усовершенствованный способ выделения диэфиров политетраметиленовых эфиров

Формула изобретения

1. Способ выделения диэфиров политетраметиленовых эфиров, полученных с помощью полимеризации тетрагидрофурана необязательно с одним или более замещенным тетрагидрофураном или алкиленоксидом в качестве сомономерного реагента в реакторе с использованием твердого кислотного катализатора и карбоновой кислоты с ангидридом карбоновой кислоты в качестве агентов, регулирующих молекулярный вес, отличающийся тем, что осуществляют стадии: a) выделения из реактора потока продукта, включающего раствор диэфиров политетраметиленовых эфиров, непрореагировавший тетрагидрофуран и карбоновую кислоту с ангидридом карбоновой кислоты; b) мгновенного испарения основной массы непрореагировавшего тетрагидрофурана из раствора диэфира политетраметиленового эфира при пониженном давлении и c) отгонки-отпаривания оставшегося тетрагидрофурана, карбоновой кислоты и ангидрида карбоновой кислоты с использованием перегретого тетрагидрофурана.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что карбоновой кислотой является уксусная кислота, а ангидридом карбоновой кислоты является уксусный ангидрид.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу выделения очищенных сложных диэфиров политетраметиленовых эфиров. Более конкретно, но никоим образом не ограничивая объем изобретения, настоящее изобретение относится к полимеризации тетрагидрофурана (ТГФ) при наличии или в отсутствии еще одного циклического простого эфирного сомономера, с использованием твердого кислотного катализатора и карбоновой кислоты с ангидридом карбоновой кислоты в качестве агентов, контролирующих молекулярный вес, при этом выделение продукта после полимеризации включает быстрое испарение по всему объему непрореагировавшего ТГФ и паровую отгонку оставшихся ТГФ, карбоновой кислоты и ангидрида карбоновой кислоты с использованием перегретого ТГФ.

Предпосылки создания изобретения

Политетраметиленгликолевый эфир (ПТМГЭ) является продуктом химической промышленности, который широко используется для образования сегментированных сополимеров с полифункциональными уретанами и полиэфирами. В промышленных масштабах ПТМГЭ получают с помощью реакции тетрагидрофурана (ТГФ) с фторсульфоновой кислотой и затем гашения продукта водой. Хотя данный процесс оказался вполне удовлетворительным, он не настолько эффективен, как этого хотелось бы, в связи с тем, что кислота не может быть выделена и повторно использована. Кроме того, избавление отработанной кислоты представляет собой проблему в связи с ее токсичностью и коррозионной активностью.

В патенте США N 4120903 раскрывается полимеризация ТГФ с использованием полимера, содержащего группы альфа-фторсульфоновой кислоты в качестве катализатора и воду или 1,4-бутандиол в качестве агента, обрывающего цепь. Природа катализатора позволяет осуществлять его повторное использование, что устраняет проблемы избавления, а недостаточная растворимость катализатора в реакционной массе способствует легкому отделению катализатора от продукта в конце реакции полимеризации. Данная очень низкая растворимость уменьшает также до предела потери катализатора в ходе реакции. Однако данный процесс дает политетраметиленгликолевый эфир, имеющий молекулярный вес 10000 или более, тогда как промышленные или коммерческие продукты имеют молекулярные веса менее 4000, причем основная масса коммерческих продуктов имеет среднее значение молекулярного веса от 650 до 3000.

В патенте США N 4163115 раскрывается полимеризация ТГФ и/или ТГФ с сомономерами до диэфиров политетраметиленового эфира с использованием в качестве катализатора фторированной смолы, содержащей группы сульфоновой кислоты, при которой молекулярный вес регулируется добавлением в реакционную среду предшественника иона ацилия. Патент раскрывает использование уксусного ангидрида и уксусной кислоты, применяемых с твердым кислотным катализатором. Полимерный продукт выделяют путем паровой отгонки непрореагировавшего ТГФ и уксусной кислоты/уксусного ангидрида для возвращения в реакционный цикл. Выделенный продукт представляет собой диацетат полимеризированного тетрагидрофурана (ПТМАЭ), который должен превращаться в соответствующий дигидроксипродукт, политетраметиленгликолевый эфир (ПТМГЭ), который находит применение как сырье в различных областях применения, связанных с конечным использованием уретана.

В патенте США N 5149862 раскрывается способ полимеризации ТГФ с образованием ПТМАЭ с использованием катализатора на основе циркония. Молекулярный вес необязательно может регулироваться добавлением уксусной кислоты и уксусного ангидрида. Непрореагировавший ТГФ, уксусную кислоту и уксусный ангидрид удаляют перегонкой или отпариванием реакционной массы с паром или инертным газом, таким, как азот. Однако отпаривание требует температур, которые вызывают деградацию полимера, при этом требуется проведение многократных операций для последующего отделения воды от полимера, а отпаривание с инертным газом требует длительного времени и/или нереально высоких количеств N₂.

Влияние остаточных количеств уксусной кислоты и уксусного ангидрида в ПТМАЭ неблагоприятно по нескольким причинам. Если в последующей реакции переэтерификации в качестве катализатора используется CаO, уксусная кислота дает ацетат кальция, который имеет тенденцию гелеобразования реакционной среды реакции переэтерификации. Если в качестве катализатора используется NaOMe/NaOH, уксусная кислота и уксусный ангидрид нейтрализуют катализатор, затормаживая таким образом реакцию переэтерификации. Остаточные количества уксусного ангидрида дополнительно взаимодействуют с метанолом с образованием метилацетата, который даже при низких концентрациях может неблагоприятно влиять на окончательный уровень превращения ПТМАЭ в ПТМГЭ.

Особенно при очистке диацетатов сополимера ТГФ и 3-метилтетрагидрофурана (3 - МеТГФ) требуются более высокие концентрации уксусного ангидрида, и таким образом возникает потребность в эффективном методе отгонки этих высококипящих продуктов.

Раскрытие изобретения

Ввиду упомянутых выше проблем, связанных с получением и выделением сложных диэфиров политетраметиленовых эфиров, настоящее изобретение представляет способ получения диэфиров политетраметиленовых эфиров путем полимеризации ТГФ необязательно с одним или более замещенными ТГФ или алкиленоксидными сомономерами в реакторе с использованием твердого кислотного катализатора и карбоновой кислоты с ангидридом карбоновой кислоты в качестве агентов, регулирующих молекулярный вес, при этом усовершенствование включает стадию использования перегретого ТГФ для паровой отгонки непрореагировавших карбоновой кислоты и ангидрида карбоновой кислоты из продукта полимеризации - диэфира политетраметиленового эфира. Настоящее изобретение также относится к усовершенствованию такого способа, который включает стадии:

а) выделения из реактора потока продукта, включающего раствор политетраметиленовых эфиров, непрореагировавшего ТГФ и карбоновой кислоты с ангидридом карбоновой кислоты;

б) мгновенного испарения по всему объему непрореагировавшего ТГФ из раствора диэфира политетраметиленового эфира при пониженном давлении; и

в) паровой обгонки любых оставшихся ТГФ, карбоновой кислоты и ангидрида карбоновой кислоты с использованием перегретого ТГФ.

В одном из вариантов реализации настоящего изобретения карбоновая кислота представляет собой уксусную кислоту, а ангидрид карбоновой кислоты является уксусным ангидридом.

Главной целью настоящего изобретения является разработка способа эффективной паровой отгонки высококипящих агентов из потока продукта при использовании перегретого ТГФ, что позволяет избежать проблем, связанных с высокой температурой паровой отгонки, используемой в альтернативном варианте. Выполнение данной цели, а также наличие и выполнение других целей станут вполне понятными после прочтения всего описания и прилагаемых пунктов формулы изобретения.

Краткое описание рисунков

На чертеже приведена схематическая иллюстрация одного конкретного варианта осуществления усовершенствованного способа производства диацетатных эфиров политетраметиленовых эфиров по настоящему изобретению.

Способы осуществления изобретения

Весь процесс получения композиций сложных диэфиров политетраметиленового эфира, в котором найдено полезным настоящее изобретение, включает в широком контексте любой такой процесс полимеризации, в котором применяется высококислотный твердофазный катализатор, содержащий группы сульфоновой кислоты, способные участвовать в полимеризации циклических эфиров с раскрытием кольца, и аналогичные общеизвестные в данной области техники. Он включает в качестве примера, но не для ограничения никоим образом настоящего изобретения, полимерные катализаторы, которые содержат группы сульфоновой кислоты и необязательно группы карбоновой кислоты. Особенно предпочтительными твердыми кислотными катализаторами являются катализаторы, полимерные цепи которых представляют сополимеры тетрафторэтилена или хлортрифторэтилена и перфторалкилвинилового эфира, содержащие предшественники группы сульфоновой кислоты (и снова при наличии или в отсутствие групп карбоновой кислоты), как раскрывается и описывается в патентах США N 4163115 и 5118869, и которые поставляются фирмой E.I. duPont de Nemours and Company под торговым названием Нафион (Nafion). В представленных ниже описании и примерах будет преобладать ссылка на катализатор Нафион, поскольку на таком высоком реакционноспособном катализаторе представляются наиболее оптимальными различные достоинства и преимущества усовершенствованного способа по настоящему изобретению. Однако представляется, что и другие гетерогенные катализаторы, в которых каталитический сайт включает группу сульфоновой кислоты, также являются эквивалентными Нафиону для целей настоящего изобретения, в связи с тем, что можно реализовать одно или более преимуществ и/или выгод при осуществлении настоящего процесса.

Композиции сложных диэфиров политетраметиленовых эфиров, получаемые по способу, в котором полезно настоящее изобретение, представляют собой в основном любой такой полиэфир, хорошо известный в технике, типично получаемый с помощью катализируемой кислотой реакции полимеризации с раскрытием кольца циклического эфира или смеси в присутствии карбоновой кислоты и ангидрида карбоновой кислоты, в которой тетрагидрофуран является главным и/или доминирующим реагентом; т.е., в условиях, когда значительная часть ТГФ включается в ПТМАЭ продукт. Более конкретно, полиэфирные сложные диэфиры получают с помощью реакции полимеризации ТГФ при наличии или в отсутствии алкилзамещенного тетрагидрофуранового сомономера (предпочтительно, например, 3-МеТГФ), а также с помощью реакции сополимеризации ТГФ с использованием или без 3-МеТГФ и с алкиленоксидом или другим эквивалентным сомономером. В этой связи последующее описание и примеры содержат в основном ссылку на полимеризацию ТГФ и/или ТГФ с 3-МеТГФ, и при этом следует понимать, что также могут необязательно присутствовать и другие сомономеры. Кроме того, следует отметить, что в контексте настоящего описания и приведенной формулы изобретения термин "политетраметиленовые эфиры" включает в типичном случае, как гомополимеризованный полиэфир на основе ТГФ, так и соответствующие сополимеризованные полимеры.

Используемый по способу настоящего изобретения ТГФ может быть любым из числа коммерчески доступных. Предпочтительно ТГФ характеризуется содержанием воды менее примерно 0,001 вес.%, и содержанием перекиси менее 0,002 вес.% и не обязательно содержит ингибитор окисления, такой как бутилированный гидрокситолуол для предотвращения образования нежелательных побочных продуктов и появления окраски. При желании, в сочетании с ТГФ может использоваться алкилзамещенный ТГФ, способный к сополимеризации с ТГФ, в количестве примерно от 0,1 до 50% по весу ТГФ. Особенно предпочтительным алкилзамещенным ТГФ является 3-МеТГФ.

Твердый кислотный катализатор, полезный в настоящем изобретении, включает в широком смысле любой твердофазный высококислотный катализатор, способный осуществлять реакцию полимеризации циклических эфиров с раскрытием кольца, и др. из числа известных в технике. Он включает, в качестве примера, но никоим образом не с целью ограничения изобретения, полимерные катализаторы, которые содержат группы сульфоновой кислоты и необязательно при наличии или в отсутствии групп карбоновой кислоты, высоко подкисленную натуральную глину (например, подкисленный монтмориллонит) и/или цеолиты, подкисленные соединения сульфата циркония/олова и др. Особенно предпочтительными твердыми кислотными катализаторами являются катализаторы, полимерные цепи которых представляют сополимеры тетрафторэтилена или хлортрифторэтилена и перфторалкилвинилового эфира, содержащие предшественники группы сульфоновой кислоты (и снова при наличии или в отсутствии групп карбоновой кислоты), описанные и раскрытые в патентах США N 4163115 и 5118869 и поставляемые компанией E.I. duPont de Nemours and Company под торговым названием Нафион (Nafion). В представленных ниже описании и примерах будет преобладать ссылка на катализатор Нафион, поскольку в случае такого высоко реакционноспособного катализатора оптимальны различные достоинства и преимущества усовершенствованного способа по настоящему изобретению. Однако и другие гетерогенные катализаторы являются эквивалентными Нафиону для целей настоящего изобретения, в связи с тем, что можно реализовать одно или более преимуществ и/или выгод настоящего процесса, особенно если реакционноспособность катализатора приближается к таковой Нафиона.

Ангидридами карбоновой кислоты, используемыми с соответствующей карбоновой кислотой в качестве агентов, регулирующих молекулярный вес, в соответствии с настоящим изобретением, являются обычно ангидриды карбоновых кислот, карбоновокислотные фрагменты которых содержат от 1 до 36 атомов углерода. Особенно предпочтительны те из них, которые содержат от 1 до 4 атомов углерода. Иллюстрацией таких ангидридов является уксусный ангидрид, пропионовый ангидрид и др. Наиболее предпочтительным ангидридом для использования вследствие его эффективности является уксусный ангидрид, и в этой связи приведенное ниже описание и примеры иллюстрируют только наиболее предпочтительную комбинацию уксусной кислоты и уксусного ангидрида. При использовании малеинового ангидрида дималеинатный эфир ПТМГЭ превращается в ПТМГЭ с помощью гидрирования, а не переэтерификации/метанолиза (см., например, патент США N 5130470). Уксусный ангидрид и уксусная кислота, используемые в соответствии с настоящим изобретением, могут быть любыми из числа коммерчески доступных.

Роль карбоновой кислоты с ангидридом карбоновой кислоты в настоящем способе в основном согласуется с химическим механизмом, предложенным и рассмотренным в патенте США N 4167115, в соответствии с которым ангидридом карбоновой кислоты является предшественник иона ацилия, который в присутствии ТГФ и твердого кислотного катализатора иницирует реакцию за счет образования ацилоксониевого иона с ТГФ реагентом и, таким образом, параллельно образуется молекула карбоновой кислоты. Это, в свою очередь, ведет к полимеризации с раскрытием кольца (т. е. имеет место развитие цепи через механизм, связанный с ионом оксония), и наконец, к терминации посредством реакции с карбоновой кислотой. Хотя настоящее изобретение не рассматривается как зависящее от интерпретации какого-то одного механизма реакции, представляется, что начальная стадия инициирования в случае высоко рекционноспособных твердых кислотных катализаторов, таких как Нафион, должна рассматриваться как обратимая, и молекулярный вес в конечном итоге зависит от соотношения инициирования и терминации (т.е. механистически/математически независимо от скорости развития цепи). Это открытие ведет к конкретному преимуществу, выражающемуся в способности регулировать молекулярный вес ПТМАЭ продукта путем варьирования подаваемой в реактор смеси. Более конкретно, для данной загрузки катализатора, концентрации ТГФ реагента и условий реакции, молекулярный вес продукта определяется по соотношению карбоновой кислоты и ангидрида карбоновой кислоты. Фактически, при использовании способа быстрого испарения ТГФ и паровой отгонки карбоновой кислоты с повторным возвращением в цикл по настоящему изобретению, количество или скорость ангидрида карбоновой кислоты, подаваемого в реактор, становиться доминирующим параметром управления процессом для определения молекулярного веса. Таким образом, настоящее изобретение предоставляет легкий и надежный метод регулирования одной или более важных коммерчески значимых характеристик продукта.

Реакционная схема и строение реактора:

Типичная общая схема реакции по настоящему изобретению приведена на чертеже, где особенно предпочтительный вариант получения диацетата политетраметиленового эфира осуществляется с помощью полимеризации тетрагидрофурана (ТГФ) с использованием Нафиона в качестве катализатора в присутствии уксусной кислоты (HOAc) и уксусного ангидрида (ACAN). Как показано на схеме, смесь ТГФ, HOAc и ACAN, содержащаяся в резервуаре для предварительного смешивания 10, непрерывно подается в одностадийную реакторную систему 12, содержащую твердую кислоту, Нафион, которая действует как катализатор полимеризации, как описано в патенте США 4163115. Следует, однако, иметь в виду, что в ходе непрерывных производственных операций предусматривается, что резервуар для предварительного смешивания 10 может быть удален или заменен статическими миксерами или чем-то подобным, при условии осуществления адекватного количественного контроля подаваемых потоков, включая различные возвращаемые в цикл потоки, на основании критериев, далее описанных и проиллюстрированных примерами. Как таковые, указанные альтернативные пути и др. должны рассматриваться для целей настоящего изобретения как эквивалентные конкретно проиллюстрированному варианту воплощения с применением резервуара для предварительного смешивания 10.

При прохождении через реактор кольцо ТГФ раскрывается и образуется полимер тетраметиленоксида с ее концевой ацетатной эфирной группой. Температура в одностадийном реакторе 12 регулируется путем установления такого давления, чтобы полимеризация имела место в условиях испарения ТГФ. Предпочтительно, чтобы реактор был снабжен обратным холодильником низкого давления (т. е. вакуумным), благодаря чему экзотермическое тепло реакции, связанной с полимеризацией ТГФ до ПТМАЭ, отводится от реактора 12 с помощью головного дефлегматора пониженного давления (не показан на рисунке).

Продукт реакции представляет раствор диацетатного эфира тетраметиленгликолевого эфира (ПТМАЭ) и непрореагировавших ТГФ, уксусного ангидрида и уксусной кислоты. Количество вступившего в реакцию ТГФ является функцией температуры, времени контакта, состава подаваемой смеси и концентрации катализатора. Молекулярный вес ПТМАЭ в значительной мере зависит от состава подаваемой смеси и в особенности от концентрации в ней уксусного ангидрида. Молекулярный вес ПТМАЭ может быть увеличен путем снижения концентрации уксусного ангидрида в смеси, поступающей в реактор. Уксусная кислота присутствует в подаваемом сырье, прежде всего, для предотвращения выхода процесса полимеризации из-под контроля и, во-вторых, для устранения гелеобразования содержимого реактора.

При полимеризации в реакторе уровень конверсии составляет в типичном случае 35%, что вызывает необходимость отпаривания (паровой отгонки) примерно 60-65% непревращенных ТГФ и уксусной кислоты. Выходящий из реактора материал направляют в узел быстрого испарения по всей массе ТГФ 14, который работает предпочтительно под вакуумом (в типичном случае примерно от 400 до 450 мм Hg) во время мгновенного испарения ТГФ. В связи с наличием относительного количества непрореагировавшего ТГФ на данной стадии требуется нагревание раствора диэфира политетраметиленового эфира в реакторе для завершения желаемого мгновенного испарения ТГФ и уксусной кислоты. Паровая фаза из данного узла мгновенного испарения 14 (снова в данном конкретно проиллюстрированном варианте) рециркулируется обратно в резервуар предварительного смешивания 10 и затем вновь вводится в реактор 12. Поток продукта быстрого испарения ПТМАЭ затем направляется в узел паровой отгонки ТГФ 16. На данной стадии удаляют любые остаточные количества ТГФ, ACAN и HOAc с помощью противоточной паровой отгонки с использованием горячего ТГФ при пониженном давлении. Паровую фазу от данной стадии отпаривания перегретым ТГФ также возвращают в резервуар предварительного смешивания в виде рецикла. Альтернативно эти потоки могут направляться в перемешиваемый реактор 12 при смешивании или без смешивания друг с другом или другими подаваемыми потоками.

Таким образом, в целях настоящего изобретения работу реактора полимеризации намеренно и преимущественно ведут при пониженном давлении (например, под вакуумом), что позволяет получить технически чистый продукт ПТМАЭ при охлаждении после испарения ТГФ. В этом случае охлаждению реакционной смеси способствуют удалением испаряющегося ТГФ, что позволяет осуществлять регулирование температуры путем задания в реакторе определенного давления. В связи со свойственной данному процессу ограниченной конверсией ТГФ, о которой свидетельствует наличие значительного количества непрореагировавшего ТГФ в потоке, вытекающем из реактора за стадией полимеризации специально осуществляют мгновенное испарение массы ТГФ под вакуумом примерно от 200 до 600 мм Hg, предпочтительно под давлением примерно 410 мм Hg. И, в связи с испарением, на вытекающий из реактора поток должно подаваться значительное количество энергии в виде тепла. Данной стадией нагревания для целей настоящего изобретения может быть любой известный в технике и практически применяемый метод, который включает, например, но никоим образом не ограничивает настоящее изобретение, метод, основанный на подогреве и/или нагревании вытекающего потока перед или во время стадии быстрого испарения ТГФ до состояния пара. Поток с массой испаренного продукта ПТМГЭ затем подвергают стадии отгонки перегретым ТГФ, что в типичном случае может быть осуществлено в колонне с противотоком под вакуумом (например, при давлении 20 мм Hg в верхней части колонны) с нисходящим расплавленным ПТМГЭ и при одновременном введении горячего ТГФ (например, при 135^oC @ 6,2 бара (90 фунтов на квадратный дюйм)) в донной части колонны и др. С применением указанного способа любые остаточные количества ТГФ и других агентов с высокой температурой кипения, включая уксусную кислоту и уксусный ангидрид, удаляются и возвращаются в цикл. Следовательно, усовершенствованный процесс настоящего изобретения пользуется преимуществом чрезвычайной реакционноспособности твердого кислотного катализатора, такого как Нафион, одновременно избегая при этом обычных проблем качества продукта, связанных с избытком тепла реакции и высокотемпературной паровой отгонкой остаточных высококипящих веществ в продукте ПТМАЭ.

Данная полимеризация может осуществляться либо в периодическом режиме, либо как непрерывный процесс. Однако для того, чтобы воспользоваться преимуществом высокой реакционноспособности катализаторов, такого как Нафион, и одновременно управления экзотермическим теплом реакции, представляется, что применение реактора резервуарного типа с непрерывным перемешиванием, который работает в условиях испарительной реакции, является наиболее предпочтительным. Был сконструирован и применен в условиях описанного ниже примера реактор с перемешиванием в непрерывном режиме с номинальной мощностью примерно 45,4 кг (100 фунтов) ПТМАЭ в час, основанный на схеме (см. чертеж) (за исключением удаления нагревателя реакционной смеси в связи с тем, что был использован реактор с рубашкой, а не реактор с охлаждением после испарения ТТФ). В данном устройстве используют питатель для смешивания различных ингредиентов, которые представляют собой: (1) введенный в цикл поток, содержащий ТГФ, уксусную кислоту и небольшое количество уксусного ангидрида, возвращенный из устройства быстрого испарения и устройства для отгонки перегретым ТГФ, вмонтированных сверху вниз в реакторе полимеризации; (2) свежий ТГФ, подаваемый со скоростью, определяемой прежде всего скоростью образования полимера (т. е. примерно 45,4 кг/час (100 фунтов/час)); и (3) свежий уксусный ангидрид, подаваемый со скоростью, определяемой желательным молекулярным весом полимера. Уксусный ангидрид в основном потребляется в ходе реакции полимеризации и должен постоянно добавляться в подготавливаемую для введения смесь, в отличие от уксусной кислоты, которая не потребляется в ходе реакции и возвращается в цикл в потоке вместе с ТГФ. Как уже отмечалось, образование возвращаемого в цикл потока связано с ограниченной конверсией ТГФ в ПТМАЭ в реакторе, осуществляющем процесс полимеризации.

Поток, включающий ТГФ, уксусный ангидрид и уксусную кислоту в нужном составе, непрерывно накачивают в перемешиваемый резервуар, выстланный изнутри стеклом, который разработан для осуществления реакции длительностью от 30 до 60 минут. Внутренний выстилающий слой реактора необходим для устранения возможности дезактивации катализатора за счет реакции группировки сульфоновой кислоты в катализаторе с металлом. В альтернативном варианте указанный слой может быть выполнен с применением Тефлона, но предпочтительно этим материалом является стекло. Реактор содержит примерно от 2 до 40% катализатора, предпочтительно от примерно 5 до 15% и наиболее предпочтительно 10 вес.% от веса подаваемого в реактор сырья, а катализатор суспендируют при постоянном перемешивании.

Отгонка ТГФ/ACAN/HOAc:

Одной из ключевых стадий в очистке ПТМАЭ является удаление уксусной кислоты и непрореагировавшего уксусного ангидрида. В связи с тем, что оба эти компонента представляют собой вещества с высокой точкой кипения в сравнении с ТГФ, удаление уксусного ангидрида и особенно уксусной кислоты представляет определенную трудность, особенно в случае крупномасштабного производства. В лабораторных условиях эти компоненты удаляют при постоянном высушивании с продувкой азотом, однако такую операцию непросто проводить в больших масштабах. Кроме того, очистка ПТМАЭ, так чтобы остаточные количества уксусной кислоты/уксусного ангидрида составляли менее 100 частей на миллион и требует температур свыше 140^oC. К сожалению, ПТМАЭ имеет тенденцию обесцвечиваться и до некоторой степени разлагаться, когда процесс идет в течение длительного периода времени.

Один из аспектов настоящего изобретения относится к удалению уксусной кислоты и уксусного ангидрида из ПТМАЭ за счет использования традиционной колонки для отгонки, в которой используется парообразный ТГФ для отгонки уксусной кислоты и уксусного ангидрида из продукта реакции - ПТМАЭ. Вода не может быть использована в этом случае, тогда как ТГФ идеален для очистки ПТМАЭ.

Реакционную массу из реактора для полимеризации вначале нагревают от температуры примерно 90^oC до примерно 130^oC при фоновом давлении примерно 8,27 бар (120 фунтов на кв. дюйм) и затем вводят в резервуар под вакуумом при давлении от примерно 200 до 600 мм Hg. На этой стадии большая часть ТГФ /уксусной кислоты/ уксусного ангидрида подвергают быстрому испарению и затем конденсируют и возвращают в цикл. ПТМАЭ и оставшиеся количества ТГФ/уксусного ангидрида/уксусной кислоты пропускают затем через устройство для отгонки с ТГФ, в котором пары ТГФ используются для перевода в пар остатков уксусной кислоты и уксусного ангидрида. Устройство для отгонки с ТГФ представляет собой колонку, предпочтительно заполненную колонку, содержащую от 3 до 10 теоретических тарелок, предпочтительно 5. Сверхнагретый пар ТГФ используют для отгонки остаточного количества уксусной кислоты и уксусного ангидрида из раствора полимера. ТГФ нагревают до температуры примерно 135^oC. Проводят равновесное испарение ТГФ в отгонной колонке, которая работает под давлением примерно 20 мм Hg. Отогнанные ТГФ/уксусная кислота/уксусный ангидрид конденсируют и возвращают в цикл.

Пример

Полимерный раствор, содержащий 33,4% ПТМАЭ, 62,9% ТГФ, 3,0% уксусной кислоты и 0,7% уксусного ангидрида, нагревают до температуры примерно 120^oC и подают в сепаратор ТГФ, работающий под давлением 450 мм Hg. Верхняя часть этого сепаратора содержит 94,9% ТГФ, 4,1% уксусной кислоты и 1,0% уксусного ангидрида, тогда как остающийся полимерный раствор содержит 96,6% ПТМАЭ, 2,3% ТГФ, 1,0% уксусной кислоты и 0,1% уксусного ангидрида. Этот полимерный раствор подают на верхний лоток заполненной колонки, снабженной структурированными насадками из нержавеющей стали с 10 тарелками и которая работает под давлением 20 мм Hg. ТГФ нагревают до температуры 135^oC под давлением 5,17 бар (75 фунтов на кв. дюйм) и вводят в дно колонки. Сверхнагретый ТГФ отгоняет из полимерного раствора оставшиеся количества уксусной кислоты/уксусного ангидрида, что приводит к тому, что верхняя часть колонки содержит уже 94,7% ТГФ, 4,7% уксусной кислоты и 0,6% уксусного ангидрида, тогда как оставшийся полимерный раствор содержит 99,8% ПТМАЭ, 0,2% ТГФ и менее 100 частей на миллион уксусной кислоты и уксусного ангидрида. В случае применения реактора с выстилающим слоем цвет продукта определяется величиной менее 10 единиц APHA, что указывает на эффективность процесса, в ходе которого остаточные количества уксусной кислоты/уксусного ангидрида удаляют без оказания побочного неблагоприятного воздействия на качество ПТМАЭ.

Промышленное применение

Возможность получать полимер с низкой интенсивностью окрашивания и низкой концентрацией уксусной кислоты является основным усовершенствованием относительно достигнутого уровня техники. В частности, прекрасно удается осуществлять контроль цвета продукта, даже в присутствии ненасыщенных примесей, которые, как обычно считают, оказывают неблагоприятное воздействие на процесс полимеризации ТГФ, поскольку ведут к обесцвечиванию продукта.