[发明专利]制备聚碳酸酯的方法

说明书

背景技术

聚碳酸酯是具有优异的机械性能(诸如抗冲击性、耐热性以及透明度)的热塑性塑料。聚碳酸酯被广泛应用于许多工程应用场合。聚碳酸酯可通过多种方法制备，包括熔融法，其中碳酸二酯在二羟基化合物的存在下，在多级反应器中发生聚合反应产生熔融的聚碳酸酯。聚碳酸酯还可通过使二羟基化合物和活化碳酸二芳酯发生反应的熔融法来制备。人们对用来制备聚碳酸酯的新方法以及新装置的需求是从未停止的。

发明内容

一种制备聚碳酸酯的方法，包括使活化碳酸二芳酯和二羟基化合物在反应器中发生反应来形成反应混合物。该反应器包括加热的顶盖(cover)以及在顶盖与反应混合物之间的开放空间。该二羟基化合物包括在反应温度下大于或等于0.01千帕的蒸气压。将开放空间的温度、顶盖的温度或开放空间和顶盖的温度保持在足以阻止活化碳酸二芳酯、二羟基化合物、或二者在顶盖上积聚的温度。例如，开放空间、顶盖或两者的温度可大于或等于具有最高熔融温度的单体的熔融温度。

附图说明

图1是说明当碳酸酯与BPA的摩尔比率改变时分子量敏感度的图。

图2是说明当运行的反应器没有加热的顶盖时最终产品中分子量峰值相对于样品编号的图。

图3是此处公开的用于制备聚碳酸酯的装置的示意图。

图4是此处公开的加热的反应器顶盖设计的视图。

图5是由此处公开的加热的反应器顶盖实现的分子量稳定性与由未加热的顶盖获得的分子稳定性比较的示意图。

图6是在多种情况下挤出机扭矩的变化率的说明图。

图7是各个扭矩变化率的斜率(slope)的统计比较的示意图。

图8是说明当苯酚碳酸酯在含有苯酚和对苯二酚的组合物中用作溶解介质时的结果的图片。

图9是说明当水杨酸甲酯在包含水杨酸甲酯和对苯二酚的组合物中用作溶解介质时的结果的图片。

具体实施方式

聚碳酸酯能够在熔体中，在一个或一系列反应器中进行制备，调整反应器中的反应条件、温度，以及压力以使聚合物链增长并降低存在于反应混合物中的游离单体的量。由于碳酸酯供体(carbonate donor)的高反应性，基于具有高反应性的活化碳酸二芳酯的熔融聚合方法能够将大批单体引入到聚合物链中。基于活化碳酸二芳酯的熔融聚合方法中的聚合物的分子量能够随着碳酸酯与二羟基化合物的摩尔比率(即，化学计量学)的改变发生变化。如图1所示，该比率的小变化都能引起分子量有大的差别。图1中的图形用来说明使用了碳酸二苯酯的熔融聚合方法与使用了活化碳酸二芳酯(例如，碳酸双(水杨酸甲酯基)酯(BMSC))的熔融聚合方法中分子量对摩尔比率变化的敏感度的对比。如图1中能看到的，活化碳酸二芳酯与二羟基化合物(例如，双酚A(BPA))的摩尔比率的改变能够造成与利用了碳酸二苯酯的熔融聚合相比的聚合物分子量的大的差别。

因此，相比于碳酸酯与二羟基化合物的摩尔比率(MR)的分子量(Mw)的变化率可用来确定给出的碳酸二芳酯是否被活化。其可以用下式表示，其中未活化的碳酸二芳酯(例如，碳酸二苯酯)的分子量与摩尔比率的比率的绝对值低于1.5倍的活化碳酸二芳酯的分子量与摩尔比率的比率的绝对值。

在使用了活化碳酸二芳酯和在反应温度下具有蒸气压的二羟基化合物的工业级聚合反应中，即使反应条件保持不变，可观察到在最终分子量中出现突然的峰值。研究得出的结论是该聚合反应的化学计量控制被破坏(compromised)。令人惊奇地发现反应器中的温度分布不一致。整个反应器中温度的不一致性使得游离单体积聚在反应器顶盖或反应器的开放空间中较冷的区域(例如，蒸气空间，顶盖和反应混合物之间的空间，或在顶盖自身上)，直到部分的或全部的积聚的游离单体落回到反应混合物中。这导致出现了在图1中的活化碳酸酯方法中观察到的分子量峰值。其理论解释为游离单体从反应混合物中脱挥发出，然后分批地沉积、积聚和返回到反应混合物中，因而扰乱了反应的化学计量控制的一致性。当使用碳酸二苯酯而不是活化碳酸二芳酯进行等同实验时，未得到这样的观察结果。这表明当使用活化碳酸二芳酯进行熔融聚合时，反应的化学计量控制的一致性是一个要考虑的因素。