаждение материалов внутри реактора.
Предпочтительно, если необходимое перемешивание, замешивание и/или гранулирование, проводимые в секции перемешивания 270, осуществляют с помощью определенно расположенных крючка и лопасти для замешивания. Например, секция перемешивания 270 может включать две или большее количество лопастей для замешивания. Вал в сборе 236 может включать продольную часть и один или большее количество наборов лопастей 248, направленные радиально от продольной части вала в сборе. В любом варианте осуществления вал в сборе 236 может включать от 3 до 10 наборов лопастей или, альтернативно, от 4 до 8 наборов. Обычно каждый набор может включать не менее 2 и вплоть до 20 лопастей.
В любом варианте осуществления лопасть 248 сконфигурирована и приспособлена для работы вместе с крючком 250, который закреплен на боковой стенке 238. Обычно, если вал в сборе 236 вращается, то лопасть 248 проходит рядом с примыкающим крючком 250. Крючки, например, 250, также могут быть объединены в наборы, расположенные вдоль длины оси реактора 230. Количество наборов крючков может зависеть от ряда факторов, включая количество лопастей в каждом наборе лопастей.
Пространство 252, которое также может называться каналом 252, находится между валом в сборе 236 (т.е. продольная часть и лопасть 248) и внутренней стороной боковой стенки 238, а также крючком 250. Предпочтительно, если боковая стенка 238 обычно является цилиндрической и поэтому площадь поперечного сечения (т.е. область, расположенная в поперечном направлении по отношению к валу в сборе 236) является постоянной или в основном постоянной по всей длине оси секции перемешивания 270.
При рассмотрении экструдера для удаления жидкостей-нейтрализации 260 можно использовать фиг. 2Б', на котором представлен экструдер 260, включая кожух 264 и вал в сборе 262. Кожух 264 включает боковую стенку 268. Боковая стенка 268 и/или торцевая стенка экструдера 260 может включать одно или большее количество отверстий. Например, выходное отверстие 277 расположено на торцевой стенке экструдера 260. Как показано выше, экструдер 260 включает входное отверстие 258, находящееся в кожухе 264. В боковой стенке 268 также могут находиться дополнительные входные отверстия, которые не показаны на чертеже. Аналогичным образом, боковая стенка 268 и/или торцевая стенка экструдера 260 может включать одно или большее количество выходных отверстий. Например, выходное отверстие 275 расположено на боковой стенке 268. Выходное отверстие 275 часто приспособлено для обеспечения удаления газового потока из экструдера 260, этот газовый поток можно обеспечить, например, путем вакуумирования по меньшей мере части экструдера 260. Предпочтительно, если боковая стенка 268 обычно является цилиндрической и поэтому площадь поперечного сечения (т.е. область, расположенная в поперечном направлении по отношению к валу в сборе 262) является постоянной или в основном постоянной по всей длине оси 260.
Вал в сборе 262 включает шнековый элемент (элементы) (например, 272, который будет описан ниже), который перемещаю и приводят в движение с помощью накатного стержня (не показан на чертеже). В любом варианте осуществления накатный стержень и поэтому вал в сборе 262, может являться вращающимся и может быть подходящим образом закреплен для вращения с помощью втулок, которые не показаны на чертеже. Накатный стержень может быть механически присоединен к подходящему движущему устройству 261, предназначенному для вращения вала в сборе 262 с необходимой скоростью. Накатный стержень часто механически присоединен к одному движущему устройству и в других конфигурациях, которые не показаны, он может быть присоединен к двум отдельным движущим устройствам, присоединенным к противоположным концам накатного стержня.
В каждой отдельно управляемой секции 272 шнековый элемент включает спиральный элемент, состоящий из одного или большего количества звеньев, где звено включает основание 278 звена и вершину (вершины) 279 звена. Пространство 276, которое также может называться каналом 276, находится в щелях шнекового элемента 272. Канал 276 можно охарактеризовать на основании площади поперечного сечения в любом положении вдоль оси вала в сборе 262, это поперечное сечение обычно имеет форму разомкнутого кольца. Специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что площадь поперечного сечения является функцией глубины канала, которая представляет собой разность диаметра впадины (который определен диаметром основания 278 звена) и диаметром гребня, который также может называться диаметром звена (который определен диаметром вершин 279 звена). Канал 276 также можно охарактеризовать на основании ширины соответствующих каналов (также называющейся шагом звена), которая представляет собой расстояние между соответствующими вершинами 279 звена.
Первая секция продвижения 270 экструдера 260 приспособлена для активного продвижения материалов в направлении от первой стенки экструдера 260 в сторону секции удаления жидкостей-уплотнения 280. Как показано на фиг. 2Б', шнековый элемент 272, расположенный в первой секции продвижения 270, включает спиральный элемент, состоящий из одного или большего количества звеньев, где звено включает основание 278 звена и вершину (вершины) 279 звена. Специалисту в данной области техники обычно должно быть очевидно, что требования, предъявляемые к продвижению в первой секции продвижения 270, могут быть удовлетворены с помощью использования обычных конструкций, в которых сравнительно большое расстояние между вершинами 279 звеньев может обеспечить возникновение давления, достаточного для продвижения материалов в первой секции продвижения 270 от первого конца секции ко второму концу секции.
Секция удаления жидкостей-уплотнения 280 приспособлена для разделения различающихся по физическим характеристикам компонентов содержимого экструдера 260 и обеспечивает одному из компонентов возможность перемещаться или течь (как в случае жидкости) обратно в сторону входного отверстия 258. В соответствии с этим, секция удаления жидкостей-уплотнения 280 приспособлена для обеспечения двунаправленного потока материалов. Например, в секции удаления жидкостей-уплотнения 280 твердые вещества можно отделить от жидкостей. Аналогичным образом, в секции удаления жидкостей-уплотнения 280 более вязкие жидкости можно отделить от менее вязких жидкостей.
Как в общем случае показано на фиг. 2Б', глубина канала 276 уменьшается при продвижении от первого конца ко второму концу секции удаления жидкостей 280. Предпочтительно, если уменьшение глубины канала происходит плавно и непрерывно. В любом варианте осуществления скорость уменьшения можно определить с помощью отношения площади поперечного сечения кольцевого пространства на первом конце к площади поперечного сечения кольцевого пространства на втором конце. Например, коэффициент уменьшения можно представить, как отношение площади поперечного сечения на первом конце к площади поперечного сечения на втором конце, составляющее от 1,2:1 до 5:1.
Таким образом, в результате уменьшения глубины канала и шага звена вдоль секции удаления жидкостей-уплотнения 280, материалы, обрабатываемые в секции удаления жидкостей-уплотнения 280, подвергаются воздействию повышенного давления, приводящему к сжатию и уплотнению материалов при продвижении материалов от первого конца ко второму концу секции при работе (т.е. вращении) шнекового элемента 272. Обратному течению жидкостей можно содействовать, расположив экструдер 260 под углом наклона а к горизонтальной плоскости.
Секция герметизации 290 экструдера 260 приспособлена для заполнения любых пустот внутри этой секции и, таким образом, создания герметичной перегородки между секцией удаления жидкостей-уплотнения 280 и другими расположенными после нее частями экструдера 260, такими как секция удаления летучих веществ 320. Специалисту в данной области техники обычно должно быть очевидно, что требования, предъявляемые к герметизации в секции герметизации 290, могут быть удовлетворены с помощью создания в этой секции сравнительно узкого или небольшого сдерживающего канала, чтобы материалы, которые продвигают в секцию герметизации 290 из секции удаления жидкостей-уплотнения 280, были плотно сжаты внутри сдерживающего канала и, таким образом, образовывали герметичную перегородку, которая отделяет материалы, находящиеся в секции удаления жидкостей-уплотнения 280, от материалов, находящихся в расположенных после нее частям, таких как секция удаления летучих веществ 320.
Секция удаления летучих веществ 320 экструдера 260 приспособлена для обеспечения зоны низкого давления, это низкое давление может положительным образом предупредить или замедлить обратное течение материалов в направлении вверх по потоку поперек секции герметизации 290, обеспечить испарительное охлаждение материалов в секции удаления летучих веществ 320 и отделение веществ, обладающих более низким давлением паров, от веществ, обладающих более высоким давлением паров.
Специалисту в данной области техники обычно должно быть очевидно, что при заданной скорости вала глубина канала и шаг звена определяют пропускную способность в любой секции экструдера 260. Глубина канала и шаг звена в секции удаления летучих веществ 320, в особенности в сравнении с примыкающими частями (например, секцией герметизации 290 и секцией нейтрализации 340), обеспечивают сравнительно высокую пропускную способность, что обеспечивает то, что эта часть экструдера 260 может работать при частичном наполнении и, таким образом, поддерживается свободное пространство над продуктом. Другими словами, секция удаления летучих веществ 320 предназначена для проталкивания или продвижения материала со скоростью, превышающей скорость загрузки материала в секцию удаления летучих веществ 320. В результате этого, вследствие наличия свободного пространства над продуктом вещества, обладающие более низким давлением паров, можно отделить от веществ, обладающих более высоким давлением паров.
Секция удаления летучих веществ 320 может включать отверстие, например, отверстие 275, которое обеспечивает удаление летучих веществ из секции удаления летучих веществ 320, например, таких летучих веществ, как высвобождающиеся из менее летучих веществ, как это описано выше.
Секция нейтрализации 340 приспособлена для энергичного перемешивания материалов в экструдере 260 и, таким образом, обеспечения быстрого диспергирования добавок, таких как нейтрализующие реагенты, которые могут быть добавлены в экструдер 260 в секции нейтрализации 340.
В любом варианте осуществления энергичное перемешивание можно обеспечить путем использования в секции нейтрализации 340 обладающего небольшой глубиной канала 276, а также обладающего сравнительно небольшим шагом звена, что, как должно быть очевидно специалисту в данной области техники, обеспечивает сравнительно низкую скорость передвижения материала в прямом направлении ниже по потоку, увеличивая таким образом время перемешивания в секции нейтрализации 340. Добавки можно ввести в секцию нейтрализации 340 через одно или большее количество входных отверстий, таких как входное отверстие 358.
Хотя необходимое энергичное перемешивание в секции нейтрализации 340 можно осуществить так, как это описано выше (т.е. небольшая глубина канала и небольшой шаг звена), для обеспечения необходимого перемешивания с большим сдвиговым усилием специалист в данной области техники может использовать множество альтернативных конфигураций. Как описано выше, интенсивное перемешивание в секции нейтрализации 340 обеспечивает быстрое и тщательное смешивание добавочных материалов с материалами, подвергающимися обработке в экструдере 260 и при этом поддержание достаточно быстрого перемещения в направлении ниже по потоку.
Секция продвижения 360 приспособлена для продвижения материалов, подвергающихся обработке в экструдере 260, из экструдера 260. Специалисту в данной области техники обычно должно быть очевидно, что требования, предъявляемые к продвижению в этой секции, могут быть удовлетворены с помощью использования обычных конструкций, в которых сравнительно большой шаг звена может обеспечить возникновение давления, достаточного для продвижения материалов, находящихся в экструдере 260, наружу через выходное отверстие 277.
Конфигурация зоны полимеризации, представленная на фиг. 2Б может быть дополнительно разъяснена с помощью совместно переуступленной заявки РСТ №PCT/US 2016/041462, поданной 8 июля, 2016 г., которая включена в настоящее изобретение в качестве ссылки.
Независимо от конфигурации, выбранной для зоны полимеризации 100, все способы получения функционализированного полимера на основе олефина, в которых используют системы для синтеза, предлагаемые в настоящем изобретении, обычно включают проводимую сначала полимеризацию смеси мономеров с получением полимеризованной смеси и последующую обработку полимеризованной смеси путем проведения серии последовательных стадий, которые в конечном счете предназначены для получения стабильного полимерного продукта, который отделяют от других компонентов полимеризованной смеси. Точнее, полимеризованную смесь обычно обрабатывают путем проведения стадии удаления жидкостей и стадии нейтрализации. Часто полимеризованную смесь также обрабатывают путем проведения стадии уплотнения и/или стадии удаления летучих веществ.
Во время проведения этих способов, предлагаемых в настоящем изобретении, реагенты, использующиеся в реакции полимеризации (например, смесь мономеров), катализаторы и/или компоненты катализатора и необязательно растворители или разбавители обычно сначала загружают в реактор для полимеризации на стадии загрузки материалов. Эти различные материалы можно загрузить в реактор с помощью обычного оборудования для загрузки. После того, как реагенты помещены в реактор, их перемешивают и/или замешивают и при этом на стадии перемешиванию они вступают в реакцию (например, реакцию полимеризации) с образованием полимеризованной смеси, которая содержит полимерный продукт, предпочтительно в гранулированном виде. Предпочтительно, если полимеризацию проводят по меньшей мере в одной из следующих систем: в растворителе или в суспензии. В таких объектах полимеризацию проводят в присутствии по меньшей мере одного инертного разбавителя. Подходящие инертные разбавители включают, но не ограничиваются только ими алканы, хлоралканы, циклоалканы, ароматические соединения, ГФУ (гидрофторуглероды) и ГФО (гидрофторолефины). Часто разбавитель является моно- или полизамещенным галогенами. В идеальном случае разбавителем является метилхлорид. Альтернативно, полимеризацию можно провести при отсутствии разбавителя в объемной фазе или в основном в объемной фазе.
Обычно смесь мономеров полимеризуют при температурах, находящихся в диапазоне от примерно -150 до примерно 100°С. Если получаемый полимер на основе олефина представляет собой эластомер на основе изоолефина, то предпочтительно, если смесь мономеров полимеризуют при температурах, находящихся в диапазоне от примерно -100 до примерно 0°С, более предпочтительно от примерно -80 до примерно -40°С и в идеальном случае в диапазоне от примерно -60 до примерно -50°С.Если получаемый полимер на основе олефина представляет собой сополимер на основе пропилена или этилена, то предпочтительно, если смесь мономеров полимеризуют при температурах, находящихся в диапазоне от примерно -20 до примерно 175°С, более предпочтительно от примерно -10 до примерно 150°С и в идеальном случае от примерно 0 до примерно 80°С. В любом варианте осуществления предпочтительно, если смесь мономеров полимеризуют при давлении, находящемся в диапазоне от примерно 0,1 до примерно 100 бар.
Полимеризованную смесь часто обрабатывают путем проведения дополнительных стадий обработки в реакторе для полимеризации. В таких объектах полимеризованную смесь перемещают в реакторе в секцию удаления жидкостей, в которой компонент полимеризованной смеси - твердые вещества и/или вязкая жидкость по меньшей мере частично отделяют от разбавителя и разбавителю предоставляют возможность течь обратно в секцию перемешивания. Затем продукт реакции полимеризации можно направить в реакторе в секцию уплотнения, где в этой зоне с помощью сжимающих сил продукт реакции полимеризации сжимают и удаляют из него полости и пустоты, и дополнительно удаляют разбавители из продукта реакции полимеризации. Затем движущие силы и движение материала способствуют выгрузке продукта из реактора, предпочтительно в гранулированном виде. Выгрузку продукта из реактора необязательно проводят при содействии устройства для выгрузки материала, такого как расположенный ниже по потоку экструдер. В любом варианте осуществления полимеризованную смесь можно обработать путем проведения стадии нейтрализации, на которой нейтрализующие реагенты загружают в устройство для выгрузки материала.
Альтернативно, полимеризованную смесь обрабатывают путем проведения дополнительных стадий обработки в экструдере для удаления жидкостей-нейтрализации с помощью обработки полимеризованной смеси или ее части путем проведения серии последовательных стадий, включая (а) проведение уплотнения полимеризованной смеси и удаления из нее жидкости на стадии удаления жидкостей-уплотнения для обеспечения отделения разбавителя, захваченного полимером, от полимера, при этом обеспечивают возможность наличия двунаправленного потока, при этом полимер перемещают в одном направлении, а разбавителю позволяют течь в противоположном направлении, (b) обработку полимера при пониженных давлениях на стадии удаления летучих веществ для испарения по меньшей мере части любого разбавителя или мономера, захваченного полимером, (с) проводимое при приложении сдвигового усилия и перемешивании добавление к полимеру нейтрализующего реагента на стадии нейтрализации, и (d) выгрузку полимера из экструдера для удаления жидкостей-нейтрализации.
После выгрузки полимерного продукта из устройства для выгрузки материала или из экструдера для удаления жидкостей-нейтрализации его выводят из зоны полимеризации 100 по линии 130 для дополнительной обработки путем проведения последующих стадий заключительной обработки и/или модификации, например, в зоне удаления летучих веществ 300 и в зоне функционализации 400, описанных ниже.
Зона удаления летучих веществ
Возвращаясь к рассмотрению фиг. 1, отметим, что поток, содержащий полимер на основе олефина, обычно выводят из зоны полимеризации по линии 130 и направляют в зону удаления летучих веществ 300. Зона удаления летучих веществ обычно включает по меньшей мере один экструдер или месильную машину, приспособленную для обработки ее содержимого при пониженных давлениях и/или повышенных температурах для испарения в зоне удаления летучих веществ обладающих более низкой температурой кипения компонентов и их отделения от других компонентов с получением полимера на основе олефина в объемной фазе.
Зона функционализации
Продолжая рассмотрение фиг. 1, отметим, что поток, содержащий полимер на основе олефина в объемной фазе, выводят из зоны удаления летучих веществ 300 по линии 310 и направляют в зону функционализации 400. Конфигурацию, подходящую для зоны функционализации 400, можно описать со ссылкой на фиг. 3. На фиг. 3 показана зона функционализации 400, включающая первый экструдер 420, первую месильную машину 440, расположенную после первого экструдера 420 и соединенную жидкостным каналом с первым экструдером 420, второй экструдер 460, расположенный после первой месильной машины 440 и соединенный жидкостным каналом с первой месильной машиной 440, вторую месильную машину 480, расположенную после второго экструдера 460 и соединенную жидкостным каналом со вторым экструдером 460, и третий экструдер 500, расположенный после второй месильной машины 480 и соединенный жидкостным каналом со второй месильной машиной 480. Как показано на фиг. 3, различные компоненты зоны функционализации 400 соединены друг с другом с помощью соответствующего канала. Альтернативно, два или большее количество компонентов могут быть непосредственно соединены друг с другом. Все эти компоненты могут быть снабжены одним или большим количеством регуляторов температуры и/или одни или большим количеством регуляторов давления.
Обычно первая месильная машина 440 и вторая месильная машина 480 приспособлены для последовательно проводимой обработки полимера на основе олефина. Первая месильная машина 440, которая также может называться месильным реактором 440, обычно приспособлена для выполнения функции реакционного сосуда для проведения реакции, в котором полимер на основе олефина вводят в реакцию с функционализирующим реагентом. Вторая месильная машина 480, которая также может называться месильной машиной для удаления побочного продукта 480, приспособлена для последующей обработки функционализированного полимера, полученного в первой месильной машине 440, и для отделения побочных продуктов реакции от функционализированного полимера.
Как показано выше, в первой и во второй месильных машинах 440 и 480 проводят обработку полимера на основе олефина в объемной фазе. Для облегчения обработки полимера на основе олефина часто добавляют пластифицирующий агент. Альтернативно, полимер на основе олефина в объемной фазе может в основном не содержать пластифицирующей жидкости, где "в основном не содержит" означает такое количество пластифицирующей жидкости или еще меньшее количество, которое не оказывает заметного воздействия на практическое осуществления настоящего изобретения.
Загрузку в первую месильной машину 440 можно проводить через входное отверстие 442 из первого экструдера 420. Обычно конструкция и работа первого экструдера 420 предназначена для осуществления нескольких задач. Во-первых, первый экструдер 420 приспособлен и работает для превращения полимера на основе олефина, который можно загрузить в экструдер 420 через входное отверстие 422, в компактную, сплошную твердую массу, которая занимает всю площадь поперечного сечения или по меньшей мере часть канала 430, по которому проводят загрузку в первую месильную машину 440 через входное отверстие 442. В результате этого полимер, загружаемый в первую месильную машину 440 через канал 430, обеспечивает герметизацию первой месильной машины 440 на входном отверстии 442. Кроме того, в экструдере полимер на основе олефина можно перевести в псевдожидкую фазу. Например, первый экструдер 420 работает таким образом, что можно изменить температуру каучука для обеспечения температуры, необходимой для перевода полимера в псевдожидкую фазу с целью его обработки в первой месильной машине 440. В любом варианте осуществления температуру можно регулировать таким образом, чтобы получить клейкую массу полимера. В первом экструдере 420 температуру полимера часто устанавливают равной от примерно 20 до примерно 200°С, альтернативно, от примерно 40 до примерно 175°С и, альтернативно, от примерно 50 до примерно 80°С; конкретный выбранный диапазон температур зависит от полимера.
В любом варианте осуществления первый экструдер 420 может работать при скорости, достаточной для загрузки каучука в первую месильную машину 440. Время пребывания каучука в первой месильной машине 440 часто равно не менее 2 мин, альтернативно, не менее 3 мин, альтернативно, не менее 4 мин и, альтернативно, не менее 5 мин. В любом варианте осуществления время пребывания в первой месильной машине 440 может быть равно от примерно 3 до примерно 15 мин, альтернативно, от примерно 4 до примерно 12 мин и, альтернативно, от примерно 5 до примерно 10 мин.
Варианты осуществления настоящего изобретения не обязательно ограничены конструкцией первого экструдера 420. Например, первым экструдером 420 может являться шнековый экструдер, такой как одношнековый экструдер или двушнековый экструдер. Альтернативно, первым экструдером 420 может являться кольцевой экструдер или шнековый конвейер. В других альтернативных возможностях первый экструдер 420 может включать насос для расплава или шестеренчатый насос.
В любом варианте осуществления первый экструдер 420 может включать одно или большее количество входных отверстий 428, которые можно использовать для введения в первый экструдер 420 одного или большего количества добавочных материалов и/или пластифицирующих жидкостей. Такие добавочные материалы могут включать нейтрализующие соединения, стабилизирующие соединения или и нейтрализующие, и стабилизирующие соединения.
Как показано выше, полимер загружают в первую месильную машину 440 через входное отверстие 442 и функционализированный полимер выгружают через выходное отверстие. В любом варианте осуществления первая месильная машина 440 может включать входное отверстие 447, предназначенное для введения функционализирующего реагента в первую месильную машину 440, необязательно вместе с носителем или газом-переносчиком (например, азотом, аргоном, диоксидом углерода, фторированными и хлорированными углеводородами, и гидрофторированными и гидрохлорированными углеводородами), где функционализирующим реагентом также является газ.
Функционализирующим реагентом может являться галогенирующий реагент, такой как хлорирующий реагент или бромирующий реагент. Примеры галогенирующих реагентов включают, но не ограничиваются только ими, бром, хлор, бромхлорид, сульфурилбромид, 1,3-дибром-5,5-диметилгидантоин, йодбензилбромид, гипобромит натрия, бромид серы и N-бромсукцинимид. Дополнительные подходящие функционализирующие реагенты включают ангидриды, азодикарбоксилаты, триазолиндионы, надкислоты, озон, азиды и сульфенилхлорид.
Как описано выше, в первой месильной машине 440 полимер обрабатывают и при этом полимер вступает в реакцию с функционализирующим реагентом. Предпочтительно, если функционализирующим реагентом является находящийся в газовой фазе реагент, который вступает в реакцию с полимером, который находится в объемной фазе и в псевдожидкой фазе. В соответствии с предпочтительным режимом работы системы реакция функционализирующего реагента с полимером протекает на поверхности полимера или она протекает при проникновении функционализирующего реагента в полимер или при его растворении в полимере. В любом варианте осуществления непрореагировавший функционализирующий реагент, газообразные побочные продукты реакции полимеризации и газы-переносчики также можно удалить через выходное отверстие 449. Один или большее количество этих газов также можно рециркулировать через газовую петлю (не показана).
В любом варианте осуществления температуру полимера и/или функционализированого каучука, находящегося в первой месильной машине 440, можно поддерживать равной от примерно 20 до примерно 200°С, альтернативно, от примерно 40 до примерно 175°С и, альтернативно, от примерно 50 до примерно 80°С; конкретный выбранный диапазон температур зависит от полимера.
В любом варианте осуществления первой месильной машиной 440 может являться герметизированный сосуд, который означает сосуд, который может работать при повышенных давлениях или при условиях вакуума. В любом варианте осуществления первая месильная машина 440 может работать при давлениях, равных от примерно 0,5 до примерно 10 атм. (от 50 до 1015 кПа), альтернативно, от примерно 0,8 до примерно 5 атм. (от 80 до 510 кПа) и, альтернативно, от примерно 1 до примерно 2 атм. (от 100 до 205 кПа). Предпочтительно, если температуру и давление в первой месильной машине 440 поддерживают такими, чтобы обеспечить условия, при которых технологически применимое количество газообразного функционализирующего реагента (реагентов) поддерживается в газовой фазе. Аналогичным образом, температуру и давление в первой месильной машине 440 обычно поддерживают такими, чтобы обеспечить условия, при которых технологически применимое количество газообразных побочных продуктов реакции функционализации поддерживается в газовой фазе.
Для облегчения протекания реакции полимера и функционализирующего реагента первая месильная машина 440 приспособлена для деформации полимерной массы и предоставления функционализирующему реагенту возможности взаимодействия с непрореагировавшим полимером. Другими словами, полимерную массу, находящуюся в первой месильной машине 440, разрушают и повторно ориентируют для обеспечения таким образом обновленной поверхности твердой полимерной массы, предоставления таким образом функционализирующему реагенту возможности взаимодействия с непрореагировавшим полимером.
В любом варианте осуществления протекание и облегчение протекания реакции функционализации в первой месильной машине 440 можно обеспечить путем определенного расположения месильных элементов в первой месильной машине 440. В любом варианте осуществления первая месильная машина 440 может включать зацепленные крючки и вращающиеся лопасти. Как и в случае первого экструдера 420, первая месильная машина 440 может включать одно или большее количество входных отверстий 441, которые можно использовать для добавления к полимеру, находящемуся в первой месильной машине 440, пластифицирующих жидкостей или добавочных соединений (например, стабилизирующих и/или нейтрализующих соединений).
Следует повторно отметить, что полимер выходит из первой месильной машины 440 через выходное отверстие 444, которое соединено жидкостным каналом со вторым экструдером 460. Второй экструдер 460 приспособлен и работает для осуществления нескольких задач. Во-первых, во втором экструдере 460, который также можно назвать выгружающим экструдером 460, уплотняют и накапливают функционализированный полимерный продукт, который выгружают из первой месильной машины 440, для заполнения всего поперечного сечения второго экструдера 460, что таким образом обеспечивает герметизацию выходного отверстия 444 первой месильной машины 440. Как более подробно описано ниже, вторая месильная машина 480 работает при более низких давлениях, чем первая месильная машина 440. Кроме того, второй экструдер 460 работает во взаимодействии с первым экструдером 420 с целью регулирования количества полимера, находящегося в первой месильной машине 440.
Второй экструдер 460 соединен жидкостным каналом со второй месильной машиной 480 и обеспечивает загрузку функционализированного полимера во вторую месильную машину 480 через входное отверстие 482 по каналу 470. Второй экструдер 460 работает при скорости, достаточной для загрузки функционализированного полимера во вторую месильную машину 480 и поддержания объема функционализированного полимера, находящегося во второй месильной машине 480, на необходимом уровне. Время пребывания каучука во второй месильной машине 480 часто равно не менее 2 мин, альтернативно, не менее 3 мин, альтернативно, не менее 4 мин и, альтернативно, не менее 5 мин. В любом варианте осуществления время пребывания во второй месильной машине 480 может быть равно от примерно 2 до примерно 15 мин, альтернативно, от примерно 4 до примерно 12 мин и, альтернативно, от примерно 5 до примерно 10 мин.
Варианты осуществления настоящего изобретения не обязательно ограничены конструкцией второго экструдера 460. Например, вторым экструдером 460 может являться шнековый экструдер, такой как одношнековый экструдер или двушнековый экструдер. Альтернативно, вторым экструдером 460 может являться кольцевой экструдер или шнековый конвейер. В других альтернативных возможностях второй экструдер 460 может включать насос для расплава или шестеренчатый насос. В любом варианте осуществления второй экструдер 460 может включать одно или большее количество входных отверстий 465, предназначенных для введения во второй экструдер 460 добавочных соединений (например, стабилизирующих и/или нейтрализующих соединений) или пластифицирующих жидкостей.
Температуру функционализированного полимера, находящегося во второй месильной машине 480, часто поддерживают равной от примерно 20 до примерно 200°С, альтернативно, от примерно 40 до примерно 175°С и, альтернативно, от примерно 50 до примерно 80°С; конкретный выбранный диапазон температур зависит от полимера. В любом варианте осуществления второй месильной машиной 480 может являться герметизированный сосуд, который означает сосуд, который может работать при повышенных давлениях или при условиях вакуума. В любом варианте осуществления вторая месильная машина 480 может работать при давлениях, равных менее 1 атм. (100 кПа), альтернативно, менее 0,5 атм. (50 кПа), альтернативно, менее 0,1 атм. (10 кПа), альтернативно, менее 0,07 атм. (7 кПа), альтернативно, менее 0,05 атм. (5 кПа) и, альтернативно, менее 0,03 атм. (3 кПа). В любом варианте осуществления вторая месильная машина 480 может работать при давлениях, равных от примерно 0,02 до примерно 2 атм. (от 2 до 205 кПа), альтернативно, от примерно 0,03 до примерно 1 атм. (от 3 до 100 кПа) и, альтернативно, от примерно 0,05 до примерно 0,5 атм. (от 5 до 50 кПа). Предпочтительно, если температуру и давление во второй месильной машине 480 поддерживают такими, чтобы обеспечить условия, при которых технологически применимое количество газообразных побочных продуктов реакции функционализации поддерживается в газовой фазе.
В любом варианте осуществления вторая месильная машина 480 может включать выходное отверстие 488, через которое из второй месильной машины 480 можно удалить газообразные побочные продукты реакции функционализации, а также другие газы-переносчики. В любом варианте осуществления вторая месильная машина 480 также может включать дополнительное входное отверстие для газа 490, через которое во вторую месильную машину 480 можно ввести газы-переносчики, такие как азот. Эти газы-переносчики можно использовать для облегчения удаления газообразных побочных продуктов через выходное отверстие 488. Один или большее количество этих газов-переносчиков также можно рециркулировать через газовую петлю (не показана).
Как описано выше, во второй месильной машине 480 функционализированный полимер обрабатывают с целью отделения газообразных побочных продуктов от функционализированного полимерного продукта. Специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что эти газообразные побочные продукты могут включать, но не ограничиваются только ими, галогениды водорода, такие как бромид водорода, хлорид водорода и галогенированные растворители или разбавители.
Для облегчения отделения газообразных побочных продуктов от функционализированного полимера вторая месильная машина 480 приспособлена для деформации функционализированной полимерной массы и предоставления газообразным веществам возможности выделения и, таким образом, ускорения выделения газообразных веществ (например, газообразного побочного продукта или летучих смесей пластификатор/органические вещества, использующихся в системе), захваченных твердой функционализированной полимерной массой или включенных в нее. В любом варианте осуществления протекание и облегчение отделения газообразных побочных продуктов от функционализированного полимера во второй месильной машине 480 можно обеспечить путем определенного расположения месильных элементов во второй месильной машине 480. В любом варианте осуществления вторая месильная машина 480 может включать зацепленные крючки и вращающиеся лопасти. Вторая месильная машина 480 может включать одно или большее количество входных отверстий 494, которые можно использовать для добавления к полимеру, находящемуся во второй месильной машине 480, пластифицирующих жидкостей или добавочных соединений (например, стабилизирующих и/или нейтрализующих соединений).
Функционализированный полимер выходит из второй месильной машины 480 через выходное отверстие 484, которое соединено жидкостным каналом с третьим экструдером 500. Третий экструдер 500 приспособлен и работает для осуществления нескольких задач. Во-первых, в третьем экструдере 500 уплотняют и накапливают функционализированный полимерный продукт, который выгружают из второй месильной машины 480, для заполнения всего поперечного сечения третьего экструдера 500, что таким образом обеспечивает герметизацию выходного отверстия 484 второй месильной машины 480. Эта герметизация предназначена для нескольких целей. Например, вторая месильная машина 480 работает при более низком давлении, чем третий экструдер 500. Третий экструдер 500 работает во взаимодействии со вторым экструдером 460 с целью регулирования количества функционализированного полимера, находящегося во второй месильной машине 480.
Варианты осуществления настоящего изобретения не обязательно ограничены конструкцией третьего экструдера 500. Например, третьим экструдером 500 может являться шнековый экструдер, такой как одношнековый экструдер или двушнековый экструдер. Альтернативно, третьим экструдером 500 может являться кольцевой экструдер или шнековый конвейер. В других альтернативных возможностях третий экструдер 500 может включать насос для расплава или шестеренчатый насос.
В любом варианте осуществления третий экструдер 500 может включать одно или большее количество входных отверстий 508, которые можно использовать для введения в третий экструдер 500 добавочных материалов (например, стабилизирующих и/или нейтрализующих соединений) или пластифицирующих жидкостей. Третий экструдер 500 также может включать выходные отверстия, предназначенные для удаления любых летучих веществ, проводимого аналогично удалению газообразного вещества из второй месильной машины 480. Как и в случае первого и второго экструдеров 420, 460, третий экструдер 500 может быть сконфигурирован для поддержания необходимого профиля температуры функционализированного полимера при его извлечении из второй месильной машины 480 и направлении на последующую обработку.
В любом варианте осуществления функционализированный полимер можно направить из третьего экструдера 500 на последующую заключительную обработку. В любом варианте осуществления последующая заключительная обработка может включать типы процедур гранулирования, направления на хранение и упаковки, известные в данной области техники.
Конфигурацию зоны функционализации, представленную на фиг. 3, может быть более понятна с помощью совместно переуступленного WO 2016/175938, который включен в настоящее изобретение в качестве ссылки.
При практическом применении раскрытых системы для функционализации и способа функционализированный полимер, полученный в третьем экструдере 500, содержит от 0,05 до 15 мас. % функционализирующего реагента или, альтернативно, от 0,1 до 8 мас. % функционализирующего реагента или, альтернативно, от 0,5 до 5 мас. % функционализирующего реагента или, альтернативно, от 1 до 3 мас. % функционализирующего реагента. Если полимером на основе олефина является эластомер на основе изобутилена, то функционализированный эластомер на основе изобутилена может содержать от 0,1 до 10 мас. % галогена или, альтернативно, от 0,5 до 5 мас. % галогена или, альтернативно, от 1 до 2,5 мас. % галогена. Альтернативно, функционализированный эластомер на основе изобутилена может включать статистические сополимеры, содержащие не менее 80 или не менее 86,5 мас. % или, альтернативно, вплоть до 95 мас. % звеньев, образованных из изобутилена, примерно от 5 до 20 мас. % звеньев, образованных из алкилстирола, и примерно от 0,5 до 2,5 мас. % галогена.
КОНКРЕТНЫЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Параграф А: Система для синтеза, предназначенная для получения функционализированного полимера на основе олефина, включающая зону полимеризации, предназначенную для получения полимера на основе олефина, указанная зона полимеризации включает секцию перемешивания, секцию удаления жидкостей и секцию нейтрализации, где по меньшей мере одна секция зоны полимеризации обладает определенной площадью поперечного сечения, которая непрерывно уменьшается при продвижении от первого конца ко второму концу указанной секции; зону удаления летучих веществ, включающую месильную машину или экструдер, где указанная зона удаления летучих веществ расположена после указанной зоны полимеризации и соединена жидкостным каналом с указанной зоной полимеризации; и зону функционализации, расположенную после указанной зоны удаления летучих веществ и соединенную жидкостным каналом с указанной зоной удаления летучих веществ.
Параграф В: Система, соответствующая параграфу А, в которой указанная зона функционализации включает первый экструдер, первую месильную машину, расположенную после указанного первого экструдера и соединенную жидкостным каналом с указанным первым экструдером, второй экструдер, расположенный после указанной первой месильной машины и соединенный жидкостным каналом с указанной первой месильной машиной, вторую месильную машину, расположенную после указанного второго экструдера и соединенную жидкостным каналом с указанным вторым экструдером; и третий экструдер, расположенный после указанной второй месильной машины и соединенный жидкостным каналом с указанной второй месильной машиной.
Параграф С: Система, соответствующая параграфу В, в которой указанным первым экструдером является шнековый экструдер, приспособленный для уплотнения и нагревания полимера на основе олефина, и в которой указанной первой месильной машиной для функционализации является герметизированный сосуд, который приспособлен для сохранения газообразных реагентов, которые добавлены в указанную первую месильную машину для функционализации.
Параграф D: Система, соответствующая параграфу В или С, в которой указанным вторым экструдером является одношнековый экструдер, приспособленный для регулирования объема материала, находящегося в указанной первой месильной машине для функционализации, и обеспечения определенной скорости потока материала в указанную вторую месильную машину.
Параграф Е: Система, соответствующая любому из параграфов B-D или любой их комбинации, в которой указанная первая месильная машина для функционализации и указанная вторая месильная машина для функционализации включают зацепленный набор крючков и вращающихся лопастей.
Параграф F: Система, соответствующая любому из параграфов В-Е или любой их комбинации, в которой указанная вторая месильная машина для функционализации работает при более низком давлении, чем указанная первая месильная машина для функционализации.
Параграф G: Система, соответствующая любому из параграфов A-F или любой их комбинации, в которой указанная секция перемешивания обычно включает цилиндрический кожух, входное отверстие, расположенное рядом с первым концом, и выходное отверстие, расположенное рядом с противоположным вторым концом, где указанная секция перемешивания включает вращающийся вал, расположенный внутри указанного кожуха в осевом направлении и включающий по меньшей мере две движущиеся лопасти, направленные радиально от указанного вращающегося вала.
Параграф Н: Система, соответствующая любому из параграфов A-G или любой их комбинации, в которой указанная секция перемешивания обычно включает цилиндрический кожух, входное отверстие, расположенное рядом с первым концом, и выходное отверстие, расположенное рядом с противоположным вторым концом, где указанная секция перемешивания включает вращающийся вал, расположенный внутри указанного кожуха в осевом направлении, указанный кожух включает по меньшей мере два крючка для замешивания, прикрепленных к указанному кожуху и направленных внутрь в сторону указанного вращающегося вала.
Параграф I: Система, соответствующая любому из параграфов А-Н или любой их комбинации, в которой указанная секция удаления жидкостей и указанная секция нейтрализации расположены в экструдере для удаления жидкостей-нейтрализации, включающем входное отверстие, расположенное рядом с первым концом, и выходное отверстие, расположенное рядом с противоположным вторым концом, указанный экструдер включает вал в сборе, расположенный внутри указанного экструдера в осевом направлении и включающий несколько винтовых участков, указанный экструдер включает несколько секций для обработки с несколькими винтовыми участками, указанные секции для обработки включают секцию удаления жидкостей-уплотнения, обладающую непрерывно уменьшающейся площадью поперечного сечения, секцию герметизации, расположенную после секции удаления жидкостей-уплотнения, секцию удаления летучих веществ, расположенную после секции герметизации, секцию нейтрализации, расположенную после секции удаления летучих веществ, и секцию продвижения, расположенную после секции нейтрализации.
Параграф J: Система, соответствующая любому из параграфов A-I или любой их комбинации, в которой указанная секция удаления жидкостей находится в реакторе для полимеризации, где указанная секция удаления жидкостей обладает непрерывно уменьшающейся площадью поперечного сечения и обычно обладает формой усеченного конуса, первый конец которого больше второго конца, указанный первый конец представляет собой входное отверстие в указанную секцию удаления жидкостей и выходное отверстие находится на втором конце, где указанная секция удаления жидкостей включает вращающийся вал, расположенный внутри указанного обладающего формой усеченного конуса кожуха в осевом направлении и включающий по меньшей мере один обычно винтовой участок, направленный радиально от вращающегося вала.
Параграф K: Система, соответствующая любому из параграфов A-J или любой их комбинации, в которой указанная зона полимеризации дополнительно включает секцию уплотнения, предназначенную для уплотнения полимера на основе олефина.
Параграф L: Система, соответствующая любому из параграфов А-K или любой их комбинации, в которой указанная зона полимеризации приспособлена для получения полимера на основе олефина в гранулированной форме.
4
7
4
7
Параграф М: Способ получения функционализированного полимера на основе олефина, где способ включает: полимеризацию смеси мономеров, содержащей (i) два или большее количество С-С-моноолефиновых мономеров, или (ii) по меньшей мере один С-С-олефиновый мономер и по меньшей мере несопряженный алифатический диен, не являющийся изопреном сопряженный алифатический диен, ароматический диен или ариловый мономер, где смесь мономеров полимеризуют в присутствии катализатора или компонентов катализатора в реакторе для полимеризации с получением полимеризованной смеси, содержащей полимер на основе олефина, необязательно удаление жидкостей из полимеризованной смеси и/или ее нейтрализацию и функционализацию полимера на основе олефина, где функционализация включает введение находящегося в основном в объемной фазе полимера на основе олефина в реакцию с функционализирующим реагентом в первом месильном реакторе с получением функционализированного полимера и побочных продуктов реакции функционализации.
Параграф N: Способ, соответствующий параграфу М, в котором полимер на основе олефина выходит из реактора для полимеризации в гранулированном виде.
Параграф О: Способ, соответствующий параграфу М или N, в котором функционализация включает галогенирование.
Параграф Р: Способ, соответствующий любому из параграфов М-O или любой их комбинации, в котором функционализация включает малеинирование.
Параграф Q: Способ, соответствующий любому из параграфов М-Р или любой их комбинации, в котором указанную стадию реакции полимера на основе олефина с функционализирующим реагентом проводят, когда полимер на основе олефина находится при температуре, равной от примерно 20 до примерно 200°С, и при давлении, равном от примерно 0,5 до примерно 10 атм.
с
с
N
5
Параграф R: Способ, соответствующий любому из параграфов M-Q или любой их комбинации, в котором полимер на основе олефина обладает (i) угловой частотой перехода (ω), большей или равной 1 рад/с, или (ii) ω, равной менее 1 рад/с, и значением модуля на плато (G), равным менее 1,2×10 Па.
Параграф S: Способ, соответствующий любому из параграфов M-R или любой их комбинации, дополнительно включающий отделение функционализированного полимера по меньшей мере от части побочных продуктов реакции функционализации во втором месильном реакторе.
Параграф Т: Способ, соответствующий параграфу S, в котором указанную стадию отделения проводят при температуре, равной от примерно 20 до примерно 200°С, и при давлении, равном от примерно 0,02 до примерно 2 атм.
Параграф U: Способ, соответствующий любому из параграфов М-Т или любой их комбинации, в котором полимеризацию проводят по меньшей мере в одной из следующих систем: в растворителе или в суспензии.
Параграф V: Способ, соответствующий параграфу U, в котором смесь мономеров, катализатор, полимер и разбавитель подвергают перемешиванию и/или гранулированию в реакторе для полимеризации и, таким образом, получают полимеризованную смесь.
Параграф W: Способ, соответствующий параграфу U или V, в котором до проведения указанной функционализации полимеризованную смесь обрабатывают путем удаления жидкостей, нейтрализации и удаления летучих веществ.
Параграф X: Способ, соответствующий параграфу W, в котором указанное удаление жидкостей, указанная нейтрализация и указанное удаление летучих веществ включают обработку полимеризованной смеси в экструдере для удаления жидкостей-нейтрализации, с помощью обработки полимеризованной смеси или ее части путем проведения серии последовательных стадий, включая (а) проведение уплотнения полимеризованной смеси для обеспечения отделения разбавителя, захваченного полимером, от полимера, при этом обеспечивают возможность наличия двунаправленного потока, при этом полимер перемещают в одном направлении, а разбавителю позволяют течь в противоположном направлении, (b) задерживание потока материала в экструдере для удаления жидкостей-нейтрализации для создания таким образом герметичной перегородки между расположенной выше по потоку и расположенной ниже по потоку частями экструдера для удаления жидкостей-нейтрализации, (с) обработку полимера при пониженных давлениях для испарения по меньшей мере части любого разбавителя или мономера, захваченного полимером, (d) проводимое при приложении сдвигового усилия и перемешивании добавление к полимеру нейтрализующего реагента, и (е) выгрузку полимера из экструдера для удаления жидкостей-нейтрализации.
Параграф Y: Способ, соответствующий параграфу X, в котором указанное удаление жидкостей включает проводимое в секции удаления жидкостей указанного реактора для полимеризации отделение полимерного продукта по меньшей мере от части разбавителя, при этом полимер перемещают в одном направлении, а разбавителю позволяют течь в противоположном направлении.
Параграф Z: Способ, соответствующий любому из параграфов М-Т или любой их комбинации, в котором смесь мономеров полимеризуют в основном в объемной фазе.
3
2
Параграф АА: Способ получения функционализированного полимера на основе олефина, где способ включает: полимеризацию смеси мономеров, содержащей С-олефиновый мономер, С-олефиновый мономер и необязательно по меньшей мере один диеновый мономер, в присутствии катализатора или компонентов катализатора в реакторе для полимеризации с получением полимеризованной смеси, содержащей полимер на основе олефина, необязательно удаление жидкостей из полимеризованной смеси и/или ее нейтрализацию и функционализацию полимера на основе олефина, где функционализация включает введение находящегося в основном в объемной фазе полимера на основе олефина в реакцию с функционализирующим реагентом в первом месильном реакторе с получением функционализированного полимера и побочных продуктов реакции функционализации.
Хотя иллюстративные формы, раскрытые в настоящем изобретении, тщательно описаны, следует понимать, что очевидны разные другие модификации и специалисты в данной области техники легко могут их осуществить без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения. В соответствии с этим предполагается, что объем прилагаемой формулы изобретения не ограничивается примерами и описаниями, приведенными в настоящем изобретении, а формула изобретения составлена так, что включает все отличительные признаки патентоспособной новизны, соответствующие настоящему изобретению, включая все отличительные признаки, которые должны рассматривать, как их эквиваленты, специалисты в области техники, к которой относится настоящее изобретение.
Для всех юрисдикции, к которым применим принцип "включение в качестве ссылки", все методики исследования, публикации патентов, патенты и цитированные документы включены в настоящее изобретение в качестве ссылки или во всей своей полноте, или в виде соответствующего фрагмента, на который дана ссылка.
Если в настоящем изобретении указаны нижние предельные числовые значения и верхние предельные числовые значения, то включены диапазоны от любого нижнего предельного значения до любого верхнего предельного значения. Термин "содержащий" считается синонимом термина "включающий". Аналогичным образом, если перед композицией, элементом или группой компонентов находится промежуточный термин "содержащий", следует понимать, что это также включает ту же композицию или группу компонентов с промежуточными терминами "в основном состоящий из", "состоящий из", "выбранный из группы, включающей" или "представляет собой", находящимися перед композицией, компонентом или компонентами, и наоборот.