[发明专利]制造生物聚合物的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造生物聚合物的方法，尤其是用于进行聚合过程，尤其是均聚或者共聚生物聚合物，在此把单体和/或催化物和/或引发剂添到一个混合搅拌机，该回混合搅拌机尤其有0.5-3.5的长度/直径比，向产品供热并且与已经反应的产品回混然后从所述混合搅拌机引向反应了的产品，并且本发明还涉及一种用于所述方法的装置。本发明还涉及两阶段的方法，即聚合过程与一个后续的脱气-/脱单体-/脱挥发成分阶段相结合。

背景技术

相当大部分的聚合反应，尤其是制造均聚和共聚的生物聚合物，例如聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸酯(PHB)、聚羟基丁酯(PHA)、聚葡萄糖、生物-聚乙烯对苯二甲酸酯、淀粉、纤维素、异稻瘟净和蛋白的聚合反应在商业上作为“浆法或解决过程”在一个或者多个前后相接运行的、回混的搅拌高压煮锅反应器即所谓的“CSTR”连续搅拌的罐式反应器中进行。

搅拌高压煮锅反应器的任务是把所述单体、催化剂和引发剂在一个溶剂/稀释剂中于准确确定的过程条件譬如温度和压力下尽可能均匀地分布，从而有控制地开展反应，得出有所希望的分子量的均同的产品质量，此外还掌控反应热。这种搅拌高压煮锅反应器的问题只能够加工有低的表观粘度或者熔化粘度的产品。

随着在溶剂/稀释剂中聚合物的浓度增加反应物的表观粘度增加，这种增加方向最终会使得搅拌器不能够产生足够的对流。结果是单体不均匀分布。这导致结团、不良摩尔量分布、烘烤、局部过热直到全部反应器内含物不可控制的反应进展。

搅拌高压煮锅反应器的另一个问题是在具体生产时的泡沫形成或者生成的强烈膨胀，这会导致在顶排气口堵塞和封闭。

上述过程方法导致，用约达反应物90％的大过量溶剂/稀释剂运行或者在批量聚合时由于较高的粘度只能够达到有限的通过量，往往只能够达到少于50％。结果是需要机械/加热的分离稀释剂或者溶剂/单体的附加方法步骤或者需要后反应(提高化学转化率)的附加方法步骤。

这一般发生在脱水螺旋、浓缩装置和干燥装置以及熟化罐中。这意味着投资成本、能量成本和运行成本。此外，还有不能够用“水剥离过程”处理的新聚合物。

批量聚合或者共聚合还在一轴或者多轴挤出器(例如Werner Pfleider、Buss-Kneter、Welding Engineers等公司生产的)中连续地进行。这些装置是为了在粘滞相达到高的转化设计的。它们构成为连续堵塞流反应器并且有与之对应的＞5至约40的L/D比。

在此出现以下的问题：

a)在反应时间＞5分钟反应时间的缓慢聚合反应的情况下，反应物长时间保留在流体状态，使得不能够维持所述堵塞流。在单体与聚合体之间强烈不同的流变学特性妨碍均匀的产品传送，这导致不利的质量波动。

b)许多聚合过程的强烈放热以及机械耗散的搅拌能使之往往需要有效地通过蒸发冷却所述能量。在此一部分单体或者附带混合的溶剂/稀释剂被蒸发，在一个外部的冷凝器中冷凝然后向反应器中回输凝结液。由于大的L/D比和结构决定的大螺旋截面为排出蒸汽只能够提供有限的自由截面面积。这导致向顶排气口中、余汽管线中和/或向回流冷凝器所不利地拖带聚合物并且作为其后果导致堵塞/封闭。

c)在用多个不同的单体制造(共)聚物时困难的是还出现，为了蒸发冷却往往蒸发低沸点的单体，从而在反应器中发生单体浓度的偏移，尤其是在冷凝器的入口区域中。这一般是不利的。

d)此外缺点方面还有，螺旋器的自由生产容积由于机械结构的原因限于约1.5m3，从而以停留时间＞5分钟的反应只能达到低的通过量，这又要求有对应的高投资成本和运行成本的多个并列生产线的安装。

另一个进行达到高转化批量聚合的可能性在US 5.372,18中说明。在该文中说明了相同或相反走向的多螺旋挤出器带有非腔室的沿相反方向进给的螺旋或者螺旋对，用于通过在粘滞相用聚合物回混聚合单体。原则上这种装置能够进行达高转化的聚合过程并且同时能够避免堵塞流挤出器的上述缺点a)(堵塞流的破坏和c)(由于回流的成分偏移)。但是上述问题b)(减少了自由截面)和d)(结构大小)还是保留了。

上述方法还在所谓的混合搅拌机中进行，在它们中产品通过对应的搅拌件或者传送件从一个入口向一个出口传送并且同时与一个热交换面紧密地接触。这样的混合搅拌器例如在DE-PS2349106、EP0 517 068和DE195 36 944A1中说明。

发明内容

本发明的任务是在浓的、高粘滞相条件下进行上述的方法，如下地优化对应的装置并且首先还是加速过程步骤并且提高生产质量或者扩展产品品种。

解决问题