聚合物脱挥发分的离心方法和设备 背景技术
本发明涉及从热塑性聚合物去除挥发性物质，尤其是利用离心力从热塑性聚合物去除挥发性物质的方法和设备。
在此将授于Chisholm的美国专利3,409,712完全引入作为参考，其公开了一种用于通过融熔聚合物并使融熔的聚合物在一个转动盘表面上流动而从热塑性聚合物去除挥发性物质的方法和设备。并将授于Chisholm的美国专利3,424,832完全引入作为参考，其公开了一种用于利用一个转动腔室或中空转子将热塑性聚合物作成球状的方法和设备。并将授于HayⅡ等人的美国专利4,940,472完全引入作为参考，其公开了一种用于通过融熔聚合物并使融熔的聚合物在一个转动盘表面上流动而从热塑性聚合物去除挥发性物质的方法和设备。并将授于Moore等人的美国专利4,952,672完全引入作为参考，其公开了一种用于通过融熔聚合物并使融熔的聚合物在一个转动盘表面上流动而从热塑性聚合物去除挥发性物质的方法和设备。Saginaw Michigan的Baker Perkins提供了一种用于销售的离心造球机。Modern Plastics在1983年10月刊，第56页。由Case Western Reserve University的Haw于1995年1月在Master’s Thesis发表的题为“Mass Transferof Centrifugally Enhanced Polymer Devolatilization by UsingFoam Metal Packed Bec”在此完全引入作为参考，其公开了用于通过融熔聚合物并使融熔的聚合物通过在一个固定腔室中转动的开放室式镍金属泡沫气-液接触器而从热塑性聚合物脱挥发性物质的方法和设备。
授于Haw的方法和设备存在几个问题。例如，镍金属泡沫会在离心力的作用下趋向于收缩。另外，所用机械密封使用密封油而污染脱挥发分的聚合物。另外，Haw地方法和设备不能产生球状的脱挥发分的聚合物。发明概述
本发明是一种用于热塑性聚合物脱挥发分的方法，所述热塑性聚合物包括至少一种挥发性成分，所述方法包括三个步骤。第一个步骤是加热热塑性聚合物，从而使所述热塑性聚合物成为一种加热的液态或融熔的热塑性聚合物。第二个步骤是使所述加热的液态热塑性聚合物通过离心力流动通过一个填充床式液-气接触器。第三步骤是使一种解吸气体流动通过填充床并且与所述加热的液态热塑性聚合物相对流动，从而使所述挥发成分通过在填充床中的液-气接触而从加热的液态热塑性聚合物脱出而进入到解吸气体中。
本发明还涉及一种用于热塑性聚合物脱挥发分的设备，所述热塑性聚合物包含至少一种挥发性成分，所述设备包括三个部件。第一部件是一个旋转腔室，所述旋转腔室包括一个用于气-液接触工艺的填料。第二部件是一个聚合物管道，所述聚合物管道延伸入并且终止于所述旋转腔室中，从而融熔的热塑性聚合物能够通过所述管道流入所述腔室，同时所述腔室旋转，这样融熔热塑性聚合物然后通过离心力流动通过所述填料，使融熔热塑性聚合物的挥发性成分在所述填充床中脱出而形成汽相状态。第三部件是一个在所述聚合物管道和所述旋转腔室之间的气体密封件。附图简述
图1表示本发明的一个设备的实施例的侧剖视图；
图2表示图1设备的一个端视图，进一步包括一对电磁体。发明详述
现在参照图1，其表示了本发明的一个设备10的实施例的侧剖视图。所述设备10包括一个盘状腔室12，所述腔室通过一根轴13绕所述轴13的纵向轴线转动。所述轴13由一个电机(未图示)驱动旋转。所述腔室12包含一个镍-铬金属开放室泡沫填料14的环状环，所述填料最好由电极放电加工工艺从一个大材料工件切割而成。所述填料14是从Sumitomo Electric USA,NY,NY可以得到的Celmet Brand#1材料。一个环状支撑带15围绕着所述填料14。所述支撑带15穿有孔16。一个环状分配带17被放置在所述填料14的内侧。所述分配带17穿有孔18。
一个聚合物导管19延伸到腔室12内并终止于该腔室中。所述聚合物导管19包括法兰20和密封安装体21。一个管状腔室延伸部分22终止于所述法兰20的附近。一个气体密封件23安装在所述密封安装体21内。在图1中没有示出所述气体密封件23的细节。一个优选的气体密封件23可以从Durametallic Corporation of KalamazooMichigan作为GF200 Dura Seal Brand销售的气体阻隔密封件获得。压力为0.2Mpa的氮通过氮气料口24被送至所述密封件23。对于化工工程师来说气体阻隔密封件是已知的。例如，在此完全引入作为参考的Chemical Engineering Progress(1996),92(10),第58-63页。
术语“热塑性聚合物”在本领域可以很好理解，其包括，例如但不是限制性的，尼龙、碳氟化合物、纤维素衍生物、丙烯酸树脂、聚苯乙烯、苯乙烯共聚物，例如丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物、乙烯/苯乙烯共聚物、聚乳酸树脂、聚乙烯和聚丙烯。当充分加热时，热塑性聚合物变软并且融熔。通常希望降低在热塑性聚合物中的挥发性成分的浓度，如同在美国专利4,952,672、4,940,472和3,409,712中所述的。例如，通常希望降低聚苯乙烯中残余苯乙烯单体的浓度。
如同在美国专利4,952,672和4,940,712中所述的，热塑性聚合物被加热，从而使之能够流过聚合物管道19并进入腔室12。所述腔室通过轴13转动，其速度例如4000rpm，腔室外径为46厘米。被加热的液态融熔热塑性聚合物然后通过离心力被汇集在由唇部17a支持的分配带17上。所述聚合物然后通过离心力流动通过孔18、填料14和孔16而汇集在腔室12的外周边汇合。一系列孔25被设置在所述腔室12的外周边中。聚合物通过离心力流动通过孔25形成聚合物的细线。成形合金工具钢的环形带26形成一个刀刃，后者将聚合物细线切割成颗粒。所述带26在由一个电机(未图示)驱动的辊子27上运转。所述带26最好被水冷。
所述填料14方便了气-液接触。气-液接触对于化工工程师来说是已知技术。例如，Perry’s Chemical Engineer’s Handbook第五版的18-19节到18-48节。当在真空出口28施加部分真空(大于0Mpa小于0.1Mpa)时，聚合物的挥发成分进入填料14中的气相中，通过在腔室12中的排放管道29围绕着分配带17流动，而进入在管道19和延伸部分22之间的环面中，然后通过出口28。
选择地，所述腔室12包含一个解吸气体管道30，从而使来自料口24的氮气能够通过喷嘴31被引入腔室12。解吸气体流动通过孔16、填料14、通道29，进入在管道19和延伸部分22之间的环面中，然后通过出口28。可以使用任何传统的解吸气体，例如二氧化碳、甲醇水汽、乙醇水汽、丁醇气体或者其它轻碳氢化合物。例如，蒸汽可以作为解吸气体流动通过所述管道30。或者，解吸气体管道能够延伸通过所述轴13进入所述腔室12。当所述解吸气体是蒸汽时，腔室12的结构的优选材料是一种耐腐蚀钢。考虑到处理解吸气体的费用、当希望更完全地脱挥发分时，在本发明中最好使用解吸气体。
优选地，所述腔室12被加热以方便起动和操作所述设备10。加热所述腔室12的优选的装置在图2中示出。图2是图1表示所述腔室12、所述轴13、带26和孔25的所示设备10的端视图。所述腔室12位于一个第一电磁体32和一个第二电磁体33之间。当所述腔室12由磁材料制成时，并且当所述腔室12被转动时，在所述腔室12中产生了漩涡电流，所述电流加热所述腔室12。优选地，所述腔室12由不锈钢磁材料(特别当蒸汽用作解吸气体时)制造，例如从Mark’sStandard Handbook for Mechnical Engineer第八版、第6-38节已知的17-4PH型不锈钢。
本发明的所述填料在使用时必须折叠，从而堵塞聚合物流动通过所述填料。Haw supra在离心式聚合物挥发器中公开了使用开放室镍金属泡沫作为填料。然而，最好本发明的填料的压缩强度比基本由镍制成的等价填料至少大25％。当所述填料是一种开放室金属泡沫时，所述泡沫在每厘米的平均孔室数优选为从大约2到7。当然，在本发明中不需要开放室金属泡沫。例如，能够使用由一种针织的金属丝、例如针织的不锈钢丝构成的填料，也能够使用气-液接触领域已知的其它填料。填料的其它例子包括大网眼金属泡沫、金属丝网屏、以及卷绕织造金属网。当使用松散的填料时，一个穿孔的带就象支撑带15能够用在所述填料的内侧。然而，一种刚性填料，例如开放室金属泡沫相信比较容易平衡。
图1表示一个具有一单排孔25的腔室12。然而，所述腔室12最好更长并可以具有许多排孔25，以增加所述孔10的生产能力。当使用一个更长的腔室12，时，所述聚合物管道19的端部能够被关闭，并且邻近所述填料的聚合物管道能够穿出一些孔以便将融熔聚合物分配在所述填料14上。
当然，本发明的所述设备的操作参数将由许多因素决定，例如被脱挥发分的热塑性聚合物的特定物理性能。当然，可以跟随所述美国专利4,952,672的教导具有一个好的起始点。当所述热塑性聚合物是通常用处的聚苯乙烯，建议将所述腔室12和聚合物被加热到大约240℃，从而使所述聚合物具有300000厘泊的粘度。