CN102532350B - 聚合反应设备和使用其制备聚合物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了聚合反应设备，其能够防止反应混合物中的单体和由其得到的聚合物在操作过程中粘附到轴密封轴承部件上。公开了聚合反应设备，其包括：用于进行包括单体的原料混合物的聚合反应的聚合反应容器10；可旋转的轴20；固定在该可旋转的轴20上的搅拌桨叶22，其搅拌该聚合反应容器10内的该原料混合物；和支撑该轴20的轴密封轴承部件30，其中该轴密封轴承部件30具有轴密封部件40，其包括轴密封部分(A)32；在该轴密封部分(A)32和该聚合反应容器10之间形成的空隙部分34；在该空隙部分34和该聚合反应容器10之间形成的轴密封部分(B)38；和用于将包含聚合抑制剂的液体引入该空隙部分34中的液体入口36，其中通过该空隙部分34将从该液体入口36引入的液体移除到该聚合反应容器10中。

Description

聚合反应设备和使用其制备聚合物的方法

技术领域

本发明涉及用于制备聚合物的聚合反应设备和通过使用该设备制备该聚合物的方法。

发明背景

聚合物例如(甲基)丙烯酸酯-基聚合物((meth)acrylate-basedpolymer)的制备使用连续本体聚合方法或连续溶液聚合方法，其中将单体、聚合引发剂等连续引入聚合反应容器中。在以上中，在连续本体聚合方法中，在不使用溶剂和分散剂的情况下在均匀相中进行该聚合反应，使得获得包含很少杂质的聚合物的优点。然而，由于反应系统的粘度非常高，因此需要注意从该反应系统中除去热、控制聚合温度等。另一方面，该连续溶液聚合方法具有以下优点：得到包含很少杂质的聚合物，以及由于该反应系统的低粘度而减少了与连续本体聚合反应相关的问题，但具有由于使用溶剂而使产率降低的问题。

JP 7-126308A公开了通过使用连续本体聚合方法而制备甲基丙烯酸酯-基聚合物的方法，其包括通过使用完全混合型的反应容器，在用液体介质完全充满该反应容器以使得该反应容器基本上不具有气相的条件下，进行聚合反应。

[现有技术文件]

[专利文件1]JP 7-126308A

发明概述

本发明所要解决的问题

在用于制备该聚合物的聚合反应设备中，固定在轴上的搅拌桨叶位于该聚合反应容器内部，由此搅拌包含该单体和该聚合引发剂的原料混合物并进行聚合反应。该轴的一端连接到驱动单元，由此将旋转驱动力从该驱动单元传递给该轴，使得该轴和搅拌桨叶旋转。设置在该驱动单元和该聚合反应容器之间的轴密封轴承部件支撑该轴。在该轴密封轴承部件中，环绕该轴提供了轴密封部分，使得该聚合反应容器中的反应混合物不能达到该驱动单元。

然而，当使用上述聚合反应设备连续进行聚合反应时，该反应混合物中的单体和生成的聚合物容易粘附到该轴密封轴承部件的周边，这造成由于该轴和该搅拌桨叶的旋转不充分而使该聚合反应难以进行的问题。

考虑到现有技术的前述问题进行了本发明。本发明的目的是提供能够防止该反应混合物中的单体和所生成的聚合物在操作过程中粘附到轴密封轴承部件上的聚合反应设备，以及提供通过使用该聚合反应设备而制备该聚合物的方法。

解决问题的途径

为了实现上述目的，本发明提供了聚合反应设备，包括：

用于进行包括单体的原料混合物的聚合反应的聚合反应容器；

可旋转的轴；

固定在该可旋转的轴上的搅拌桨叶，其搅拌该聚合反应容器内的该原料混合物；和

支撑该轴的轴密封轴承部件，

其中该轴密封轴承部件包括轴密封部件，其包括：

轴密封部分(A)；

在该轴密封部件(A)和该聚合反应容器之间形成的空隙部分；

在该空隙部分和该聚合反应容器之间形成的轴密封部分(B)；和

用于将包含聚合抑制剂的液体引入该空隙部分中的液体入口，以及

其中通过该空隙部分将从该液体入口引入的液体移除(removed)到该聚合反应容器中。

在常规聚合反应设备中，当该聚合反应连续长时间进行时，在该反应混合物中的单体和由其生成的聚合物容易粘附到该聚合反应设备中的轴密封轴承部件的附近，由此造成该轴和旋转桨叶的旋转较差的问题。在当该聚合反应容器具有气相时该轴密封轴承部件与该聚合反应容器中的反应混合物接触的条件下进行聚合反应的情况中，以及在用液体介质完全充满该反应容器以使该聚合反应容器基本上不具有气相的条件下进行聚合反应的情况中，由于该反应混合物容易到达该轴密封轴承部件，所造成的该问题特别显著。在本发明的聚合反应设备中，在该轴密封轴承部件中的该轴密封部分(A)和该聚合反应容器之间的空隙部分处提供用于引入液体的液体入口，使得引入的液体从该轴密封轴承部件的内壁和该轴之间的间隙移除到该聚合反应容器中。因此，产生从该轴密封轴承部件到该聚合反应容器的液体流，因此该反应混合物中的单体难以到达该轴密封轴承部件的附近。此外，由于引入该聚合反应容器中的液体包含聚合抑制剂，因此还抑制了该轴密封轴承部件附近的单体的聚合反应。进一步地，该轴密封部件(B)的提供抑制了该聚合反应容器中的反应混合物的逆流(reverse flow)，该流到达该轴密封轴承部件。由于该轴密封轴承部件具有包括该轴密封部分(A)、该空隙部分、该液体入口和该轴密封部分(B)的轴密封部件，且经布置使得从该液体入口引入的液体随后通过该空隙部分移除到该聚合反应容器中，充分抑制了该单体和所得到的聚合物粘附到该轴密封轴承部件附近。此外，甚至当该设备连续操作长时间时，也充分抑制了该轴和该搅拌桨叶的较差旋转。

在本发明的聚合反应设备中，该轴密封部分(A)优选是由机械密封形成的。该机械密封甚至在高温下以及稳定长时间连续操作时也不能使该轴密封部件(A)劣化。

在本发明的聚合反应设备中，该轴密封部分(B)优选是由唇形密封形成的。该唇形密封能够防止来自该聚合反应容器的反应混合物的逆流进入该轴密封轴承部件中。

本发明还提供了通过使用上述聚合反应设备制备聚合物的方法，该方法包括以下步骤：将包含该单体的该原料混合物连续供给到该聚合反应容器中以进行该聚合反应，同时将包含该聚合抑制剂的液体通过该液体入口引入该空隙部分中。

依照上述制备聚合物的方法，通过使用上述聚合反应设备实施该聚合方法，以及将包含聚合抑制剂的液体通过液体入口引入，该聚合物能够长时间连续制备而不会造成例如该轴和搅拌桨叶的旋转较差的问题。此外，充分抑制了该单体和由此生成的聚合物粘附到该轴密封轴承部件附近。

而且，关于制备聚合物的本方法，从该液体入口引入的液体优选是包含单体的液体，在该单体中溶解有该聚合抑制剂。在该液体中，优选使用包含与该原料混合物中所包含的单体中的组分相同组分的单体作为用于溶解该聚合抑制剂的溶剂。因此，与使用另一溶剂的情况相比较能够防止杂质混合到所生成的聚合物中。

发明效果

依照本发明，能够防止该反应混合物中的单体和所生成的聚合物在该操作过程中粘附到该轴密封轴承部件上，在不造成该轴和该搅拌桨叶的旋转故障问题的情况下能够进行长时间的连续操作，因此提供了可长时间连续操作的聚合反应设备和通过使用上述设备制备聚合物的方法。

附图简述

图1是依照本发明的聚合反应设备的优选实施方案的示意性结构图。

图2是依照本发明的聚合反应设备的轴密封轴承部件的部分横截面视图。

参考编号的解释：

10：聚合反应容器，

12：原料进料口，

14：聚合物组合物排放口，

16：夹套，

20：轴，

22：搅拌桨叶，

30：轴密封轴承部件，

32：轴密封部分(A)，

34：空隙部分，

36：液体入口，

38：轴密封部分(B)，

40：轴密封部件，

100：聚合反应设备，

101：引发剂制备容器，

102：单体制备容器。

实施方案的解释

以下将参照附图详细描述本发明的优选实施方案。在各附图中，用相同的编号表示相同或相对应的元件，可以省略其重复描述。而且，尺寸比并不限制于附图中所示的尺寸比。

图1是依照本发明的聚合反应设备的优选实施方案的示意性结构图。如图1中所示，该聚合反应设备100装备有在其中进行包含单体的该原料混合物的聚合反应的聚合反应容器10、可旋转的轴20、固定在该可旋转的轴20上的搅拌该聚合反应容器10内的原料混合物的搅拌桨叶22、和支撑该轴20的轴密封轴承部件30。而且，该聚合反应设备100装备有原料进料口12，其用于将该原料供给到该聚合反应容器10中，和聚合物组合物排放口14，其用于将包含由该聚合反应生成的聚合物的液体(浆状的)聚合物组合物从该聚合反应容器10中排出。进一步地，该聚合反应设备100装备有用于调节该聚合反应容器10的外壁温度的夹套16。

图2是依照本发明的聚合反应设备的轴密封轴承部件的部分横截面视图。如图2中所示，该轴密封轴承部件30具有轴密封部分40，其包括：轴密封部分(A)32、在该轴承密封部分(A)32和该聚合反应容器10之间形成的空隙部分34、在该空隙部分34和该聚合反应容器10之间形成的轴密封部分(B)38、和用于将包含聚合抑制剂的液体引入该空隙部分34中的液体入口36。该轴密封轴承部件30除了该轴密封部件40之外还具有支撑该轴20的轴承。引入该空隙部分34的包含该聚合抑制剂的液体通过该空隙部分34被移除到该聚合反应容器10中。在本实施方案中，该轴密封部分(B)38位于该空隙部分34和该聚合反应容器10之间。作为该轴密封部分(B)38，可以使用唇形密封、PTFE(聚四氟乙烯)衬套等，优选唇形密封。该轴密封部分(B)38优选是由PTFE制成的。使用由PTFE制备的轴密封部件(B)38有助于提高对单体的化学抗性，且即使该轴发生振动时也适合保持良好的密封性质。因此，甚至当该设备长时间连续操作时，也能够维持良好的密封效果。而且，在该轴密封部分(A)32之上(与该聚合反应容器10相反的方向)提供了用于旋转驱动该轴20的驱动单元(未示出)。

该轴密封部分(A)32可以以任何公知轴密封形式形成，然而其优选具有如图2中所示的机械密封，因为由于该液体引入该空隙部分34中而其几乎不会造成例如密封失效的问题。因为该机械密封的类型没有特别限制，因此可以从技术人员公知的那些中选择任何类型的机械密封。例如，如图2中所示，该机械密封具有固定在该轴20一侧上的旋转环32a和固定在该轴密封轴承部件的主体(壳体)的一侧上的静止环32b，且构造成使得该旋转环32a和静止环32b以由弹簧(未示出)施加的恒定压力彼此压住。此外，为了降低该旋转环32a和静止环32b的接触表面之间的摩擦，在机械密封的内部填充以机械密封液32c。在图2中，显示了一对机械密封的构造，其各自具有该旋转环32a和静止环32b的组合，其是双机械密封的构造。通常用泵等将该机械密封液32c通过机械密封液入口(未示出)连续供给，并通过机械密封液出口(未示出)连续排出。优选循环供给该机械密封液。根据该聚合反应设备100的尺寸和聚合条件等适宜地设定填充压力，且设定高于引入该空隙部分34中的液体的压力。

作为该机械密封液32c，能够特别不限制地使用任何公知的机械密封液。特别地，可以使用例如己二酸酯、邻苯二甲酸酯、二异丁酸酯和乙酰化甘油酯。该己二酸酯包括例如己二酸双(2-乙基己基)酯、己二酸二异壬基酯和己二酸二异癸基酯。该邻苯二甲酸酯包括例如邻苯二甲酸双(2。乙基己基)酯、邻苯二甲酸二异壬基酯和邻苯二甲酸二异癸基酯。该二异丁酸酯包括2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇二异丁酸酯。该乙酰化甘油酯包括例如甘油二乙酰单月桂酸酯、甘油二乙酰单硬脂酸酯、甘油二乙酰单油酸酯、甘油二乙酰单亚油酸酯(glycerol diacetomonolinolate)、甘油二乙酰-12-羟基硬脂酸酯、甘油二乙酰单肉豆蔻酸酯、甘油二乙酰单棕榈酸酯、甘油二乙酰单月桂酸酯、甘油单乙酰单硬脂酸酯、甘油单乙酰单肉豆蔻酸酯、甘油单乙酰单棕榈酸酯、甘油单乙酰单蓖麻醇酸酯(glycerol monoacetomonoricinolate)、甘油单乙酰单-12-羟基硬脂酸酯、甘油单乙酰单山嵛酸酯、甘油单乙酰单油酸酯、甘油单乙酰单月桂酸酯、甘油单乙酰二油酸酯、甘油单乙酰二蓖麻醇酸酯(glycerolmonoacetodiricinolate)、甘油单乙酰二辛酸酯和甘油单乙酰二月桂酸酯、甘油单乙酰二硬脂酸酯。其中优选己二酸酯和二异丁酸酯，特别优选己二酸酯。当制备(甲基)丙烯酸酯-基聚合物(特别是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))作为该聚合物时，己二酸酯具有以下优点：其对单体的聚合反应没有促进作用；且即使将其与该反应混合物混合时也几乎不会造成不利影响例如所得到聚合物的着色。

用于该旋转环32a和静止环32b的材料没有特别限制，任何公知的材料都能够使用。用于旋转环32a和静止环32b的材料例如包括碳、碳化硅、烧结碳化物和氧化铬涂料。

除机械密封之外，该轴密封部分(A)32也能够由例如压盖填料、Wilson密封、油密封、迷宫式密封、O形环密封和波纹管式密封形成。

通过该液体入口36引入该空隙部分34中的液体是包含聚合抑制剂的液体，优选该液体包含对反应混合物中的单体的聚合反应没有促进作用的溶剂，该聚合抑制剂溶解在其中。以上溶剂包括例如：有机溶剂，例如甲苯、二甲苯、乙苯、甲基异丁基酮、甲醇、乙醇、辛烷、癸烷、环己烷、萘烷、乙酸丁酯和乙酸戊酯；和与该原料混合物中包含的单体相同的单体。与该原料混合物中包含的单体相同的单体是特别优选的。以上单体通常是液体。当使用以上单体作为该溶剂时，能够防止杂质混合到所生成的聚合物中。因为以上液体包含该聚合抑制剂，因此也能够抑制以上液体中作为溶剂的单体的聚合反应。

该聚合抑制剂包括例如对苯二酚、对苯二酚单甲基醚、叔丁基儿茶酚、4-甲氧基-1-萘酚、1，4-萘醌、2，4-二甲基-6-叔丁基苯酚、吩噻嗪、苯并吩噻嗪、二硝基苯、对苯二胺和二甲基二硫代氨基甲酸盐。其中，从其在保持在聚合物中时基本不会造成不利影响(例如所得到的聚合物的着色)的角度来看，2，4-二甲基-6-叔丁基苯酚是优选的。根据所制备的聚合物和用作原料的单体，适当选择所用的聚合抑制剂。

优选地，以该液体的总量为基础，聚合抑制剂在以上液体中的含量在5-2000质量ppm的范围内，更优选在10-500质量ppm范围内。即使使用该单体作为溶剂，上述范围的含量也不能造成该聚合物的着色和该轴密封轴承部件30附近的原料单体良好的聚合反应。

根据该聚合反应设备100的尺寸、聚合条件等适当地设定该要引入的液体的流速，其通常在0.01-5L/min范围内，优选在0.1-3L/min范围内。以上范围内的液体流速不能造成该聚合物的着色和很好地防止该反应混合物中包含的未反应的单体和聚合物进入该轴密封轴承部件30。该聚合物反应容器10内的原料混合物进行聚合反应，同时从该液体入口36以上述流速将该液体连续供给到该空隙部分34中。

在该聚合反应设备100中，该空隙部分34装备有液体入口36，通过该液体入口将该液体引入造成该空隙部分34内部的加压状态，由此产生比该聚合反应容器10内部更高的压力。然后，能够充分防止该反应混合物从该聚合反应容器10进入该轴密封轴承部件30中并起到轴密封的作用。同时，尽管根据该聚合反应设备100的尺寸和该聚合条件等适当地设定该空隙部分34内的适合范围的压力，但优选将其设定高于该聚合反应容器10内的压力并低于该机械密封液体32c的填充压力。优选地，在泵体处提供安全装置(例如减压阀(relief valve))用于传送液体，以避免压力过度提高。此外，由于在该聚合反应设备100中提供了压力计和安全阀，因此该空隙部分34中的压力设定在其中该安全阀不起作用的范围内。该轴密封轴承部件30位于图1中的反应容器10的最高部分处，但其可以位于该反应容器10的下部处。即使在该聚合反应容器中存在气相的条件下进行该聚合反应的过程中，当该轴密封轴承部件位于该轴密封轴承部件与该聚合反应容器中的反应混合物相接触的位置时；或者在该聚合反应容器中基本上不存在气相的液体充满的条件下进行该聚合反应的过程中，当该轴密封轴承部件位于该轴密封轴承部件与该聚合反应容器的反应混合物相接触的位置时，能够充分防止该反应混合物从该聚合反应容器10进入该轴密封轴承部件30中，因为该聚合反应设备100具有具有以上构造的轴密封轴承部件30。

本实施方案的聚合反应设备100是连续聚合设备，其用于连续本体聚合方法或连续溶液聚合方法，其中该聚合反应容器10能够通过搅拌桨叶22在该反应容器内形成基本上完全混合的状态。搅拌桨叶22的形状可以是Max混合翼(由Sumitomo Heavy Industries，Ltd.等制造)、桨翼、双螺旋带翼、MIG翼、全区域翼(full zone wings)(由Shinko PantecCo.，Ltd.制造)等，但其并不特别限于此。此外，优选将一个或多个挡板安装在该聚合反应容器10中以提高搅拌效果。

关于该聚合反应设备100，优选较高的搅拌效果。然而，使用过大的搅拌力并不非常优选，因为提供过大的热。因此，该搅拌力优选在0.5-20kW/m³范围内，更优选在1-15kW/m³范围内。优选随着内含液体(content liquid)的粘度(即该液体中该聚合物的含量比)提高而提高搅拌力。

优选地，该聚合反应容器10的内部处于液体充满状态，基本上没有气相。该聚合反应容器的液体充满状态防止该聚合物形成于或附着到气相和气液界面上的该容器的内壁，使得可以避免由在内壁处生成的聚合物的混合而造成的可能的产物量减少。此外，能够有效使用该聚合反应容器10的全部体积，使得能够提高产率。

为了使该聚合反应容器10处于液体充满状态，最简单的方法是如图1中所示将聚合反应之后的聚合物组合物的出口(聚合物组合物排放口14)设于该反应容器10的最高部分处。在这种情况中，如图1中所示优选将原料(引发剂组合物和单体组合物)的进料口12设于该聚合反应容器10的下部处。此外，适宜地防止原料单体的气体在该聚合反应容器10中产生。为此目的，优选使该聚合反应容器10中的压力超过在该反应容器10的温度下该反应混合物的蒸汽压。以表压力计，该压力通常在约1.0-约2.0MPa的范围内。

而且，优选使该聚合反应容器10的内部处于绝热状态，热基本上不能从该容器的外部进入和排出到该该容器的外部。即，优选使该反应容器中的温度和该反应容器的外壁表面温度为几乎相同的温度。特别地，通过在该反应容器的外壁表面提供夹套16能够实现所述相同的温度，由此使用热介质(例如蒸汽或其他热介质)控制其外壁表面的温度以紧跟(follow)该反应容器的内部温度，例如如图1中所示。

该夹套16基本上覆盖该聚合反应容器10的整个外表面，且能够通过将热介质(例如蒸汽、热水和有机加热介质)通过热介质供给通道(未示出)引入夹套16中适当地加热或保持该反应容器10的温度。能够通过供给的热介质的温度或压力适当调节该夹套16的温度。引入该夹套16中的该热介质通过热介质排放通道(未示出)排出。

提供该反应容器10的绝热状态是用以防止该聚合物粘附到该反应容器中的内壁并用以稳定该聚合反应，由此为抑制可能失控的反应提供自控性能。将该反应容器的内部温度设定到比内含液体温度高过多的温度不是优选的，因为过量的热加入到该反应容器的内部。优选地，该反应容器和该反应容器外壁表面的温差尽可能小，且该温差可以根据实践在±5℃范围的不稳定度内调节。

在本实施方案中，该聚合反应容器10内产生的热，即聚合热和搅拌热优选以从该聚合反应容器10排出的(浆状)液体聚合物组合物所带走的热的量来平衡。该聚合物组合物带走的热的量是由聚合物组合物的量、比热和温度(聚合温度)决定的。

根据所用的自由基聚合引发剂类型，该聚合温度优选在约120-180℃范围内，更优选在约130℃-约180℃范围内。当该聚合温度过高时，有以下趋势：所得到的聚合物的间同立构规正度变低，产生的低聚物的量提高，所得到的树脂的热阻变低。

该原料混合物在该聚合反应容器10内的平均停留时间优选在15分钟-2小时的范围内，更优选在20分钟-1.5小时的范围内。当该停留时间比需要的更长时，导致低聚物(例如二聚物和三聚物)的产量提高的趋势，使得该产物的热阻性质降低。能够通过改变每单位时间该单体的供给量调节该平均停留时间。

可以通过以下将该原料供给到该聚合反应容器10中：

与进料口12分开地，将包含该自由基聚合引发剂的聚合引发剂组合物从引发剂供给管道51和包含该单体的单体组合物从单体供给管道52供给；

通过将在引发剂供给泵53和进料口12之间的引发剂供给管道51与在单体供给泵54和进料口12之间的单体供给管道52合并，来从该进料口12供给该引发剂组合物和该单体组合物的混合物；或

通过形成与进料口12不同的进料口(未示出)从各自相应的进料口分别供给该引发剂组合物和单体组合物。该引发剂组合物包含例如自由基聚合引发剂、单体和链转移剂的混合物，该单体组合物包含例如单体和链转移剂的混合物。

该引发剂组合物是在该引发剂制备容器101中制备的。用该引发剂供给泵53通过连接该引发剂制备容器101和该聚合反应容器10的引发剂供给管道51，将所制备的引发剂组合物连续供给到该聚合物反应容器10，如图1中所示。另一方面，该单体组合物是在该单体制备容器102中制备的。用该单体供给泵54通过连接该单体制备容器102和该聚合反应容器10的单体供给管道52，将所制备的单体组合物连续供给该聚合反应容器10，如图1中所示。

作为在本实施方案中使用的该引发剂制备容器101和单体制备容器102，可以使用与该聚合反应容器10相似的装备有搅拌装置的制备容器。在该引发剂制备容器101中，将自由基聚合引发剂完全溶解在该单体中以得到引发剂液体。该引发剂制备容器101中的温度保持在不会进行聚合反应的温度，优选保持在-20℃-10℃。另一方面，单体制备容器102中的温度保持在该单体不挥发的温度，优选保持在-20℃-10℃。

该引发剂供给泵53和单体供给泵54没有特别限制，优选是能够将该引发剂组合物和单体组合物到该聚合反应容器10的供给流速设定在恒定速率的泵。特别地，优选使用多往复泵(multiple reciprocatingpump)，更优选非脉冲体积控制型泵(nonpulsatile controlled-volume typepump)，例如双非脉冲体积控制型泵和三非脉冲体积控制型泵。

可以将加热/冷却装置与该引发剂供给管道51和单体供给管道52相连接，其将该引发剂制备容器101和单体制备容器102与该聚合物反应容器10相连接，由此调节供给到该聚合反应容器10的原料的温度。

该引发剂组合物从该引发剂制备容器101到该聚合反应容器10的供料速率根据该聚合反应容器10的容量变化，在该聚合反应容器10的容量为10L的情况下，其优选在0.1-10kg/hr范围内，更优选在0.5-5kg/hr范围内。该单体组合物从该单体制备容器102到该聚合反应容器10的供料速率根据该聚合反应容器10的容量变化，在该聚合反应容器10的容量为10L的情况下，其优选在4-40kg/hr范围内，更优选在10-30kg/hr范围内。

为了避免由于在单体制备过程中溶解氧的影响，通常将惰性气体鼓泡到该单体制备容器102中或者在减压下脱气以去除溶解氧。在本实施方案中，不必要严格除去该溶解氧，该聚合反应能够在约1.5ppm-3ppm的溶解氧的存在下进行。在所得到的聚合物用于光学仪器的材料的情况中，特别合宜地，在将所制备的单体组合物供给到该聚合反应容器10的过程中，用具有对应于所需尺寸的孔的过滤器过滤该单体组合物以除去杂质。

使用该聚合反应设备100由聚合反应制备的聚合物通过该聚合反应容器10的聚合物组合物排放口14作为(浆状)液体聚合物组合物除去，通过聚合物组合物引出通道(polymer compositionlead-out passage)55传输并回收。由于该聚合物组合物包含未反应的原料单体，因此根据需要通过加热该聚合物组合物蒸发分离主要包含该未反应的原料单体的挥发物质。作为上述聚合物组合物的传输程序，JP 4-48802B中公开的程序是适合的。作为通过蒸发该挥发物质进行分离的程序，使用排气式挤出机(vented extruder)的程序是已知的，例如JP 51-29914B、JP52-18555B、JP 1-53682B、JP 62-89710A和JP 3-49925A中公开的程序是适合的。

用于本发明的聚合反应容器10优选是完全混合型反应容器，在该反应容器内该原料单体到该聚合物的聚合(转化)率通常相当于在该聚合物组合物中该聚合物的含量比。在本发明中，尽管聚合速率没有特别限制，但其通常设定在40-70质量％范围内。随着聚合速率变得更高，该聚合物的产率提高，但导致该反应体系的粘度更高，而需要大的程度的搅拌力。随着聚合率变得更低，该聚合物的产率降低使得恢复未反应的原料单体的负担提高了。

从该聚合物组合物分离并收集的该未反应的原料单体储存在单体回收罐中，并可以根据需要通过供给到该单体制备容器102而将其供给该聚合反应。优选在该聚合抑制剂的浓度为2ppm-8ppm且气相中的氧的浓度为2％-8％体积的条件下储存该回收的原料单体，以使在储存在该单体回收罐期间不会进行聚合反应。优选将其储存在冷却条件下，特别地在例如约0℃-约5℃左右的温度下。

关于本发明，尽管根据所要制备的聚合物选择单体、自由基聚合引发剂和链转移剂，后文中将详细解释在制备(甲基)丙烯酸酯聚合物(例如聚甲基丙烯酸甲酯)作为优选实施方案的情况中的原料。在本说明书中，术语“(甲基)丙烯酰基”表示“丙烯酰基”基团和“甲基丙烯酰基”基团。

要用作(甲基)丙烯酸酯聚合物的原料的单体没有特别限制，包括例如，仅(甲基)丙烯酸烷基酯(其中该烷基具有1-4个碳原子)，或至少80wt％的(甲基)丙烯酸烷基酯(其中该烷基具有1-4个碳原子)和至多20wt％另一可与其共聚的乙烯基单体的混合物。该(甲基)丙烯酸烷基酯(其中该烷基具有1-4个碳原子)中的烷基包括例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基和叔丁基。在(甲基)丙烯酸烷基酯中优选(甲基)丙烯酸甲酯。

上述可共聚的乙烯基单体包括例如，除以上(甲基)丙烯酸烷基酯(其中该烷基具有1-4个碳原子)之外的(甲基)丙烯酸酯，例如(甲基)丙烯酸苯甲酯和(甲基)丙烯酸2-乙基己基酯；不饱和羧酸或其酸酐，例如丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸、马来酸酐和衣康酸酐；包含羟基的单体，例如丙烯酸2-羟基乙基酯、丙烯酸2-羟基丙基酯、丙烯酸单甘油酯、甲基丙烯酸2-羟基乙基酯、甲基丙烯酸2-羟基丙基酯和甲基丙烯酸单甘油酯；包含氮的单体，例如丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯腈、甲基丙烯腈、双丙酮丙烯酰胺和甲基丙烯酸二甲基氨基乙基酯；包含环氧基团的单体，例如烯丙基缩水甘油醚、丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯；和苯乙烯单体，例如苯乙烯和α-甲基苯乙烯。

在将本发明应用于制备基于(甲基)丙烯酸酯的聚合物时，供给该反应容器的聚合引发剂包括例如自由基聚合引发剂。该自由基聚合引发剂包括例如：偶氮化合物，例如偶氮双异丁腈、偶氮(双二甲基戊腈)、偶氮双环己腈、1，1’-偶氮双-(1-乙酰氧基-1-苯乙烷)、2，2’-偶氮双异丁酸二甲酯、4，4’-偶氮双-4-氰基戊酸；有机过氧化物，例如苯甲酰基过氧化物、月桂酰基过氧化物、乙酰基过氧化物、辛酰基过氧化物、2，4-二氯苯甲酰基过氧化物、异丁基过氧化物、乙酰基环己基磺酰基过氧化物、过氧化新戊酸叔丁酯、过氧化新癸酸叔丁酯、过氧化新庚酸叔丁酯、叔丁基过氧化-2-乙基己酸酯、1，1-二(叔丁基过氧化)环己烷、1，1-二(叔丁基过氧化)-3，3，5-三甲基环己烷、1，1-二(叔己基过氧化)-3，3，5-三甲基环己烷、异丙基过氧化二碳酸酯、异丁基过氧化二碳酸酯、s-丁基过氧化二碳酸酯、正丁基过氧化二碳酸酯、2-乙基己基过氧化二碳酸酯、双(4-叔丁基环己基)过氧化二碳酸酯、叔戊基过氧化-2-乙基己酸酯、1，1，3，3-四甲基丁基过氧化乙基己酸酯、1，1，2-三甲基丙基过氧化-2-乙基己酸酯、叔丁基过氧化异丙基单碳酸酯、叔戊基过氧化异丙基单碳酸酯、叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯、叔丁基过氧化烯丙基碳酸酯、叔丁基过氧化异丙基碳酸酯、1，1，3，3-四甲基丁基过氧化异丙基单碳酸酯、1，1，2-三甲基丙基过氧化异丙基单碳酸酯、1，1，3，3-四甲基丁基过氧化异壬酸酯、1，1，2-三甲基丙基过氧化异壬酸酯和叔丁基过氧化苯甲酸酯。以上自由基聚合引发剂能够单独使用或作为其两种或更多种的混合物使用。

该自由基聚合引发剂的含量没有特别限制，基于100质量份原料单体，其通常在0.001-1质量份范围内。在将两种或更多种自由基聚合引发剂在混合物中使用时，其总含量可以在以上范围内。供给到该反应容器的该聚合引发剂在本发明中没有特别限制，其根据所要制备的聚合物和所用的原料单体的类型而选择。例如，优选该自由基聚合引发剂在该聚合温度下具有至多1分钟的半衰期。当在该聚合温度下的半衰期为至多1分钟时，该反应速率是适合的，因此该引发剂适用于在连续聚合设备中的聚合反应。该自由基聚合引发剂的温度和半衰期之间的关系描述于多种文章和每种类型的自由基聚合引发剂的生产公司的技术文件中。在本发明中，使用可获自Wako Pure Chem，Inc.或Kayaku AkzoCorporation的公知产品说明书中描述的数值。

当本发明应用于制备(甲基)丙烯酸酯聚合物时，能够在该反应容器中添加链转移剂以调节所制备的聚合物的分子量。所用的链转移剂可以是单官能链转移剂和多官能链转移剂中的任意种。特别地，该链转移剂包括例如烷基硫醇，例如丙硫醇、丁硫醇、己硫醇、辛硫醇、2-乙基己基硫醇和十二烷基硫醇；芳香硫醇，例如苯基硫醇和甲苯硫酚；具有至多18个碳原子的硫醇，例如亚乙基硫甘醇；多元醇，例如乙二醇、新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、二季戊四醇、三季戊四醇和山梨醇；和通过用巯基乙酸或3-巯基丙酸来酯化羟基而制备的酯；1，4-二氢化萘、1，4，5，8-四氢化萘、β-萜品烯、萜品油烯、1，4-环己二烯和硫化氢。以上可以单独使用或两种或更多种结合使用。

链转移剂的含量没有特别限制，因为其根据所用链转移剂的类型变化。例如，当使用硫醇时，基于100质量份原料单体，其通常在0.01-3质量份范围内，优选在0.05-1质量份范围内。以上范围的量是优选的，因为该聚合物的机械性质不受损害。当结合使用两种或更多种链转移剂时，总用量可在以上范围内。

在本发明中，可以利用不使用溶剂的本体聚合方法或使用溶剂的溶液聚合方法的任意种作为该聚合方法。本体聚合是特别优选的。

当通过连续溶液聚合方法进行聚合时，该聚合以与该连续本体聚合方法相同的方式进行，只是使用了溶剂。用于该聚合反应的溶剂根据该连续溶液聚合方法的原料单体而适宜地选择，且其没有特别限制，包括例如甲苯、二甲苯、乙苯、甲基异丁基酮、甲醇、乙醇、辛烷、癸烷、环己烷、萘烷、乙酸丁酯和乙酸戊酯。其中优选甲苯、甲醇、乙苯和乙酸丁酯。能够将该溶剂添加到该引发剂组合物和该单体组合物之一或两者中，或者能够直接引入到该聚合反应容器10中。尽管该溶剂的比例没有特别限制，但基于总的原料混合物，其优选在5-30质量％范围内，更优选在1-20质量％范围内。

上述聚合反应设备和上述通过使用该聚合反应设备制备该聚合物的方法能够充分防止原料单体和所制备的聚合物粘附到该聚合反应设备的轴密封轴承部件附近。因此，该聚合物能够连续长时间制备而不会造成与该轴和搅拌桨叶的旋转故障相关的问题。

在聚合物中，上述聚合反应设备和上述通过使用该聚合反应设备制备该聚合物的方法能够适宜地用于制备(甲基)丙烯酸酯聚合物，特别适用于制备通过使包含(甲基)丙烯酸甲酯作为主要组分的单体混合物聚合而得到的(甲基)丙烯酸酯聚合物。

因为由上述聚合方法得到的聚合物，例如(甲基)丙烯酸酯聚合物具有优良的透明度和耐天气性，因此其能够方便地用于各个领域中，包括照明、标志牌和汽车。尤其地，该(甲基)丙烯酸酯聚合物能够适宜地用于光盘基材的材料、光学设备材料，例如Fresnel透镜、双凸透镜、用于液晶显示器的背光系统的导光板、扩散板(diffuser plate)和液晶显示器的保护前面板；和汽车部件，例如尾灯罩、前灯罩、遮阳板(visor)和仪表板。

Claims (5)

1.聚合反应设备，包括：

用于进行包括单体的原料混合物的聚合反应的聚合反应容器；

可旋转的轴；

固定到该可旋转的轴上的搅拌桨叶，其搅拌该聚合反应容器内的该原料混合物；和

支撑该轴的轴密封轴承部件，

其中该轴密封轴承部件包括轴密封部件，该轴密封部件包括：

轴密封部分(A)；

在该轴密封部分(A)和该聚合反应容器之间形成的空隙部分；

在该空隙部分和该聚合反应容器之间形成的轴密封部分(B)；和

用于将包含聚合抑制剂的液体引入该空隙部分中的液体入口，以及

其中从该液体入口引入的液体通过该空隙部分被移除到该聚合反应容器中。

2.权利要求1的聚合反应设备，其中该轴密封部分(A)包括机械密封。

3.权利要求1或2的聚合反应设备，其中该轴密封部分(B)包括唇形密封。

4.通过使用权利要求1-3中任一项的聚合反应设备制备聚合物的方法，包括以下步骤：

将包含该单体的该原料混合物连续供给到该聚合反应容器以进行该聚合反应，同时将包含该聚合抑制剂的液体通过该液体入口引入该空隙部分中。

5.权利要求4的制备聚合物的方法，其中该液体包括该单体和溶解在该单体中的该聚合抑制剂的混合物。