СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИКАРБОНАТНОЙ СМОЛЫ
METHOD OF PRODUCING POLYCARBONATE RESIN

Описание
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для получения поликарбонатной смолы и к способу получения поликарбонатной смолы. Более конкретно, оно относится к способу получения поликарбонатной смолы, при котором понижается генерирование побочных продуктов и введение побочных продуктов в поликарбонатную смолу.
Уровень техники
Поликарбонатная смола широко используется во многих областях в виде конструкционных пластиков, с использованием ее превосходной теплостойкости, ударопрочности, прозрачности и стабильности размеров. Способ введения фосгена при перемешивании щелочного водного раствора ароматического дигидрокси соединения и галогенового органического растворителя, для осуществления реакции ароматического дигидрокси соединения и фосгена на границе раздела фаз (способ на границе раздела фаз), и способ сложноэфирного обмена, для взаимодействия ароматического дигидрокси соединения и сложного диэфира угольной кислоты в расплавленном состоянии (способ в расплаве), известны в качестве промышленных способов получения этой поликарбонатной смолы.
Когда поликарбонатная смола получается способом сложноэфирного обмена (переэтерификации) (способ в расплаве), как правило, сложный диэфир угольной кислоты и ароматическое дигидрокси соединение в качестве исходных материалов растворяются, к ним добавляется катализатор сложноэфирного обмена и осуществляется перемешивание при нагреве в емкости для полимеризации при пониженном давлении. Реакция поликонденсации посредством реакции сложноэфирного обмена происходит при одновременной отгонке побочных продуктов, таких как ароматические моногидрокси соединения и/или алифатические моногидрокси соединения, и получается поликарбонатная смола (смотри патентный документ 1).
В этой связи, способ в расплаве может вызывать такие проблемы, что побочные продукты включаются в поликарбонатную смолу, и трубопровод забивается во время непрерывной работы в течение продолжительного периода времени, и по отношению к этим проблемам, сообщается о различных мерах противодействия. Например, имеются следующие способы: способ предотвращения отверждения отгоняемых компонентов посредством создания трубопровода обратного холодильника, имеющего заданный градиент, в устройстве отгонки фенола и дифенилкарбоната, получаемых в качестве побочных продуктов во время реакции поликонденсации, при пониженном давлении (смотри патентный документ 2), способ промывки емкости для полимеризации транспортных трубопроводов и тому подобного, моногидрокси соединением или чем-либо подобным в пределах 24 часов после завершения непрерывной работы (смотри патентный документ 3), и способ контроля температуры поверхности емкости для полимеризации, с которой вступает в контакт низкомолекулярный поликарбонат, образующийся в ходе реакции поликонденсации транспортных трубопроводов для расплавленных реагентов, лопастей мешалок и тому подобного, тем самым подавляя кристаллизацию (смотри патентный документ 4).
Патентный документ 1: патент Японии JP-A-2003-192782 (смотри фиг.1)
Патентный документ 2: патент Японии JP-A-2005-145841
Патентный документ 3: патент Японии JF-A-2005-042014
Патентный документ 4: патент Японии JP-A-2000-198839
Описание изобретения
Проблемы, для решения которых предназначено настоящее изобретение
В этой связи, когда поликарбонатная смола получается непрерывно с помощью реакции сложноэфирного обмена (переэтерификации) (способ в расплаве), как описано выше, способ, как правило, осуществляется таким образом, что расплавленная смесь исходных материалов подается во множество емкостей для полимеризации, контролируемых при состоянии высокой температуры и пониженного давления, чтобы тем самым эффективно отгонять фенол и тому подобное, что образуется в качестве побочных продуктов во время реакции, и затем степень полимеризации последовательно увеличивается, в то время как расплавленные реагенты непрерывно подаются в емкости для полимеризации следующих стадий.
Однако, например, в случае способа, где расплавленная смесь исходных материалов или расплавленные реагенты вводится непосредственно в емкость для полимеризации из узла подачи, предусмотренного на верхней крышке в верхней части емкости для полимеризации, имеется тенденция, что количество побочных продуктов в конечном продукте увеличивается. Это объясняется с помощью чертежей.
Фиг.3 представляет собой объяснения обычного устройства для получения поликарбонатной смолы. На фиг.3, смесь из расплавленной смеси исходных материалов и катализатора подается в вертикальную емкость для полимеризации 22e, снабженную лопастной мешалкой 20e, через подающий трубопровод 18e с помощью подающего насоса 17e, реакция сложноэфирного обмена осуществляется при заданном среднем времени пребывания, при поддержании уровня жидкости 21e, и расплавленные реагенты высвобождаются на следующую стадию с помощью трубопровода доставки 23e из нижней части вертикальной емкости для полимеризации 22e. Внутри вертикальной емкости для полимеризации 22e поддерживается состояние пониженного давления с помощью заданного устройства для понижения давления (не показано). Кроме того, фенол и тому подобное, получаемые в качестве побочных продуктов, отгоняются из трубы для отгонки побочных продуктов 19e.
Когда расплавленная смесь исходных материалов или расплавленные реагенты непосредственно вводятся в вертикальную емкость для полимеризации 22e, поддерживаемую в состоянии пониженного давления, из узла подачи, предусмотренного на верхней крышке в верхней части вертикальной емкости для полимеризации 22e, как показано на фиг.3, имеются случаи, что расплавленная смесь исходных материалов или расплавленные реагенты разбрызгиваются на выходе узла подачи и прилипают к верхней крышке вертикальной емкости для полимеризации 22e, лопастной мешалки 20e или чего-либо подобного. Кроме того, имеется случай, что расплавленная смесь исходных материалов или что-либо подобное, которая разбрызгивается на боковые стенки, стекает вниз, вдоль поверхности стенок, и это может приводить к разбросу соотношения смешивания исходных материалов.
Кроме того, когда такой прилипший слой растет, он склонен к преобразованию в кристаллические побочные продукты, перегоревшие побочные продукты или что-либо подобное, и, когда они попадают в расплавленные реагенты, количество побочных продуктов в конечном продукте увеличивается. По этой причине необходим способ для его устранения.
С другой стороны, кроме этого, имеется другая проблема. Получение поликарбонатной смолы посредством способа в расплаве, как правило, осуществляется посредством поддержания устройства для получения в целом в состоянии пониженного давления с помощью устройства для понижения давления, чтобы эффективно отгонять фенол и тому подобное, полученный в качестве побочного продукта во время реакции сложноэфирного обмена. Из-за этого нелегко устранить такие недостатки, что резервуар жидкости генерируется на внутренней стенки трубопровода для отгонки из отгоняемых компонентов, таких как фенол, полученных в качестве побочных продуктов реакции при пониженном давлении, или захваченный дифенилкарбонат и отгоняемые компоненты, собираемые таким образом, отверждаются, забивая трубопровод для отгонки. В результате, имеются такие проблемы, что цветовой тон производимой поликарбонатной смолы становится нестабильным, и эффективность получения уменьшается из-за прекращения работы и чистки трубы для отгонки, и тому подобное.
Настоящее изобретение разработано для решения этих проблем в случае непрерывного получения поликарбонатной смолы с использованием устройства для получения, содержащего множество емкостей для полимеризации, которые соединяются вместе.
Таким образом, одна из целей настоящего изобретения представляет собой создание устройства для получения поликарбонатной смолы, которое делает сложным формирование прилипшего слоя на верхней крышке, и тому подобное, емкости для полимеризации и уменьшает генерирование побочных продуктов.
Кроме того, другой целью настоящего изобретения является создание способа получения поликарбонатной смолы, в котором уменьшаются количества кристаллических побочных продуктов и "перегоревших" побочных продуктов при производстве поликарбонатной смолы с помощью способа в расплаве.
Средства для решения проблем
В результате широких исследований для решения указанных выше проблем авторы настоящего изобретения обнаружили, что, когда труба для ввода, имеющая вход в газофазной части емкости для полимеризации, соединяется с узлом подачи, предусмотренным на верхней крышке в верхней части емкости для полимеризации, и расплавленная смесь исходных материалов или что-либо подобное вводится в емкость для полимеризации через трубу для ввода, предотвращается прилипание разбрызгивающихся материалов к верхней крышке, и тому подобное, емкости для полимеризации.
Авторы настоящего изобретения, кроме того, обнаружили, что, когда температура стенок поверхности трубопровода для отгонки побочных продуктов, отгоняемых из емкости для полимеризации, устанавливается при температуре, превышающей температуру кипения моногидрокси соединения, получаемого в качестве побочного продукта, резервуар жидкости или что-либо подобное не генерируется в трубе для отгонки. Кроме того, авторы обнаружили, что, когда в трубе для отгонки предусматривается устройство для предотвращения обратного потока, даже если отгоняемые компоненты, вызывающие кристаллизацию побочных продуктов, и тому подобное, остаются в трубе для отгонки, предотвращается их обратное протекание в емкость для полимеризации.
Кроме того, авторы настоящего изобретения обнаружили, что включение побочных продуктов в поликарбонатную смолу уменьшается с помощью, по меньшей мере, одного из указанных выше способов или посредством объединения всех этих новых способов. Настоящее изобретение реализуется на основе этих новых способов.
В соответствии с настоящим изобретением предусматривается устройство для получения поликарбонатной смолы, отличающееся тем, что в устройстве для непрерывного получения поликарбонатной смолы с использованием множества емкостей для полимеризации расплавленные реагенты подаются в жидкую фазу, по меньшей мере, в одну емкость для полимеризации или подаются в газофазную часть, по меньшей мере, в одну емкость для полимеризации через трубу для ввода.
Труба для ввода, используемая здесь, предпочтительно имеет вход в газофазной части между верхней крышкой емкости для полимеризации и уровнем жидкости из расплавленных реагентов в емкости для полимеризации.
Емкость для полимеризации предпочтительно представляет собой вертикальную емкость для полимеризации, снабженную перемешивающим устройством.
В случае вертикальной емкости для полимеризации, расплавленные реагенты предпочтительно подаются в жидкой фазе в вертикальную емкость для полимеризации через трубу для ввода или транспортный трубопровод через боковую сторону вертикальной емкости для полимеризации.
Кроме того, устройство для получения поликарбонатной смолы представляет собой устройство, имеющее множество вертикальных емкостей для полимеризации, которые соединяются последовательно, и, по меньшей мере, одну горизонтальную емкость для полимеризации, следующую за вертикальной емкостью для полимеризации. Является предпочтительным, чтобы каждая емкость для полимеризации имела устройство для понижения давления, для поддержания давления в емкости при пониженном давлении, трубу для отгонки, для отгонки побочных продуктов, и конденсатор для конденсирования побочных продуктов, отгоняемых из емкости наружу, и поликарбонатную смолу получали реакцией сложноэфирного обмена между ароматическим дигидрокси соединением и сложным диэфиром угольной кислоты.
В устройстве для получения поликарбонатной смолы, по меньшей мере, часть внутренней стенки трубы для отгонки предпочтительно формируется из материала, имеющего содержание железа 20% или более, и, кроме того, труба для отгонки может снабжаться устройством для предотвращения обратного потока, для предотвращения обратного протекания дистиллята.
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, предусматривается способ получения поликарбонатной смолы, который представляет собой способ получения поликарбонатной реакцией сложноэфирного обмена между ароматическим дигидрокси соединением и сложным диэфиром угольной кислоты и отличается тем, что включает в себя стадию подготовки исходных материалов, приготовления расплавленной смеси исходных материалов из ароматического дигидрокси соединения и/или сложного диэфира угольной кислоты, и стадию поликонденсации, непрерывного осуществления поликонденсации расплавленной смеси исходных материалов, полученных с помощью стадии подготовки исходных материалов, в присутствии катализатора сложноэфирного обмена, с использованием множества емкостей для полимеризации, где стадия поликонденсации заключается в том, что, по меньшей мере, в одной емкости для полимеризации расплавленные реагенты для реакции сложноэфирного обмена непосредственно подаются в жидкофазную часть емкости для полимеризации или подаются в газофазную часть емкости для полимеризации через трубу для ввода, имеющую вход в газофазной части в емкости для полимеризации.
Стадия поликонденсации предпочтительно заключается в том, что расплавленные реагенты для реакции сложноэфирного обмена подаются, по меньшей мере, в одну емкость для полимеризации через трубу для ввода, и труба для ввода имеет вход в газофазной части между верхней крышкой емкости для полимеризации и уровнем жидкости расплавленных реагентов в емкости для полимеризации.
Кроме того, стадия поликонденсации предпочтительно заключается в том, что вертикальная емкость для полимеризации используется в качестве емкости для полимеризации, расплавленные реагенты для реакции сложноэфирного обмена подаются, по меньшей мере, в одну емкость для полимеризации через трубу для ввода, и расплавленный реагент подается в жидкую фазу в емкости для полимеризации через боковую сторону емкости для полимеризации через трубу для ввода или транспортный трубопровод.
Кроме того, стадия поликонденсации предпочтительно заключается в том, что используется устройство для получения, имеющее множество вертикальных емкостей для полимеризации, которые соединяются последовательно, и, по меньшей мере, одну горизонтальную емкость для полимеризации, следующую за вертикальной емкостью для полимеризации, и каждая емкость для полимеризации имеет устройство для понижения давления, для поддержания давления емкости при пониженном давлении, трубу для отгонки, для отгонки побочных продуктов, и конденсатор для конденсирования побочных продуктов, отгоняемых из емкости наружу.
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, предусматривается способ получения поликарбонатной смолы, который представляет собой способ получения поликарбонатной смолы с помощью реакции сложноэфирного обмена между ароматическим дигидрокси соединением и сложным диэфиром угольной кислоты и отличается тем, что соотношение между температурой кипения t1 (°C) моногидрокси соединения, полученного в качестве побочного продукта, при давлении в реакторе, в котором осуществляется реакция сложноэфирного обмена, температурой стенок поверхности T (°C) трубы для отгонки, в которой отгоняется моногидрокси соединение, полученное в качестве побочных продуктов из реактора, и внутренней температурой t2 (°C) в реакторе удовлетворяет следующей формуле (1).
t1<T≤t2
(1)
Является предпочтительным, чтобы соотношение между T (°C) и t2 (°C) дополнительно удовлетворяло следующей формуле (2).
230(°C)<T≤t2
(2)
Кроме того, реактор предпочтительно представляет собой вертикальную емкость для полимеризации, снабженную устройством для понижения давления, для поддержания давления в емкости при пониженном давлении, и конденсатором для конденсирования моногидрокси соединения, получаемого в качестве побочного продукта, отгоняемого наружу из реактора из трубы для отгонки.
Кроме того, труба для отгонки, предусматриваемая в вертикальной емкости для полимеризации, предпочтительно снабжается устройством для предотвращения обратного потока, которое предотвращает обратное протекание дистиллята.
Кроме того, по меньшей мере, часть внутренних стенок трубы для отгонки предпочтительно формируется из материала на основе железа, имеющего содержание железа 20% или более, и моногидрокси соединение, получаемое в качестве побочного продукта, предпочтительно представляет собой фенол.
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, предусматривается способ получения поликарбонатной смолы, отличающийся тем, что при осуществлении непрерывной реакции сложноэфирного обмена между ароматическим дигидрокси соединением и сложным диэфиром угольной кислоты с использованием устройства для полимеризации, имеющего множество вертикальных емкостей для полимеризации, которые соединяются последовательно, по меньшей мере, одна горизонтальная емкость для полимеризации соединяется с вертикальной емкостью для полимеризации и предусматривается труба для отгонки в верхней части, по меньшей мере, одной вертикальной емкости для полимеризации, которая отгоняет моногидрокси соединение, получаемое в качестве побочного продукта, при реакции сложноэфирного обмена из вертикальной емкости для полимеризации, температура кипения t1 (°C) моногидрокси соединения, получаемого в качестве побочного продукта, при давлении в вертикальной емкости для полимеризации, внутренняя температура t2 (°C) в вертикальной емкости для полимеризации и температура стенок поверхности T (°C) трубы для отгонки удовлетворяют следующей формуле (3).
t1<T≤t2
(3)
Является более предпочтительным, чтобы в вертикальной емкости для полимеризации, расположенной непосредственно, по меньшей мере, перед одной горизонтальной емкостью для полимеризации, t1 (°C), t2 (°C) и T (°C) удовлетворяли указанной выше формуле (3).
Кроме того, является предпочтительным, чтобы в вертикальной емкости для полимеризации труба для отгонки, соединенная с вертикальной емкостью для полимеризации, дополнительно снабжалась устройством для предотвращения обратного потока, которое предотвращает обратное протекание дистиллята.
Кроме того, является предпочтительным, чтобы расплавленные реагенты для реакции сложноэфирного обмена между ароматическим дигидрокси соединением и сложным диэфиром угольной кислоты подавались, по меньшей мере, в одну вертикальную емкость для полимеризации через трубу для ввода, и расплавленные реагенты подавались в жидкую фазу в емкости для полимеризации через трубу для ввода или транспортный трубопровод на боковой стороне емкости для полимеризации.
Преимущества настоящего изобретения
В соответствии с настоящим изобретением получают поликарбонатную смолу, имеющую пониженное содержание кристаллических побочных продуктов и "перегоревших" побочных продуктов.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой вид, показывающий один из примеров устройства для получения поликарбонатной смолы согласно настоящему изобретению.
Фиг.2A представляет собой вид, показывающий один из примеров варианта осуществления подающего трубопровода, соединенного с емкостью для полимеризации, согласно настоящему изобретению.
Фиг.2B представляет собой вид, показывающий один из примеров другого варианта осуществления подающего трубопровода, соединенного с емкостью для полимеризации, согласно настоящему изобретению.
Фиг.2C представляет собой вид, показывающий один из примеров другого варианта осуществления подающего трубопровода, соединенного с емкостью для полимеризации, согласно настоящему изобретению.
Фиг.2D представляет собой вид, показывающий один из примеров другого вариант осуществления подающего трубопровода, соединенного с емкостью полимеризации, согласно настоящему изобретению.
Фиг.3 представляет собой вид для объяснения обычного устройства для получения поликарбонатной смолы.
Описание ссылочных номеров и обозначений
1 - Узел подачи дифенилкарбоната
2 - Узел подачи бисфенола A
3a, 3b - Лопастная мешалка якорного типа
4 - Первая емкость для смешивания исходных материалов
5a, 5b, 12a, 12b, 12c, 18a, 18b, 18c, 18d, 18e - Подающий трубопровод
5c - Узел подачи катализатора
6 - Вторая емкость для смешивания исходных материалов
7a - Насос для подачи исходных материалов
7b, 7c, 7d, 17, 17e - Подающий насос
8 - Первая вертикальная емкость для полимеризации
9a, 9b, 9c - крыльчатка MAXBLEND
10a, 10b, 10c, 10d, 19, 19e - Труба для отгонки побочных продуктов
11a, 11b, 11c, 21, 21e - Уровень жидкости
13 - Вторая вертикальная емкость для полимеризации
14 - Третья вертикальная емкость для полимеризации
15 - Четвертая горизонтальная емкость для полимеризации
16, 20, 20e - Лопастная мешалка
22, 22e - Вертикальная емкость для полимеризации
12d, 23, 23e - Трубопровод доставки
101a, 101b, 101c, 101d - Конденсатор
102a, 102b, 102c, 102d - Устройство для понижения давления
Наилучший способ осуществления изобретения
Наилучший способ осуществления настоящего изобретения (далее, вариант осуществления настоящего изобретения) подробно описывается ниже. Настоящее изобретение не ограничивается следующими далее вариантами осуществления и может осуществляться с различными модификациями в рамках его духа. Кроме того, используемые чертежи предназначаются для объяснения настоящего варианта осуществления и не показывают реальных размеров.
Поликарбонатная смола
Согласно настоящему изобретению поликарбонатную смолу получают поликонденсацией в расплаве реакцией сложноэфирного обмена (переэтерификации) между ароматическим дигидрокси соединением и сложным диэфиром угольной кислоты.
Способ получения поликарбонатной смолы посредством использования ароматического дигидрокси соединения и сложного диэфира угольной кислоты в качестве исходных материалов и непрерывного осуществления реакции поликонденсации в расплаве в присутствии катализатора сложноэфирного обмена описывается ниже.
Ароматическое дигидрокси соединение
Ароматическое дигидрокси соединение, используемое в настоящем варианте осуществления, включает в себя соединение, представленное следующей общей формулой (1).
Общая формула (1)
2
В общей формуле (1) A представляет собой одинарную связь, имеющую прямую цепь, разветвленную или циклическую двухвалентную углеводородную группу, имеющую от 1 до 10 атомов углерода, которая может быть замещенной, или двухвалентную группу, представленную -O-, -S-, -CO- или SO-.
X и Y представляют собой атом галогена или углеводородную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода.
p и q представляют собой целое число 0 или 1.
X и Y, и p и q могут быть одинаковыми или различными, соответственно.
Конкретные примеры ароматического дигидрокси соединения включают в себя бисфенолы, такие как бис(4-гидроксидифенил)метан, 2,2-бис(4-гидроксифенил)пропан, 2,2-бис(4-гидрокси-3-метилфенил)пропан, 2,2-бис(4-гидрокси-3-трет-бутилфенил)пропан, 2,2-бис(4-гидрокси-3,5-диметилфенил)пропан, 2,2-бис(4-гидрокси-3,5-дибромфенил)пропан, 4,4-бис(4-гидроксифенил)гептан и 1,1-бис(4-гидроксифенил)циклогексан; бифенолы, такие как 4,4'-дигидроксибифенил и 3,3',5,5'-тетраметил-4,4'-дигидроксибифенил; бис(4-гидроксифенил)сульфон, бис(4-гидроксифенил)сульфид, простой бис(4-гидроксифениловый) эфир и бис(4-гидроксифенил)кетон.
Среди них, 2,2-бис(4-гидроксифенил)пропан (бисфенол A, далее иногда именуемый сокращенно как BFA) является предпочтительным. Эти ароматические дигидрокси соединения могут использоваться по одному или в виде смеси двух или более из них.
Часть ароматического дигидрокси соединения может быть заменена другим алифатическим дигидрокси соединением в пределах, которые не ухудшают существенно его свойств. Такое алифатическое дигидрокси соединение включает в себя двухатомный спирт. Конкретные примеры двухатомного спирта включают в себя этиленгликоль, пропиленгликоль, бутандиол, пентандиол, гександиол, гептандиол, октандиол, додекандиол, неопентилгликоль, циклогександиол и 1,4-дигидроксиметилциклогексан.
Сложный диэфир угольной кислоты
Сложный диэфир угольной кислоты, используемый в настоящем варианте осуществления, включает в себя соединение, представленное следующей общей формулой (2)
Общая формула (2)
В общей формуле (2) A' представляет собой имеющую прямую цепь, разветвленную или циклическую одновалентную углеводородную группу, имеющую от 1 до 10 атомов углерода, которая может быть замещенной. Обе группы A' могут быть одинаковыми или различными.
Конкретные примеры сложного диэфира угольной кислоты включают в себя дифенилкарбонат, замещенный дифенилкарбонат, такой как дитолилкарбонат, диметилкарбонат, диэтилкарбонат и ди-трет-бутилкарбонат.
Из них дифенилкарбонат (иногда далее именуемый сокращенно как DPC) и замещенный дифенилкарбонат являются предпочтительными. Эти сложные диэфиры угольной кислоты могут использоваться по одному или в виде смеси двух или более из них.
Сложный диэфир угольной кислоты может заменяться дикарбоновой кислотой или сложным эфиром дикарбоновой кислоты в количестве предпочтительно 50% моль или меньше, а более предпочтительно 30% моль или меньше.
Представители дикарбоновой кислоты или сложного эфира дикарбоновой кислоты включают в себя терефталевую кислоту, изофталевую кислоту, дифенилтерефталат и дифенилизофталат. Когда происходит замена такой дикарбоновой кислотой или сложным эфиром дикарбоновой кислоты, получается полиэстеркарбонат.
Эти сложные диэфиры карбоновых кислот (включая указанную выше замену дикарбоновой кислотой или сложным эфиром дикарбоновой кислоты, и далее - одно и то же) используются в количестве, избыточном по отношению к дигидрокси соединению.
Конкретно, сложный диэфир карбоновой кислоты используют при молярном соотношении, как правило, от 1,01 до 1,30, и предпочтительно от 1,02 до 1,20, к ароматическому дигидрокси соединению. Когда молярное отношение меньше, чем 1,01, увеличивается количество конечных групп OH полученной поликарбонатной смолы, и термическая стабильность смолы имеет тенденцию к ухудшению. Кроме того, когда молярное соотношение больше, чем 1,30, скорость реакции сложноэфирного обмена понижается, делая сложным получение поликарбонатной смолы, имеющей желаемую молекулярную массу. В дополнение к этому, остаточное количество сложного диэфира угольной кислоты в смоле увеличивается, и это может приводить к появлению неприятного запаха во время формования или в форме, что не является предпочтительным.
Катализатор сложноэфирного обмена
Катализатор сложноэфирного обмена, используемый в настоящем варианте осуществления, включает в себя катализаторы, как правило, используемые при получении поликарбоната посредством способа сложноэфирного обмена, и не являются как-либо ограниченными. Как правило, примеры катализатора включают в себя основные соединения, такие как соединение щелочного металла, соединение бериллия, соединение магния, соединение щелочноземельного металла, основное соединение бора, основное соединение фосфора, основное соединение аммония и аминовое соединение.
Из этих катализаторов сложноэфирного обмена соединение щелочного металла является особенно предпочтительным. Такие катализаторы сложноэфирного обмена могут использоваться по одному или в виде смеси двух или более из них.
-9
-1
-7
-2
Катализатор сложноэфирного обмена используется в пределах, как правило, от 1×10 до 1×10 моль, а предпочтительно от 1×10 до 1×10 моль, на моль ароматического дигидрокси соединения.
Соединение щелочного металла включает в себя неорганические соединения щелочных металлов, такие как соединения гидроксидов, карбонатов и бикарбонатов щелочных металлов; и органические соединения щелочных металлов, таких как соли щелочных металлов со спиртами, фенолами или органокарбоновыми кислотами. Примеры щелочного металла включают в себя литий, натрий, калий, рубидий и цезий.
Среди этих соединений щелочных металлов соединение цезия является предпочтительными, и карбонат цезия, бикарбонат цезия и гидроксид цезия являются особенно предпочтительными.
Примеры соединения бериллия или магния и соединения щелочноземельного металла включают в себя неорганические соединения щелочноземельных металлов, таких как гидроксиды или карбонаты бериллия, магния и щелочноземельных металлов; и соли этих металлов со спиртами, фенолами и органокарбоновыми кислотами. Примеры щелочноземельного металла включают в себя кальций, стронций и барий.
Конкретные примеры включают в себя гидроксид кальция, гидроксид бария, гидроксид магния, гидроксид стронция, бикарбонат кальция, бикарбонат бария, бикарбонат магния, бикарбонат стронция, карбонат кальция, карбонат бария, карбонат магния и карбонат стронция. Эти соединения используются по одному или в виде смеси двух или более из них.
Примеры основного соединения бора включают в себя натриевую соль, калиевую соль, литиевую соль, кальциевую соль, магниевую соль, бариевую соль и стронциевую соль соединения бора. Примеры соединения бора включают в себя тетраметилборан, тетраэтилборан, тетрапропилборан, тетрабутилборан, триметилэтилборан, триметилбензилборан, триметилфенилборан, триэтилметилборан, триэтилбензилборан, триэтилфенилборан, трибутилбензилборан, трибутилфенилборан, тетрафенилборан, бензилтрифенилборан, метилтрифенилборан и бутилтрифенилборан.
Примеры основного соединения фосфора включают в себя соединения трехвалентного фосфора, такие как триэтилфосфин, три-н-пропилфосфин, триизопропилфосфин, три-н-бутилфосфин, трифенилфосфин и трибутилфосфин; и соли четвертичного фосфония, полученные из этих соединений.
Примеры основного соединения аммония включают в себя тетраметиламмоний гидроксид, тетраэтиламмоний гидроксид, тетрапропиламмоний гидроксид, тетрабутиламмоний гидроксид, триметилэтиламмоний гидроксид, триметилбензиламмоний гидроксид, триметилфениламмоний гидроксид, триэтилметиламмоний гидроксид, триэтилбензиламмоний гидроксид, триэтилфениламмоний гидроксид, трибутилбензиламмоний гидроксид, трибутилфениламмоний гидроксид, тетрафениламмоний гидроксид, бензилтрифениламмоний гидроксид, метилтрифениламмоний гидроксид и бутилтрифениламмоний гидроксид.
Примеры аминового соединения включают в себя 4-аминопиридин, 2-аминопиридин, N,N-диметил-4-аминопиридин, 4-диэтиламинопиридин, 2-гидроксипиридин, 2-метоксипиридин, 4-метоксипиридин, 2-диметиламиноимидазол, 2-метоксиимидазол, имидазол, 2-меркаптоимидазол, 2-метилимидазол и аминохинолин.
Способ получения поликарбонатной смолы
Способ получения поликарбонатной смолы описывается ниже.
Получение поликарбонатной смолы осуществляется посредством приготовления расплавленной смеси исходных материалов из ароматического дигидрокси соединения и соединения сложного диэфира угольной кислоты в качестве исходных материалов (стадия подготовки исходных материалов) и воздействия на эти соединения многостадийной реакции поликонденсации в присутствии катализатора реакции сложноэфирного обмена в расплавленном состоянии с использованием множества емкостей для полимеризации (стадия поликонденсации). Способ реакции может представлять собой любой способ из загрузочного способа, непрерывного способа и сочетания загрузочного способа и непрерывного способа. Используемые емкости для полимеризации включают в себя множество вертикальных емкостей для полимеризации, а после них, по меньшей мере, одну горизонтальную емкость для полимеризации. Как правило, эти емкости для полимеризации соединяются последовательно, и обработка осуществляется непрерывно.
После стадии поликонденсации, стадии прекращения реакции и стадии деволятилизации с удалением непрореагировавших исходных материалов и побочных продуктов реакции в расплавленных реагентах, стадии добавления термостабилизатора, агента для высвобождения из формы, красящего материала, и тому подобное, может соответствующим образом добавляться стадия формования поликарбонатной смолы в виде гранул, имеющих заданный размер частиц, и тому подобное.
В настоящем варианте осуществления расплавленная смесь исходных материалов представляет собой расплавленную смесь ароматического дигидрокси соединения и сложного диэфира угольной кислоты, и, кроме того, в расплавленной смеси исходных материалов может содержаться катализатор сложноэфирного обмена. Кроме того, расплавленные реагенты представляют собой смесь олигокарбоната (низкомолекулярного поликарбоната) и/или поликарбоната и, по меньшей мере, одного соединения из ароматического дигидрокси соединения, сложного диэфира угольной кислоты, катализатора сложноэфирного обмена и других побочных продуктов, и тому подобного, которые могут содержаться в ней.
Каждая стадия способа получения описывается ниже.
Стадия подготовки исходных материалов
Ароматическое дигидрокси соединение и сложный диэфир угольной кислоты, используемые в качестве исходных материалов поликарбонатной смолы, как правило, готовят как расплавленную смесь исходных материалов с использованием загрузочного, полузагрузочного или непрерывного смесительного устройства в атмосфере инертного газа, такого как азот или аргон. Например, в случае использования бисфенола A в качестве ароматического дигидрокси соединения и дифенилкарбоната в качестве сложного диэфира угольной кислоты температура расплавленной смеси исходных материалов выбирается из диапазона, как правило, от 20 до 180°C, а предпочтительно от 125 до 160°C.
В этом случае пропорции ароматического дигидрокси соединения и сложного диэфира угольной кислоты устанавливаются так, чтобы сложный диэфир угольной кислоты находился в избытке, и устанавливаются так, чтобы сложный диэфир угольной кислоты находился в пропорции, как правило, от 1,01 до 1,30 моль, а предпочтительно от 1,02 до 1,20 моль, на моль ароматического дигидрокси соединения.
Стадия поликонденсации
Поликонденсация реакцией сложноэфирного обмена между ароматическим дигидрокси соединением и сложным эфиром угольной кислоты осуществляется непрерывно посредством множества стадий, как правило, 2 стадий или более, а предпочтительно от 3 до 7 стадий. Конкретные условия реакции являются такими, что температура находится в пределах от 150 до 320°C, давление находится в пределах от нормального давлении до 0,01 Торр (13 Па), и среднее время пребывания находится в пределах от 5 до 150 минут.
В каждой емкости для полимеризации, на множестве стадий, дополнительное повышение температуры и дополнительное повышение вакуума устанавливаются ступенчато в пределах указанных выше условий реакции для эффективного высвобождения фенола, получаемого в качестве побочного продукта, при прохождении реакции поликонденсации. Является предпочтительным установление настолько низкой температуры, насколько это возможно, и настолько короткого времени пребывания, насколько это возможно, для предотвращения ухудшения качества, такого как цвет полученной поликарбонатной смолы.
Поликонденсация с помощью множества стадий, как правило, заключается в том, что соединяется множество вертикальных емкостей для полимеризации, снабженных лопастными мешалками, и в качестве конечной стадии предусматривается горизонтальная емкость для полимеризации, тем самым увеличивается средняя молекулярная масса поликарбонатной смолы. Как правило, предусматриваются 2-5, а предпочтительно 3-4 вертикальных емкостей реакции.
Вертикальная емкость, как здесь используется, означает, что ось вращения лопастной мешалки является вертикальной (перпендикулярное направление). Форма используемой вертикальной емкости реакции является такой, что отношение (L/D) длины L прямой части корпуса к внутреннему диаметру D емкости реакции составляет 3 или меньше, а предпочтительно от 0,5 до 3. Длина L прямой части корпуса емкости для полимеризации означает длину между двумя касательными линиями, когда форма емкости реакции представляет собой цилиндрическую форму с плоскостью симметрии, и означает расстояние между касательной линией одной стороны боковой части корпуса и крайней лицевой частью другой стороны, когда верхняя часть или нижняя часть емкости представляет собой плоскую структуру крышки. Внутренний диаметр емкости означает размер области, которая заполняется расплавленными реагентами.
Примеры типа лопастной мешалки в вертикальной емкости для полимеризации включают в себя турбинную крыльчатку, лопастную крыльчатку, крыльчатку Fardler, якорную крыльчатку, крыльчатку FULLZONE (производство Kobelco Eco-Solutions Co., Ltd.), крыльчатку Sanmeler (производство Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.), крыльчатку MAXBLEND (производство S.H.I. Mechanical & Equipment Inc.), спирально-ленточную крыльчатку и изогнутую крыльчатку решетчатого типа (производство Hitachi Plant Technologies, Ltd.).
Кроме того, горизонтальная емкость для полимеризации означает емкость, где ось вращения лопастной мешалки является горизонтальной (располагается в горизонтальном направлении). Примеры лопастной мешалки в горизонтальной емкости реакции включают в себя лопастные мешалки с одним валом, такие как мешалки дискового типа и лопастного типа, и лопастные мешалки с двумя валами, такие как HVR, SCR и N-SCR (производство Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.), Bivolac (производство S.H.I. Mechanical & Equipment Inc.), крыльчатку в форме восьмерки и решетчатую мешалку (производство Hitachi Plant & Technologies, Ltd.).
Катализатор сложноэфирного обмена, используемый при поликонденсации ароматического дигидрокси соединения и соединения сложного диэфира угольной кислоты, как правило, сначала приготавливается как водный раствор. Концентрация водного раствора катализатора не является как-либо ограниченной и устанавливается при оптимальной концентрации в соответствии с растворимостью катализатора в воде. Другой растворитель, такой как ацетон, спирт, толуол или фенол, может быть выбран вместо воды.
Свойства воды, используемой для растворения катализатора, не являются как-либо ограниченными, постольку поскольку вид и концентрация содержащихся примесей являются постоянными. Как правило, предпочтительно используются дистиллированная вода, деионизованная вода и тому подобное.
Устройство для получения поликарбонатной смолы, к которому применяется настоящий вариант осуществления, описывается ниже на основе чертежей.
Фиг.1 представляет собой вид, показывающий один из примеров устройства для получения поликарбонатной смолы. В устройстве для получения, показанном на фиг.1, поликарбонатная смола получается посредством стадии подготовки исходных материалов, приготовления расплавленной смеси исходных материалов из ароматического дигидрокси соединения и сложного диэфира карбоновой кислоты в качестве исходных материалов и стадии поликонденсации, воздействия на эти исходные материалы реакции поликонденсации в расплавленном состоянии с использованием множества емкостей для полимеризации, а впоследствии, гранулы поликарбонатной смолы формируются с помощью стадии прекращения реакции и деволятилизации с удалением непрореагировавших исходных материалов и побочных продуктов реакции из расплавленных реагентов (не показано) и стадии добавления термостабилизатора, агента для высвобождения из формы, красящего материала, и тому подобного (не показано).
На стадии подготовки исходных материалов предусматриваются первая емкость для смешивания исходных материалов 4 и вторая емкость для смешивания исходных материалов 6, которые соединяются последовательно, подающий насос 7a для подачи расплавленной смеси подготовленных исходных материалов на стадию поликонденсации и подающий трубопровод 5b. Отверстие подающего трубопровода 5b соединяется с боковой стороной части корпуса первой вертикальной емкости полимеризации 8, описанной далее. Первая емкость для смешивания исходных материалов 4 и вторая емкость для смешивания исходных материалов 6 снабжаются, например, лопастными мешалками якорного типа 3a и 3b, соответственно.
Дифенилкарбонат (далее иногда упоминаемый как DPC), в качестве сложного диэфира угольной кислоты, подается в расплавленном состоянии в первую емкость для смешивания исходных материалов 4 из узла подачи дифенилкарбоната 1, и бисфенол A (далее иногда упоминаемый как BPA), в качестве ароматического дигидрокси соединения, подается как порошок в первую емкость для смешивания исходных материалов 4 из узла подачи бисфенола A 2.
На стадии поликонденсации предусматриваются первая вертикальная емкость для полимеризации 8, вторая вертикальная емкость для полимеризации 13 и третья вертикальная емкость для полимеризации 14, которые соединяются последовательно, и четвертая горизонтальная емкость для полимеризации 15, которая присоединяется последовательно как следующая ступень к третьей вертикальной емкости для полимеризации 14.
Первая вертикальная емкость для полимеризации 8 и вторая вертикальная емкость для полимеризации 13 соединяются через подающий насос 7b и подающий трубопровод 12a, и отверстие подающего трубопровода 12a соединяется с боковой стенкой части корпуса второй вертикальной емкости для полимеризации 13.
Вторая вертикальная емкость для полимеризации 13 и третья вертикальная емкость для полимеризации 14 соединяются через подающий насос 7c и подающий трубопровод 12b, и отверстие подающего трубопровода 12b соединяется с боковой стенкой части корпуса третьей вертикальной емкости для полимеризации 14.
Третья вертикальная емкость для полимеризации 14 и четвертая горизонтальная емкость для полимеризации 15 соединяются через подающий насос 7d и подающий трубопровод 12c.
Первая вертикальная емкость для полимеризации 8, вторая вертикальная емкость для полимеризации 13 и третья вертикальная емкость для полимеризации 14 снабжаются крыльчатками MAXBLEND 9a, 9b и 9c, соответственно. Четвертая горизонтальная емкость для полимеризации 15 снабжается лопастной мешалкой 16.
Трубы для отгонки побочных продуктов 10a, 10b, 10c и 10d, для высвобождения побочных продуктов и тому подобного, образующихся на соответствующих реакциях поликонденсации, соединены с четырьмя емкостями для полимеризации, соответственно. Трубы для отгонки побочных продуктов 10a, 10b, 10c и 10d соединяются с конденсорами 101a, 101b, 101c и 101d, соответственно, и каждая емкость для полимеризации поддерживается в заданном состоянии пониженного давления с помощью устройств для понижения давления 102a, 102b, 102c и 102d.
В настоящем варианте осуществления узел подающего насоса и подающий трубопровод в сочетании, например, насос для подачи исходных материалов 7a и подающий трубопровод 5b, подающий насос 7b и подающий трубопровод 12a, подающий насос 7c и подающий трубопровод 12b, и подающий насос 7d и подающий трубопровод 12c, как описывается выше, иногда называются "узел подачи". Кроме того, по меньшей мере, одно соединение из ароматического дигидрокси, сложного диэфира угольной кислоты, катализатора сложноэфирного обмена, олигокарбоната и поликарбоната может транспортироваться с использованием узла подачи. В этом случае могут содержаться и другие компоненты.
Является предпочтительным, чтобы было соответствующим образом предусмотрено устройство для предотвращения обратного потока дистиллята в трубопроводах для отгонки 10a, 10b, 10c и 10d, предусмотренных на четырех емкостях для полимеризации (первая вертикальная емкость для полимеризации 8, вторая вертикальная емкость для полимеризации 13, третья вертикальная емкость для полимеризации 14 и четвертая горизонтальная емкость для полимеризации 15), соответственно. В этом случае устройство для предотвращения обратного потока может предусматриваться в каждой из труб для отгонки 10a, 10b, 10c и 10d, соответственно, а более предпочтительно устройство для предотвращения обратного потока предусматривается, по меньшей мере, в трубе для отгонки 10c, предусмотренной на третьей вертикальной емкости для полимеризации 14 (вертикальная емкость для полимеризации), расположенной непосредственно перед четвертой горизонтальной емкостью для полимеризации 15 (горизонтальная емкость для полимеризации).
Устройство для предотвращения обратного потока предпочтительно предусматривается в средней части каждой из труб для отгонки 10a, 10b, 10c и 10d, а более предпочтительно на боковой стороне емкости полимеризации между емкостью для полимеризации и конденсатором. Такое устройство для предотвращения обратного потока (превентор) не является как-либо ограниченным, постольку поскольку оно демонстрирует функционирование для предотвращения обратного протекания дистиллята, и, например, используется превентор в форме горшка.
Хотя это и не показано, расплавленные реагенты, высвобождаемые из четвертой вертикальной емкости для полимеризации 15 через трубопровод доставки 12d, после этого проходят через стадию прекращения реакции и деволятилизации с удалением непрореагировавших исходных материалов и побочных продуктов реакции из расплавленных реагентов, стадию добавления термостабилизатора, агента для высвобождения из формы, красящего материала и тому подобного, и стадию формования поликарбонатной смолы в виде гранул, имеющих заданный диаметр частиц, получая тем самым гранулы поликарбонатной смолы.
В устройстве для получения поликарбонатной смолы, показанном на фиг.1, расплав DPC, приготовленный при заданной температуре, и порошок BPA, взвешенный в атмосфере газообразного азота, непрерывно подаются в первую емкость для смешивания исходных материалов 4 из узла подачи DPC 1 и узла подачи BPA 2, соответственно, в атмосфере газообразного азота. Когда уровень жидкости первой емкости для смешивания исходных материалов 4 превосходит заданную высоту, расплавленная смесь исходных материалов переносится во вторую емкость для смешивания исходных материалов 6 через подающий трубопровод 5a.
Затем расплавленная смесь исходных материалов непрерывно подается в расплавленные реагенты в первой вертикальной емкости для полимеризации 8 из боковой стенки части корпуса первой вертикальной емкости для полимеризации 8 через подающий трубопровод 5b с помощью насоса для подачи исходных материалов 7a. Затем водный раствор карбоната цезия непрерывно подается в качестве катализатора из узла подачи катализатора 5c в среднюю часть подающего трубопровода 5b для расплавленной смеси исходных материалов.
В первой вертикальной емкости для полимеризации 8 реакцию поликонденсации осуществляют в атмосфере азота, например, при поддержании температуры 220°C, давления 13,33 КПа (100 тор) и скорости вращения крыльчатки 160 об/мин, и поддерживая уровень жидкости 11a постоянным, с тем чтобы иметь среднее время пребывания 60 минут, в то же время отгоняя фенол, получаемый в качестве побочного продукта, из трубы для отгонки побочных продуктов 10a. Расплавленный реагент, высвобождаемый из первой вертикальной емкости для полимеризации 8, затем непрерывно подается во вторую вертикальную емкость для полимеризации 13, третью вертикальную емкость для полимеризации 14 и четвертую горизонтальную емкость для полимеризации 15, последовательно, и происходит реакция поликонденсации.
Как показано на фиг.1, в настоящем варианте осуществления расплавленные реагенты, высвобождаемые из нижней части первой вертикальной емкости для полимеризации 8, непрерывно подаются к расплавленным реагентам во вторую вертикальную емкость для полимеризации 13 из боковой стенки части корпуса второй вертикальной емкости для полимеризации 13 через подающий трубопровод 12a с помощью подающего насоса 7b.
Затем расплавленный реагент, высвобождаемый из нижней части второй вертикальной емкости для полимеризации 13, непрерывно подается к расплавленным реагентам в третьей вертикальной емкости для полимеризации 14 из боковой стенки части корпуса третьей вертикальной емкости для полимеризации 14 через подающий трубопровод 12b с помощью подающего насоса 7c.
Условия реакции в каждой емкости для полимеризации устанавливаются соответствующим образом, чтобы они представляли собой высокую температуру, высокий вакуум и низкую скорость перемешивания при прохождении реакции. Во время реакции поликонденсации среднее время пребывания в каждой емкости для полимеризации устанавливается равным, например, примерно 60 минутам, посредством контроля уровней жидкости 11a, 11b и 11c, и в каждой емкости для полимеризации фенол, получаемый в качестве побочного продукта, отгоняется из труб для отгонки побочных продуктов 10a, 10b, 10c и 10d.
Как описано выше, в устройстве для получения поликарбонатной смолы, к которому применяется настоящий вариант осуществления, расплавленная смесь исходных материалов непрерывно подается к расплавленным реагентам в первую вертикальную емкость для полимеризации 8 из боковой стенки части корпуса первой вертикальной емкости для полимеризации 8. Расплавленный реагент, высвобождаемый из нижней части первой вертикальной емкости для полимеризации 8, затем непрерывно подается к расплавленным реагентам во второй вертикальной емкости для полимеризации 13 из боковой стенки части корпуса второй вертикальной емкости для полимеризации 13. Кроме того, расплавленные реагенты, высвобождаемые из нижней части второй вертикальной емкости для полимеризации 13, затем непрерывно подаются к расплавленным реагентам в третьей вертикальной емкости для полимеризации 14 из боковой стенки части корпуса третьей вертикальной емкости для полимеризации 14.
Таким образом, когда устройство для получения поликарбонатной смолы снабжается подающим трубопроводом, который подает расплавленную смесь исходных материалов или расплавленные реагенты к расплавленным реагентам в емкости полимеризации на боковой стороне части корпуса емкости для полимеризации, количество побочных продуктов в конечном продукте, которое обычно считается обусловленным тем, что расплавленная смесь исходных материалов или расплавленные реагенты разбрызгиваются на выходе узла подачи, может быть сильно уменьшено.
Фиг.2A, фиг.2B, фиг.2C или фиг.2D представляют собой вид, объясняющий другой вариант осуществления подающего трубопровода, соединенного с емкостью для полимеризации.
Фиг.2A и фиг.2B представляют собой виды, объясняющие трубу для ввода, в которой отверстие подающего трубопровода, соединенного с емкостью для полимеризации, открывается в газофазной части в емкости для полимеризации. На фиг.2A расплавленная смесь исходных материалов или расплавленные реагенты подаются в вертикальную емкость для полимеризации 22, снабженную лопастной мешалкой 20, через подающий трубопровод 18a с помощью подающего насоса 17, реакция сложноэфирного обмена осуществляется при заданном среднем времени пребывания, в то же время поддерживая уровень жидкости 21, и расплавленные реагенты высвобождаются на следующей стадии из нижней части вертикальной емкости для полимеризации 22 через трубопровод доставки 23. Внутри вертикальной емкости для полимеризации 22 поддерживается состояние пониженного давления с помощью заданного устройства для понижения давления (не показано). Кроме того, фенол, получаемый в качестве побочного продукта, и тому подобное отгоняются из трубы для отгонки побочных продуктов 19.
Как показано на фиг.2A, конечная часть подающего трубопровода 18a составляет трубу для ввода, которая вставляется внутрь вертикальной емкости для полимеризации 22 от верхней крышки вертикальной емкости для полимеризации 22. Вход трубы для ввода располагается примерно посредине между верхней крышкой вертикальной емкости для полимеризации 22 и уровнем жидкости 21.
Подобным же образом, фиг.2B показывает, что конечная часть подающего трубопровода 18b составляет трубу для ввода, которая вставляется внутрь вертикальной емкости для полимеризации 22 от верхней крышки вертикальной емкости для полимеризации 22, и вход трубы для ввода располагается вблизи уровня жидкости 21 вертикальной емкости для полимеризации 22.
Длина вставной трубы не является как-либо ограниченной, но составляет, как правило, 30 см или более от верхней крышки вертикальной емкости для полимеризации 22, а предпочтительно длину, настолько близкую к уровню жидкости, насколько это возможно. Когда длина трубы для ввода слишком маленькая, имеется тенденция к тому, что расплавленная смесь исходных материалов или расплавленные реагенты разбрызгиваются на входе трубы для ввода и прилипают вблизи входа трубы для ввода.
Таким образом, когда устройство для получения поликарбонатной смолы снабжается трубой для ввода, которая подает расплавленную смесь исходных материалов или расплавленные реагенты в газофазную часть между верхней крышкой емкости для полимеризации и уровнем жидкости в емкости для полимеризации, количество побочных продуктов в конечном продукте, которое обычно считается обусловленным тем, что расплавленная смесь исходных материалов или расплавленные реагенты разбрызгиваются на выходе узла подачи, может быть сильно уменьшено.
Подобно фиг.1, фиг.2C и фиг.2D показывают пример, в котором подающая труба соединяется с боковой стороной части корпуса емкости для полимеризации.
Фиг.2C соответствует тому, что отверстие подающего трубопровода 18c открывается на поверхности стенки части корпуса вертикальной емкости для полимеризации 22. В этом случае, например, имеется возможность того, что пределы конструирования вертикальной емкости для полимеризации 22, например простота соединения спирали теплообменника к вертикальной емкости для полимеризации 22, расширяются.
Фиг.2D показывает пример того, что расплавленная смесь исходных материалов или расплавленные реагенты подаются из трубы для ввода (подающая труба 18d), предусмотренной на боковой стороне части корпуса вертикальной емкости полимеризации 22. Труба для ввода (подающая труба 18d) вставляется в вертикальную емкость для полимеризации 22 с направления, приблизительно вертикального по отношению к оси лопастной мешалки 20.
Другой способ, к которому применяется вариант осуществления настоящего изобретения, отличается тем, что соотношение следующей далее формулы (1) выполняется, по меньшей мере, в случае поликонденсации в третьей вертикальной емкости для полимеризации 14.
t1<T≤t2
(1)
В формуле (1) t1 представляет собой температуру кипения (единицы: °C) при давлении в третьей вертикальной емкости для полимеризации 14 для моногидрокси соединения, получаемого в качестве побочного продукта, отгоняемого как побочный продукт во время поликонденсации с помощью реакции сложноэфирного обмена между ароматическим дигидрокси соединением и сложным диэфиром угольной кислоты.
T представляет собой температуру поверхности стенок (единицы: °C) трубы для отгонки 10c, соединенной с третьей вертикальной емкостью полимеризации 14, для отгонки побочного продукта.
t2 представляет собой внутреннюю температуру (единицы: °C) третьей вертикальной емкости для полимеризации 14.
Температура поверхности стенок (T) трубы для отгонки 10c, используемая здесь, представляет собой среднее значение температуры подачи и температуры высвобождения нагреваемой среды для трубы для отгонки 10c, когда труба для отгонки 10c представляет собой двойную трубу. Кроме того, в случае данных от паров воды или электрических данных, T обозначает данные по температуре.
Известно, что поликонденсация реакцией сложноэфирного обмена между ароматическим дигидрокси соединением и сложным диэфиром угольной кислоты осуществляется посредством удаления побочных продуктов. Большая часть побочных продуктов представляет собой моногидрокси соединение, получаемое в качестве побочного продукта, представленное фенолом. В частности, на стадии поликонденсации, на которой три вертикальных емкости для полимеризации соединяются последовательно, как показано на фиг.1, вязкость расплавленных реагентов увеличивается в ходе реакции поликонденсации в третьей вертикальной емкости для полимеризации 14, и для осуществления реакции поликонденсации является важным эффективное удаление побочных продуктов.
Когда температура поверхности стенок (T) трубы для отгонки 10c ниже, чем температура кипения (t1) при давлении в третьей вертикальной емкости полимеризации 14, для моногидрокси соединения, получаемого в качестве побочного продукта, является сложным эффективное удаление побочных продуктов, и имеется та тенденция, что поликонденсация посредством реакции сложноэфирного обмена между ароматическим дигидрокси соединением и сложным диэфиром угольной кислоты не ускоряется.
Кроме того, поскольку вязкость расплавленных реагентов в третьей вертикальной емкости полимеризации 14 увеличивается в ходе реакции поликонденсации, как описано выше, захваченные материалы, такие как исходные материалы для полимеризации, и низкомолекулярный поликарбонат могут затягиваться в трубу для отгонки 10c, соединенную с третьей вертикальной емкостью для полимеризации 14, вместе с моногидрокси соединением, получаемым в качестве побочного продукта.
В этом случае, когда температура поверхности стенок (T) трубы для отгонки 10c выше, чем внутренняя температура (t2) третьей вертикальной емкости для полимеризации 14, имеется та тенденция, что захваченные материалы, перегоревшие при высокой температуре, прилипают к поверхности стенок трубы для отгонки 10c. Такой прилипший материал падает в третьей вертикальной емкости для полимеризации 14 с поверхности стенок трубы для отгонки 10c во время работы в течение длительного периода времени, приводя к появлению "перегоревших" побочных продуктов, и это не является предпочтительным для качества.
Для предотвращения кристаллизации низкомолекулярного карбоната, затягиваемого в трубу для отгонки 10c, является предпочтительным, чтобы температура поверхности стенок (T) трубы для отгонки 10c составляла 230°C или выше, и более предпочтительным является дополнительное создание устройства для предотвращения обратного потока (не показано) в средней части трубы для отгонки 10c. Такое устройство для предотвращения обратного потока предусматривается для предотвращения обратного протекания выходящего потока, побочных продуктов и тому подобного в емкость для полимеризации, и, как правило, используется устройство для предотвращения обратного потока в форме горшка.
Примеры материала, который образует, по меньшей мере, часть внутренних стенок трубы для отгонки 10c, включают в себя материалы на основе железа, имеющие содержание железа 20% или более, например SUS304, SUS316 и SOS316L; материалы на основе железа, имеющие содержание железа 20% или менее; и не содержащие железа металлические материалы, такие как никель и титан. Когда используются материалы на основе железа, имеющие содержание железа 20% или более, является предпочтительным, чтобы применялась электролитическая полирующая обработка для внутренней части стенок трубы для отгонки 10c. Когда электролитическая полирующая обработка не применяется к внутренней части стенок трубы для отгонки 10c, состоящей из материала на основе железа, имеющего содержание железа 20% или более, полученная поликарбонатная смола может окрашиваться, и индекс пожелтения (YI) смолы имеет тенденцию к увеличению.
Выше это описано подробно по отношению к применению формулы (1) к третьей вертикальной емкости полимеризации 14 устройства для получения поликарбонатной смолы, показанного на фиг.1, но соотношение формулы (1) не ограничивается третьей вертикальной емкостью для полимеризации 14 и может применяться к реакции поликонденсации в первой вертикальной емкости для полимеризации 8, во второй вертикальной емкости для полимеризации 13 или в четвертой горизонтальной емкости для полимеризации 15.
В способе получения поликарбонатной смолы, к которому применяется настоящий вариант осуществления, когда используется устройство для получения, содержащее множество вертикальных емкостей для полимеризации, каждая из которых снабжена мешалкой, соединенных последовательно на стадии поликонденсации, как показано на фиг.1, является предпочтительным осуществлять получение поликарбонатной смолы при условиях, удовлетворяющих соотношению формулы (1), по меньшей мере, в третьей вертикальной емкости для полимеризации 14, которая является последней из соединенных вместе вертикальных емкостей для полимеризации.
В качестве дополнительного предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, в устройстве для получения поликарбонатной смолы является предпочтительным осуществление получения поликарбонатной смолы посредством использования устройства для получения, снабженного подающим трубопроводом, который подает расплавленную смесь исходных материалов или расплавленные реагенты к расплавленным реагентам в емкости для полимеризации на боковой стороне части корпуса емкости для полимеризации, как показано на фиг.1, при условиях, удовлетворяющих соотношению формулы (1), по меньшей мере, в третьей вертикальной емкости для полимеризации 14, которая является последней из соединенных вместе вертикальных емкостей для полимеризации. Однако настоящее изобретение не ограничивается описанным выше вариантом осуществления.
Настоящее изобретение описывается более подробно на основе следующих далее Примеров. Однако настоящее изобретение не ограничивается следующими далее Примерами, постольку поскольку оно не отклоняется от своего духа.
Пример 1
Получение поликарбонатной смолы осуществляют с использованием устройства, состоящего из двух емкостей для смешивания исходных материалов, трех вертикальных емкостей для полимеризации и одной горизонтальной емкости для полимеризации, как показано на фиг.1, как описано выше, при следующих условиях.
Во-первых, на стадии подготовки исходных материалов, DPC (дифенилкарбонат) и BPA (бисфенол A) смешивают при постоянном молярном соотношении (DPC/BPA=1,064) в атмосфере газообразного азота с получением расплавленной смеси DPC/BPA.
3
4
Затем, на стадии поликонденсации, расплавленная смесь, полученная на стадии подготовки исходных материалов, непрерывно подается в первую вертикальную емкость полимеризации 8, снабженную крыльчаткой MAXBLEND 9a, через транспортную трубу. Первая вертикальная емкость полимеризации 8 имеет объем 10,8 м, и температура внутри емкости для полимеризации контролируется при 222°C, давление при 1,33×10 Па, и скорость перемешивания при 59 об/мин.
Расплавленная смесь непрерывно подается в вертикальную емкость для полимеризации 8 при скорости потока 4,483 кг/час. Затем, степень открывания клапана (не показан), предусмотренного в линии высвобождения полимера, в нижней части емкости контролируется так, что среднее время пребывания в первой вертикальной емкости для полимеризации 8 составляет 75 минут, при этом уровень жидкости остается постоянным.
Затем инициируется подача расплавленной смеси, и в то же самое время карбонат цезия в форме водного раствора, в качестве катализатора, непрерывно подается из узла подачи катализатора 5c в средней части транспортной трубы для расплавленной смеси. Количество подаваемого катализатора составляет 1,0 мкмоль на 1 моль BPA (как количество металлического цезия, 2,0 мкмоль на 1 моль BPA).
3
3
3
Затем расплавленные реагенты, высвобождаемые из нижней части первой вертикальной емкости для полимеризации 8, непрерывно подаются впоследствии во вторую вертикальную емкость для полимеризации 13 (объем: 12,6 м), третью вертикальную емкость для полимеризации 14 (объем: 9,0 м) и в четвертую горизонтальную емкость для полимеризации 15 (объем 15,5 м), последовательно, и извлекаются из узла высвобождения полимера в нижней части четвертой горизонтальной емкости для полимеризации 15.
3
Условия реакции (температура, давление и скорость перемешивания) со второй вертикальной емкости для полимеризации 13 по четвертую горизонтальную емкость для полимеризации 15 представляют собой: 260°C, 4,00x10 Па и 59 об/мин во второй вертикальной емкости для полимеризации 13; 274°C, 700 Па и 69 об/мин в третьей вертикальной емкости для полимеризации 14; и 280°C, 170 Па и 3 об/мин в четвертой горизонтальной емкости для полимеризации 15. Четвертая горизонтальная емкость для полимеризации 15 снабжена лопастной мешалкой 16.
На стадии поликонденсации устанавливаются температура, давление и скорость перемешивания в каждой емкости для полимеризации, когда осуществляется реакция поликонденсации. Кроме того, уровень жидкости в каждой емкости для полимеризации контролируется для получения времени реакции, так чтобы времена пребывания со второй вертикальной емкости для полимеризации 13 по четвертую горизонтальную емкость реакции 15 составляли: 75 минут (вторая вертикальная емкость для полимеризации 13), 38 минут (третья вертикальная емкость для полимеризации 14) и 113 минут (четвертая горизонтальная емкость для полимеризации 15).
В каждой емкости для полимеризации фенол, получаемый в качестве побочного продукта одновременно с реакцией поликонденсации, отгоняется из емкости для полимеризации через трубу для отгонки, соединенную с соответствующими емкостями для полимеризации. Трубы для отгонки 10a и 10b, изготовленные из SUS310S после электролитической полировки, соединяются с первой вертикальной емкостью для полимеризации 8 и со второй вертикальной емкостью для полимеризации 13, соответственно, и трубы для отгонки 10c и 10d, изготовленные из SUS316L после электролитической полировки, соединяются с третьей вертикальной емкостью для полимеризации 14 и с четвертой горизонтальной емкостью для полимеризации 15, соответственно. Температура стенок поверхности каждой из труб для отгонки (10a, 10b, 10c и 10d), соединенных с этими четырьмя емкостями для полимеризации, соответственно, поддерживается при 120°C.
При указанных выше условиях работа по производству поликарбонатной смолы продолжается в течение 3 месяцев, работу прекращают и осматривают внутренние стенки труб для отгонки (10a-10d), соединенных с соответствующими емкостями для полимеризации. В результате прилипший материал, который считается кристаллическими побочными продуктами, едва наблюдается на внутренней стенке трубы для отгонки 10c, соединенной с третьей емкостью для полимеризации 14, но он не забивает внутреннее пространство трубы для отгонки. Побочные продукты не наблюдаются в трубах для отгонки (10a, 10b и 10d), иных, чем труба для отгонки 10c.
Кроме того, побочные продукты едва наблюдаются в поликарбонатной смоле, полученной при работе по ее получению в течение 3 месяцев.
Количество частиц побочных продуктов равно 5 в 500 г поликарбонатной смолы. Количество частиц побочных продуктов получают посредством измерения количества частиц побочных продуктов, имеющих размер 40 мкм или более, в 500 г гранул поликарбонатной смолы с использованием микроскопа.
Пример 2
Работа по получению поликарбонатной смолы продолжается в течение 3 месяцев при таких же условиях, как в Примере 1, за исключением того, что в устройстве для получения, используемом в Примере 1, температура стенок поверхности трубы для отгонки 10c, соединенной с третьей вертикальной емкостью для полимеризации 14, на стадии поликонденсации заменяется на 240°C.
Только 2 частицы побочных продуктов наблюдаются в 500 г поликарбонатной смолы, полученной при работе по ее получению в течение 3 месяцев.
Пример 3
Поликарбонатную смолу получают таким же способом, как в Примере 2, за исключением того, что устройство для предотвращения обратного потока в форме горшка (не показано) предусматривается в средней части трубы для отгонки 10c (между третьей вертикальной емкостью для полимеризации 14 и конденсатором 101c и вблизи третьей вертикальной емкости полимеризации 14c), соединенной с третьей вертикальной емкостью для полимеризации 14 на стадии поликонденсации. Только 1 частицу побочного продукта наблюдают в 500 г поликарбонатной смолы, полученной при работе по ее получению в течение 3 месяцев.
[Сравнительный пример 1]
Работа по получению поликарбонатной смолы продолжается в течение 1 месяца при таких же условиях, как в Примере 1, за исключением того, что в устройстве для получения, используемом в Примере 1, температура стенок поверхности трубы для отгонки 10c, соединенной с третьей вертикальной емкостью для полимеризации 14 на стадии поликонденсации, поддерживается при температуре 50°C, которая ниже, чем температура кипения (67°C) фенола, получаемого в качестве побочного продукта, при давлении (700 Па) в третьей вертикальной емкости для полимеризации 14, и, с другой стороны, температура стенок поверхности труб для отгонки (10a, 10b и 10d), соединенных с первой вертикальной емкостью для полимеризации 8, второй вертикальной емкостью для полимеризации 13 и четвертой горизонтальной емкостью для полимеризации 15, соответственно, устанавливается при 120°C.
Через месяц работу прекращают и осматривают внутренние стенки трубы для отгонки, соединенной с каждой емкостью для полимеризации. В результате фенол, получаемый в качестве побочного продукта, кристаллические побочные продукты и тому подобное прилипают к внутренним стенкам трубы для отгонки 10c, соединенной с третьей вертикальной емкостью для полимеризации 14, поскольку внутреннее пространство трубы слегка забивается. По этой причине невозможно поддерживать давление в системе для полимеризации. В дополнение к этому, в поликарбонатной смоле наблюдают множество частиц кристаллических побочных продуктов.
[Сравнительный пример 2]
Работа по получению поликарбонатной смолы продолжается в течение 3 месяцев при таких же условиях, как в Примере 1, за исключением того, что в устройстве для получения, используемом в Примере 1, температура стенок поверхности трубы для отгонки 10c, соединенной с третьей вертикальной емкостью для полимеризации 14, на стадии поликонденсации, поддерживается при температуре 280°C, которая выше, чем температура (274°C) третьей вертикальной емкости для полимеризации 14, а с другой стороны, температура стенок поверхности труб для отгонки (10a, 10b и 10d), соединенных с первой вертикальной емкостью для полимеризации 8, второй вертикальной емкостью для полимеризации 13 и четвертой горизонтальной емкостью для полимеризации 15, соответственно, устанавливается при 120°C.
Через три месяца работу прекращают и осматривают внутренние стенки трубы для отгонки, соединенной с каждой емкостью для полимеризации. В результате фенол, получаемый в качестве побочного продукта, кристаллические побочные продукты и тому подобное не прилипают к внутренним стенкам трубы для отгонки 10c, соединенной с третьей вертикальной емкостью для полимеризации 14, но наблюдается множество перегоревших побочных продуктов поликарбонатной смолы, захваченных вместе с фенолом, получаемым в качестве побочного продукта.
Кроме того, имеется такой случай, что индекс пожелтения (YI) поликарбонатной смолы, полученный во время работы по ее получению, увеличивается, тем самым показывая тенденцию к тому, что цветовой фон становится нестабильным. Кроме того, наблюдается множество побочных продуктов в поликарбонатной смоле.
Способ измерения индекса пожелтения (YI) является следующим.
100-мм квадратный лист, имеющий толщину 3 мм, формуют при условиях температуры цилиндра 280°C и температуры формы 90°C с использованием машины для литья под давлением (J100SS-2, производство Japan Steels Works, Ltd.). По отношению к этому листу значения X, Y и Z в трехкоординатной системе, которые представляют собой абсолютное значение цвета, измеряют с помощью цветового тестера (SC-l-CH, производство Suga Test Instruments Co., Ltd.), и значение YI, которое представляет собой меру индекса пожелтения, вычисляют с помощью следующего выражения.
YI=(100/Y)x(1,28X-1,06Z)
Оно показывает, что изменение цвета увеличивается, когда значение YI увеличивается.
Условия для полимеризации в третьей вертикальной емкости для полимеризации 14 и их результаты показаны в таблице.
Третья вертикальная емкость для полимеризации
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Сравнительный пример 1
Сравнительный пример 2
Давление (Па)
700
700
700
700
700
Температура кипения t1 отгоняемого фенола (°C)
67
67
67
67
67
Температура внутренних стенок T трубы для отгонки (°C)
120
240
240
50
280
Внутренняя температура t2 емкости для полимеризации (°C)
274
274
274
274
274
Индекс пожелтения
1,1
1,2
1,2
1,3
2,5
Количество частиц побочных продуктов
5
2
1
100
250
Как подробно описано выше, в соответствии с устройством для получения и способом получения карбонатной смолы, к которым применяется настоящий вариант осуществления, поступление материалов с верхней крышки емкости для полимеризации и падение кристаллических побочных продуктов, "перегоревших" побочных продуктов и тому подобного из трубы для отгонки предотвращается, и может быть получена поликарбонатная смола, в которой количество таких побочных продуктов уменьшается.
Хотя настоящее изобретение описано подробно и со ссылками на его конкретные варианты осуществления, специалистам в данной области будет ясно, что различные изменения и модификации могут быть проделаны без отклонения от его духа и рамок.
Эта заявка основывается на заявке на патент Японии (заявка на патент № 2006-166620), зарегистрированной 15 июня 2006 года, заявке на патент Японии (заявка на патент № 2006-167047), зарегистрированной 16 июня 2006 года, и на заявке на патент Японии (заявка на патент № 2007-042180), зарегистрированной 22 февраля 2007 года, полное содержание которых тем самым включается в качестве ссылок.
Промышленное применение
Поликарбонатная смола, полученная таким образом, может использоваться соответствующим образом для строительных материалов, таких как листы; контейнеров, таких как бутылки для воды; оптических линз, таких как линзы фар для автомобилей, очков; сред для оптической записи, таких как оптические диски; светопроводящих пластин, таких как жидкокристаллические дисплеи; и тому подобного.