[0001] 本实用新型涉及聚乳酸合成领域，具体涉及一种聚乳酸脱挥装置。

[0002] 目前，环境污染和资源短缺这两大问题已经对人类社会构成了重大威胁，开发可再生资源、可再生物降解的高分子材料用以替代石油塑料产品已是大势所趋。其中，以聚乳酸(PLA)的合成及应用研究最为活跃。

[0003] 聚乳酸属于化学合成的可完全生物降解的绿色高分子材料，聚乳酸的开发和利用除了可解决环境污染问题外，还可为主要以石油资源为基础的塑料工业开辟取之不尽的原料资源。因而，无论从环境保护方面，还是从资源开发方面来看，聚乳酸材料的开发都具有极其重要的意义。

[0004] 在众多聚乳酸合成方法中，丙交酯开环聚合法是获得高分子量、高强度聚乳酸的有效方法，具有广阔的应用前景。丙交酯开环聚合工艺及其后续脱挥工艺过程已成为聚乳酸合成领域中的重要研究内容。其研究重点一方面集中在聚合工艺的改进，以期进一步提高聚合物分子量，以满足各种应用聚乳酸材料的需要；另一方面是对反应后期脱挥工艺的改进，力求尽可能完全的从具有高粘度特性的聚合产物中脱除低分子挥发物，提高聚合物纯度，以改善聚乳酸材料的模压性能和热稳定性。

[0005] 以丙交酯为原料生产聚乳酸的连续聚合方法中，脱挥方法及设备是其中的一个关键环节，由于体系粘度较高，而且丙交酯单体的沸点又比较高，因此，脱挥一直是聚乳酸生产过程和技术开发中的一个棘手难题。脱挥过程利用的是气液界面的挥发平衡浓度下降，使液相中的挥发分迅速转移到气相中，然而液体深处的挥发分则需要通过扩散达到界面处脱离液相转移到气相中去，因此，挥发分的传递速率为控制脱挥速度的控制步骤。在恒定温度下，提高挥发分的传递速率的途径有三个，一是使液膜变薄，缩短扩散距离；二是增加液体的湍动强度，使气液界面不断更新；三是促使挥发分汽化并易于与液相分离。

[0006] 目前，采用螺杆挤出机进行脱挥的方法不仅能耗高，而且聚合物在螺杆挤出机中受到高剪切负荷，而聚乳酸是一种热敏感聚合物，高剪切负荷容易造成聚乳酸分子量的下降。CN116777A提供了一种聚合物系中残留挥发份的脱除方法和装置，包括逐级变大的加热器，内置加热分布器、搅拌桨和分布板的脱挥槽，聚合物经逐级膨胀的多级加热器后，进入脱挥槽，再经分离器脱去残留挥发份。但是，该脱挥方法是依靠搅拌浆的搅拌作用实现气液分离，不适用于体系粘度较高的聚乳酸体系。实用新型内容

[0007] 本实用新型的目的是为了克服现有技术脱挥装置不能有效脱除聚乳酸中低分子挥发物，以及脱挥装置结构复杂的问题，提供一种聚乳酸脱挥装置，该装置不仅结构简单，而且能够在不影响聚乳酸性质的前提下大大降低聚乳酸中的低分子挥发物的含量，尤其是单体的含量。

[0008] 为了实现上述目的，本实用新型提供一种聚乳酸脱挥装置，该装置包括薄膜蒸发器，所述薄膜蒸发器包括罐体、设置在罐体外部顶端的电机、设置在罐体内部沿罐体轴向延伸并与所述电机连接的旋转轴、设置在罐体外壁上部的蒸汽出口和进料口以及设置在罐体底端的出料口；其中，所述电机带动所述旋转轴在罐体内旋转，所述旋转轴的外壁上沿轴向设置多列刮板，相邻两列刮板交错设置。

[0009] 上述技术方案在聚乳酸合成尾段采用大扭矩高速剪切成膜、膜表面快速连续更新以及闪蒸的联合的工艺能够使聚乳酸中大部分残留的丙交酯单体实现回收利用，并且能够将聚乳酸中单体的含量降至0.3％以下，提高了聚乳酸切片的内在质量，降低了生产成本。

[0021] 在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

[0022] 本实用新型提供了一种聚乳酸脱挥装置，如图1所示，该装置包括薄膜蒸发器1，所述薄膜蒸发器包括罐体4、设置在罐体外部顶端的电机17、设置在罐体内部沿罐体轴向延伸并与所述电机连接的旋转轴12、设置在罐体外壁上部的蒸汽出口15和进料口14以及设置在罐体底端的出料口16；其中，所述电机17带动所述旋转轴12在罐体内旋转，所述旋转轴的外壁上沿轴向设置多列刮板13，相邻两列刮板交错设置。

[0023] 在本实用新型中，在未作说明的情况下，所述罐体4一般指密闭的罐体；所述罐体的底部可以为任意能够实现液体物料顺利流出的构造，较优地，所述罐体底部为倒锥形，所述物料出口为倒锥形的锥角。

[0024] 在本实用新型中，所述刮板一般指“片状”结构；本实用新型对所述刮板的几何形状没有限制，可以为矩形，梯形，椭圆形、锥形或扇形，优选为矩形。

[0025] 在本实用新型中，如图2所示，所述“每列刮板”是指设置在所述旋转轴外壁上并与所述旋转轴中心轴线平行的一列刮板。较优地，每列刮板中各刮板之间等距分布。

[0026] 在本实用新型中，以列为单位，相邻相列刮板交错设置的夹角以能够实现任一刮板边缘流下的物料能够流向该刮板下面的刮板的“片状”平面为目的，所述“该刮板下面的刮板”主要是指与该刮板所在列相邻的两列中的并且沿旋转轴延伸方向的空间距离最接近的刮板；优选地，如图3所示，相邻两列刮板在所述旋转轴横截面方向上的夹角为0-60°。

[0027] 在本实用新型中，优选地，所述旋转轴在罐体内部沿罐体轴向延伸至所述罐体的底部；优选地，所述旋转轴的转速为9～25转/分。

[0028] 在本实用新型中，所述刮板在所述旋转轴外壁上设置的角度以能够实现刮板盛载物料为目的，根据本实施用新型的一个优选的实施方式，所述刮板的“片状”平面与水平面平行并与所述旋转轴垂直。

[0029] 在本实用新型中，作为本实用新型的一个优选的实施例，所述刮板的表面沿所述刮板延伸方向设置有若干个导液槽24，所述导液槽的深度可以为小于所述刮板厚度的任意深度，所述若干个导液槽优选为直线型，并且相互平行设置(如图4所示)。

[0030] 在本实施用新型中，所述刮板的厚度为优选为0.10-0.80mm，进一步优选为0.40-0.60mm，作为本实用新型的一个优选的实施例，所述刮板的厚度为0.50mm。

[0031] 根据本实施用新型，相邻刮板沿所述旋转轴的轴线方向的距离优选为0.10-0.20mm，进一步优选为0.12-0.16mm,作为本实用新型的一个优选的实施例，相邻刮板沿所述旋转轴的轴线方向的距离为0.15mm。

[0032] 根据本实施新型，所述刮板与所述罐体内壁非接触，所述刮板与罐体内壁在水平方向(与所述旋转轴向垂直的方向)上的距离为优选1.0-8.0mm，进一步优选为4.0-6.0mm，作本实用新型的一个优选实施例，所述刮板与罐体内壁在水平方向上的距离为5.0mm。

[0033] 在本实用新型中，所述薄膜蒸发器还包括设置在罐体内部的布料器11，所述布料器11穿过所述旋转轴设置在所有刮板13的上方，所述布料器11随所述旋转轴12的旋转而旋转，使从进料口14进入的液体物料能够在各个方向分布均匀。

[0034] 在本实用新型中，所述罐体外部还设置有加热夹套，所述加热夹套上设置有加热蒸汽入口和冷凝液出口。加热蒸汽能够经加热蒸汽入口进入加热夹套，对罐体进行加热，使得罐体物料内的轻组分能够充分蒸发，保证轻组分充分分离，优选地，所述加热夹套对罐体进行加热使得所述罐体内的温度为180～210℃。

[0035] 在本实用新型中，所述装置还包括凝华器2和真空装置3，所述凝华器2顶端设置有蒸汽入口21和真空出气口23，底端设置有冷凝液出口22；所述凝华器2的蒸汽入口21连接所述薄膜蒸发器1的蒸汽出口15，罐体物料内的轻组分蒸发后从蒸汽出口15出来后从凝华器2的蒸汽入口21进入凝华器内进行收集，并从冷凝液出口22排出。所述凝华器2的真空出气口23连接所述真空装置3，所述真空装置用于调节脱挥装置内的气压，优选地，所述真空装置调节脱挥装置内的气压并使得所述薄膜蒸发器罐体内的压力为2～5KPa。

[0036] 本实用新型脱挥装置的工作流程如下：

[0037] 丙交酯聚合后生成的聚乳酸物料从所述薄膜蒸发器1的进料口14进入罐体4后在布料器11上分布均匀，并流到到各刮板13上，各刮板13在电机17的带动下旋转，此时物料中的重组分一边向下流动至下一层刮板上，一边在高速高剪切力的作用下被甩到罐体内壁上形成物料薄膜；随着刮板13上物料持续的向下流动和刮板的持续旋转，刮板上的物料持续地被甩到罐体内壁上，因而罐体内壁上形成的物料薄膜不断被刮延，不断进行更新，并且成膜的物料在罐体内壁不断向下流动，最终从出料口16流出，而物料中的轻组分则被蒸发形成蒸汽上升，从蒸汽出口15流出到达凝华器2。

[0038] 由此可见，本实用新型的刮板在所述旋转轴上的设置方式，能够进一步提高罐体内壁上物料薄膜的更新速度，保证物料中的轻组分在加热的条件下充分蒸发。

[0039] 本实用新型中，优选地，为防止丙交酯对薄膜蒸发器造成腐蚀，所述薄膜蒸发器采用钛金属材料制备而成。

[0040] 以下将通过具体实施方式说明本实用新型脱挥装置的技术效果。

[0041] 以下实施例中：

[0042] 图1所示薄膜蒸发器中相邻列刮板之间的夹角为30°，刮板的厚度为0.50mm，相邻刮板沿旋转轴轴线方向的直线距离为0.15mm，刮板与罐体内壁之间的距离为5.0mm。

[0043] 实施例1

[0044] 将丙交酯通过熔融聚合法得到的转化率为95％的聚乳酸/丙交酯物料以5kg/h的流量通过包括如图1所示的脱挥装置进行残留单体脱除。

[0045] 其中，旋转轴的转速为9转/分，罐体内的温度为190℃，压力为2KPa，测得薄膜蒸发器出料口处的聚乳酸切片中单体的含量为0.26wt％。

[0046] 实施例2

[0047] 将丙交酯通过熔融聚合法得到的转化率为96％的聚乳酸/丙交酯物料以4kg/h的流量通过如图1所示的脱挥装置进行残留单体脱除。

[0048] 其中，旋转轴的转速为17转/分，罐体内的温度为200℃，压力为3KPa，测得薄膜蒸发器出料口处的聚乳酸切片中单体的含量为0.18wt％。

[0049] 实施例3

[0050] 将丙交酯通过熔融聚合法得到的转化率为93.5％的聚乳酸/丙交酯物料以3kg/h的流量通过如图1所示的脱挥装置进行残留单体脱除。

[0051] 其中，旋转轴的转速为25转/分，罐体内的温度为210℃，压力为5KPa，测得薄膜蒸发器出料口处的聚乳酸切片中单体的含量为0.13wt％。

[0052] 对比例1

[0053] 将丙交酯通过熔融聚合法得到的转化率为93.5％的聚乳酸/丙交酯物料以3kg/h的流量通过包括图5a和图5b所示薄膜蒸发器(旋转轴和刮板)的脱挥装置进行残留单体脱除。

[0054] 其中，旋转轴的转速为25转/分，罐体内的温度为210℃，压力为5KPa，测得薄膜蒸发器出料口处的聚乳酸切片中单体的含量为0.39wt％。

[0055] 由实施例1-3与对比例1的对比可知，采用本实用新型脱挥装置进行聚乳酸/丙交酯脱挥可以将聚乳酸中单体的含量降至0.3％以下。

[0056] 以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。