ES2229708T3 - Procedimiento para la eliminacion de componentes volatiles a partir de soluciones polimeras. - Google Patents

Abstract

Procedimiento en dos etapas para la eliminación de los componentes volátiles a partir de soluciones polímeras con un contenido en polímero > 60 % en peso, en el cual, en una primera etapa, se calienta la solución polímera en un intercambiador de calor indirecto, que presenta canales, a una presión de 1, 5 hasta 50 bar, a 150 hasta 400ºC y, a continuación, se descomprime en los canales hasta una presión de 3 hasta 20 mbar, con lo cual se transforma en dos fases el flujo en los canales el menos en parte y se separan los componentes volátiles al menos parcialmente del polímero, y el polímero, que contiene todavía restos de componentes volátiles, se libera en una segunda etapa de los componentes volátiles restantes, a una presión desde 0, 1 hasta 10 mbar y a una temperatura desde 200 hasta 450ºC, en el cual todas las superficies del dispositivo, que entran en contacto con la solución polímera, con el polímero o con los componentes volátiles, mediante cuyo dispositivo se lleva a cabo el procedimiento, están constituidas por un material que contiene menos de un 10 % en peso de hierro.

Description

Procedimiento para la eliminación de componentes volátiles a partir de soluciones polímeras.

La presente invención se refiere a procedimientos para la eliminación de componentes volátiles a partir de soluciones polímeras, que conduzcan a productos con un menor contenido residual en componentes volátiles sin deterioro térmico del polímero.

La eliminación de los componentes volátiles a partir de una solución polímera es una de las últimas etapas del procedimiento en la obtención de muchos polímeros. Los componentes volátiles a ser eliminados pueden ser o bien disolventes y/o monómeros no polimerizados. En función del orden de magnitud de la viscosidad de la solución polímera se conocen diversos procedimientos para la eliminación de los componentes volátiles a partir de la solución polímera, en los cuales se calienta respectivamente la solución polímera por encima de la temperatura de evaporación de los componentes volátiles. Como aparatos se conocen, por ejemplo, evaporadores de capa delgada, extrusoras y aquellos con intercambio indirecto de calor. Lo decisivo durante el calentamiento de la solución polímera consiste en que el polímero no se deteriore.

La publicación US-A 4,153,501 describe un método y un dispositivo para la eliminación de los componentes volátiles a partir de una fusión polímera mediante calentamiento en un intercambiador de calor, que contiene canales dispuestos verticalmente, que se descomprimen directamente en el calderín de un separador donde tiene lugar la evaporación de los componentes volátiles. Los canales presentan alturas de 0,5 - 4 mm. La diferencia de temperatura entre la solución polímera y el medio de calefacción debe ser menor que 50ºC, la refrigeración de la solución polímera por los componentes evaporados debe ser menor que 30ºC. Debe alcanzarse un contenido residual en componentes volátiles en el polímero < 0,1% en peso.

En la publicación EP-A 150 225 se describe un aparato, que dispone de dos series de paquetes de intercambiadores de calor conectados. Los paquetes intercambiadores de calor presentan canales rectangulares. Éste aparato se emplea fundamentalmente para el calentamiento o para la refrigeración en dos etapas durante la reacción, sin embargo es relativamente costoso desde el punto de vista de la instalación.

La publicación EP-B 226 204 divulga un procedimiento y un intercambiador de calor para la eliminación de componentes volátiles a partir de una solución polímera con al menos un 25 % en peso de polímero. La solución polímera se calienta en una zona con intercambio indirecto de calor, que está constituida por una pluralidad de canales. Los canales presentan una relación, sensiblemente homogénea, entre la superficie y el volumen de 0,158 - 1,97 mm^{-1}, una altura de 1,27 - 12,7 mm, una anchura de 2,54 - 10,16 cm y una longitud de 1,27 - 30,48 cm. La solución polímera se calienta por encima de la temperatura de evaporación de los componentes volátiles, pero por debajo de la temperatura de fusión del polímero. El tiempo de residencia de la solución polímera en los canales es de 5 - 120 segundos. Tras el calentamiento se transfiere la solución hasta una cámara, en la que se elimina por aspiración de la solución al menos el 25% de los componentes volátiles. El proceso reduce el deterioro térmico debido a que el tiempo, durante el cual está sometido el polímero a temperaturas elevadas, se mantiene tan corto como sea posible. El procedimiento tiene sin embargo el inconveniente de que el disolvente no se elimina por completo. Además en el lado externo del paquete intercambiador de calor se forman depósitos de polímero, que en el transcurso de tiempo se carbonizan y, ocasionalmente, se rompen, de modo que el producto queda impurificado.

La publicación EP-B 352 727 divulga un procedimiento para la eliminación de componentes volátiles a partir de solución polímera, en el cual se calienta la solución polímera en una pluralidad de canales conectados de manera paralela por encima de la temperatura de evaporación de los componentes volátiles. La relación entre la superficie intercambiadora de calor y la corriente volumétrica del producto es > 80 h/m. La velocidad de flujo en los canales es < 0,5 mm/s y el tiempo de residencia de la solución polímera en los canales es de 120 - 200 segundos. Éste procedimiento tiene igualmente el inconveniente de que el disolvente no se elimina por completo. Además, también en éste caso se forman, en el lado externo del paquete intercambiador de calor, depósitos de polímero, que al cabo de tiempo de se carbonizan y ocasionalmente se rompen, de manera que el producto queda impurificado.

En la publicación US 3 884 766 se describe un procedimiento con dos etapas para la obtención de polímeros, sirviendo la segunda etapa también para la eliminación de los componentes volátiles y de los monómeros residuales. La publicación US 3 884 766 no menciona sin embargo, en ningún momento el aspecto del material del reactor ni su efecto sobre la calidad del producto.

En la publicación US 5 416 186 se describe un procedimiento en dos etapas para la obtención de policarbonato empobrecido en componentes volátiles, llevándose a cabo la segunda etapa en reactores de material pobre en hierro. La primera etapa se considera por lo tanto no crítica en la publicación US 5 416 186 y no se reconoce ni se supone como esencial que también en la primera etapa puede ser un factor decisivo para la calidad del producto la elección del material.

La tarea de la invención consistía en poner a disposición un procedimiento para la eliminación de los componentes volátiles a partir de soluciones polímeras, que condujese a productos de color claro, con bajo contenido residual en componente volátiles, sin deterioro térmico del polímero.

La tarea se resolvió, según la invención, por medio de un procedimiento en dos etapas para la eliminación de los componentes volátiles a partir de soluciones polímeras con un contenido en polímero > 60% en peso, en el cual, en una primera etapa, se calienta la solución polímera en un intercambiador indirecto de calor, que presenta canales, a una presión de 1,5 hasta 50 bar, a 150 hasta 400ºC y, a continuación, se descomprime en los canales a una presión de 3 hasta 200 mbar, con lo cual se transforma en dos fases el flujo en los canales, al menos en parte, y los componentes volátiles se separan al menos parcialmente del polímero, y el polímero que contiene todavía restos de componentes volátiles se libera en una segunda etapa, a una presión desde 0,1 hasta 10 mbar y a una temperatura desde 200 hasta 450ºC de los componentes volátiles restantes, estando constituidas todas las superficies del dispositivo que entran en contacto con la solución polímera, con el polímero o con los componentes volátiles, por medio de cuyo dispositivo se lleva a cabo el procedimiento, por un material que contenga menos de un 10% en peso de hierro. En éste caso es posible, naturalmente, fabricar todas las partes del dispositivo, que entran en contacto con el producto, a partir de materiales pobres en hierro. Preferentemente los dispositivos presentan, sin embargo, únicamente una superficie pobre en hierro, por ejemplo un plaqueado constituido por material pobre en hierro, y se fabrican por debajo con hierro o con acero convencional.

La solución polímera se introduce a presión en la primera etapa del procedimiento según la invención con una presión de 1,5 hasta 50 bar absolutos, preferentemente de 2 hasta 5 bar absolutos en los canales del intercambiador de calor, recorre los canales y en éste caso se calienta hasta una temperatura desde 150 hasta 400ºC, preferentemente desde 200 hasta 350ºC. A la salida de los canales reina una presión que se encuentra por debajo de la presión de saturación de los componentes volátiles. Ésta supone desde 30 hasta 200 mbar absolutos, preferentemente desde 30 hasta 100 mbar absolutos

El tiempo de residencia de la solución polímera supone, preferentemente, desde 2 hasta 120 segundos, de forma especialmente preferente desde 80 hasta 120 segundos, con una velocidad de flujo preferentemente desde 0,0001 hasta 0,1 mm/s, de forma especialmente preferente desde 0,001 hasta 0,005 mm/s. La proporción entre la superficie intercambiadora de calor de los canales y la corriente volumétrica de la solución polímera, asciende, preferentemente, a 5 hasta 75 h/m, de forma especialmente preferente desde 15 hasta 50 h/m.

Preferentemente se empleará como intercambiador indirecto de calor un evaporador en forma de panal, cuyos canales presentan un perfil parabólico. De éste modo se descomprime el producto en los canales, lo cual tiene como consecuencia que la corriente del producto se transforme en dos fases cuando atraviesa los canales, al menos en una parte del canal y pueda llevarse a cabo una separación de los componentes volátiles a través de la corriente gaseosa. Preferentemente se eliminan los componentes volátiles, en la primera etapa, hasta un contenido residual < 0,5% en peso y el producto se transfiere entonces hasta la segunda etapa.

En la segunda etapa se libera el polímero de los componentes volátiles restantes a una presión desde 0,1 hasta 10 mbar absolutos, preferentemente desde 0,5 hasta 3 mbar absolutos, y a una temperatura desde 200 hasta 450ºC, preferentemente desde 250 hasta 350ºC. El desgasificado residual se favorece debido a que el polímero se distribuye en el dispositivo de tal manera que se formen una gran superficie intercambiadora de materia y, de éste modo, se facilite la difusión de los componentes volátiles a partir del polímero. Preferentemente se llevará a cabo ésta segunda etapa en un evaporador-extrusor. En el evaporador-extrusor se prensa el polímero a través de una placa perforada con una pluralidad de orificios o se distribuye a través de un distribuidor tubular, que contiene los orificios necesarios. De éste modo se genera una pluralidad de macarrones de polímero que fluyen lentamente hasta el fondo del aparato y desprenden entre tanto las partes volátiles, aún presentes.

Ejemplos de un material pobre en hierro en el sentido de la invención son Alloy 59 (2.4605), Inconell 686 (2.4606), Alloy B-2, Alloy B-3, Alloy B-4, Hastelloy C-22, Hastelloy C-276, Hastelloy C-4 o tántalo. Preferentemente se empleará Alloy 59.

El procedimiento según la invención puede emplearse para la eliminación de componentes volátiles a partir de soluciones de polímeros termoplásticos, elastómeros, polímeros de silicona, productos lubrificantes con elevado peso molecular y substancias similares, preferentemente se empleará, sin embargo, en soluciones de polímeros termoplásticos, por ejemplo poliestireno, polifenileno, poliuretano, poliamida, poliéster, poliacrilato, polimetacrilato y sus copolímeros. El procedimiento según la invención es especialmente adecuado para la eliminación de componentes volátiles a partir de soluciones a partir de soluciones de policarbonato.

Ejemplos Ejemplo 1

Se introduce a presión en los canales de un intercambiador de calor una solución que contiene un 75% en peso de policarbonato, un 24% en peso de clorobenceno y un 1% en peso de cloruro de metileno, con una presión de 3 bar absolutos y se calienta en los mismos hasta 300ºC. El intercambiador de calor presenta 100 canales con una longitud de 330 mm, que presentan un diámetro de 16 mm a la entrada, ensanchándose en primer lugar hasta una longitud de 200 mm, linealmente, hasta 34 mm de diámetro y, a continuación, en forma de parábola hasta 104 mm en la salida. Por detrás de los canales reina una presión de 40 mbar absolutos El tiempo de residencia de la solución de policarbonato en los canales es de 100 segundos. El policarbonato se acumula en el pie del intercambiador de calor, el contenido en clorobenceno es de 1.500 ppm. La solución de policarbonato se bombea a continuación en un evaporador-extrusor, distribuyéndose sobre sus platos perforados y prensándose con una presión de 40 bar absolutos a través de 1.000 orificios de 1 mm de diámetro de manera que se forma una pluralidad de macarrones con una longitud de 6 m. A una presión de 1 mbar absolutos y a una temperatura de 300ºC se reduce la concentración residual en disolvente en el policarbonato hasta 20 ppm de clorobenceno. Todas las partes que entran en contacto con el producto de la instalación están fabricadas con Alloy 59. El policarbonato desgasificado presenta un índice de amarilleado (YI, medido según ASTM D 1925) de 2,3.

Ejemplo 2

Se lleva a cabo el ensayo de manera análoga a la del ejemplo 1, sin embargo las partes de la instalación, que entran en contacto con el producto, están fabricadas con acero rico en hierro (1.4571). Se alcanza el mismo contenido residual en disolvente que en el ejemplo 1, sin embargo el policarbonato obtenido presenta un YI > 10.

Claims (4)

1. Procedimiento en dos etapas para la eliminación de los componentes volátiles a partir de soluciones polímeras con un contenido en polímero > 60% en peso, en el cual, en una primera etapa, se calienta la solución polímera en un intercambiador de calor indirecto, que presenta canales, a una presión de 1,5 hasta 50 bar, a 150 hasta 400ºC y, a continuación, se descomprime en los canales hasta una presión de 3 hasta 20 mbar, con lo cual se transforma en dos fases el flujo en los canales el menos en parte y se separan los componentes volátiles al menos parcialmente del polímero, y el polímero, que contiene todavía restos de componentes volátiles, se libera en una segunda etapa de los componentes volátiles restantes, a una presión desde 0,1 hasta 10 mbar y a una temperatura desde 200 hasta 450ºC, en el cual todas las superficies del dispositivo, que entran en contacto con la solución polímera, con el polímero o con los componentes volátiles, mediante cuyo dispositivo se lleva a cabo el procedimiento, están constituidas por un material que contiene menos de un 10% en peso de hierro.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el intercambiador de calor indirecto es un evaporador en forma de panal y los canales del evaporador en forma de panal presentan un perfil parabólico.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el contenido residual en componentes volátiles después de la primera etapa, es < 0,5% en peso.

4. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 3, en el que la segunda etapa se lleva a cabo en un evaporador-extrusor.