[發明專利]一種超臨界二氧化碳輔助周期性脫揮工藝及裝置

在審

• 申請號: 202111360803.4
• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN113999332A
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 仇梟逸;奚楨浩;趙鳴;黃劍清;王雪松;張林;李響
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C08F6/00
• 分類號: C08F6/00;C08F112/08;C08F120/14;C08F114/06;C08F236/06;C08F236/08;B01D1/14
• 代理公司: 蘇州翔遠專利代理事務所(普通合伙) 32251
• 代理人: 陸金星;葉丙靜

本發明公開了一種超臨界二氧化碳輔助的周期性脫揮工藝，包括多個壓力循環周期，以二氧化碳為超臨界介質，在壓力循環周期內壓力先升高再降低，使二氧化碳在超臨界態與氣態之間變換，實現聚合物脫揮。本發明采取利用揮發分在超臨界CO₂中的溶解度大于在聚合物中的溶解度，并采用周期性壓力來促使破泡的原理來對熱敏型聚合物進行脫揮工藝，能夠在低溫條件下高效率脫揮，脫揮時間短，能夠邊脫揮邊卸料，脫揮后的高聚物中揮發分的含量降至50ppm以下，效率高。

技術領域

本發明涉及流體的脫揮技術領域，具體涉及一種超臨界二氧化碳輔助周期性脫揮工藝及裝置。

背景技術

脫揮是將一種或多種未參與反應的單體或溶劑經加熱揮發從聚合物中脫除的技術，脫揮過程必須考慮有效加熱提升加熱溫度使單體及溶劑揮發同時使聚合物升溫達到軟化點以上并具有流動性，但同時不過熱，不損傷聚合物的分子量、顏色等性質。顯然聚合物的脫揮工藝實質上是聚合物受熱熔融、控制分離的一個過程，其主要的關鍵點是壓力和溫度以及受熱時間的控制。

現有技術中，聚合物脫揮方式一般是采用潛熱依賴型的真空脫除法，該方法不僅能耗高，且脫揮的后期，因為體系粘度急劇上升，使得揮分的擴散系數急劇下降，導致設備的傳質效率低下，由于聚合物長時間處于高溫環境中，極易因其高分子聚合物降解，尤其是熱敏型聚合物。另一方面，真空狀態下無法將脫揮后的高聚物排出脫揮容器，這就導致了脫揮工藝必須處于間歇式脫揮，導致反復抽真空，能耗過大。

為了實現連續脫揮，現有技術也有部分工藝采用常壓脫揮，從而實現脫揮-排料同時進行，縮短脫揮時間，但是常壓脫揮一方面對溫度要求的更高，另一方面脫揮不徹底，只能適用于對雜質要求不高的高聚物，對于雜質的含量要求ppm級以上的產品均不適用于常壓脫揮。而對于熱敏型聚合物來說，對高溫較為敏感，溫度不能過高，同時脫揮時間不宜過長，無論是常壓脫揮或是低壓真空脫揮，均不能實現理想的脫揮效果。

熱敏的聚合物包括含有不飽和度的聚合物，例如丁二烯、環戊二烯等的聚合物，其碳-碳不飽和度可能在脫揮過程中預熱時發生聚合，導致聚合物中引入不必要的分支或交聯，從而最終影響聚合物的性能。因此，現有技術一般均需要采用低壓、低溫的脫揮工藝。但是在該脫揮條件下，脫揮后的聚合物出料比較問題，需要將脫揮罐內壓力恢復至常壓后再打開出料口出料，否則會導致聚合物堵塞出料口無法脫除的問題。

中國發明專利CN101220109公開了一種聚苯乙烯的超臨界流體脫揮方法，采用了以二氧化碳為超臨界介質，在超臨界條件下，使待處理的聚苯乙烯與超臨界二氧化碳在脫揮裝置中充分接觸，除去聚苯乙烯中的揮分。該發明是將二氧化碳通入聚合物內部來增大聚合物的接觸面，但是該方法容易導致二氧化碳被高分子包裹后難以形成超臨界態，導致脫揮失效，且由于脫揮裝置內處于真空低壓態，脫揮工藝進行的同時無法同時進行排料。同時在實踐過程中還發現，該專利方法是針對含有3000ppm的揮發性化合物的熱敏聚合物的混合物脫揮效果并不好。

中國發明專利CN111607022A公開了一種反式丁戊橡膠的脫揮方法，該方法采用的超臨界二氧化碳進行萃取反式丁戊橡膠中的揮發分，該發明采用先升壓再降壓的工藝在低溫條件下進行萃取脫揮。但是該發明采用的是靜態萃取方法，將超臨界二氧化碳從下向上逆流穿過聚合物，來實現萃取效果。顯然，該發明存在著靜態萃取相同的問題，即無法充分且均勻地接觸，僅能局部萃取，其它部分萃取不完全，且脫揮時間長，單次脫揮時間0.5～4h，脫揮工藝結束后揮發分殘留600ppm以上，脫揮效率不高。

發明內容

本發明的目的是提供一種超臨界二氧化碳輔助周期性脫揮工藝及裝置，通過周期性變換壓力的方式來解決現有技術真空脫揮工藝高效率脫揮與出料之間不能兼顧的問題，尤其是針對熱敏型和/或高粘聚合物，低溫條件下高效脫揮的同時，有效地防止聚合物的分解，同時還能夠針對含有高揮分的聚合物具有良好的脫揮效果。本發明只需在現有的脫揮裝置的基礎上進行簡單低改裝即可實現高脫揮效率，具有成本低、脫揮工藝對聚合物的物理性質無影響等優點。

為了實現上述發明目的，本發明的技術方案是：