CN101970524B - 环氧(甲基)丙烯酸酯的制造方法 - Google Patents

环氧(甲基)丙烯酸酯的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提供可安全且生产率良好地制造环氧(甲基)丙烯酸酯的制造方法，提供这样一种制造方法：其为向在内部形成有微小管状流路的传热性反应容器的所述微小管状流路内，连续且浓密地流通具有羧基和(甲基)丙烯酰基的化合物(A)与具有环氧基的化合物(B)的混合液，使前述化合物(A)中的羧基与前述化合物(B)中的环氧基反应的环氧(甲基)丙烯酸酯的连续制造方法，反应容器所具有的微小管状流路具有使得浓密地流通于前述微小管状流路内的流体截面积成为0.1～4.0mm2的空隙尺寸，将传热性反应容器加热至150～260℃，而且按照使流通于微小管状流路内的反应液的雷诺准数在0.4～100的范围的方式进行反应，反应结束后，连续地冷却从前述传热性反应容器吐出的反应生成物。

Description

环氧(甲基)丙烯酸酯的制造方法
技术领域
本发明涉及可安全且生产率良好地连续制造出环氧(甲基)丙烯酸酯的制造方法。
背景技术
一直以来，环氧(甲基)丙烯酸酯是通过使用了反应釜的分批方式而制造。一般而言，环氧(甲基)丙烯酸酯是通过使具有羧基和(甲基)丙烯酰基的化合物的羧基与具有环氧基的化合物的环氧基反应而制造。羧基与环氧基的反应为放热反应。在该放热反应进行过程中，如果反应热蓄积而反应体系的温度异常上升，那么(甲基)丙烯酰基彼此结合，发生反应物凝胶化的反应失控。因此，为了抑制成为反应失控原因的反应热的过剩的发生、蓄积，要求进行精密的温度控制、有效的除热操作，然而反应体系越大，例如在工业生产的规模中从搅拌的效率、除热能力等考虑，其应对也就越难。
如果引起反应失控，反应失控时的放热就会引起：未反应原料的气体化、所生成的环氧(甲基)丙烯酸酯分解导致的气体化。其结果，存在反应体系内的压力急剧上升而对装置本身造成致命性破坏的情况。为了防止装置破坏，在引起反应失控时，可采取通过开放反应釜所附带的检修孔、安全阀、保险片、防爆门等而释放体系内滞留的压力的措施、或者将内容物本身排出于体系外的措施，但是用于采取这些措施的设备本身也会非常庞大，投资成本也高，所占面积也大，因此生产率不良。
作为遏止在环氧(甲基)丙烯酸酯的制造中引起的反应失控的手段，已知有添加阻聚剂的方法。在此方法中，需要使阻聚剂在极短时间内分散溶解于反应体系中。
然而，如果引起凝胶化，那么存在反应体系易于高粘度化，阻聚剂非常难以在极短时间内分散溶解于反应体系中的问题。此外，由于由反应失控导致的急剧的粘度增加，不但导致搅拌反应体系内的搅拌翼的驱动能力无法发挥，阻聚剂无法充分分散、溶解于反应体系中，而且还存在由施加载荷而导致的搅拌装置的故障等对装置本身造成致命性破坏的问题。这样的问题，在环氧(甲基)丙烯酸酯的制造中不使用稀释溶剂等的情况下，尤为深刻。
作为使阻聚剂容易分散、溶解于反应体系的手段，虽然有将阻聚剂溶解于溶剂等而使用的方法，但是为了迅速地应对反应失控的发生，必须预先大量地准备溶解有阻聚剂的溶液。因此，环氧(甲基)丙烯酸酯制造时的成本增加。另外，由于阻聚剂中包含变异原性物质，因此在处理中也需要给予充分注意。
作为抑制在环氧(甲基)丙烯酸酯的制造中引起反应失控的手段，也已知有如下方法：通过使溶剂共存于反应体系内，降低体系内存在的聚合性化合物的浓度，并且降低伴随反应进程而增大的流体粘度，从而提高反应的控制性。然而，就该方法而言，在反应结束后必须回收反应体系内的溶剂，另外，由于使用溶剂因而反应釜收量降低，因此不是生产率良好的方法。进一步，在品质方面，在所得树脂组合物中微量残留的溶剂的影响也令人担心。
在如此地制造环氧(甲基)丙烯酸酯时，需要采取针对反应失控的上述那样的对应策略，生产率并非良好。而且，现状为：虽然采用了反应失控的对应策略，但结局是，在不引起反应失控的条件，例如在对放热引起注意的情况下慢慢升温，在150℃以下、优选在130℃以下的温度进行3～8小时，即在低温、花费长时间而未能有效率地制造环氧(甲基)丙烯酸酯(例如，参照专利文献1。)。
作为可防止由反应热导致的加热、抑制多聚化等副反应、而且可获得高的反应率的制造方法，公开了如下方法：在流路截面积为300～1,000,000μm2[3×10-4～1(mm)2]的流路中，流通环氧化合物和具有羟基的化合物，使两化合物接触从而进行开环加成反应的环氧化合物的开环反应物的制造方法(例如，参照专利文献2。)。然而，对于该专利文献2中记载的制造方法而言，例如，在实施例1中进行了乙基己醇与表氯醇的开环反应物等的制造等，而没有设想过具有可导致反应失控的(甲基)丙烯酰基那样的开环反应物的制造。因此，在前述专利文献2中，关于前述环氧(甲基)丙烯酸酯的制造中成为问题的、由(甲基)丙烯酰基的聚合导致的反应失控的防止策略，没有任何公开。而且，为了使环氧化合物和具有羟基的化合物在流路内充分反应(例如，使反应率为98％)，需花费160分钟，制造效率也非常低。
专利文献1：日本特开2002-293876号公报
专利文献2：日本特开2006-111574号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的课题在于提供：可安全且生产率良好地制造环氧(甲基)丙烯酸酯的制造方法。
解决课题的技术方案
本发明人进行了深入研究，结果发现如下诸多见解，以至完成了本发明：使用在内部形成有微小管状流路的传热性反应容器，在该微小管状流路内连续且浓密地流通具有羧基和(甲基)丙烯酰基的化合物(A)与具有环氧基的化合物(B)的混合液，使前述化合物(A)中的羧基与前述化合物(B)中的环氧基进行反应，此时，作为前述反应容器，使用所具有的微小管状流路具有使得浓密地流通于前述微小管状流路内的流体截面积成为0.1～4.0mm2的空隙尺寸的反应容器，且，按照流通于前述微小管状流路内的反应液的雷诺准数在0.4～100的范围的方式流动，由此，在通常可认为是层流的微小流路中以伴有微乱流的状态进行基于分子扩散的混合，而使化合物(A)与化合物(B)的接触变的活跃；此外，通过将前述传热性反应容器设为通常的分批方式中不能采用的150～260℃，从而提高羧基与环氧基的反应效率；进一步，反应后从微小流路流出的环氧(甲基)丙烯酸酯的容量也相比于分批式的场合而言要小，可通过连续地冷却来容易地控制温度，其结果，还难以引起(甲基)丙烯酰基的反应失控；而且，由于在短时间引起反应，因此可生产率良好地制造环氧(甲基)丙烯酸酯。
即，本发明提供环氧(甲基)丙烯酸酯的制造方法，其为：在内部形成有微小管状流路的传热性反应容器的所述微小管状流路内，连续且浓密地流通具有羧基和(甲基)丙烯酰基的化合物(A)与具有环氧基的化合物(B)的混合液，并使前述化合物(A)中的羧基与前述化合物(B)中的环氧基反应的环氧(甲基)丙烯酸酯的连续制造方法，其特征在于，
前述反应容器为所具有的微小管状流路具有使得浓密地流通于前述微小管状流路内的流体截面积成为0.1～4.0mm2的空隙尺寸的反应容器；而且，将前述传热性反应容器加热至150～260℃，并且按照使流通于前述微小管状流路内的反应液的雷诺准数为0.4～100的范围的方式进行反应；接着，反应结束后，连续地冷却从前述传热性反应容器吐出的反应生成物。
发明效果
根据本发明的制造方法，可提供：可安全且生产率良好地制造环氧(甲基)丙烯酸酯的制造方法。另外，也不必引入庞大的设备，所以还可期待削减投资成本、制造成本。
附图说明
图1：表示本发明的制造方法中使用的化学反应器件的包含连接部的概略图全体结构的立体图。
图2：表示本发明的制造方法中使用的化学反应器件的包含连接部的概略图全体结构的俯视剖视图。
图3：表示图2中的2种板结构的分解立体图。
图4：模式地表示实施例和比较例中所使用的制造装置的概略结构图。
图5：表示实施例和比较例中的对应于通过时间的反应率的实验结果的图表。
附图标记说明
α是含有化合物(A)和化合物(B)的流体；β是含有化合物(A)与化合物(B)的反应物的流体；γ是调温流体；1是化学反应用器件；1b是化学反应用器件的端面；1c是化学反应用器件的端面；1d是化学反应用器件的侧面；1e是化学反应用器件的侧面；2是第1板(工艺板)；2a是第1板的表面；2b是第1板的端面；2c是第1板的端面；2d是第1板的侧面；2e是第1板的侧面；3是第2板(调温板)；3a是第2板的表面；3b是第2板的端面；3c是第2板的端面；3d是第2板的侧面；3e是第2板的侧面；4是截面凹槽形状的流路；6是截面凹槽形状的调温流路；6a是截面凹槽形状的主流路；6b是截面凹槽形状的供给侧流路；6c是截面凹槽形状的排出侧流路；p0是规定间隔；w0是宽度；d0是深度；L是流路长度；30是连接器；31是接头部；32是连接部；40是化学反应器件；50是化学反应器件；60是化学反应器件；80是制造装置；61是化合物(A)；62是化合物(B)；63是注射泵；64是注射泵；65是混合机；66是调温装置；67是冷却用热交换器；68是调温装置；69是排压阀；70是接受容器；80是模式地表示实施例和比较例中所使用的树脂的制造装置的概略结构图。
具体实施方式
本发明所使用的化合物(A)具有羧基和(甲基)丙烯酰基。就化合物(A)而言，即使在常温是固体或高粘度的液体，只要为可通过加热熔融、溶解、分散等手段而在不堵塞流路的条件下供给的化合物，就没有特别限制，可使用公知的化合物。
作为本发明所使用的化合物(A)，例如，可列举出：丙烯酸、甲基丙烯酸以及它们的二聚物和三聚物酸，或者，(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、(甲基)丙烯酸羟丁酯等羟基(甲基)丙烯酸酯化合物与酸酐的半酯化合物，(甲基)丙烯酸与ε-己内酯等的反应物或者它们的混合物等。它们可单独使用，也可以2种以上来使用。
作为本发明的制造方法，使用与化合物(B)的反应的放热量大的丙烯酸、甲基丙烯酸作为化合物(A)的制造方法，由于可充分地发挥本发明效果，即，可安全地制造的效果，并且由于丙烯酰基浓度高而容易聚合，因此优选。
本发明所使用的化合物(B)具有环氧基。作为化合物(B)，即使在常温是固体或高粘度的液体，只要为可通过加热熔融、溶解、分散等手段而在不堵塞流路的条件下供给的化合物，就没有特别限制，可使用公知的化合物。
作为本发明所使用的化合物(B)，例如，可列举出环氧树脂等。作为该环氧树脂，例如，可列举出：双酚型环氧树脂，萘型环氧树脂，甲酚酚醛清漆型或苯酚酚醛清漆型等酚醛清漆型环氧树脂；卤代双酚型环氧树脂，卤代酚醛清漆型环氧树脂；还有，多元羧酸的缩水甘油酯型树脂，脂肪族环氧树脂，以及脂环式环氧树脂；聚亚烷基二醇二缩水甘油基醚，烯丙基缩水甘油基醚，苯基缩水甘油基醚，异氰脲酸三缩水甘油酯或其衍生物，聚(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯等含有缩水甘油基的不饱和单体与其它不饱和单体的共聚物等。它们可单独使用，也可以2种以上来使用。
作为本发明的制造方法，使用与化合物(A)的反应时放热量大的环氧当量为200以下的环氧树脂作为化合物(B)的制造方法，由于可充分地发挥本发明效果，即，可安全地制造的效果，因而优选。尤其是，使用作为芳香族系环氧树脂的双酚型环氧树脂、萘型环氧树脂来作为化合物(B)的情况下，这些化合物容易引起聚合而且放热量也大，因此通过在本发明的制造方法中使用，可充分发挥本发明的制造方法的效果，因而优选。
本发明的环氧(甲基)丙烯酸酯的制造方法中使用的传热性反应容器，在内部形成有微小管状流路。而且，通过在该微小流路中使具有羧基和(甲基)丙烯酰基的化合物(A)与具有环氧基的化合物(B)的混合液连续且浓密地流通，使化合物(A)所具有的羧基与化合物(B)所具有的环氧基进行反应，从而连续地制造环氧(甲基)丙烯酸酯。这里，通过使用具有所具有的空隙尺寸使得浓密地流通于微小管状流路内的流体截面积成为0.1～4.0mm2的微小管状流路的传热性反应容器，可取得：压降不过于变大，生产率也良好，也难以引起流路堵塞，可迅速控制该流路的加热、冷却等优异效果。作为本发明所使用的传热性反应容器，更优选：具有所具有的空隙尺寸使得浓密地流通于微小管状流路内的流体截面积为0.3～1.0mm2的微小管状流路的传热性反应容器。需要说明的是，在本发明中使用的“截面”是指：垂直于反应流路中的流动方向的方向的截面；“截面积”是指，该截面的面积。
另外，在本发明的环氧(甲基)丙烯酸酯的制造方法中，需要按照使流通于前述微小管状流路内的反应液的雷诺准数在0.4～100的范围而反应。一般而言，流体在所具有的空隙尺寸使得浓密地流通于前述微小管状流路内的流体截面积为0.1～4.0mm2的微小管状流路中流动的话，那么流动的流体就变为层流。因此，例如，具有羧基和(甲基)丙烯酰基的化合物(A)与具有环氧基的化合物(B)的混合液在流路中流通的情况下，就化合物(A)和化合物(B)而言，远离的化合物彼此间由于接触的机会非常少，因此难以反应。因此，就化合物(A)和化合物(B)而言，由于仅仅主要是附近的化合物彼此间反应，因此即使进一步在流路内移动，反应也不会再进一步进行。最近，发明人发现了如下事实，得以完成本发明：如果在所具有的空隙尺寸使得流体截面积成为0.1～4.0mm2的微小管状流路流路中，以雷诺准数为0.4～100的范围流通化合物(A)和化合物(B)的混合液，那么流路内的状态为在伴有微乱流的状态的情况下进行混合，使得化合物(A)与化合物(B)的接触变得活跃。雷诺准数优选为1～50。如果雷诺准数不足0.4，那么反应进行得慢而长时间滞留，有可能会发生凝胶化；如果雷诺准数超过100，在反应效率化上有限度，反应器也变长变大，因此不优选。
需要说明的是，在本发明中所言的雷诺准数是指按照下述的式(1)而计算的雷诺准数。
雷诺准数＝(D×u×ρ)/μ                       式(1)
此处，D(流路的内径)，u(平均流速)，ρ(流体密度)，μ(流体粘度)。在本发明中，上述式(1)的各要素如以下那样定义，求出雷诺准数。
D(流路的内径)：微小管状流路的等价直径(m)。
u(平均流速)：化合物(A)与化合物(B)的混合液的流速(m/秒)。
ρ(流体密度)：20℃时的水的密度998.2kg/m3。
μ(流体粘度)：20℃时的水的粘度1.002mPa·s。
进一步，在本发明的环氧(甲基)丙烯酸酯的制造方法中，需要将前述传热性反应容器加热至150～260℃。通过选择这样的温度，取得：既效率良好地引起羧基与环氧基的反应，又不引起因(甲基)丙烯酰基聚合而导致的反应失控的优异效果。作为传热性反应容器的温度，由于难以引起反应失控，且，制造效率也良好，因此优选160～240℃，更优选170℃～220℃。
在本发明的环氧(甲基)丙烯酸酯的制造方法中，通过如上述那样选择在本发明所使用的反应装置所具有的微小流路中流动的混合流体的截面积、混合流体在微小流路流通时的雷诺准数、传热性反应容器的温度，可引起羧基与环氧基的高效反应，其结果，便可实现：可在引起(甲基)丙烯酰基彼此之间的缩合反应之前冷却所生成的环氧(甲基)丙烯酸酯。而且，作为混合流体在微小流路流通时的流速，优选为1.8×10-4～0.28m/秒，更优选为4.5×10-4～0.14m/秒。
作为本发明的制造方法中使用的传热性反应容器，使用具有热交换功能，且，具有所具有的空隙尺寸使得浓密地流通于微小管状流路内的流体截面积成为0.1～4mm2的微小管状流路的传热性反应容器即可，关于其它的条件没有特别限制。作为这样的装置，例如，可列举出：在用作化学反应用器件的部件中设置有前述流路(以下，有时会简称为“微小流路”)的装置等。
微小管状流路的、与含有化合物(A)和化合物(B)的混合流体的流向相垂直地切断而获得的截面形状可以为：包括正方形、长方形的矩形，梯形或平行四边形，包括三角形、五边形等的多边形(包括它们的角被弄圆的形状，长宽比(aspect ratio)高的，即，狭缝形)，星形，半圆，包括椭圆形的圆形等。微小流路的截面形状没有必要为固定。
前述微小管状流路的形成方法并无特别限定，但是一般而言，在表面具有沟槽的部件(X)的具有沟槽的表面通过层叠、接合等来固着其它部件(Y)，从而在部件(X)与部件(Y)之间形成空间。
在部件(X)与部件(Y)之间形成微小管状流路的情况下，可在部件(X)中设置热交换功能。例如，在部件(X)表面设置用于使调温流体流动的沟槽，通过接合或层叠等方法将其它的部件固着在设置有用于使该调温流体流动的沟槽的面即可。一般而言，表面具有沟槽的部件(X)与设置有用于使调温流体流动的沟槽的部件(Y)，通过将设置有沟槽的表面与其它部件的与设置有沟槽的面侧为相反侧的面进行固着从而形成流路，将这些部件(X)和部件(Y)多个交替地固着即可。
此时，就部件表面所形成的沟槽而言，可以以低于其周围部的所谓沟槽的方式形成，也可以以在立于部件表面的壁的之间的方式形成。在部件的表面设置沟槽的方法为任意，例如，可利用注射成型、溶剂浇铸(solvent casting)法、熔融复型法(melt replica method)、切削、蚀刻、光刻(包括能量射线光刻)、激光烧蚀等方法。
就部件中的流路的布置而言，可根据用途目的而设为直线、分支、梳型、曲线、旋涡、锯齿形、其它任意的配置形态。
此外，就流路而言，例如，可连接于混合处、萃取处、分离处、流量测定部、检测部、贮液槽、膜分离机构、朝器件内外的连接口、旁路、色谱和电泳的展开路、阀门结构的一部(阀的周围部分)、加压机构、减压机构等。
就部件的外形而言，不需特别限定，可采用对应于用途目的的形状。作为部件的形状，例如，可以为：板状、片状(包括膜状、带状等)、涂膜状、棒状、细管(tube)状、其它复杂的形状的成型物等。优选厚度等外形尺寸为固定。部件的原材料为任意，例如，可以为：聚合物、玻璃、陶瓷、金属、半导体等。
作为本发明所使用的传热性反应容器，可优选使用：通过在前述那样的表面具有沟槽的部件(X)的具有沟槽的面，经过层叠、接合等将其它的部件(Y)固着，而在部件(X)与部件(Y)之间形成空间从而形成了微小管状流路的传热性反应容器。作为这样的传热性反应容器，例如，可列举出：具有将多张在表面形成有多个沟槽部的传热性板状结构体层叠的结构的传热性反应容器等。
就在上述的形成方法中说明的流路而言，通过将至少2个部件组合，将部件间所形成的空间设为流路；但是此外也可将单独的管、粗管(pipe)形状的空间用作反应流路。作为流路的长度，按照可获得所希望的反应率而适宜设定即可，但是通常为0.5～100m，优选为3～70m。
作为本发明的制造方法中使用的传热性反应容器，例如，可列举出：将配设有微小管状流路的传热性板状结构体、和配设有使与混合液之间进行热交换的流体流动的流路的传热性板状结构体交替层叠的装置等。而且，在该传热性反应容器的前方或该装置内，也可设置：将分别供给的化合物(A)和化合物(B)混合的混合空间。在本发明中，优选将化合物(A)和化合物(B)，以预先混合它们而成的混合液的方式连续地导入前述传热性反应容器。
以下，具体说明本发明所使用的内部形成有微小管状流路的传热性反应容器。图1为化学反应用器件1的概略构成例，该化学反应用器件1为将配设有使混合液流动的微小管状流路的板、以及配设有使与混合液之间进行热交换的流体流动的流路的板交替层叠而成的反应装置，该化学反应用器件1具有所具有的空隙尺寸使得浓密地流通于微小管状流路内的流体截面积成为0.1～4mm2的微小管状流路。
就前述化学反应用器件1而言，例如在前述图1中，通过将多个由相同的长方形板状构成的第1板(前述图1中的2)与第2板(前述图1中的3)交替地层叠而构成。在每1张的第1板设置有前述截面积为0.1～4.0(mm2)的流路(以下，称为反应流路)(以下，将设置有反应流路的板称为工艺板)。另外在第2板设置有调温流体用的流路(以下，称为调温流路)(以下，将设置有调温流路的板称为调温板)。而且，如图2所示那样，它们的供给口和排出口，分散配置于化学反应用器件1的端面1b、1c，侧面1d、1e的各区域，在这些区域分别连结有：用于流通化合物(A)和化合物(B)、以及调温流体的，由连接器(connector)30和接头部(ジョィント部)31构成的连接部(継手部)32。
通过这些连接部，使得含有化合物(A)和化合物(B)的流体α(混合液)从端面1b供给，含有化合物(A)与化合物(B)的反应物的流体β在端面1c排出，调温流体γ从侧面1e供给而在侧面1d排出。
化学反应用器件1的俯视形状不限定为图示那样的长方形，也可制成正方形、或侧面1d、1e间比端面1b、1c间长的长方形，但是以下为了简单而根据图示形状，将从端面1b朝向端面1c的方向称为化学反应用器件1的工艺板和调温板的长方向；将从侧面1d朝向侧面1e的方向称为化学反应用器件1的工艺板和调温板的短方向。
就工艺板而言，如图3所示，在一侧的表面2a，截面凹槽形状的流路4在工艺板的长方向上贯通而延伸，在短方向上以规定间隔p0排列多条。流路4的长度设为L。就截面形状而言，设为宽度w0、深度d0。
就流路4的截面形状而言，可根据含有化合物(A)和化合物(B)的流体α的种类、流量、流路长度L来适宜设定，但是为了确保截面内的温度分布的均匀性，分别将宽度w0、深度d0设定为，0.1～16[mm]、0.1～2[mm]的范围。需要说明的是，宽度、深度的记载是参照了附图的情况，该值可适宜解释为相对于传热面而言宽的值。虽非特别限定，但是每板为例如1～1000条，优选为10～100条。
前述流体α在各流路4内流动，如图1至图3中箭头所示，从一侧的端面2b侧供给而向另侧的端面2c侧排出。
就调温板而言，如图1所示，在一侧的表面3a上以规定间隔来隔离而设置有截面凹槽形状的调温流路6。就调温流路6的截面积而言，只要可对反应流路传热就没有特别限定，但是大致为0.1～4.0(mm2)的范围。进一步优选为0.3～1.0(mm2)。就调温流路6的条数而言，可通过考虑热交换效率而采用适宜的条数，虽非特别限定，但是每板为例如1～1000条，优选为10～100条。
就调温流路6而言，如图1和图3所示，可具备：沿着调温板的长方向而多条排列的主流路6a、在主流路6a的上游侧和下游侧端部各自与流路4大致正交配置而且连通各条主流路6a的供给侧流路6b和排出侧流路6c。在图1和图3中供给侧流路6b和排出侧流路6c弯曲成2次直角而从调温板的侧面3d、3e各自向外部开口。就调温流路6的各流路的条数而言，仅调温流路6的主流路6a部分排列为多条，供给侧流路6b和排出侧流路6c各由1条构成。
需要说明的是，就调温流路6的各条主流路6a而言，对于流路4，在调温板的短方向上，设置在与分布有流路4的范围在层叠方向上重叠的范围。
而且，优选为，各条主流路6a按照位于相邻的2条的流路4、4间的方式在层叠方向上排列；进一步优选为，各条主流路6a按照与各流路4在层叠方向上重叠而排列。
就各自多个工艺板、调温板而言，通过在相同方向上将工艺板、调温板交替地重叠而层叠，相互地固着、层叠。
因此，在化学反应用器件1的形态中，各流路4、调温流路6为，凹槽的开口面被在上方层叠的板的下面覆盖，成为两端开口的长方形截面的隧道形状。
对于这样的各工艺板、调温板而言，可使用适宜的金属材料，例如可通过在不锈钢钢板上实施蚀刻加工而形成流路4、调温流路6等，对流路面进行电解研磨处理等来制作。
作为本发明的制造方法中使用的具有设置有流路的化学反应用器件的装置，例如，可例示出图4中记载的某制造装置。具体而言，例如，可例示出具有以下的化学反应器件的制造装置。
<化学反应器件>
化学反应器件为图1所示的结构；作为结构，将工艺板和调温板交替地层叠。工艺板中形成有流路4，另外，在调温板形成有调温流路6。
图4中记载的某制造装置中所使用的化学反应器件40，交替地层叠有：3张通过干法蚀刻加工而形成有20条反应流路4的工艺板以及4张同样地通过蚀刻加工而形成有20条调温流路6的调温板。工艺板2和调温板3的材质为SUS304，板厚为1mm。反应流路4和调温流路6的截面尺寸皆为：宽度1.2mm×深度0.5mm。
图4中记载的某制造装置中所使用的化学反应器件50，交替地层叠有：2张通过干法蚀刻加工而形成有5条反应流路4的工艺板以及3张同样地通过蚀刻加工而形成有5条调温流路6的调温板。工艺板2和调温板3的材质为SUS304，板厚为1mm。反应流路4和调温流路6的截面尺寸皆为：宽度1.2mm×深度0.5mm。
在图4中，从加入化合物(A)(61)的注射泵63的流出口以及加入化合物(B)(62)的注射泵64的流出口起，延伸着化合物(A)或化合物(B)流通的管道，这些管道连接于混合机[将化合物(A)和化合物(B)混合的混合空间]65的流入口。
通过该混合机65而混合化合物(A)(61)和化合物(B)(62)，形成含有化合物(A)(61)和化合物(B)(62)的混合流体。该流体通过连接于混合机65的流出口的管道，而向化学反应用器件40、50或60的流入口1b移动。化学反应用器件40、50或60上连接着调温装置66。而且，通过在化学反应用器件40、50或60中的微小流路移动，混合流体中的化合物(A)和化合物(B)反应。通过在化学反应用器件40、50或60中的微小流路移动，到达化学反应用器件40、50或60的流出口1c。其后，通过连接于流出口的管道而向冷却用热交换器67的流入口移动。
在本发明的制造方法中，由于可分别改变雷诺准数、温度，因此优选通过使用将前述的化学反应用器件40、50这种形成有微小管状流路的传热性反应容器多个串联配设而成的反应装置作为传热性反应容器，而进行反应。另外，如上述可预先将化合物(A)和化合物(B)分别流入注射泵，通过混合机搅拌而制成混合液；也可预先混合化合物(A)和化合物(B)而制成混合液，先将其流入一侧的注射泵后再供给于化学反应器件。
通过上述的方法获得环氧(甲基)丙烯酸酯之后，所获得的反应性生物从前述传热性反应容器吐出。而且，连续地冷却该反应生成物。通过快速且连续地冷却反应生成物，可防止(甲基)丙烯酰基的反应失控。就该冷却而言，例如，可通过直接在空气中冷却的自然空气冷却法而冷却，也可在吐出之后快速投入溶剂中而冷却，也可通过流通于具有热交换功能的冷却装置而冷却。在本发明中，优选通过流通于具有热交换功能的冷却装置而冷却。作为该冷却机，优选形成有微小管状流路的冷却用传热器。
在通过使用该冷却用传热器而连续冷却时，例如，向连通于前述传热性反应容器的反应液出口(流出口)的、形成有微小管状流路的冷却用传热器中连续地流通反应生成物而能够适宜地进行。
具体而言，向冷却用传热器(冷却装置)67的流入口移动的、含有化合物(A)(61)和化合物(B)(62)的反应物的流体β[环氧(甲基)丙烯酸酯]一边在冷却用热交换器67中移动一边被冷却，到达冷却用热交换器67的流出口。流体β通过连接于流出口的管道而从冷却用热交换器67排出，通过排压阀69而向接受容器70排出。
作为本发明所使用的冷却用传热器，可优选使用可适宜地用作前述传热性反应容器的、内部形成有微小管状流路的传热性反应容器，并且具有将多张在表面形成有多个沟槽部的传热性板状结构体层叠而成的结构的传热性反应容器。作为这样的装置，可例示出具有前述的化学反应器件的装置。
需要说明的是，微小管状流路内中的化合物(A)与化合物(B)的反应可以任意的收率来停止，也可将反应物乃至未反应物向反应流路体系外排出。一般而言，由于反应物的粘度随着反应的进程而上升，因此考虑到压降，例如，也可先使反应初期乃至反应中期为止的反应通过本发明的制造方法来实施；接着，将包含未反应物的组合物移向分批式的反应器、储藏槽、或者截面积更大的流路等，从而使剩下的未反应物反应。
另外，对于本发明的制造方法中使用的化合物(A)、化合物(B)而言，只要为具有可供给的粘度的液体即可，为了使供给成为可能，可以加热，也可稀释溶解于溶剂。
另外，根据需要，在不堵塞流路的范围，可在化合物(A)、化合物(B)中添加催化剂(引发剂)、阻聚剂等添加剂。
对于本发明所使用的化合物(A)和化合物(B)而言，只要在不对反应造成不良影响的范围，就可向流路内各自单独地供给，也可以以混合状态来供给。另外，根据需要，也可稀释于溶剂而使用，也可添加催化剂(引发剂)、阻聚剂等添加剂。
作为催化剂(引发剂)，只要为可溶解于或在不堵塞流路的范围分散于化合物(A)和化合物(B)的催化剂(引发剂)、或者可溶解于溶剂而合用的催化剂(引发剂)，那么就没有特别限制，可使用以往公知的催化剂(引发剂)，例如，可列举出：三苯基膦等膦类，三乙胺等胺类，四甲基铵盐、苄基三甲基铵盐等季铵盐，季鏻盐，2-甲基咪唑、2-甲基-4-甲基咪唑等咪唑类。
作为阻聚剂，只要为可溶解于或在不堵塞流路的范围分散于化合物(A)和化合物(B)的阻聚剂，或者为可溶解于溶剂而合用的阻聚剂，那么就没有特别限制，可使用以往公知的阻聚剂，例如，可列举出：甲氧基氢醌(methoquinone)、对苯二酚、1，4-萘醌、吩噻嗪、叔丁基对苯二酚、N-硝基苯基羟胺铝等。
实施例
以下，通过实施例进一步详细地叙述本发明。例中，％只要没有特别地预先说明那么就为重量基准。
<本实施例和比较例中所使用的化学反应用器件>
在本实施例中使用了图1所示的结构的化学反应器件。是交替地层叠了工艺板2和调温板3的结构。在工艺板上形成有流路4，另外，在调温板上形成有调温流路6。作为化学反应器件，使用了：以相同流量流动时(以相同流速流动时)的雷诺准数不同的图4所示的化学反应器件40、50。
化学反应器件40交替地层叠有：3张通过干法蚀刻加工而形成有20条反应流路4的工艺板以及4张同样地通过蚀刻加工而形成有20条调温流路6的调温板。工艺板2和调温板3的材质为SUS304，板厚为1mm。反应流路4和调温流路6的截面尺寸皆为：宽度1.2mm×深度0.5mm。反应流路4的长度为80mm。
化学反应器件50交替地层叠有：2张通过干法蚀刻加工而形成有5条反应流路4的工艺板以及3张同样地通过蚀刻加工而形成有5条调温流路6的调温板。工艺板2和调温板3的材质为SUS304，板厚为1mm。反应流路4和调温流路6的截面尺寸皆为：宽度1.2mm×深度0.5mm。反应流路4的长度为40mm。
冷却用热交换器67中使用了化学反应器件50。
实施例1
在图4所示的制造装置80中使用了连接了一个化学反应器件40的装置。首先，制作出：将双酚A型环氧树脂(环氧当量189)737g、丙烯酸277g、作为催化剂的三苯基膦5.1g、作为阻聚剂的甲氧基氢醌0.5g混合溶解而成的混合溶液61。
使用注射泵63，将混合溶液61，按照使通过化学反应器件40的工艺板中所形成的流路时的雷诺准数为1.24的方式连续地流向混合机65、化学反应器件40、冷却用热交换器67、排压阀69，将吐出的反应混合物接收于接受容器70。需要说明的是，在化学反应器件40中，利用调温装置66，使180℃的调温流体(油)连续地流动于调温板的调温流路6。在冷却用热交换器67中，利用调温装置68，连续地流动70℃的温水。利用排压阀69以管内压为1MPa以上而进行。
根据通过酸值来定量反应混合物中的未反应的丙烯酸的结果，在反应时间63秒，以反应率34％的比例生成了环氧丙烯酸酯。另外，没有引起反应失控。需要说明的是，在本发明中反应时间是指：化合物(A)和化合物(B)的混合流体滞留于化学反应用器件的时间的总和。(以下同样)。
实施例2
在图4所示的制造装置80中，使用了连接有6个化学反应器件50的装置。首先，制作出：将双酚A型环氧树脂(环氧当量189)737g、丙烯酸277g、作为催化剂的三苯基膦5.1g、作为阻聚剂的甲氧基氢醌0.5g混合溶解而成的混合溶液61。
使用注射泵63，按照使流通于化学反应器件50的工艺板中所形成的流路时的雷诺准数为1.75的方式，使混合溶液61连续地流向混合机65、化学反应器件50、冷却用热交换器67、排压阀69，所吐出的反应混合物接收于接受容器70。需要说明的是，在各个化学反应器件50中，利用调温装置66，使180℃的调温流体(油)在调温板的调温流路6中连续地流动。在冷却用热交换器67中，利用调温装置68，连续地流动70℃的温水。利用排压阀69，以管内压为1MPa以上而进行。
根据通过酸值来定量反应混合物中的未反应的丙烯酸的结果来看，在反应时间135秒，以反应率86.4％的比例生成了环氧丙烯酸酯。另外，没有引起反应失控。
实施例3
除了使雷诺准数为3.72以外，与实施例2同样地操作，从而获得反应混合物。根据反应混合物中的未反应的丙烯酸的定量结果来看，在反应时间63秒，以反应率92.3％的比例生成了环氧丙烯酸酯。另外，没有引起反应失控。
实施例4
除了使雷诺准数为7.44以外，与实施例2同样地操作，从而获得反应混合物。根据反应混合物中的未反应的丙烯酸的定量结果，在反应时间32秒，以反应率86％的比例生成了环氧丙烯酸酯。另外，没有引起反应失控。
实施例5
除了使雷诺准数为2.62以外，与实施例2同样地操作，从而获得反应混合物。根据反应混合物中的未反应的丙烯酸的定量结果，在反应时间90秒，以反应率99％的比例生成了环氧丙烯酸酯。另外，没有引起反应失控。
在通过时间90秒，反应率为99％，反应大致结束。即使在以往反应釜中不能采用的反应温度下也没有发生反应失控，另外，可将反应时间缩短到以往反应釜所不能达到的程度。
另外，该环氧(甲基)丙烯酸酯系化合物的重均分子量为733。需要说明的是，重均分子量的测定中，使用了：作为检测器的折射率检测器(RI)、具备了作为测定用柱的TSKgel G1000HXL+G2000HXL+G3000HXL+G4000HXL的东曹株式会社制HLC-8120GPC。在如下测定条件进行了测定：使用作为溶剂的四氢呋喃(THF)，以0.2～0.3％的浓度调制试样，柱温度40℃、流速1.0ml/min。
比较例1
除了使雷诺准数为0.26以外，与实施例1同样地操作，从而获得反应混合物。根据反应混合物中的未反应的丙烯酸的定量结果，在反应时间296秒，以反应率67.4％的比例生成了环氧丙烯酸酯。另外，没有引起反应失控。
比较例2
向具备了温度计、搅拌机、水冷冷凝器、氮气进口、空气进口的四口烧瓶中加入双酚A型环氧树脂(环氧当量189)737g、丙烯酸277g、作为催化剂的三苯基膦5.1g、作为阻聚剂的甲氧基氢醌0.5g，一边注意放热，一边经过3小时升温至100℃，在100℃继续了12小时反应。在酸值变为2以下的时刻结束反应，从而获得比较对照用环氧丙烯酸酯。
另外，以同样的测定条件测定的该环氧(甲基)丙烯酸酯系化合物的重均分子量为793。
比较例3
向具备了温度计、搅拌机、水冷冷凝器、氮气进口、空气进口的四口烧瓶中加入双酚A型环氧树脂(环氧当量189)737g、丙烯酸277g、作为催化剂的三苯基膦5.1g、作为阻聚剂的甲氧基氢醌0.5g，经过30分钟升温至100℃。立刻发生激烈的放热而变得不能控制，烧瓶内发生凝胶化而从烧瓶内产生了大量的气体。
实施例1～5和比较例1的加温化学反应器件的调温流体温度、雷诺准数、反应时间以及所获得的环氧丙烯酸酯的反应率示于表1。另外，其关系从图1所示的实施例、比较例明显可知，雷诺准数越大则反应速度便越快，可高效地制造环氧丙烯酸酯。
【表1】
比较例2以及3的合成条件与实施例5的合成条件一同示于表2。另外，所获得的氨酯丙烯酸酯的物化性质的分析值与实施例5的合成条件一同示于表3。
【表2】
Figure BPA00001221775400172
另外，所获得的环氧丙烯酸酯的物化性质的分析值与实施例5的分析值一同记于表3。
【表3】
Figure BPA00001221775400181
根据表1所示的反应条件和图5所示的评价结果，发明人发现在满足特定的条件的微小流路内以特定的流速供给了化合物(A)和化合物(B)的情况下尺寸和流动都小，在层流支配的流动中认为仅通过分子的自发扩散行为就可推进反应，然而即使在这样的层流支配的流动的区域中，如果雷诺准数变得越大那么就越是在流路内的状态为伴有微乱流的状态下进行混合，化合物(A)与化合物(B)的接触变得活跃；并发现了可显著提高反应速度这一新的事实，从而得以完成本发明。在实施例5中可知没有发生反应失控而且反应在非常短时间内基本结束。这是，通过在满足特定条件的微小流路内以相当于特定雷诺准数(0.4以上)的流速混合供给化合物(A)和化合物(B)，在反应温度(180℃)下在微小流路内反应而获得的结果；所述反应温度(180℃)为在反应釜等分批方式的反应形式中考虑到反应失控的危险而通常不能采用的反应温度。
在比较例1中表示了，以相当于特定的雷诺准数(0.4不足)的流速将双酚A型环氧树脂和丙烯酸的混合溶液供给于特定的微小流路内，在反应温度(180℃)下在微小流路内反应后的结果；所述反应温度(180℃)为在反应釜等分批方式的反应形式中考虑到反应失控的危险而通常不能采用的反应温度。可知，在雷诺准数不足0.4的情况下，即使在非常高的反应温度下通过延长时间来进行反应，反应物的粘度也会伴随反应的进行而增加，利用分子扩散的混合性显著降低，因此反应在短时间便不能进行。
在比较例2中表示了通常由反应釜进行的分批方式的结果。出于抑制反应失控且充分控制体系内温度的目的，在加入原料后，经过3小时缓慢地升温，在100℃的低温进行反应，因此一直到反应结束为止需要15小时。根据此结果可知，实施例5的结果是多么地安全且高效的环氧(甲基)丙烯酸酯系化合物的制造方法。
在比较例3中表示了，为了缩短反应时间，在加入原料后，用30分钟迅速地升温至100℃，以分批方式进行了反应的结果。达到100℃后，发生了急剧的放热，伴随气体的激烈产生而发生了凝胶化。出现了引起所谓的反应失控的结果。根据此结果也可知，实施例5的结果是多么地安全且高效的环氧(甲基)丙烯酸酯系化合物的制造方法。

Claims (8)

1.环氧(甲基)丙烯酸酯的制造方法，其为向在内部形成有微小管状流路的传热性反应容器的所述微小管状流路内，连续且浓密地流通具有羧基和(甲基)丙烯酰基的化合物(A)与具有环氧基的化合物(B)的混合液，使所述化合物(A)中的羧基与所述化合物(B)中的环氧基反应的环氧(甲基)丙烯酸酯的连续制造方法，其特征在于，
所述反应容器所具有的微小管状流路具有使得浓密地流通于所述微小管状流路内的流体截面积成为0.1～4.0mm2的空隙尺寸；并且，将所述传热性反应容器加热至150～260℃，而且按照使流通于所述微小管状流路内的反应液的雷诺准数在0.4～100的范围的方式进行反应；接着，反应结束后，连续地冷却从所述传热性反应容器吐出的反应生成物，
所述雷诺准数是按照下述的式(1)而计算的雷诺准数，
雷诺准数＝(D×u×ρ)/μ                  式(1)
此处，D为流路的内径，表示微小管状流路的等价直径，其单位为：m；u为平均流速，表示化合物(A)与化合物(B)的混合液的流速，其单位为：m/秒；ρ为流体密度，表示20℃时的水的密度998.2kg/m3；μ为流体粘度，表示20℃时的水的粘度1.002mPa·s。
2.权利要求1记载的环氧(甲基)丙烯酸酯的制造方法，反应结束后的反应生成物的冷却是在50～90℃的温度条件下进行。
3.权利要求1或2记载的环氧(甲基)丙烯酸酯的制造方法，将所述具有羧基和(甲基)丙烯酰基的化合物(A)与所述具有环氧基的化合物(B)，以预先混合它们而成的混合液的方式连续地导入所述传热性反应容器。
4.权利要求3记载的环氧(甲基)丙烯酸酯的制造方法，使用将多个在内部形成有微小管状流路的传热性反应容器串联配设而成的反应装置进行反应。
5.权利要求3记载的环氧(甲基)丙烯酸酯的制造方法，在内部形成有微小管状流路的传热性反应容器具有：将多张在表面形成有多个沟槽部的传热性板状结构体层叠而成的结构。
6.权利要求1记载的环氧(甲基)丙烯酸酯的制造方法，使前混混合流体以1.8×10-4～0.28m/秒的流速流通于微小管状流路中。
7.权利要求1记载的环氧(甲基)丙烯酸酯的制造方法，所述化合物(A)是(甲基)丙烯酸，所述化合物(B)是双酚型环氧树脂或萘型环氧树脂。
8.权利要求1或2记载的环氧(甲基)丙烯酸酯的制造方法，连续的冷却是通过使反应生成物连续地流通于与所述传热性反应容器的反应液出口连通的、形成有微小管状流路的冷却用传热器中而进行。
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