способ удаления растворителя из раствора полимеров

Формула изобретения

СПОСОБ УДАЛЕНИЯ РАСТВОРИТЕЛЯ ИЗ РАСТВОРА ПОЛИМЕРОВ, содержащего не менее 20% эластомера, предварительно нагретого до 150 - 200^oС, с последующим понижением давления, испарением растворителя и гранулированием сухого полимера, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии и повышения эффективности процесса, раствор полимеров подают в 3- или 5-секционный экструдер под давлением, превышающим давление растворителя при кипении, со скоростью 100 - 300 об/мин, причем давление в первой секции экструдера 600 - 800 мбар, а в последней секции 5 - 10 мбар.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу удаления растворителя из раствора полимеров с содержанием эластомеров по меньшей мере 20 мас. % .

Обработка растворов полимеров с целью удаления из них растворителя и получения гранул полимера состоит из двух стадий. На первой стадии удаляют большую часть растворителя и получают относительно вязкий раствор, который вводят в дегазирующий аппарат, включающий один или два шнека и несколько расположенных по периферии шнеков отверстий для отвода паров растворителя.

При применении двухстадийных систем снижается термическая стабильность образующегося полимера из-за продолжительности нахождения полимера в экструзион- ном аппарате.

При обработке растворов полимеров каучукового типа (эластомеров) в обычных аппаратах с гранулированием наблюдается сшивание молекул каучука в головке экструдера, что обусловлено высокой температурой, возникающей в результате сброса давления выше головки при таком типе гранулирования.

К обработке растворов эластомеров предъявляется требование к минимальному содержанию остаточных летучих соединений, при применении обычного способа достигается остаточное содержание 0,5 мас. % .

Известен способ удаления растворителя из раствора полимеров с содержанием не менее 20% эластомера, предварительно нагретого до 150-200^оС в экструдер понижения давления, испарения растворителя и гранулирования полимера на выходе из экструдера [1] .

Целью предлагаемого способа является упрощение технологии и повышение эффективности процесса.

Поставленная цель достигается способом удаления растворителя из раствора полимеров, содержащего не менее 20% эластомера, предварительно нагретого до 150-200^оС, путем подачи раствора полимеров в 3 или 5-секционный экструдер под давлением, превышающим давление растворителя при кипении, со скоростью 100-300 об/мин, причем давление в первой секции экструдера составляет 600-800 мбар, а в последней секции 5-10 мбар, с последующим гранулированием сухого полимера.

Настоящим способом можно обрабатывать бутадиеновые и изопреновые полимеры или сополимеры каучуковой природы, состоящие из винилароматических мономеров и сопряженных диенов, например, сополимеров стирола с бутадиеном или стирола с изопреном, в которых содержание сопряженного диенового мономера составляет по меньшей мере 20 мас. % . Способ можно применять для термопластичных эластомерных полимеров, таких как блок-сополимеры стирола с сопряженным диеном с большим содержанием стирола, диен может быть частично или полностью гидрирован.

Настоящим способом можно осуществить удаление растворителя до содержания остаточного растворителя 0,11% . Необходимо удалять большую часть растворителя, а именно от 80 до 95% через отверстие, расположенное сзади питателя. При такой технологии не только пастообразный полимер продолжает свободно продвигаться со шнеком, но растворитель легко удаляется, так как ничто не препятствует его прохождению к задней части шнека.

Вентиляцию через заднюю часть осуществляют путем предварительного нагрева растворов до температуры 150-200^оС и сброса давления в загрузочной зоне шнека. Сброс давления регулируют при помощи регулировочного клапана, расположенного на линии питателя.

Такое удаление растворителя позволяет существенно понизить температуру раствора полимера. С целью достижения высокой эффективности удаления растворителя в последующих вентиляционных зонах необходимо повторно нагревать раствор полимера до температуры 150-200^оС, причем подвод тепла может быть осуществлен либо путем нагрева цилиндра шнека до температуры 180-250^оС, либо следует предусмотреть в шнеке детали, создающие усилия среза, либо следует сочетать различные способы.

Если раствор полимера не подогревают до требуемой температуры, остаточное содержание растворителя порядка 0,1% не может быть достигнуто.

Остаточный растворитель постепенно удаляется через различные вентиляционные зоны одновременно с продвижением вперед в шнеке пастообразного полимера.

Эти зоны находятся обычно под давлением, ниже атмосферного или равным ему. Разрежение возрастает одновременно с продвижением раствора полимера по шнеку и изменяется от атмосферного до давления приблизительно 5 мбар в конце шнеке. Количество таких зон дегазации составляет обычно от трех до пяти, в зависимости от количества подлежащего удалению растворителя.

Подвод воды может быть предусмотрен между всеми зонами дегазации с целью облегчения удаления растворителя. Как правило, количество воды, инжектируемой в пастообразный полимер, составляет от 0,5 до 2 мас. % в расчете на полимер.

Для достижения эффективного удаления летучих соединений шнек должен работать со скоростью вращения от 2 100 до 300 об/мин. Как правило, скорость вращения находится в пределах от 150 до 250 об/мин.

Способ описан согласно схеме (см. чертеж), которая иллюстрирует экструдер для удаления растворителя из раствора полимера, содержащего по меньшей мере 20% полимера.

Раствор полимера подают в питатель 1 экструдера 2, содержащего спаренный шнек 3.

Давление в экструдере и скорость подачи регулируют при помощи регулировочного клапана.

Экструдер включает в себя заднюю вентиляционную зону 5, через которую отводится большая часть растворителя. Пастообразный полимер проталкивается вперед шнеком 3. Для удаления остатков растворителя на экструдере 2 предусмотрены вентиляционные зоны 6. Между вентиляционными зонами предусмотрены также устройства 7 для ввода жидкости, обычно воды, с целью облегчения удаления растворителя.

Пастообразный полимер, отделенный описанным способом от растворителя, проходит через головку 8 экструдера и гранулятором 9 разрезается на гранулы.

Нижеследующие примеры приведены в целях лучшего пояснения изобретения, но ни в коей мере не ограничивают его объем.

П р и м е р 1. После полимеризации в растворе бутадиена и стирола выделен циклогексановый раствор, содержащий 38% звездообразного стиролбутадиенового сополимера с содержанием 40% стирола.

Этот раствор подают при температуре 170^оС в питатель экструдера со спаренным шнеком при расходе 75 кг/ч. Давление регулируют при помощи клапана, установленного на линии подачи.

Этот экструдер имеет вентиляционную зону, расположенную сзади (по ходу материала) питателя, и три зоны, расположенные впереди этого питателя. Головки экструдера и гранулятор установлены сразу же после шнека (по ходу материала).

Поддерживают следующие рабочие условия:

Разрежение в вентиляционных зонах задняя зона 800 мбар

первая передняя зона 900 мбар

вторая передняя зона 80 мбар

третья передняя зона 10 мбар

скорость враще- ния 230 об/мин.

Воду инжектируют перед последними двумя вентиляционными зонами с расходом воды 1% в расчете на массу полимера.

Растворитель извлечен на 92% в задней зоне, 3% в первой и второй передних зонах и 2% в последней зоне. Конечное содержание летучих составляет 0,1 мас. % .

Давление перед гранулированием 15 бар, температура материала перед гранулированием 195^оС.

Полимер отлично гранулируется без необходимости применения подводной резки.

П р и м е р 2. После полимеризации в растворе бутадиена и стирола выделен циклогексановый раствор, содержащий 39% стиролбутадиенового блок-сополимера, содержащего 75% стирола.

Этот раствор подают при температуре 165^оС в питатель экструдера со спаренным шнеком при расходе 80 кг/ч. Давление регулируют при помощи клапана, установленного на линии подачи.

Этот экструдер имеет вентиляционную зону, расположенную сзади (по ходу материала) питателя, и три зоны, расположенные впереди этого питателя. Головка экструдера и гранулятор установлены сразу же после шнека (по ходу материала):

Поддерживают следующие рабочие условия:

Разрежение в вентиляционных зонах задняя зона 800 мбар

первая передняя зона 800 мбар

вторая передняя зона 80 мбар

третья передняя зона 7 мбар

скорость враще- ния 270 об/мин

Воду инжектируют перед двумя последними вентиляционными зонами с расходом воды 1% в расчете на массу полимера.

Растворитель извлечен на 89% в задней зоне, 3% и 6% - в первой и второй передних зонах и 2% - в последней зоне. Конечное содержание летучих составляет 0,1 мас. % .

Давление перед гранулированием 15 бар, температура материала перед гранулированием 192^оС. Полимер гранулирован без необходимости применения подводной резки.

П р и м е р 3. После полимеризации в растворе изопрена и стирола выделен циклогексановый раствор, содержащий 38% стиролизопренового блок-сополимера, содержащего 15% стирола.

Этот раствор подают при температуре 160^оС в питатель экструдера со спаренным шнеком при расходе 50 кг/ч. Давление регулируют при помощи клапана, установленного на линии подачи. Этот экструдер имеет вентиляционную зону, расположенную сзади питателя, и три зоны, расположенные впереди этого питателя. Головка экструдера и гранулятор установлены срезу же после шнека (по ходу материала).

Поддерживают следующие рабочие условия:

Разрежение в вентиляционных зонах задняя зона 800 мбар

первая передняя зона 600 мбар

вторая передняя зона 60 мбар

третья передняя зона 9 мбар

скорость враще- ния 220 об/мин.

Воду инжектируют перед двумя последними вентиляционными зонами с расходом воды 1% в расчете на массу полимера.

Растворитель извлечен на 89% в задней зоне, 4 и 6% - в первой и второй передних зонах и 1% - в последней зоне. Конечное содержание летучих составляет 0,1 мас. % .

Давление перед гранулированием 8 бар, и температура материала перед гранулированием 1180^оС.

Полимер отлично гранулирован без необходимости применения подводной резки.

П р и м е р 4. После полимеризации в растворе бутадиена и стирола рекуперируют 20% -ный раствор в циклогексане стиролбутадиенового сополимера с 45% содержа- нием стирола. Этот раствор при температуре 170^оС подают в питатель экструдера со спаренным шнеком (производительностью 100 кг/ч).

Давление регулируют при помощи клапана, установленного на линии подачи. Этот экструдер имеет вентиляционную зону, расположенную позади бункера, и четыре зоны перед питателем. Фильера и гранулятор расположены сразу же за шнеком.

Процесс осуществляют при следующих рабочих условиях:

Давление в вентиляционных зонах:

первая передняя зона 700 мбар

вторая передняя зона 170 мбар

третья передняя зона 80 мбар

четвертая передняя зона 3 мбар

скорость враще- ния 300 об/мин

Воду инжектируют перед двумя последними зонами вентиляции из расчета 1% на массу полимера.

Растворитель был извлечен: 80% - из задней зоны, 10% - из 1-й передней зоны, 5% - из 2-й передней зоны, 3% - из 3-й передней зоны и 2% - из 4-й зоны. Содержание летучих составило 0,1% от массы. Давление перед гранулированием 15 бар, а температура 195^оС. Полимер отлично гранулируется без необходимости подводной резки.

П р и м е р 5. После полимеризации в растворе бутадиена и стирола рекуперируют 90% -й раствор в циклогексане стиролбутадиенового 60% сополимера, содержа- щего стирол. Этот раствор при температуре 165^оС подают в питатель со спаренным шнеком (типа ZSK-57WP) производительностью 15 кг/ч. Давление регулируется при помощи клапана, установленного на линии подачи. Этот экструдер имеет одну зону вентиляции позади питателя и две зоны перед питателем. Фильера и гранулятор расположены сразу за шнеком. Процесс осуществляется при следующих рабочих условиях:

Давление в зонах вентиляции: задняя зона 900 мбар

первая передняя зона 900 мбар

вторая передняя зона 30 мбар

скорость враще- ния 50 об/мин.

Перед последней зоной вентиляции воду инжектируют из расчета 1% на массу полимера.

Растворитель извлечен: 91% из задней зоны, 6% и 3% - из 1-й и 2-й передних зон. Содержание летучих составляет 0,1% от массы. Давление перед гранулированием 15 бар, а температура 192^оС. Полимер отлично гранулируется без необходимости и резки.