[发明专利]惰性气体下用于聚合物直接晶化的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及在惰性气体下用于聚合物特别是聚酯如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的直接晶化的方法和设备。

背景技术

某些高分子聚合物的制备，特别是缩聚物如聚酯的制备，是不可能通过熔融缩聚进行的，因为随之产生的过高的热负荷会引起产物分解和不可接受的副产物污染。由于此原因，通过熔融缩聚制备具有较低分子量的预聚物。接着在固相后缩合(SSP)中将预聚物提高到所期望的分子量。此工艺程序是现有技术中已知的(如Scheirs/Long(编辑),Modern Polyesters,Wiley2003,第4章,自第143页起)。

为SSP-反应，将从熔融缩聚所得的预聚物加工成粒料。为防止在SSP-反应条件下粒料的粘合，粒料在SSP-反应前经部分晶化。这也是现有技术中已知的(如Scheirs/Long(编辑),Modern Polyesters,Wiley2003,第4章,第158-164页)。

通常情况下，将预聚物在其成形为粒料后冷却，并为晶化再加热。但现有技术中也有已知的方法，在这些方法中直接将粒料在其形成后呈热态供入晶化阶段，而不经中间冷却。这类方法称为直接晶化。例如在DE10349016和DE102004015515中描述了所谓的潜热晶化法，该法中仅利用粒料的热容量进行晶化。但这些方法的缺点是，在温度和结晶度方面不能满足灵活可调的和均匀的排出质量。此外，其缺点是，在结晶区的起始范围中常形成团粒，该团粒并非总能完全解开。

当仍为热态的粒料的晶化在借助于热的工艺气体的补充加热下进行时，可达更好的结果。

在WO2008/071023中描述了一种方法，其中，仍为热态的粒料在粒料干燥器中与冷却介质分离，并接着将粒料转入结晶器中，在其中于一定条件下对粒料进行处理。该粒料干燥器和结晶器均在空气气氛下运行。所蒸发的冷却介质可借助于空气去除。

但并非总是可以在空气气氛下进行晶化，因为在高的结晶温度下可导致氧化性分解。因此，在某些材料或某些质量要求情况下，必须在惰性气氛下晶化。

在US-3544525中描述了一种方法，其中将聚合物熔体借助于水下成粒形成预聚物-粒料。接着在脱水单元(粒料干燥器)中进行干燥，并转移到结晶装置中，其中用热的惰性气体进行晶化。

此方法也有多种缺点。除晶化的控制和均匀度令人不满外，由于粒料干燥器呈闭合系统的设计，因此在其中通过所蒸发的冷却液体(水)可导致过压。结果来自粒料干燥器的水被压入结晶器中并进入随后的SSP-反应器中。尽管US-3544525中的预聚物在通过粒料干燥器后被描述为相对干燥，但在SSP-反应器中仍存在从流过SSP-反应器的工艺气体中所吸纳的高的水分含量。在该工艺气体返回SSP-反应器前必须在附加单元中(冷凝器或干燥器)以昂贵的方式去除水。供选择地，可将该潮湿的工艺气体清除并用新鲜干燥的工艺气体代替。此方案是昂贵的和因此令人不满的。此外，在SSP-反应器中的高的水分含量也导致粒料的冷却，因为水必会附着于粒料并产生冷凝。因此，在SSP-反应器中需更多的工艺气体来达到所期望的反应温度，这在经济上是不利的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在惰性气体条件下用于聚合物直接晶化的方法和设备，该方法和设备不具有现有技术的缺点。

本发明令人意外地发现，如果将结晶器中的压力调节到高于在粒料干燥器中存在的压力，则可克服现有技术的缺点。

本发明涉及一种用于聚合物连续的成粒和晶化的设备，该设备包括用于成形聚合物粒料和在液态冷却介质中冷却粒料的单元；后接的用于粒料干燥的单元，其中该单元包括导出气体优选空气的排出口；用于粒料晶化的结晶器，其中该结晶器经连接导管与前接的用于从粒料中分离液态冷却介质和干燥粒料的单元相连接，并包括用于供入和排出惰性气体的入口和优选出口，该结晶器经入口与惰性气体罐相连接，由此可升高结晶器中的压力使其高于用于粒料干燥的单元中的压力。

此外，本发明的设备优选包括用于调节结晶器中压力的控制单元，其中可升高结晶器中的压力使其高于用于粒料干燥的单元中所确定的压力。

按本发明，“前接”单元意指一种单元，该单元在设备的运行流程中配置在随后的单元前并与其直接连接或确保待处理的材料从前接单元无阻碍地进入后置单元。

按本发明，“后接”单元意指一种单元，该单元在设备的运行流程中排列在预先配置的单元后并与其直接连接或确保待处理的材料从预先配置的单元无阻碍地进入后接单元。

本发明进一步涉及一种用于连续制备部分结晶的聚合物粒料的方法，其包括下列步骤：