JP2003502447A - スラリー供給物を用いて組成物を製造するための方法及び装置 - Google Patents

スラリー供給物を用いて組成物を製造するための方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 連続反応器(20)を該反応器にスラリー供給物流(15)を供給するためのスラリー容器(10)と結合して用いて、1種又はそれ以上の樹脂材料及び/又は他の成分を含む組成物を製造するための方法及び装置。詳細には、この方法及び装置は、1種又はそれ以上のモノマー及び/又はオリゴマーの反応性スラリーを連続反応器型押出機(20)中に供給して1種又はそれ以上の樹脂材料を製造することにより組成物を製造する。随意に、この樹脂材料は、連続的にこの樹脂材料を他の成分と混合して配合組成物を形成させるために、混合機に連続的に搬送され得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、連続押出機を用いて組成物を製造するための方法及び装置に関する
。詳細には、本発明は、スラリーをスラリー容器から連続反応器中に供給するこ
とにより組成物を製造するための方法及び装置に関する。
【0002】 これまで、化学物質、たとえばポリマーは、連続反応器型押出機を用いて製造
されてきた。たとえば、米国特許第4,612,355号は、プラスチックの製
造のための押出機の使用を開示する。詳細には、米国特許第4,612,355
号は、エポキシ樹脂を製造するための反応押出機の使用を開示する。
【0003】 典型的には、かかる押出機への反応体の供給は、固体として及び/又は押出機
に供給するに先立って溶融物として行われる。固体を押出機に供給する前に又は
供給する間に完全にかつ親密に固体を一緒に混合することは困難である。ある化
学物質は、固体として供給され得ずそして違った態様で用意されねばならない。
【0004】 加えて、連続法についての供給精度の要求は、特に連続法が最小の逆混合でも
っての栓流でありかつ段階重合である場合高い。A−A及びB−B(ここで、A
はBと反応する)により表される2つの異なる二官能性供給物が関与する段階重
合は、最終分子量及び物理的性質に関して、A−AとB−Bの比率に非常に感受
性である。
【0005】 一般に、液体供給物が段階重合法にとって好ましく、何故なら0.1パーセン
ト未満の供給精度が液体供給物を用いて達成され得るからである。しかしながら
、ある製造法においては、液体供給物形態が分解又は安全性の問題に因り望まし
くあり得ない故に、供給物の一つ又はそれ以上が固体でなければならない。かく
して、液体供給物が用いられ得ない場合、ロス−イン−ウエイトフィーダーのよ
うな固体供給装置が必要とされる。ロス−イン−ウエイトフィーダーの精度は、
1分間隔について0.25パーセントに近づき得るが、しかし一般に5秒間隔に
ついて1パーセントより大きい。固体を精確には取り扱い得ない方法において固
体供給装置を用いねばならないことを回避することが有利である。
【0006】 それ故、押出機のような反応器に対してスラリー供給物を用いて組成物を製造
するための方法及び装置を提供することが所望される。一層好ましくは、液体供
給物と一緒にして、連続的に撹拌されかつ逆混合される容器中に数分間分の供給
物を滞留させることにより、固体供給装置の短期精度の平均化を可能にする方法
及び装置を提供することが所望される。
【0007】 本発明は、連続反応器を該反応器にスラリー供給物流を供給するための連続ス
ラリー供給装置と結合して用いて、1種又はそれ以上の樹脂材料及び他の成分か
ら組成物を製造するための方法及び装置に関する。
【0008】 本発明の一つの特定の具体的態様において、本方法及び装置は、1種又はそれ
以上のモノマー及び/又はオリゴマーのスラリーを連続反応器中に供給して1種
又はそれ以上の樹脂材料を製造することにより組成物を製造する。樹脂材料は、
随意に、混合機において他の添加剤と一緒にされ又は更なる使用のためにフレー
クとして回収され得る。
【0009】 本方法は、スラリー供給操作を反応押出し操作と結合する。本発明は、固体添
加剤を液体物質に対して用いるときの原料供給量の変動に関連した問題を、該固
体を溶融する必要なしに回避する。本発明は、有利には、固体供給装置から精確
な供給物流量を与える。
【0010】 図1は、本発明の装置の一つの具体的態様の概略図を示し、特に連続反応器型
押出機と結合したスラリー供給容器を例示する。
【0011】 本発明は、固体供給物(1種又は複数種)と液体供給物との連続的に形成かつ
混合されたスラリーを用いることにより、連続法への固体供給物のばらつきのな
い供給を達成するための方法及び装置に向けられる。一般に、ロス−イン−ウエ
イトフィーダーが固体をスラリー混合容器に供給するために用いられ、そして精
確な液体計量装置がスラリーにおいて用いられる各液体供給物を供給するために
用いられる。
【0012】 スラリー法における液面は、スラリーを該法に送るポンプの速度により制御さ
れる。この液面は、ダイヤフラム液面伝達装置又は超音波液面伝達装置のような
、気体を系中に導入しない手段により測定されるべきである。ばらつきのない液
面制御は、定常供給量を該法に与えるために及び適切な混合を確実にするために
必要とされる。容器中の液面は、固体を同伴することの可能な渦を発生させるた
めに、撹拌機より上の点において制御される。ロス−イン−ウエイトフィーダー
の排出は、固体供給物を該渦中に直接的に落とすべきである。
【0013】 本発明の方法及び装置の一つの具体的態様は、スラリー容器と結合した反応器
型押出機を用いての、組成物及び/又は該組成物内に含有される或る樹脂材料の
製造に関する。
【0014】 ここにおける用語「スラリー」は、液体物質中に懸濁された1種又はそれ以上
の固体物質を意味する。
【0015】 図1に関して、反応器20に連結されたスラリー容器10が示されている。貯
蔵容器(示されていない)からの導管11中の液体モノマー流は、交換器(示さ
れていない)により加熱されそしてレート添加(定量添加)型ポンプ(示されて
いない)又はその代わりに制御弁(示されていない)を用いてスラリー容器10
にレート添加され得る。液体モノマー流11の温度は、ポンプ輸送され得るスラ
リー流を生じるように制御される。ある場合には、液体モノマー流11は、スラ
リー容器10中に存在する固体モノマーを溶融するために必要とされる温度に加
熱される。
【0016】 固体添加装置13からの導管12中の固体モノマー流はスラリー容器10にレ
ート添加され、そしてスラリー容器10中の高速混合機14が固体モノマーと液
体モノマーを一緒にして、導管15中の反応性スラリー流を形成させる。スラリ
ー流15は、レート添加型ポンプ(示されていない)を用いて、反応器20に連
続的にレート添加される。反応を完全にすることが必要とされる場合、スラリー
15は、触媒添加ポンプ(示されていない)からの触媒と一緒にされる。スラリ
ーと触媒は、スラリー供給管路15において又はその代わりにスラリー管路15
内に設置された高速インライン混合機(示されていない)において一緒にされそ
して連続反応器20中に供給され得る。
【0017】 モノマー及び連続反応器20に添加される触媒のような他の添加剤は、反応器
内で反応を生じさせるために必要とされるのに十分な温度に加熱され、そして最
終的に導管21中の反応生成物流は反応器20を出る。
【0018】 示されていないけれども、本発明の様々な他の具体的態様は、たとえば、樹脂
材料のような連続反応器20の生成物が連続反応器20と連続混合機とを連結す
る導管を通じて、樹脂材料用ポンプを用いて強制搬送される場合を包含し得る。
液体添加剤貯蔵タンク及び計量型流量制御ポンプもまた、該混合機に搬送する前
の樹脂材料に何らかの液体添加剤又は他の成分を添加するために、系に取り付け
られ得る。反応器を混合機と結合するための本発明において有用な好ましい方法
及び装置は、これと同一日付のKeillor等により出願された「連続反応器及び混
合機を直列にて用いて組成物を製造するための方法及び装置」という題目の代理
人参照番号44646の同時係属米国特許出願に記載されている。
【0019】 加えて、連続反応器からの樹脂材料の状態は、連続混合機中への導入前に改善
されねばならない。たとえば、樹脂材料から粒状物質を除去するために濾過装置
が用いられ得、あるいは樹脂材料の温度を適正混合のために必要とされる温度に
下げるために熱交換装置が用いられ得る。他の固体成分は、連続添加装置から混
合機に添加されそして樹脂材料供給物流と一緒にされ得る。連続混合機の固体排
出端において、生成物は、生成物を固化しそしてこの組成物のフレークに成形す
るためにフレーク製造装置に移され得る。
【0020】 図1に例示された設計の別の変型において、多数の連続スラリー供給物流が該
連続反応器に供給され得、あるいは1つのスラリー供給物流が多数の連続反応器
に供給され得る。
【0021】 本発明の一つの具体的態様において、本発明において製造される組成物の製造
において成分として用いられ得る樹脂材料は、連続反応器において本発明の方法
により製造され得る。この目的のために用いられる連続反応器は、パイプ型もし
くはチューブ型反応器又は押出機であり得る。押出機を用いることが好ましい。
1基より多いかかる反応器が、種々の樹脂材料の製造のために用いられ得る。い
かなる数の反応器も用いられ得、そして随意にこれらの反応器のいずれか又はす
べてが混合機に直接的に結合され得、しかして該混合機において該組成物もまた
製造され得る。パイプ型又はチューブ型継手は、かかる連結をなす手段として用
いるために適する。
【0022】 本発明において有用な樹脂材料は、連続重合反応器において1種又はそれ以上
のモノマー及び/又はオリゴマーを重合して樹脂材料一層特定的にはポリマーを
形成させることにより製造される。典型的には、特定タイプの樹脂材料又は所望
の転化速度を得る目的のために、触媒が重合反応混合物に添加され得る。モノマ
ー(1種又は複数種)、オリゴマー(1種又は複数種)及び所望される場合触媒
は、各々別々に又は二つもしくはそれ以上のグループにて、重合反応器に次の形
態の一つ又はそれ以上すなわち溶液、スラリー又は乾性物理的混合物にて供給さ
れ得る。しかしながら、少なくともかかる成分の一つ又はそれ以上は、スラリー
として反応器型押出機中に供給される。
【0023】 本発明により組成物が製造されるところの樹脂材料は、実質的にいかなるポリ
マー又はコポリマーでもあり得る。樹脂材料は、該組成物中の成分として有用で
あるためにいかなる特定の分子量をも有する必要はない。樹脂材料は、少なくと
も2個の繰返し単位から大きさが数百又は数千の繰返し単位にて示されるような
樹脂材料までの範囲の繰返し単位を有し得る。本発明の方法において用いられ得
る特定の樹脂材料は、たとえば、米国特許第5,094,806号に記載されて
いるようなエポキシ樹脂、ポリエステル、ウレタン、アクリル樹脂、等を包含す
る。上記に列挙されたものの中から本発明において有用な最も好ましい樹脂材料
は、エポキシ樹脂及びポリエステルである。本発明において有用なエポキシ樹脂
、並びにエポキシ樹脂が製造され得るところの物質は、米国特許第4,612,
156号に記載されている。本発明において有用なポリエステル、並びにポリエ
ステルが製造され得るところの物質は、Encyclopedia of Polymer Science and Engineering 第12巻第1〜313頁に記載されている。
【0024】 本発明の組成物の成分として用いられる樹脂材料の製造において、様々な条件
又はパラメーターが、重合反応の過程に影響を及ぼす。これらの条件又はパラメ
ーターの典型的例は、次のとおりである。すなわち、モノマー(1種又は複数種
)及び/又はオリゴマー(1種又は複数種)の反応器への供給量;反応が行われ
る温度;反応が行われる時間の長さ;及び反応体が反応中混合又は撹拌される度
合い。モノマー(1種又は複数種)及び/又はオリゴマー(1種又は複数種)の
供給量は、たとえば、加圧管路における弁の調節により左右され得る。反応が行
われる温度は、たとえば、モノマー(1種又は複数種)及び/もしくはオリゴマ
ー(1種又は複数種)の又は反応器それ自体に対する直接的加熱又は冷却により
左右され得る。反応が行われる時間の長さは、たとえば、パイプ、チューブもし
くは押出機の長さのような反応器の大きさ、又は反応体が反応器に流入及び反応
器から流出する速度(押出スクリューの特定の速度もしくは設計又はパイプもし
くはチューブ中への加圧不活性ガスの導入からもたらされ得るような)により左
右され得る。反応体が反応中混合又は撹拌される度合いは、たとえば、羽根もし
くは他の混合要素の大きさ、形状及び速度により、パイプもしくはチューブ中の
静的混合要素の存在により、又は押出機中のスクリューの速度により左右され得
る。
【0025】 本発明の方法及び装置により製造される組成物の品質は、該組成物中の成分と
して用いられる樹脂材料の性質が分かっておりそして所望レベルに維持される場
合改善される。この目的のために分析され得る樹脂材料の性質の典型的例は、粘
度、メルトインデックス、溶融流量、分子量、分子量分布、当量、融点、ガラス
転移温度、密度、比重及び純度である。たとえば、エポキシ樹脂が樹脂材料とし
て用いられる場合、その粘度は1から100,000センチポイズの範囲にある
ことが所望される。前記のような樹脂材料の性質を決定するために用いられ得る
分析技法は、超音波エネルギー、ラマン、赤外、近赤外及び誘電エネルギーを包
含する。本発明において用いられる樹脂材料の性質を測定するための好ましい方
法及び装置は、これと同一日付のShawn Maynardにより出願された「超音波装置
を利用して物質組成物を製造するための方法及び装置」という題目の代理人参照
番号44646 2の同時係属米国特許出願に記載されている。
【0026】 一般に、本発明のスラリー法により製造される組成物は、反応性スラリー液を
スラリー容器から反応器型押出機に連続的に供給することにより製造される。組
成物を形成するために、いかなる数の他の成分も、スラリー容器に、反応器の管
路供給物に又は反応器に添加され得る。たとえば、反応器において製造されなか
った1種又はそれ以上のポリマー、反応性もしくは不活性化合物、又は顔料、充
填剤もしくは安定剤のような添加剤。随意に、最終組成物が物質の配合物である
場合、組成物を形成するために、反応器型押出機からの組成物は、該反応器から
混合機に該反応器と該混合機との間の連結部を通じて搬送され得る。1基より多
い反応器が用いられる場合、連結部は、各反応器と該混合機の間で確立される。
【0027】 用いるのに好ましいタイプの混合機は、押出機特に二軸スクリュー押出機であ
るが、しかしコニーダー(共混練機)のような他のタイプの混合機も同様に用い
られ得る。
【0028】 本発明の別の具体的態様において、組成物は、樹脂材料を他の成分と配合して
最終組成物を調製することにより製造され得る。最終組成物の残りの成分は、エ
ポキシもしくはポリエステル又は上記に列挙された他の樹脂材料のような樹脂材
料も包含し得るところの、多数の他の成分を包含する。該組成物の残りの成分は
また、慣用の添加剤たとえばエポキシ樹脂用硬化剤(たとえば、ジシアンジアミ
ド)、充填剤、顔料及び安定剤のような成分を包含し得る。本発明の方法及び装
置により製造される組成物用の成分としての他の添加剤は、米国特許第5,41
6,148号に開示されている。かかる添加剤は、液体として該組成物中に合体
され得る。混合機において当該組成物を混合した後、この組成物は、フレーク又
はペレットの形態のような、取扱いに適した形態にて回収される。
【0029】実施例1 固体状エポキシ樹脂が、液体状エポキシ樹脂とビスフェノールAの反応により
製造された。反応器型押出機への溶融ビスフェノールAの供給は、操作停止及び
始動時における色蓄積(着色)に因りこの適用にとって受容され得ないと認めら
れた。かくして、液体状エポキシ樹脂及びビスフェノールAを、下記の第1表に
示された所望流量にて連続態様でスラリー容器に供給した。次いで、スラリー容
器からのスラリーを、MoynoTM前進キャビティポンプ及び「The Probe」超音波液
面測定法を用いて、Krupp Werner & Pfleiderer ZSK-40反応器型押出機に連続的
に供給した。反応器において生成された生成物のエポキシド当量を、第1表に示
された時間に対して測定した。EEW(エポキシド当量)の一致性(ばらつきの
ないこと)は受容され得、スラリー供給系の有効性を実証する。次の表は、この
実施例の結果を示す。
【0030】
【表1】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の装置の一つの具体的態様の概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,C H,CN,CR,CZ,DE,DK,DM,DZ,EE ,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,HR, HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,K R,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV ,MA,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO, NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,S I,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA ,UG,UZ,YU,ZA,ZW Fターム(参考) 4F201 AA24 AA39 AB06 AB12 AB19A AC05 BA01 BC07 BC13 BC33 BC38 BK02 BK13 BK26 BN44 BQ04 BQ05 BQ16 4J031 CA02 CA12 CA22 CA32 CB00 CE09 CG03 CG08 CG13 CG44 4J036 AD08 BA02 DC31 FB11 JA01 4J038 DB061 DB341 DB471 KA02 KA08 LA03 MA10

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物質組成物を製造する方法であって、次の工程すなわち (a)この物質組成物の一つ又はそれ以上の成分のスラリーを連続的に調製す
    ること、 (b)この物質組成物の一つ又はそれ以上の成分のスラリーを少なくとも1つ
    の連続反応器中に連続的に供給すること、 (c)この反応器において前記スラリーから物質組成物を連続的に形成させる
    こと、及び (d)この反応器から物質組成物を回収すること を含む方法。
  2. 【請求項2】 前記物質組成物が樹脂材料である、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記樹脂材料がポリマーである、請求項2記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記スラリーが、1種以上のモノマー及び/又はオリゴマー
    を含む、請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記ポリマーがエポキシ樹脂である、請求項3記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記反応器が押出機である、請求項1記載の方法。
  7. 【請求項7】 次の工程すなわち (e)前記ポリマーを前記反応器から混合機に、この反応器と混合機の間の連
    結部を通じて搬送すること、及び (f)前記混合機において前記ポリマーと物質組成物の一つ又はそれ以上の他
    の成分とを混合することにより、この物質組成物を製造すること を含む、請求項3記載の方法。
  8. 【請求項8】 前記混合機が押出機である、請求項7記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記物質組成物が塗料である、請求項7記載の方法。
  10. 【請求項10】 前記スラリーを、(i)1分子当たり平均して1個より多
    い近接エポキシ基を含有する物質及び/又は(ii)この物質(i)と反応性で
    ある部分を1分子当たり平均して1個より多く含有する物質から調製する、請求
    項9記載の方法。
  11. 【請求項11】 前記物質(ii)がポリヒドロキシル化合物である、請求
    項10記載の方法。
  12. 【請求項12】 前記ポリヒドロキシル化合物がビスフェノールAである、
    請求項11記載の方法。
  13. 【請求項13】 工程(f)において、前記ポリマーと混合される一つ又は
    それ以上の他の成分が、エポキシ樹脂と反応性である物質、エポキシ樹脂と反応
    性でない物質、顔料、安定剤及び充填剤から選択された少なくとも一つのもので
    ある、請求項10記載の方法。
  14. 【請求項14】 エポキシ樹脂と反応性である前記物質がポリエステルであ
    る、請求項13記載の方法。
  15. 【請求項15】 エポキシ樹脂を第1反応器において製造し、そしてエポキ
    シ樹脂と反応性である物質を第2反応器において製造する、請求項13記載の方
    法。
  16. 【請求項16】 物質組成物を製造するための装置であって、 (a)この物質組成物の一つ又はそれ以上の成分のスラリーを少なくとも1つ
    の連続反応器中に連続的に供給すし物質組成物を形成する手段、及び (b)この反応器からこの物質組成物を回収する手段 を含む装置。
  17. 【請求項17】 ポリマーを製造するための装置であって、 (a)1種又はそれ以上のモノマー及び/又はオリゴマーのスラリーを連続的
    に調製するためのスラリー容器、 (b)このスラリー容器に連結された少なくとも1つの連続反応器であって、
    1種又はそれ以上のモノマー及び/又はオリゴマーのスラリーを反応させること
    により1種又はそれ以上のポリマーを連続的に製造するのに適合した反応器、 (c)ポリマーを形成させるためにこのスラリーを少なくとも1つの連続反応
    器中に連続的に供給するための手段、及び (d)この反応器から前記ポリマーを回収するための手段 を含む装置。
  18. 【請求項18】 前記反応器が押出機である、請求項17記載の装置。
  19. 【請求項19】 (e)前記反応器に連結された混合機であって、各反応器
    において製造されたポリマーと物質組成物の一つ又はそれ以上の他の成分とをこ
    の混合機において混合することにより物質組成物を製造するのに適合した混合機
    、及び (f)前記ポリマーを各反応器から混合機に、各反応器とこの混合機の間の連
    結部を通じて搬送するための手段 を含む、請求項17記載の装置。
  20. 【請求項20】 前記ポリマーを各反応器から前記混合機に制御速度にて搬
    送するための手段を含む、請求項19記載の装置。
  21. 【請求項21】 製造されるポリマーがエポキシ樹脂である、請求項17記
    載の装置。
  22. 【請求項22】 前記ポリマーと混合される少なくとも一つ又はそれ以上の
    他の成分が、エポキシ樹脂と反応性である物質、エポキシ樹脂と反応性でない物
    質、顔料、安定剤及び充填剤から選択された少なくとも一つのものである、請求
    項19記載の装置。
  23. 【請求項23】 前記混合機が押出機である、請求項19記載の装置。
  24. 【請求項24】 エポキシ樹脂を製造するための第1反応器及びエポキシ樹
    脂と反応性である物質を製造するための第2反応器を含む、請求項19記載の装
    置。
  25. 【請求項25】 エポキシ樹脂と反応性である物質がポリエステルである、
    請求項24記載の装置。
  26. 【請求項26】 物質組成物が塗料である、請求項17記載の装置。
  27. 【請求項27】 前記スラリーが、(i)1分子当たり平均して1個より多
    い近接エポキシ基を含有する物質と(ii)前記物質(i)と反応性である部分
    を1分子当たり平均して1個より多く含有する物質との混合物である、請求項2
    6記載の装置。
  28. 【請求項28】 前記物質(ii)がポリヒドロキシル化合物である、請求
    項27記載の装置。
  29. 【請求項29】 前記ポリヒドロキシル化合物がビスフェノールAである、
    請求項28記載の装置。
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