[发明专利]生产聚氯乙烯的系统和方法

说明书

本申请为国际申请PCT/US2008/067832于2009年12月18日进入中国国家阶段、申请号为200880020903.9、发明名称为“生产聚氯乙烯的系统和方法”的分案申请。

关于由联邦资助的研究或开发的声明

不适用。

技术领域

本发明总地涉及氯乙烯液相聚合以形成聚氯乙烯。更具体地，本发明涉及用于生产聚氯乙烯的装置和方法，其采用了反应物的高剪切混合。

背景技术

聚氯乙烯(PVC)是一种热塑性聚合物，广泛用于生产各种民用产品，包括建筑材料、铅锤管、服装、室内装饰、地板和乙烯基录音带，仅举几个例子。PVC通过使用单体可溶的引发剂或催化剂进行氯乙烯单体的自由基聚合来合成。一些已知的引发剂是偶氮二异丁腈、叔丁基氢过氧化物、月桂酰过氧化物、过氧苯甲酰和异丙基过氧化二碳酸酯。一批悬浮液制备物一般包含约0.01到1.0重量％的氯乙烯单体，pH为约7-9。如下开始聚合，将引发剂溶解在单体溶液中并在约35-75℃的温度范围加热约2-12小时，并且持续搅拌反应物。该过程在一个分解的氢原子连接于PVC链末端的不成对电子上时、或者在碳原子通过被称为歧化(其产生游离的氢原子)的过程形成双键时结束。

氯乙烯单体的自由基聚合一般被认为是目前合成PVC的最容易和最经济的方法，尽管该聚合过程也可能在聚合物中产生杂质和缺陷。由于自由基聚合的不可预测的性质，有时碳-氢键断开，而不只是单体的碳-碳键断开，导致在生长的聚合物链上的碳-氢键断开的多个位置出现支链。与一些PVC合成反应有关的另一个挑战是有时在聚合反应停止之后有一定量的未聚合的单体剩余。许多现有技术的用于生产聚氯乙烯的方法和生产设施还有各种限制，例如质量流限制、产品产率、工厂规模和能量消耗。因此，持续需要开发出改善从氯乙烯单体的自由基聚合生产聚氯乙烯的选择性和收率的方法。

发明内容

根据本发明的某些实施方案，提供了生产聚氯乙烯的方法。所述方法包括在高剪切混合装置中将氯乙烯溶液与引发剂溶液混合以形成聚合混合物，所述高剪切混合装置包含至少一个转子/定子组，产生至少5.1m/sec(1,000ft/min)的转子尖端速度；和使所述混合物通过自由基聚合作用聚合为聚氯乙烯。在一些实施方案中，所述聚合混合物经历自由基聚合条件，包括约20-约230℃的温度范围。在一些实施方案中，所述高剪切混合装置产生至少20,000s^-1的剪切速率。

根据本发明的另一个实施方案，提供了包含高剪切混合装置的系统，所述高剪切混合装置包含至少一个转子/定子组，其被配置为产生至少5.1m/sec(1,000ft/min)的转子尖端速度；与所述高剪切混合装置的进口流体连通的泵；和与所述高剪切混合装置的出口流体连通并被配置用于保持预定压力和温度的容器。在一些实施方案中，所述高剪切混合装置产生至少20,000s^-1的剪切速率。这些和其它实施方案和可能的优点通过以下详细说明和附图而显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方案，生产聚氯乙烯的方法的工艺流程图。

图2是在图1的系统的实施方案中所使用的多级高剪切装置的纵向截面图。

发明详述

本发明的用于通过氯乙烯的液相自由基聚合生产聚氯乙烯(PVC)的方法和系统采用了外部的高剪切机械装置，用来在高剪切混合器装置和/或单独的反应器中在受控环境下提供化学成分的快速接触和混合。所述高剪切装置降低了对反应的传质限制并由此提高总的反应速率。

涉及液体、气体和固体的化学反应依赖于涉及时间、温度、和压力的动力学定律来决定反应速率。如果期望使不同相的两种或更多种原材料(例如，固体和液体；液体和气体；固体、液体和气体)反应，则控制反应速率的一个限制性因素涉及反应物的接触时间。在非均相催化反应的情况中，有另一个速率限制因素，即，从催化剂的表面移除反应的产物以使催化剂催化另外的反应物。反应物和/或催化剂的接触时间经常由混合来控制，所述混合为化学反应中所涉及的两种或更多种反应物提供接触。均相反应也可以受益于高剪切混合，如本文中公开的，通过至少提供在反应器内的均匀的温度分布和使可能的副反应减到最少。因此，在一些实施方案中，本文中描述的高剪切过程促进均相化学反应。