JP2009132857A - Method and device for producing polymer - Google Patents

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Toshiaki Matsuo
俊明 松尾
Masayuki Kamikawa
将行 上川
Kenichiro Oka
憲一郎 岡
Shigeyasu Okamoto
成恭 岡本
Takashi Kajiya
隆司 加治屋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To inhibit coloring of a polymer caused by thermal decomposition in devolatilization of a monomer from a reactant. <P>SOLUTION: A device for producing a polymer includes a barrel-shaped horizontal container 41 having a supply port 42, which is positioned below the molten liquid level of a reactant, and a discharge port 43 for the reactant, a stirring means 45 for the reactant, a degassing means for extracting gas via a degassing port 44 of the horizontal container, a recovery container 37 connected to the degassing port for recovering a volatile substance in the gas, and a vacuum pump 36. The stirring means includes a plurality of stirring rods 46 oriented along the axis direction in the horizontal container and coupling members 47 for coupling the stirring rods mutually along the axis direction. The coupling members are placed spacing from the virtual rotation center of the stirring means. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ポリマーの製造方法及び製造装置に係り、特に、ポリ乳酸などの開環重合系ポリマーから未反応モノマーなどを取り除く技術に関する。   The present invention relates to a polymer production method and production apparatus, and more particularly to a technique for removing unreacted monomers from a ring-opening polymer such as polylactic acid.

開環重合反応により合成されるポリマーの1つであるポリ乳酸は、ヒドロキシカルボン酸の一つである乳酸を原料として作られる無色透明なポリエステルである。乳酸からポリ乳酸を合成する方法の一つとして、乳酸を縮合してオリゴマーを生成させ、これに酸化アンチモン等の触媒を添加して解重合することにより環状縮合物であるラクチド(乳酸の二量体)を生成させ、このラクチドにオクチル酸スズ等の触媒を添加して開環重合する方法が知られている。   Polylactic acid, which is one of the polymers synthesized by ring-opening polymerization reaction, is a colorless and transparent polyester made from lactic acid, which is one of hydroxycarboxylic acids. One method of synthesizing polylactic acid from lactic acid is to condense lactic acid to form an oligomer, and then add a catalyst such as antimony oxide to depolymerize it to form lactide, which is a cyclic condensate (a dimer of lactic acid). And a ring-opening polymerization method by adding a catalyst such as tin octylate to the lactide.

ポリ乳酸を重合する方法としては、例えば、ラクチドの開環重合を行う反応槽を直列に接続し、原料の供給と重合物の排出を同時に行う連続方式が広く知られている。この場合、各反応槽での温度、触媒量、滞留時間などを適宜調整して運転することにより、温度履歴の長時間化や重合に伴う反応熱の蓄積によるポリ乳酸の熱分解による着色を抑制することができる。   As a method for polymerizing polylactic acid, for example, a continuous system in which reaction vessels for ring-opening polymerization of lactide are connected in series, and raw material supply and polymer discharge are simultaneously performed is widely known. In this case, by appropriately adjusting the temperature, amount of catalyst, residence time, etc. in each reaction tank, it is possible to suppress coloring due to thermal decomposition of polylactic acid due to prolonged temperature history and accumulation of reaction heat accompanying polymerization. can do.

ところで、このようにして製造されるポリ乳酸は、未反応のラクチドやモノマーを多く含んでいるため、強度的に脆弱であったり、加水分解しやすいという問題がある。このため、最終重合物となるポリ乳酸から減圧環境下において未反応のラクチドやモノマーを取り除く(脱モノマー)装置が開示されている(特許文献1参照。)。特許文献1に記載された装置は、複数の攪拌翼が間隔を開けて互いに平行に回転軸に取り付けられた攪拌機が横型の容器内に収納されており、この容器には重合された被反応物質(ポリマー)の供給口と排出口、気体を脱気するための脱気口が設けられている。容器内に供給された被反応物質は、攪拌翼の回転に伴い容器内を移動するとともに、減圧雰囲気により未反応のモノマーが脱揮された状態で取り出されるようになっている。   By the way, since polylactic acid produced in this way contains a large amount of unreacted lactide and monomer, there is a problem that it is weak in strength or easily hydrolyzed. For this reason, an apparatus for removing unreacted lactide and monomers (demonomer) from polylactic acid as a final polymerized product in a reduced pressure environment is disclosed (see Patent Document 1). In the apparatus described in Patent Document 1, a stirrer in which a plurality of agitating blades are attached to a rotating shaft in parallel with each other at an interval is accommodated in a horizontal container, and the polymerized reactant is contained in this container. A (polymer) supply port and discharge port, and a deaeration port for degassing the gas are provided. The to-be-reacted substance supplied into the container moves inside the container as the stirring blades rotate, and is taken out in a state where unreacted monomers are devolatilized in a reduced-pressure atmosphere.

また、特許文献2に記載された発明においては、縮重合系のポリエステルを対象として、複数の翼板とドーナツ状の円板を容器の長さ方向に交互に配置して攪拌体を形成し、この攪拌体を容器内で槽周方向に回転させることにより、重合反応を促進し、副生成物の脱揮除去を行う技術が開示されている。本技術では、容器内を長手方向に流れる反応液に対して実質的に直交する面(鉛直な面)で攪拌を行うとともに、仮想回転中心に攪拌軸を持たせないことにより、回転軸へのポリマー付着を抑制することができる。   In addition, in the invention described in Patent Document 2, for a polycondensation polyester, a plurality of blades and donut-shaped disks are alternately arranged in the length direction of the container to form a stirring body, A technique is disclosed in which the stirring body is rotated in the circumferential direction of the tank in the container to accelerate the polymerization reaction and to remove the by-product by devolatilization. In the present technology, stirring is performed on a surface (perpendicular surface) that is substantially orthogonal to the reaction liquid flowing in the longitudinal direction in the container, and the stirring axis is not provided at the virtual rotation center. Polymer adhesion can be suppressed.

同様に、特許文献3に記載された発明においては、仮想回転中心に攪拌軸を有しない2つの回転翼体を容器内に並設して互いに反対向きに回転させるようにした攪拌装置が記載されている。本技術では、容器内を長手方向に流れる反応液に対して実質的に直交する面となるめがね形状の攪拌翼で攪拌を行うとともに、仮想回転中心に攪拌軸を持たせないことにより、回転軸へのポリマー付着を抑制することができる。   Similarly, in the invention described in Patent Document 3, a stirring device is described in which two rotor blades having no stirring shaft at the virtual rotation center are arranged in parallel in a container and are rotated in directions opposite to each other. ing. In this technique, stirring is performed with a glass-shaped stirring blade that becomes a surface substantially orthogonal to the reaction liquid flowing in the longitudinal direction in the container, and the rotating shaft is not provided with a stirring shaft at the virtual rotation center. It is possible to suppress polymer adhesion to the surface.

更に、特許文献4に記載された発明においては、縮重合系のポリエステルを対象として、棒状の矩形枠を槽の長手方向に連結して形成する攪拌翼を容器内で平行に並設させて回転させる技術が開示されている。本技術では、容器内を長手方向に流れる反応液の流れに対して実質的に直交する面を持たない矩形枠の回転によって攪拌が行われるため、仮想回転中心の攪拌軸や攪拌翼の面へのポリマー付着を抑制することができる。   Furthermore, in the invention described in Patent Document 4, for a polycondensation polyester, a stirring blade formed by connecting a rod-like rectangular frame in the longitudinal direction of the tank is arranged in parallel in the container and rotated. Techniques for making them disclosed are disclosed. In this technique, since stirring is performed by rotation of a rectangular frame that does not have a surface that is substantially orthogonal to the flow of the reaction liquid flowing in the longitudinal direction in the container, the surface of the stirring shaft or stirring blade at the center of virtual rotation is used. It is possible to suppress the adhesion of the polymer.

一方、特許文献5には、ポリ乳酸を中心とした連続での開環重合工程として、前段に横型重合器、後段に縦型重合器を配置して直列的に接続された2個以上の反応槽を備え、開環重合反応の後に残存モノマーを除去する技術が開示されている。本技術によれば、開環重合工程における反応液のプラグフロー性と反応熱の除去性能の高さにより、熱劣化の少ない状態で高い反応度まで重合を進めることができるため、高品質のポリマーを合成することができる。   On the other hand, in Patent Document 5, as a continuous ring-opening polymerization process centering on polylactic acid, two or more reactions connected in series with a horizontal polymerizer in the front stage and a vertical polymerizer in the rear stage are arranged. A technique for removing a residual monomer after the ring-opening polymerization reaction is disclosed. According to this technology, because the plug flow property of the reaction solution in the ring-opening polymerization process and the high heat removal performance allow the polymerization to proceed to a high degree of reactivity with little thermal degradation, a high-quality polymer Can be synthesized.

また、特許文献6には、ポリ乳酸を中心とした連続での開環重合工程とその後の残存モノマー除去工程の間で添加物を反応液に混和する技術が記載されている。これにより、残存モノマー除去工程における解重合反応を抑制することで、劣化の少ない高品質のポリマーを合成できる。   Patent Document 6 describes a technique in which an additive is mixed into a reaction solution between a continuous ring-opening polymerization step centering on polylactic acid and a subsequent residual monomer removal step. Thereby, the high-quality polymer with little deterioration is compoundable by suppressing the depolymerization reaction in a residual monomer removal process.

特許第3419609号公報Japanese Patent No. 3419609 特開平10−218998号公報JP-A-10-218998 特開2004−10791号公報JP 2004-10791 A 特許第2523770号公報Japanese Patent No. 2523770 特開2005−220203号公報JP 2005-220203 A 特開2007−126601号公報JP 2007-126601 A

しかしながら、特許文献1の装置に供給される被反応物質は、重合が既に完了したポリマーの状態であるため、液粘度が元々高いことに加えて、脱モノマーが進行するとさらに液粘度が高くなる。このため、特許文献1の装置を用いて被反応物質を処理した場合、攪拌機の回転軸に高粘度の被反応物質が付着するおそれがある。このように回転軸に付着した被反応物質は、装置内での滞留時間が増加することにより、熱分解が発生し、着色を生じ易くなるという問題がある。   However, since the reactant to be supplied to the apparatus of Patent Document 1 is in a polymer state in which the polymerization has already been completed, in addition to the originally high liquid viscosity, the liquid viscosity further increases as the demonomer proceeds. For this reason, when processing a to-be-reacted substance using the apparatus of patent document 1, there exists a possibility that a to-be-reacted substance with a high viscosity may adhere to the rotating shaft of a stirrer. As described above, there is a problem that the substance to be reacted attached to the rotating shaft is likely to be colored due to thermal decomposition due to an increase in residence time in the apparatus.

また、特許文献1の装置は、横型容器に設けられる被反応物質の供給口が容器の上部、つまり溶融液面よりも上方に設けられているため、被反応物質の投入により容器内の流体の流れに乱れが生じ、押し出し流れとならないことがある。すなわち、容器内で逆流が生じることにより被反応物質の滞留時間が増加して、熱分解による着色が生じやすくなる。さらに、被反応物質に熱分解が生じると、生産効率が低下するという問題がある。   Further, in the apparatus of Patent Document 1, the supply port for the reactant to be provided in the horizontal container is provided above the vessel, that is, above the surface of the molten liquid. The flow may be turbulent and may not be extruded. That is, the backflow in the container increases the residence time of the substance to be reacted, and coloring due to thermal decomposition tends to occur. Furthermore, when thermal decomposition occurs in the reactant, there is a problem that production efficiency is lowered.

一方、特許文献1の装置に代えて、特許文献2、3の装置を用いる場合、仮想回転中心に攪拌軸を持たないことにより、攪拌軸へのポリマー付着の影響を抑制できるものの、反応液の流れに直交する面を有する攪拌翼へポリマーが付着する可能性がある。特に、残存モノマーが少なくなってくるとポリマーの溶融粘度が著しく増大するため、この影響は大きいと予想される。   On the other hand, when using the devices of Patent Documents 2 and 3 instead of the device of Patent Document 1, the influence of polymer adhesion to the stirring shaft can be suppressed by having no stirring shaft at the center of virtual rotation, There is a possibility that the polymer adheres to the stirring blade having a surface orthogonal to the flow. In particular, this effect is expected to be significant since the melt viscosity of the polymer increases significantly as the residual monomer decreases.

また、特許文献1の装置に代えて、特許文献4の装置を用いる場合は、仮想回転中心に攪拌軸がないこと、及び、格子形状の攪拌翼には反応液の流れに直交する面がないことから、攪拌軸や攪拌翼へのポリマー付着の可能性が少ないことが予想される。しかしながら、格子形状の攪拌翼は反応液の粘度がある程度高くなければ、反応液を持ち上げて攪拌及び脱揮する性能が著しく低下してしまう。このため、脱モノマー工程初期の比較的粘度が低い反応液に対しては脱揮性能が悪くなることが予想される。   Moreover, when using the apparatus of patent document 4 instead of the apparatus of patent document 1, there is no stirring axis in the virtual rotation center, and the lattice-shaped stirring blade does not have a surface orthogonal to the flow of the reaction liquid. Therefore, it is expected that there is little possibility of polymer adhesion to the stirring shaft and the stirring blade. However, if the viscosity of the reaction liquid is not high to some extent, the lattice-shaped stirring blades will significantly reduce the performance of lifting and stirring and devolatilizing the reaction liquid. For this reason, it is expected that the devolatilization performance deteriorates for a reaction solution having a relatively low viscosity at the beginning of the demonomer step.

また、特許文献5、6では、開環重合工程後の脱モノマー工程の方法、装置に関する技術の記載がなく、高品質のポリマーを合成するために適切な脱モノマー工程の技術が必要となる。   Moreover, in patent documents 5 and 6, there is no description of the technique regarding the method and apparatus of the demonomer process after a ring-opening polymerization process, and the technique of an appropriate demonomer process is required in order to synthesize | combine a high quality polymer.

本発明の課題は、このような被反応物質のポリマーに含まれる未反応のモノマーなどを脱揮して取り除く工程において、容器内にポリマーが付着することによるポリマーの熱分解や着色を抑制することにある。   The object of the present invention is to suppress thermal decomposition and coloration of the polymer due to the polymer adhering to the container in the step of devolatilizing and removing the unreacted monomer contained in the polymer of the reactant. It is in.

本発明では上記課題を解決するため、ヒドロキシカルボン酸の環状二量体を開環重合反応させて得られたポリヒドロキシカルボン酸を溶融状態で攪拌するとともに、開環重合反応時よりも低い圧力下で未反応の環状二量体残存物を脱揮除去するポリマーの製造方法において、開環重合反応は、地面に対して水平に配置される攪拌軸を有する攪拌体を収納する横型反応槽と、この横型反応槽の一端側に形成されて被反応物質を供給する供給口と、横型反応槽の他端側に形成されて被反応物質を排出する排出口と、横型反応槽内に設置される一つ以上の堰とを備えて構成される横型重合器を最初の段に配置し、地面に対して垂直に配置される攪拌軸を収納する縦型反応槽と、この縦型反応槽の上端側に形成されて被反応物質を供給する供給口と、縦型反応槽の下端側に形成されて被反応物質を排出する排出口とを備えて構成される縦型重合器を最後の段に配置してなる複数の直列された重合器を用いて連続的に行い、脱揮除去は、開環重合反応させて得られた被処理物質を横型の槽の一端側の供給口から供給し、複数の棒状の矩形枠を槽の長手方向に連結して仮想回転中心に攪拌軸を持たない攪拌体を槽内で槽周方向に回転させ、被処理物質を他端側の排出口から排出するとともに、被処理物質の溶融液面よりも上方の脱揮口から脱揮ガスを排出することにより、連続的に行うことを特徴とする。   In the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, the polyhydroxycarboxylic acid obtained by subjecting a cyclic dimer of hydroxycarboxylic acid to a ring-opening polymerization reaction is stirred in a molten state, and under a lower pressure than during the ring-opening polymerization reaction. In the method for producing a polymer for devolatilizing and removing unreacted cyclic dimer residue, the ring-opening polymerization reaction includes a horizontal reaction tank containing a stirring body having a stirring shaft disposed horizontally with respect to the ground; A supply port that is formed at one end of the horizontal reaction tank and supplies a reactant, a discharge port that is formed at the other end of the horizontal reaction tank and discharges the reactant, and is installed in the horizontal reaction tank A horizontal polymerization vessel comprising one or more weirs is arranged in the first stage, and a vertical reaction vessel containing a stirring shaft arranged perpendicular to the ground, and an upper end of the vertical reaction vessel A supply port formed on the side for supplying a reactant; A vertical polymerization vessel formed on the lower end side of the mold reaction tank and having a discharge port for discharging the reactant to be reacted using a plurality of serial polymerization vessels arranged in the last stage The devolatilization is performed by supplying the material to be treated obtained by the ring-opening polymerization reaction from the supply port on one end of the horizontal tank, and connecting a plurality of rod-shaped rectangular frames in the longitudinal direction of the tank. A stirrer that does not have an agitation shaft at the center of rotation rotates in the tank circumferential direction in the tank, discharges the material to be processed from the discharge port on the other end side, and a devolatilization port above the melt surface of the material to be processed It is characterized by being continuously performed by discharging devolatilization gas from

本発明における開環重合工程と脱揮工程の組み合わせを用いれば、高反応度、つまり高粘度のポリマーを脱揮工程に供給することができるため、矩形枠形状の攪拌翼でも脱揮工程初期の反応液を持ち上げて攪拌・脱揮する性能を確保することができ、矩形枠形状の攪拌翼を有する装置を脱揮工程に適用することが可能となる。また、本発明では、開環重合工程、脱揮工程のそれぞれにおいて熱劣化が少ないことを特徴とするが、熱劣化の低減効果は、以下の理由で単純な足し算以上となる。   If a combination of the ring-opening polymerization step and the devolatilization step in the present invention is used, a polymer with high reactivity, that is, a high viscosity, can be supplied to the devolatilization step. The ability to lift and stir and devolatilize the reaction liquid can be ensured, and an apparatus having a rectangular frame-shaped stirring blade can be applied to the devolatilization step. Further, the present invention is characterized in that there is little thermal degradation in each of the ring-opening polymerization step and the devolatilization step, but the effect of reducing thermal degradation is more than a simple addition for the following reasons.

熱劣化や熱分解は、ポリマー分子のエステル結合−CO−OCH(CH3)−の破壊であり、これにより分解してできた2つのポリマー分子の末端にはカルボキシル基−COOHとビニル基−CH=CH2のどちらか一方がそれぞれ生成する。カルボキシル基は酸であり、これが熱と相まって他のエステル結合を破壊する触媒作用を有するため、熱劣化現象は加速していくことになる。したがって、開環重合工程において熱劣化の少ないポリマーを合成することにより、脱揮工程の熱劣化抑制効果は著しく向上する。 Thermal degradation or thermal decomposition is the destruction of the ester bond of the polymer molecule —CO—OCH (CH 3 ) —, and the two polymer molecules formed by this decomposition have carboxyl groups —COOH and vinyl groups —CH Either one of = CH 2 is generated. Since the carboxyl group is an acid and has a catalytic action that breaks other ester bonds in combination with heat, the thermal deterioration phenomenon is accelerated. Therefore, by synthesizing a polymer with little thermal degradation in the ring-opening polymerization step, the thermal degradation inhibiting effect in the devolatilization step is significantly improved.

具体的に、本発明のポリマー製造方法を実現する製造装置は、ヒドロキシカルボン酸の環状二量体を開環重合反応させて得られたポリヒドロキシカルボン酸を溶融状態で攪拌するとともに、開環重合反応時よりも低い圧力下で未反応の環状二量体残存物を脱揮除去するポリマーの製造装置において、開環重合反応を行う装置は、地面に対して水平に配置される攪拌軸を有する攪拌体が収納される横型反応槽と、この横型反応槽の一端側に形成されて被反応物質を供給する供給口と、横型反応槽の他端側に形成されて被反応物質を排出する排出口と、横型反応槽内に設置される一つ以上の堰とを備えて構成される横型重合器を最初の段に配置し、地面に対して垂直に配置される攪拌軸を収納する縦型反応槽と、この縦型反応槽の上端側に形成されて被反応物質を供給する供給口と、縦型反応槽の下端側に形成されて被反応物質を排出する排出口とを備えて構成される縦型重合器を最後の段に配置してなる複数の直列された重合器からなり、脱揮除去を行う装置は、横型攪拌槽と、この攪拌槽に収納されて槽周方向に回転可能に支持される攪拌体と、攪拌槽の一端側に形成されて開環重合反応させて得られた被処理物質を供給する供給口と、攪拌槽の他端側に形成されて被処理物質を排出する排出口と、攪拌槽の被処理物質の溶融液面よりも上方に形成されて脱揮ガスを排出する脱揮口と、この脱揮口に接続されて脱揮ガスを凝縮又は凝固させて回収する回収容器と、この回収容器に接続されて槽内を減圧する真空ポンプとを備え、攪拌体は、複数の棒状の矩形枠を槽の長手方向に連結させて形成され、仮想回転中心に攪拌軸を持たないことを特徴とする。   Specifically, the production apparatus for realizing the polymer production method of the present invention stirs polyhydroxycarboxylic acid obtained by ring-opening polymerization reaction of a cyclic dimer of hydroxycarboxylic acid in a molten state and also performs ring-opening polymerization. In a polymer production apparatus for devolatilizing and removing unreacted cyclic dimer residue under a pressure lower than that at the time of reaction, an apparatus for performing a ring-opening polymerization reaction has a stirring shaft disposed horizontally with respect to the ground. A horizontal reaction tank in which the stirring body is accommodated, a supply port that is formed at one end of the horizontal reaction tank to supply a reactant, and a discharge that is formed at the other end of the horizontal reaction tank to discharge the reactant. A vertical polymerization vessel that is equipped with an outlet and one or more weirs installed in a horizontal reaction vessel is arranged in the first stage and contains a stirring shaft arranged perpendicular to the ground. Formed on the reaction tank and the upper end of this vertical reaction tank. A vertical polymerization vessel having a supply port for supplying the reactants and a discharge port formed at the lower end side of the vertical reaction tank for discharging the reactants is arranged at the last stage. An apparatus comprising a plurality of serially connected polymerizers for performing devolatilization and removal includes a horizontal stirring tank, a stirring body housed in the stirring tank and supported to be rotatable in the tank circumferential direction, and one end side of the stirring tank. A supply port for supplying a material to be treated which is formed and subjected to a ring-opening polymerization reaction, a discharge port which is formed on the other end side of the stirring vessel and discharges the material to be treated, and melting of the material to be treated in the stirring vessel A devolatilization port that is formed above the liquid level and discharges the devolatilization gas, a recovery container that is connected to the devolatilization port and condenses or solidifies the devolatilization gas, and is connected to the recovery container. A vacuum pump that depressurizes the inside of the tank, and the stirrer connects a plurality of rod-shaped rectangular frames in the longitudinal direction of the tank It was formed, characterized in that no stirring shaft inserted through the virtual rotation center.

この場合において、被処理物質を供給する供給口と他端側に被処理物質を排出する排出口は、プラグフロー性向上の観点から、被処理物質の溶融液面よりも下方に配置されることが望ましい。なお、脱揮除去を行う装置は必ずしも一段である必要はなく、必要に応じて本発明で述べるのとは他の種類、例えば押出機等の脱揮装置を含めて、直列または並列に複数段を組み合わせて用いることができる。   In this case, the supply port for supplying the material to be processed and the discharge port for discharging the material to be processed to the other end side should be arranged below the melt surface of the material to be processed from the viewpoint of improving the plug flow property. Is desirable. Note that the apparatus for performing devolatilization removal does not necessarily have to be one stage, and other types than those described in the present invention as necessary, for example, including a devolatilizer such as an extruder, are arranged in multiple stages in series or in parallel. Can be used in combination.

また、脱揮工程において、熱劣化の抑制の観点から、攪拌槽の供給口を溶融液面よりも下方に配置することにより、供給口を通じて攪拌槽内に供給される被処理物質は溶融する被処理物質の流れを乱すことがなく、溶融液の押し出し流れ(プラグフロー性)が形成されるため、分子量分布の狭い分解しにくいポリマーを合成することができる。   In addition, in the devolatilization process, from the viewpoint of suppressing thermal deterioration, by disposing the supply port of the stirring tank below the surface of the melt, the material to be treated supplied into the stirring tank through the supply port is melted. Since the flow of the processing substance is not disturbed and an extruded flow (plug flow property) of the melt is formed, a polymer having a narrow molecular weight distribution and difficult to decompose can be synthesized.

また、攪拌槽内の攪拌体は、攪拌軸を仮想回転中心から離して設けられ、矩形枠の連結部材自身が仮想回転中心に対して所定の周速度で回転移動するため、連結部材に被処理物質が付着することを抑制できる。また、矩形枠形状の攪拌翼は、この翼面に直行して流れる被処理物質の影響を殆ど受けないため、特に残存モノマーが低減する脱揮工程の後半においても、ポリマーの付着が低減される。したがって、容器内における被処理物質の滞留時間の増加を抑制でき、熱分解による着色を抑制し、分子量の高い、高品質のポリマーを製造することができる。   Further, the stirring body in the stirring tank is provided with the stirring shaft away from the virtual rotation center, and the connecting member itself of the rectangular frame rotates at a predetermined peripheral speed with respect to the virtual rotation center. It can suppress that a substance adheres. In addition, since the stirring blade having a rectangular frame shape is hardly affected by the material to be treated that flows directly to the blade surface, adhesion of the polymer is reduced even in the latter half of the devolatilization step in which the residual monomer is reduced. . Therefore, an increase in the residence time of the substance to be treated in the container can be suppressed, coloring due to thermal decomposition can be suppressed, and a high-quality polymer having a high molecular weight can be produced.

また、開環重合反応させてから脱揮除去する前の被処理物質に、開環重合反応の触媒を失活させる薬剤又は前記被処理物質の熱劣化を低減する薬剤の少なくとも一方を添加する手段を設けるようにする。これにより、重合触媒を失活させる薬剤、ポリマーの酸化防止剤を被処理物質に添加、混和することができるため、本発明の技術における熱分解抑制効果をさらに向上させることができる。   Further, means for adding at least one of an agent that deactivates the catalyst of the ring-opening polymerization reaction or an agent that reduces thermal degradation of the material to be treated to the material to be treated after the ring-opening polymerization reaction and before devolatilization and removal To be provided. Thereby, since the chemical | medical agent which deactivates a polymerization catalyst and the antioxidant of a polymer can be added and mixed with a to-be-processed substance, the thermal decomposition inhibitory effect in the technique of this invention can further be improved.

また、攪拌槽には、被処理物質に含まれる揮発物質を回収する回収容器が設けられているため、この揮発物質を回収し、回収された物質は所望の用途に利用することができる。特に、回収された物質を前工程に戻し原料として再利用することにより、高品質のポリマーを高収率で合成することができる。なお、揮発物質を回収容器に回収する際は、例えば、所定の冷却手段により回収容器を冷却することにより、揮発物質を液状、または粉状にして回収することができる。   Further, since the agitation tank is provided with a recovery container for recovering the volatile substances contained in the material to be treated, the volatile substances are recovered, and the recovered substances can be used for desired applications. In particular, a high-quality polymer can be synthesized in a high yield by returning the recovered substance to the previous step and reusing it as a raw material. When collecting the volatile substance in the collection container, for example, the volatile substance can be collected in a liquid or powder form by cooling the collection container with a predetermined cooling means.

本発明によれば、開環重合反応により生成されたポリ乳酸などの被反応物質に含まれる未反応のモノマーを脱揮して取り除く際に、容器内にポリマーが付着することによる被反応物質の熱分解や着色を抑制することができる。   According to the present invention, when the unreacted monomer contained in the reaction material such as polylactic acid produced by the ring-opening polymerization reaction is devolatilized and removed, the reaction material due to the polymer adhering to the container is removed. Thermal decomposition and coloring can be suppressed.

また、他の重合反応により生成された被反応物質、例えば、溶媒重合反応により生成されたポリスチレンなどに含まれる溶媒などを脱揮して取り除く際にも、被反応物質の熱分解や着色を抑制することができる。   It also suppresses thermal decomposition and coloration of the reactants generated by devolatilization and removal of the reactants produced by other polymerization reactions, such as solvents contained in polystyrene produced by the solvent polymerization reaction. can do.

以下、本発明を適用してなる実施の形態のポリマーの製造方法及び製造装置は、被反応物質を開環重合反応させる反応装置及び反応工程と、開環重合反応によって生成された被処理物質を脱揮処理する脱揮装置及び脱揮工程とからなり、被処理物質中に含まれる揮発物質を取り除いて、最終物質を得ることを目的とするものである。   Hereinafter, a polymer production method and production apparatus according to an embodiment to which the present invention is applied include a reaction apparatus and a reaction process for subjecting a reaction substance to a ring-opening polymerization reaction, and a target substance generated by the ring-opening polymerization reaction. It consists of a devolatilization apparatus and a devolatilization process for devolatilization, and is intended to obtain a final material by removing volatile substances contained in the material to be treated.

ここで、脱揮装置に導入される被処理物質(以下、適宜、重合物又はポリマーという。)は、主としてポリ乳酸を対象とするが、これに限らず、開環重合反応によって生成するものとして、環式二量体の開環重合反応によって合成されるポリエステル、例えば、乳酸を主成分とする共重合体、グリコリドの開環重合によるポリグリコール酸、グリコール酸を主成分とする共重合体などにも適用することができる。   Here, the material to be treated (hereinafter, appropriately referred to as a polymer or a polymer) introduced into the devolatilizer is mainly polylactic acid, but is not limited to this, and is generated by a ring-opening polymerization reaction. Polyesters synthesized by ring-opening polymerization reaction of cyclic dimers, for example, copolymers based on lactic acid, polyglycolic acid by ring-opening polymerization of glycolide, copolymers based on glycolic acid, etc. It can also be applied to.

さらに、被処理物質としては、溶媒重合によって生成するポリマーについても適用することができる。溶媒重合によって生成するポリマーとは、高分子ポリマーに別のポリマー原料を付加重合させて生成するポリマーをいい、例えば、セルロース、酢酸を主成分とする共重合体などがある。   Furthermore, as a to-be-processed substance, it can apply also about the polymer produced | generated by solvent polymerization. The polymer produced by solvent polymerization refers to a polymer produced by addition polymerization of a polymer material with another polymer raw material, and examples thereof include a copolymer mainly composed of cellulose and acetic acid.

ここで、ポリ乳酸の原料として使用されるラクチドは、乳酸2分子から水2分子を脱水することにより生じる環式エステルを意味し、ポリ乳酸は、乳酸を主成分とする重合体を意味し、ポリL−乳酸ホモポリマー、ポリD−乳酸ホモポリマー、ポリL/D−乳酸共重合物、これらのポリ乳酸に他のエステル結合形成性成分、例えば、ヒドロキシカルボン酸、ラクトン類、ジカルボン酸とジオールなどを共重合した共重合ポリ乳酸及びそれらに副次成分として添加物を混合したものを包含する。   Here, lactide used as a raw material for polylactic acid means a cyclic ester produced by dehydrating two molecules of water from two molecules of lactic acid, and polylactic acid means a polymer mainly composed of lactic acid, Poly L-lactic acid homopolymer, poly D-lactic acid homopolymer, poly L / D-lactic acid copolymer, and other ester bond forming components such as hydroxy carboxylic acid, lactones, dicarboxylic acid and diol Copolymerized polylactic acid obtained by copolymerizing and the like, and those in which additives are mixed as secondary components are included.

グリコリドは、グリコール酸2分子から水2分子を脱水することにより生じる環式エステルを意味し、ポリグリコール酸は、グリコール酸を主成分とする重合体を意味し、他のエステル結合形成性成分、例えば、ヒドロキシカルボン酸、ラクトン類、ジカルボン酸とジオールなどを共重合した共重合ポリグリコール酸及びそれらに副次成分として添加物を混合したものを包含する。   Glycolide means a cyclic ester generated by dehydrating two molecules of water from two molecules of glycolic acid, polyglycolic acid means a polymer based on glycolic acid, and other ester bond-forming components, For example, it includes hydroxycarboxylic acids, lactones, copolymerized polyglycolic acid obtained by copolymerizing dicarboxylic acid and diol, and those in which additives are mixed as secondary components.

乳酸、グリコール酸以外のヒドロキシカルボン酸の例としては、ヒドロキシブチルカルボン酸、ヒドロキシ安息香酸など、ラクトンの例としては、ブチロラクトン、カプロラクトンなど、ジカルボン酸の例としては炭素数4〜20の脂肪族ジカルボン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸、ジオールの例としては、炭素数2〜20の脂肪族ジオールがあげられる。ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレンエーテルなどポリアルキレンエーテルのオリゴマー及びポリマーも共重合成分として用いられる。同様にポリアルキレンカーボネートのオリゴマー及びポリマーも共重合成分として用いられる。   Examples of hydroxycarboxylic acids other than lactic acid and glycolic acid include hydroxybutyl carboxylic acid and hydroxybenzoic acid, examples of lactones include butyrolactone and caprolactone, and examples of dicarboxylic acids include aliphatic dicarboxylic acids having 4 to 20 carbon atoms. Examples of aromatic dicarboxylic acids and diols such as acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid and naphthalenedicarboxylic acid include aliphatic diols having 2 to 20 carbon atoms. Polyalkylene ether oligomers and polymers such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, and polybutylene ether are also used as copolymerization components. Similarly, oligomers and polymers of polyalkylene carbonate are also used as copolymerization components.

添加物としては、例えば、酸化防止剤、安定剤、紫外線吸収剤、顔料、着色剤、無機粒子、各種フィラー、離型剤、可塑剤、その他類似のものがある。これらの共重合成分及び添加剤の添加率は任意であるが、主成分は乳酸又は乳酸由来のもので、共重合成分及び添加剤は50重量%以下、特に30%以下とすることが好ましい。   Examples of additives include antioxidants, stabilizers, ultraviolet absorbers, pigments, colorants, inorganic particles, various fillers, mold release agents, plasticizers, and the like. The addition ratio of these copolymerization components and additives is arbitrary, but the main component is lactic acid or derived from lactic acid, and the copolymerization components and additives are preferably 50% by weight or less, particularly preferably 30% or less.

本実施の形態のポリマーの製造方法及び製造装置において、ポリマーの脱揮方法及び装置は、原料を溶融状態で重合させて合成されたポリマー中に含まれるモノマー、オリゴマーなど、もしくは溶融に用いた溶媒を除去するためのものである。原料(被反応物質)とは、重合反応によりポリマーを合成するための構成要素となる、モノマー、環式モノマー、モノマーの環式縮合物及びオリゴマー等を意味する。   In the polymer production method and production apparatus of the present embodiment, the polymer devolatilization method and apparatus are monomers, oligomers, etc. contained in a polymer synthesized by polymerizing raw materials in a molten state, or a solvent used for melting. It is for removing. A raw material (reacted substance) means a monomer, a cyclic monomer, a cyclic condensate of a monomer, an oligomer, or the like, which is a component for synthesizing a polymer by a polymerization reaction.

ポリ乳酸の合成においては、原料としてラクチドを使用し、溶融状態にある原料ラクチド及び触媒を含む反応液を反応装置で加熱し、ラクチドの開環重合反応を行うことにより、ラクチドを溶融状態で重合させてポリ乳酸を連続的又は間欠的に合成する。また、ポリグリコール酸の合成においては、原料としてグリコリドを使用し、溶融状態にある原料グリコリド及び触媒を含む反応液を反応装置で加熱し、グリコリドの開環重合反応を行うことにより、グリコリドを溶融状態で重合させてポリグリコール酸を合成する。ここで、反応液とは、溶融したポリマー原料、溶融原料と触媒の混合物、溶融原料と触媒と各種重合度の重合物との混合物など、ポリマーの合成行程で流通する溶融物や生成物などをすべて包含するものとする。   In the synthesis of polylactic acid, lactide is used as a raw material, a reaction liquid containing raw material lactide and a catalyst in a molten state is heated in a reaction apparatus, and lactide is polymerized in a molten state by performing a ring-opening polymerization reaction of lactide. To synthesize polylactic acid continuously or intermittently. In addition, in the synthesis of polyglycolic acid, glycolide is used as a raw material, a reaction liquid containing raw material glycolide and a catalyst in a molten state is heated in a reaction apparatus, and glycolide is melted by performing a ring-opening polymerization reaction of glycolide. Polymerization is carried out in the state to synthesize polyglycolic acid. Here, the reaction liquid refers to a melted polymer raw material, a mixture of a molten raw material and a catalyst, a mixture of a molten raw material, a catalyst, and a polymer of various polymerization degrees, or a melt or a product distributed in a polymer synthesis process. All are included.

原料が溶融状態にある場合は、溶融原料にそのまま触媒を添加して反応装置に供給し、重合反応に付すことができるが、原料が粉体状などの固形状である場合は、原料溶融装置によって原料を加熱することにより、予め原料を溶融する。原料溶融装置における加熱温度は、原料の融点以上であれば特に制限されない。したがって、原料がラクチドである場合、95℃以上であれば特に限定されないが、通常95〜160℃、好ましくは110〜130℃である。160℃以下の温度とすることにより、ラクチドの熱による劣化を防止することができる。また、原料がグリコリドである場合、83℃以上であれば特に限定されないが、通常83〜160℃、好ましくは90〜130℃である。160℃以下の温度とすることにより、グリコリドの熱による劣化を防止することができる。   When the raw material is in a molten state, the catalyst can be added to the molten raw material as it is and supplied to the reaction apparatus to be subjected to a polymerization reaction. However, if the raw material is in a solid form such as powder, the raw material melting apparatus The raw material is melted in advance by heating the raw material with The heating temperature in the raw material melting apparatus is not particularly limited as long as it is equal to or higher than the melting point of the raw material. Therefore, when the raw material is lactide, it is not particularly limited as long as it is 95 ° C. or higher, but it is usually 95 to 160 ° C., preferably 110 to 130 ° C. By setting the temperature to 160 ° C. or less, deterioration of lactide due to heat can be prevented. Moreover, when a raw material is glycolide, if it is 83 degreeC or more, it will not specifically limit, Usually, 83-160 degreeC, Preferably it is 90-130 degreeC. By setting the temperature to 160 ° C. or less, deterioration of glycolide due to heat can be prevented.

重合反応のための触媒としては、当業者であれば、合成するポリマーによって好適なものを適宜選択できる。例えば、ラクチド、グリコリドの開環重合に用いられる触媒としては、周知のポリ乳酸、ポリグリコール酸の重合用触媒を用いることができ、例えば、周期表IA族、IVA族、IVB族及びVA族からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属又は金属化合物を含む触媒を用いることができる。   As a catalyst for the polymerization reaction, those skilled in the art can appropriately select a suitable catalyst depending on the polymer to be synthesized. For example, as a catalyst used for ring-opening polymerization of lactide and glycolide, well-known catalysts for polymerization of polylactic acid and polyglycolic acid can be used. For example, from groups IA, IVA, IVB and VA of the periodic table A catalyst containing at least one metal or metal compound selected from the group can be used.

IVA族に属するものとしては、例えば、有機スズ系の触媒(例えば、乳酸スズ、酒石酸スズ、ジカプリル酸スズ、ジラウリル酸スズ、ジパルミチン酸スズ、ジステアリン酸スズ、ジオレイン酸スズ、α−ナフトエ酸スズ、β−ナフトエ酸スズ、オクチル酸スズ等)、及び粉末スズ等がある。IA族に属するものとしては、例えば、アルカリ金属の水酸化物(例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等)、アルカリ金属と弱酸の塩(例えば、乳酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、オクチル酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、乳酸カリウム、酢酸カリウム、炭酸カリウム、オクチル酸カリウム等)、アルカリ金属のアルコキシド(例えば、ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムエトキシド等)等がある。IVB族に属するものとしては、例えば、テトラプロピルチタネート等のチタン系化合物、ジルコニウムイソプロポキシド等のジルコニウム系化合物などがある。VA族に属するものとしては、例えば、三酸化アンチモン等のアンチモン系化合物等がある。これらの中でも、有機スズ系触媒又はスズ化合物が活性の点から特に好ましい。   Examples of those belonging to the group IVA include organotin-based catalysts (for example, tin lactate, tin tartrate, tin dicaprylate, tin dilaurate, tin dipalmitate, tin distearate, tin dioleate, tin α-naphthoate). , Β-naphthoic acid tin, octylic acid tin, etc.), and powdered tin. Examples of those belonging to Group IA include alkali metal hydroxides (for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide), alkali metal and weak acid salts (for example, sodium lactate, sodium acetate, sodium carbonate). Sodium octylate, sodium stearate, potassium lactate, potassium acetate, potassium carbonate, potassium octylate, etc.), alkali metal alkoxides (eg sodium methoxide, potassium methoxide, sodium ethoxide, potassium ethoxide, etc.) is there. Examples of those belonging to Group IVB include titanium compounds such as tetrapropyl titanate and zirconium compounds such as zirconium isopropoxide. Examples of those belonging to Group VA include antimony compounds such as antimony trioxide. Among these, an organotin catalyst or a tin compound is particularly preferable from the viewpoint of activity.

触媒は、当技術分野で通常用いられる触媒添加装置により溶融原料に添加することができる。溶融原料に触媒を添加してから反応装置に供給してもよいし、又は反応槽に直接触媒を添加してもよい。   The catalyst can be added to the molten raw material by a catalyst addition apparatus usually used in the art. The catalyst may be added to the molten raw material and then supplied to the reactor, or the catalyst may be added directly to the reaction vessel.

本発明において、原料を重合するための反応装置は、直列的に接続された3個以上の反応槽を含み、この反応槽内で溶融原料及び触媒を含む反応液を加熱することにより重合反応を行うものである。反応装置に含まれる反応槽の数は、2個以上であればよく、通常2〜5個、好ましくは2〜4個、より好ましくは2個である。ただし、特に問題がなければ、1個の反応槽で構成された反応装置を用いて、ポリマー原料の供給口と最終ポリマー排出口の間で原料の追加添加、中間重合物との攪拌・混合を行ってもかまわない。   In the present invention, the reaction apparatus for polymerizing the raw material includes three or more reaction vessels connected in series, and the polymerization reaction is performed by heating the reaction liquid containing the molten raw material and the catalyst in the reaction vessel. Is what you do. The number of reaction tanks contained in the reaction apparatus may be 2 or more, and is usually 2 to 5, preferably 2 to 4, more preferably 2. However, if there is no particular problem, using a reactor composed of one reaction vessel, additional addition of raw materials between the polymer raw material supply port and the final polymer discharge port, stirring and mixing with the intermediate polymer are performed. You can go.

以下に、重合反応のための反応装置及び反応方法と、脱揮処理のための脱揮装置及び脱揮方法について、実施形態を説明する。   Below, embodiment is described about the reaction apparatus and reaction method for a polymerization reaction, and the devolatilization apparatus and devolatilization method for a devolatilization process.

本発明の実施形態では、反応装置において、原料溶融物と最終重合物の中間状態の重合物に原料溶融物を追加添加し、攪拌・混合を行う。反応槽の形状等については、特に制限されず、当技術分野で通常用いられるものを使用できる。なお、実質的に重合反応が行われていない槽が重合反応を実施する槽の前段に接続されていても特に問題はない。ここでは重合反応を実施するための反応装置として、直列的に接続された2個の反応槽を含む場合を説明する。   In the embodiment of the present invention, in the reactor, the raw material melt is additionally added to the intermediate state polymer between the raw material melt and the final polymer, and stirring and mixing are performed. About the shape of a reaction tank etc., it does not restrict | limit in particular, What is normally used in this technical field can be used. In addition, there is no particular problem even if a tank in which the polymerization reaction is not substantially performed is connected to a preceding stage of the tank in which the polymerization reaction is performed. Here, a case where two reaction vessels connected in series will be described as a reaction apparatus for carrying out the polymerization reaction.

第1段目の反応槽としては特に制限されず、当技術分野で通常用いられるものを使用できるが、その回転軸が地面に対して実質的に水平になるように設置された攪拌装置及びその槽内に設置された少なくとも1つの堰を有する反応槽を使用することが望ましい。以下、その回転軸が地面に対して実質的に水平になるように設置された攪拌装置を有する反応槽を横型反応槽と称する。   The reaction vessel in the first stage is not particularly limited, and those commonly used in this technical field can be used. However, the stirring device installed so that the rotation axis thereof is substantially horizontal with respect to the ground and its It is desirable to use a reaction vessel having at least one weir installed in the vessel. Hereinafter, a reaction tank having a stirring device installed so that its rotation axis is substantially horizontal with respect to the ground is referred to as a horizontal reaction tank.

地面に対して実質的に水平とは、攪拌装置の回転軸が厳密に水平であることを意図するものではなく、地面、すなわち、地平線と回転軸とのなす角度が、通常−5°〜5°、好ましくは−1°〜1°、より好ましくは0°であることを意味する。   The term “substantially horizontal to the ground” does not mean that the rotation axis of the stirring device is strictly horizontal, and the angle between the ground, that is, the horizon and the rotation axis is usually −5 ° to 5 °. °, preferably -1 ° to 1 °, more preferably 0 °.

横型反応槽の形状は、攪拌装置の回転軸が地面に対して実質的に水平になるように設置できるような形状であればタンク型でも筒型でもよく特に制限されないが、好ましくは地面と実質的に水平な中心軸を有する円筒状である。また、横型反応槽は、攪拌装置の回転軸方向の一端に溶融原料を含む反応液を供給するための供給口、他端に反応液を取り出すための排出口をそれぞれ備えており、供給された反応液は供給口から排出口の方向に、実質的に水平方向に移動するようになっている。供給口は、攪拌装置の回転軸より下側に位置するのが好ましく、排出口は攪拌装置の回転軸より下側に位置するのが好ましい。   The shape of the horizontal reaction tank is not particularly limited as long as it can be installed so that the rotating shaft of the stirring device is substantially horizontal with respect to the ground. It has a cylindrical shape with a horizontal central axis. Further, the horizontal reaction tank is provided with a supply port for supplying a reaction liquid containing a molten raw material at one end in the rotation axis direction of the stirring device, and a discharge port for taking out the reaction liquid at the other end. The reaction solution moves in a substantially horizontal direction from the supply port to the discharge port. The supply port is preferably positioned below the rotation axis of the stirring device, and the discharge port is preferably positioned below the rotation axis of the stirring device.

攪拌装置は、例えば、円形、長円形、3角形、4角形又は多葉形などの攪拌翼が回転軸上に間隔をあけて2枚以上設置された1軸又は互いに噛み合う2軸以上の混合機から構成される。互いに噛み合う2軸以上の混合機からなる攪拌装置は、回転軸や反応槽への反応液の付着を防止することができるため、セルフクリーニング作用の観点から好ましい。複数の攪拌翼を有する2軸の混合機を使用する場合は、各回転軸の攪拌翼が互い違いに設置されているのが好ましく、また、各回転軸を逆方向に回転させるのが好ましい。回転軸は必ずしも回転翼の仮想回転中心に実在する回転軸部材を意味するものではなく、単なる回転中心としての回転軸線をも包含する。したがって、攪拌装置の回転運動の仮想回転中心が地面に対して実質的に水平に配置されるものであれば、必ずしも回転翼の仮想回転中心に回転軸部材が存在しなくてもよい。   The stirrer is, for example, a single-shaft mixer in which two or more stirrer blades such as a circle, an oval, a triangle, a quadrangle, or a multi-leaf are placed on the rotation axis at intervals, or two or more shafts that mesh with each other. Consists of A stirrer composed of a mixer having two or more shafts meshing with each other is preferable from the viewpoint of self-cleaning action because it can prevent the reaction liquid from adhering to the rotating shaft and the reaction tank. In the case of using a biaxial mixer having a plurality of stirring blades, it is preferable that the stirring blades of the respective rotating shafts are installed alternately, and it is preferable to rotate the respective rotating shafts in the opposite directions. The rotation axis does not necessarily mean a rotation shaft member that actually exists at the virtual rotation center of the rotor blade, but also includes a rotation axis as a simple rotation center. Therefore, as long as the virtual rotation center of the rotational motion of the stirring device is arranged substantially horizontally with respect to the ground, the rotary shaft member does not necessarily have to exist at the virtual rotation center of the rotary blade.

横型反応槽における加熱方法としては、当技術分野において通常用いられる方法を使用することができ、本実施の形態では、反応槽外周部に熱媒のジャケットを設置し、反応槽壁面を通して伝熱により反応液を加熱する方法を用いるが、これに限らず、例えば、攪拌装置の回転軸内部に熱媒を通して、伝熱により加熱する方法などを用いてもよく、これらを単独で使用しても組み合わせて使用してもよい。反応槽は実質的に一定の温度で加熱することが好ましい。   As a heating method in the horizontal reaction tank, a method generally used in this technical field can be used. In the present embodiment, a heat medium jacket is installed on the outer periphery of the reaction tank, and heat is transferred through the reaction tank wall. The method of heating the reaction solution is used, but is not limited to this, for example, a method of heating by heat transfer through the rotating shaft of the stirring device may be used, or these may be used alone or in combination. May be used. The reaction vessel is preferably heated at a substantially constant temperature.

横型反応槽内に供給された溶融原料は当初、熱媒ジャケットにより加熱されて重合するが、反応熱に伴う温度上昇により、反応液の温度が熱媒よりも高くなると逆に反応液から熱媒に熱が逃げることになるため、この方法によれば、冷却方法としても作用しうる。そのため重合反応によって反応熱が発生するようなポリマーの場合には、熱を効果的に逃がすことができ、有利である。   The molten raw material supplied into the horizontal reaction tank is initially heated and polymerized by the heat medium jacket. However, when the temperature of the reaction liquid becomes higher than that of the heat medium due to the temperature rise accompanying the reaction heat, the heat medium from the reaction liquid is reversed. Therefore, this method can also act as a cooling method. Therefore, in the case of a polymer in which reaction heat is generated by the polymerization reaction, heat can be effectively released, which is advantageous.

また、必要に応じて、反応槽内部を複数個の領域に区分けし、区分けした領域ごとに熱媒温度を変えられるような加熱方法を使用してもよい。そのために複数個の熱媒ジャケットを利用することが考えられる。反応槽内部は、例えば、堰間の領域に基づいて区分けすることができる。これにより、例えば、低温の反応液を加熱する領域では熱媒温度を高く設定し、反応熱により反応液温度が高くなり除熱が必要となる領域では逆に熱媒温度を低く設定するといったことが可能となる。熱媒加熱装置で加熱した熱媒を供給口付近に供給することによって反応槽内部に温度勾配を設定することもできる。熱媒温度が低くなると、一部溶融物が固化して反応槽内面に付着する可能性があるが、この場合は、反応槽に設置された攪拌装置により付着物を引き剥がすことができる。   Further, if necessary, a heating method in which the inside of the reaction vessel is divided into a plurality of regions and the heat medium temperature can be changed for each of the divided regions may be used. Therefore, it is conceivable to use a plurality of heat medium jackets. The inside of the reaction vessel can be divided based on the area between the weirs, for example. Thereby, for example, the heat medium temperature is set high in the region where the low temperature reaction liquid is heated, and the heat medium temperature is set low in the region where the reaction liquid temperature becomes high due to the reaction heat and heat removal is necessary. Is possible. A temperature gradient can also be set inside the reaction tank by supplying the heating medium heated by the heating medium heating device to the vicinity of the supply port. When the temperature of the heating medium is lowered, a part of the melt may solidify and adhere to the inner surface of the reaction tank. In this case, the adhering substance can be peeled off by a stirring device installed in the reaction tank.

横型反応槽は、その槽内に堰が設置されている。この堰は、供給口から排出口へ向けて反応液が急速に流れるのを阻害するように作用する。堰の形状は、反応液の流れを阻害可能な形状であればよく、反応槽の形状に基づいて決定することができ、好ましくは板状である。堰の設置方法についても特に制限されないが、例えば、堰が板状である場合は、地面に対し垂直に近い角度となるように設置される。また、堰は攪拌装置の回転軸と垂直な反応槽断面における下側、例えば下側半分又は1/3を遮るように、反応槽の底部内壁に設置される。ここで、地面に対し垂直に近い角度とは、地面と板状の堰とのなす角度が、85〜95°、好ましくは89〜91°、より好ましくは90°であることを意味する。堰の材質としては、断熱性を有するものを使用するのが好ましい。   The horizontal reaction tank has a weir in the tank. This weir acts to inhibit the reaction solution from flowing rapidly from the supply port to the discharge port. The shape of the weir may be a shape that can inhibit the flow of the reaction solution, and can be determined based on the shape of the reaction tank, and preferably has a plate shape. The method for installing the weir is not particularly limited. For example, when the weir is plate-shaped, the weir is installed at an angle close to the vertical. Further, the weir is installed on the bottom inner wall of the reaction tank so as to block the lower side, for example, the lower half or 1/3 of the reaction tank cross section perpendicular to the rotation axis of the stirring device. Here, the angle close to perpendicular to the ground means that the angle formed by the ground and the plate-like weir is 85 to 95 °, preferably 89 to 91 °, more preferably 90 °. As the material of the weir, it is preferable to use a material having heat insulating properties.

ポリマーの流通性を高める観点から、堰には貫通孔を設置する場合もあり、貫通孔は、反応槽の底部に近い部分、好ましくは反応槽底部内壁との境目に存在する。貫通孔の数は、通常1〜10個、好ましくは1〜5個である。このような貫通孔を設けることにより、反応液を適度な速度で流通させることができる。堰の設置位置及び間隔等は、当業者であれば反応条件等に基づき適宜決定することができる。例えば、ポリマーの粘度分布が同程度になる領域を分けるように堰の設置位置を決定することができる。また、反応槽内の堰の設置位置を決めた後、所定の流量で反応液が貫通孔を通過する際の抵抗が、堰の前後における反応液ヘッド差による駆動力よりも小さくなるように貫通孔の孔径を決定することができる。2つの堰間の領域は、単一の混合セルと同様に作用し、攪拌装置によって攪拌されることにより反応液が均一化される。これにより、粘度の低い原料溶融物や重合度の低い低粘度の重合物が、重合度の高い高粘度の重合物よりも速く流れて両者が混ざり合う影響を抑制することができる。なお、重合物の粘度がある程度期待でき、異なる粘度の重合物の混ざり合う効果が小さいときには堰を省略してもよい。   From the viewpoint of improving the flowability of the polymer, there may be a case where a through hole is provided in the weir, and the through hole is present at the boundary with the portion near the bottom of the reaction vessel, preferably the inner wall of the reaction vessel bottom. The number of through holes is usually 1 to 10, preferably 1 to 5. By providing such a through hole, the reaction solution can be circulated at an appropriate speed. A person skilled in the art can appropriately determine the installation position and interval of the weir based on reaction conditions and the like. For example, the installation position of the weir can be determined so as to divide the region where the viscosity distribution of the polymer is about the same. In addition, after deciding the position of the weir in the reaction tank, the resistance when the reaction liquid passes through the through hole at a predetermined flow rate penetrates so as to be smaller than the driving force due to the reaction liquid head difference before and after the weir. The hole diameter of the hole can be determined. The region between the two weirs acts in the same manner as a single mixing cell, and the reaction liquid is homogenized by being stirred by the stirring device. Thereby, the raw material melt with a low viscosity and the low-viscosity polymer with a low polymerization degree can flow faster than the high-viscosity polymer with a high polymerization degree, and the influence of mixing of both can be suppressed. The weir may be omitted when the viscosity of the polymer can be expected to some extent and the effect of mixing the polymers with different viscosities is small.

横型反応槽における供給口と排出口において、ヘッド差を設けることにより、反応液が供給口から排出口へと移動するための駆動力を与えることができる。反応液は、堰の貫通孔を通って流れるか、或いは、堰よりも高い位置にある反応液がヘッド差により後段の領域に流れることにより、排出口方向へ移動することができる。横型反応槽において、反応液の供給量は特に制限されないが、横型反応槽の容量に対し、通常10〜70%、好ましくは40〜50%まで液が張り込まれる量で供給される。また、堰の高さを超えない量で供給するのが好ましい。未反応のラクチドが急速に流れるのを効果的に抑制できるからである。横型反応槽には、必要に応じて反応液の液面を測定する装置を設置し、計測信号を反応槽供給口の送液ポンプ又は反応槽排出口の送液ポンプ等にフィードバックすることにより、液面の高さが所定値となるよう反応液の輸送量を調節することができる。   By providing a head difference between the supply port and the discharge port in the horizontal reaction tank, a driving force for moving the reaction solution from the supply port to the discharge port can be applied. The reaction liquid flows through the through hole of the weir, or the reaction liquid at a position higher than the weir can move toward the discharge port by flowing to the subsequent region due to the head difference. In the horizontal reaction tank, the supply amount of the reaction liquid is not particularly limited, but is normally supplied in an amount of 10 to 70%, preferably 40 to 50% with respect to the capacity of the horizontal reaction tank. Moreover, it is preferable to supply with the quantity which does not exceed the height of a weir. It is because it can suppress effectively that an unreacted lactide flows rapidly. In the horizontal reaction tank, if necessary, a device for measuring the liquid level of the reaction liquid is installed, and the measurement signal is fed back to the liquid feed pump at the reaction tank supply port or the liquid feed pump at the reaction tank discharge port, etc. The transport amount of the reaction liquid can be adjusted so that the height of the liquid level becomes a predetermined value.

液面の測定方法としては、例えば、放射性物質を横型反応槽の上部に設置し、そこから発生するガンマ線の反応液に対する透過量により測定する方法、横型反応槽の上部から超音波又は電磁波を発射してその反射波を計測することにより測定する方法、横型反応槽の上部に筒状のコンデンサーを設置して、これを反応液中に差込み、筒内部の反応液高さに伴う誘電率の変化を計測することで測定する方法などがある。   As a method for measuring the liquid level, for example, a radioactive substance is placed in the upper part of the horizontal reaction tank, and the measurement method is based on the amount of gamma rays that permeate through the reaction liquid. Then, by measuring the reflected wave, a cylindrical condenser is installed at the top of the horizontal reaction tank, and this is inserted into the reaction solution, and the change in the dielectric constant with the height of the reaction solution inside the tube There is a method to measure by measuring.

第1段目の横型反応槽における反応条件については、当業者であれば適宜決定することができるが、反応槽内の平均反応温度は、通常140〜180℃、好ましくは160〜170℃、滞留時間は、通常5〜15時間、好ましくは7〜10時間である。第1段目の横型反応槽の排出口から、重量平均分子量が、通常5万〜20万、好ましくは7万〜15万の重合物が得られるように反応条件を設定することが好ましい。   The reaction conditions in the first horizontal reaction tank can be appropriately determined by those skilled in the art, but the average reaction temperature in the reaction tank is usually 140 to 180 ° C., preferably 160 to 170 ° C., residence time. The time is usually 5 to 15 hours, preferably 7 to 10 hours. It is preferable to set the reaction conditions so that a polymer having a weight average molecular weight of usually 50,000 to 200,000, preferably 70,000 to 150,000 is obtained from the outlet of the first horizontal reaction tank.

第1段目の反応槽を横型反応槽とし、その反応槽内に堰を設けることにより、粘度が低い溶融原料及び重合度や粘度の低い重合物がある程度重合反応が進んだ重合物と混合するのを抑制し、反応槽内でのピストンフロー性を確保することができる。そして、反応液が未反応のまま次の行程に移動することを防止することができ、第1段目の反応槽において十分な反応を行うことができる。したがって、滞留時間のばらつきに由来する温度履歴の長時間化を防止できるため、熱分解による重合物の劣化が抑制され、高品質のポリマーを得ることができる。   The first-stage reaction tank is a horizontal reaction tank, and a weir is provided in the reaction tank, so that a molten raw material having a low viscosity and a polymer having a low degree of polymerization and a viscosity are mixed with a polymer having undergone a polymerization reaction to some extent. Can be suppressed, and the piston flowability in the reaction vessel can be ensured. And it can prevent that a reaction liquid moves to the following process with unreacted, and sufficient reaction can be performed in the 1st step | paragraph reaction tank. Therefore, since it is possible to prevent the temperature history from being prolonged due to variations in residence time, deterioration of the polymer due to thermal decomposition is suppressed, and a high-quality polymer can be obtained.

第2段目の反応槽は、重合反応を行うための反応装置として、その回転軸が地面に対して実質的に垂直になるように設置された攪拌装置を有する反応槽を少なくともその最終段に含む反応装置を使用する。以下、その回転軸が地面に対して実質的に垂直になるように設置された攪拌装置を有する反応槽を縦型反応槽と称する。本実施の形態では、最終段に少なくとも縦型反応槽を使用するが、最終段以外の段にさらに縦型反応槽を使用するようにしてもよい。最終段以外の反応槽の形状等については、特に制限されず、当技術分野で通常用いられるものを使用できる。なお、最終段の縦型反応槽には、実質的に重合反応が行われていない槽がそれ以降の段に接続されていても構わない。   The second-stage reaction tank is a reaction apparatus for performing a polymerization reaction, and a reaction tank having a stirring device installed so that its rotation axis is substantially perpendicular to the ground is at least in its final stage. Use the reactor containing. Hereinafter, a reaction tank having a stirring device installed so that its rotation axis is substantially perpendicular to the ground is referred to as a vertical reaction tank. In the present embodiment, at least a vertical reaction tank is used for the final stage, but a vertical reaction tank may be further used for stages other than the final stage. The shape of the reaction vessel other than the final stage is not particularly limited, and those usually used in the art can be used. In the final stage vertical reaction tank, a tank in which the polymerization reaction is not substantially carried out may be connected to the subsequent stages.

地面に対して実質的に垂直とは、攪拌装置の回転軸が厳密に垂直であることを意図するものではなく、地面、すなわち、地平線と回転軸とのなす角度が、通常85〜95°、好ましくは89〜91°、より好ましくは90°であることを意味する。横型反応槽と同様に、回転軸は必ずしも回転翼の仮想回転中心に実在する回転軸部材を意味するものではなく、単なる回転中心としての回転軸線をも包含する。したがって、攪拌装置の回転運動の仮想回転中心が地面に対して実質的に垂直に配置されるものであれば、必ずしも回転翼の仮想回転中心に回転軸部材が存在しなくてもよい。   The term “substantially perpendicular to the ground” does not mean that the rotation axis of the stirring device is strictly perpendicular, and the angle between the ground, that is, the horizon and the rotation axis is usually 85 to 95 °, It means preferably 89 to 91 °, more preferably 90 °. As in the horizontal reaction vessel, the rotation axis does not necessarily mean a rotation shaft member that actually exists at the virtual rotation center of the rotary blade, but also includes a rotation axis as a simple rotation center. Therefore, as long as the virtual rotation center of the rotational motion of the stirring device is arranged substantially perpendicular to the ground, the rotary shaft member does not necessarily have to exist at the virtual rotation center of the rotary blade.

縦型反応槽の形状は、攪拌装置をその回転軸が地面に対して実質的に垂直になるように設置できるような形状であればタンク型でも筒型でもよく特に制限されないが、攪拌装置の回転軸と実質的に平行に中心軸を有する円筒状であることが好ましい。縦型反応槽には、攪拌装置の回転軸方向の一端に前段の反応槽からの反応液を供給するための供給口、他端に反応液を取り出すための排出口がそれぞれ設けられている。したがって、供給された反応液は、供給口から排出口の方向に実質的に垂直方向に移っていく。供給口は反応槽の上部に存在し、排出口は反応槽の下部に存在するのが好ましい。重合反応の進展に伴い重合物の比重が大きくなっていくため、上部に供給口を設けることにより、重合度の低い重合物が重合度の高い重合物に混入するのを抑制することができる。   The shape of the vertical reaction tank is not particularly limited as long as the stirring device can be installed so that the rotation axis thereof is substantially perpendicular to the ground, and may be a tank type or a cylindrical shape. A cylindrical shape having a central axis substantially parallel to the rotation axis is preferable. The vertical reaction tank is provided with a supply port for supplying the reaction liquid from the previous reaction tank at one end in the rotation axis direction of the stirrer, and a discharge port for taking out the reaction liquid at the other end. Therefore, the supplied reaction solution moves in a direction substantially perpendicular to the direction from the supply port to the discharge port. The supply port is preferably present in the upper part of the reaction tank, and the discharge port is preferably present in the lower part of the reaction tank. Since the specific gravity of the polymer increases with the progress of the polymerization reaction, it is possible to prevent the polymer having a low polymerization degree from being mixed into the polymer having a high polymerization degree by providing a supply port in the upper part.

縦型反応槽に設置される攪拌装置としては、地面に対して実質的に垂直に配置される回転軸の回転により攪拌を行うものであれば特に限定されない。攪拌装置は、例えば、円形、長円形、3角形、4角形又は多葉形などの攪拌翼が回転軸上に間隔をあけて2枚以上設置された1軸又は互いに噛み合う2軸以上の混合機から構成される。互いに噛み合う2軸以上の混合機からなる攪拌装置は、各回転軸の攪拌翼が互い違いになるように設置されていることが好ましい。この場合、各回転軸を逆方向に回転させることが好ましい。互いに噛み合う2軸以上の混合機は、回転軸や反応槽への重合物などの付着を防止することができるため、セルフクリーニング作用の観点から、重合反応が進み重合物の粘度が上昇している後段の反応槽においては特に有利に使用される。   The stirring device installed in the vertical reaction tank is not particularly limited as long as stirring is performed by rotation of a rotating shaft arranged substantially perpendicular to the ground. The stirrer is, for example, a single-shaft mixer in which two or more stirrer blades such as a circle, an oval, a triangle, a quadrangle, or a multi-leaf are placed on the rotation axis at intervals, or two or more shafts that mesh with each other. Consists of It is preferable that the stirrer composed of a mixer having two or more shafts meshing with each other is installed such that the stirring blades of the respective rotating shafts are staggered. In this case, it is preferable to rotate each rotating shaft in the reverse direction. A mixer having two or more shafts meshing with each other can prevent adhesion of a polymer or the like to a rotating shaft or a reaction tank. Therefore, from the viewpoint of self-cleaning action, the polymerization reaction proceeds and the viscosity of the polymer is increased. It is particularly advantageously used in the subsequent reaction tank.

縦型反応槽における加熱方法としては、横型反応槽の場合と同様に、当技術分野において通常用いられる方法を使用することができ、本実施の形態では、反応槽外周部に熱媒のジャケットを設置し、反応槽壁面を通して伝熱により反応液を加熱する方法を用いるが、例えば、攪拌装置の回転軸内部に熱媒を通して、伝熱により加熱する方法などを用いてもよく、これらを単独で使用しても組み合わせて使用してもよい。   As a heating method in the vertical reaction tank, a method usually used in this technical field can be used as in the case of the horizontal reaction tank. In the present embodiment, a heating medium jacket is provided on the outer periphery of the reaction tank. It is installed and the method of heating the reaction liquid by heat transfer through the reaction vessel wall is used, but for example, a method of heating by heat transfer through a rotating medium inside the rotating shaft of the stirring device may be used. They may be used or used in combination.

縦型反応槽内に供給された溶融原料は当初、熱媒のジャケットにより加熱されて重合反応が進むが、反応熱に伴う温度上昇により、反応液の温度が熱媒よりも高くなると逆に反応液から熱媒に熱が逃げることになる。したがって、横型反応槽の場合と同様に、必要に応じて、反応槽内部を複数個の領域に区分けし、区分けした領域ごとに熱媒温度を変えられるような加熱方法を使用してもよい。これにより、例えば、低温の反応液を加熱する領域では熱媒温度を高く設定し、反応熱により反応液温度が高くなり除熱が必要となる領域では逆に熱媒温度を低く設定するといったことが可能となる。除熱がさらに必要な場合には、例えば、縦型反応槽の内部にフィン(反応槽側面の凹凸)を設置することより、除熱効率をさらに向上させることもできる。また、熱媒加熱装置で加熱した熱媒を排出口付近に供給することにより、ポリマーを保温し、冷えすぎを防止する態様も考えられる。   The molten raw material supplied into the vertical reaction tank is initially heated by the jacket of the heat medium to advance the polymerization reaction. However, when the temperature of the reaction liquid becomes higher than that of the heat medium due to the temperature rise caused by the reaction heat, the reaction is reversed. Heat escapes from the liquid to the heat medium. Therefore, as in the case of the horizontal reaction tank, a heating method may be used in which the inside of the reaction tank is divided into a plurality of regions and the heating medium temperature can be changed for each of the divided regions as necessary. Thereby, for example, the heat medium temperature is set high in the region where the low temperature reaction liquid is heated, and the heat medium temperature is set low in the region where the reaction liquid temperature becomes high due to the reaction heat and heat removal is necessary. Is possible. If further heat removal is required, the heat removal efficiency can be further improved, for example, by installing fins (irregularities on the side surface of the reaction tank) inside the vertical reaction tank. Moreover, the aspect which keeps a polymer warm by supplying the heat medium heated with the heat medium heating apparatus to the discharge port vicinity, and prevents overcooling is also considered.

重合反応後段においては、高温で反応を行うのが好ましいため、温度上昇に伴う重合物の劣化が問題となるが、最終段に縦型反応槽を用いることにより、温度上昇を抑制することができるため、重合物が劣化し着色する影響を低減することができる。   In the latter stage of the polymerization reaction, it is preferable to carry out the reaction at a high temperature. Therefore, degradation of the polymer accompanying the rise in temperature becomes a problem, but by using a vertical reaction tank in the final stage, the rise in temperature can be suppressed. Therefore, it is possible to reduce the influence of deterioration and coloring of the polymer.

縦型反応槽において、反応液の供給量は特に制限されないが、縦型反応槽の容量に対し、通常20〜100%、好ましくは60〜100%まで液が張り込まれる量で供給される。したがって、反応液が反応槽容量の通常半分程度しか導入されない従来の横型反応槽と比較して、反応液が反応槽内壁と接する面積が大きく、伝熱面積を広く取ることができる。原料の重合に伴う反応熱を伝熱により除去することで反応液の温度上昇を低減することができ、重合反応の後段において、生成した重合物の熱分解に伴う劣化を効果的に抑制し、着色を防止することができる。特にラクチドの開環重合においては、ポリ乳酸の着色を効果的に防止することができる。また、縦型反応槽の形状を側面に凹凸を有する形状とすることにより、伝熱面積をさらに増加させることができ、熱除去効率を向上させることもできる。側面に凹凸を設けた構成においては、攪拌翼を反応槽の凹部分と噛み合うように設置することにより、反応槽内壁にこびりついた高粘度の重合物を掻き取ることができる。   In the vertical reaction tank, the supply amount of the reaction liquid is not particularly limited, but is normally supplied in an amount of 20 to 100%, preferably 60 to 100% with respect to the capacity of the vertical reaction tank. Therefore, compared with the conventional horizontal reaction tank in which the reaction liquid is usually introduced only about half of the reaction tank capacity, the area where the reaction liquid is in contact with the inner wall of the reaction tank is large, and the heat transfer area can be increased. By removing the heat of reaction accompanying the polymerization of the raw material by heat transfer, the temperature rise of the reaction solution can be reduced, and in the latter stage of the polymerization reaction, the deterioration due to the thermal decomposition of the produced polymer is effectively suppressed, Coloring can be prevented. In particular, in the ring-opening polymerization of lactide, coloring of polylactic acid can be effectively prevented. Moreover, the heat transfer area can be further increased and the heat removal efficiency can be improved by making the shape of the vertical reaction tank have an uneven surface. In the configuration in which the unevenness is provided on the side surface, the high viscosity polymer stuck to the inner wall of the reaction tank can be scraped off by installing the stirring blade so as to mesh with the concave portion of the reaction tank.

縦型反応槽においても横型反応槽と同様に、必要に応じて反応液の液面を測定する装置を設置し、計測信号を反応槽供給口の送液ポンプ又は反応槽排出口の送液ポンプにフィードバックすることにより、液面の高さが所定値となるよう反応液の輸送量を調節することができる。液面の測定方法としては、例えば、放射性物質を横型反応槽の上部に設置し、そこから発生するガンマ線の反応液に対する透過量により測定する方法、横型反応槽の上部から超音波又は電磁波を発射してその反射波を計測する事により測定する方法、横型反応槽の上部に筒状のコンデンサーを設置して、これを反応液中に差込み、筒内部の反応液高さに伴う誘電率の変化を計測することで測定する方法などがある。   In the vertical reaction tank, as with the horizontal reaction tank, a device for measuring the liquid level of the reaction liquid is installed as necessary, and the measurement signal is sent to the liquid feed pump at the reaction tank supply port or the liquid feed pump at the reaction tank discharge port. By feeding back to the above, the transport amount of the reaction liquid can be adjusted so that the height of the liquid level becomes a predetermined value. As a method for measuring the liquid level, for example, a radioactive substance is placed in the upper part of the horizontal reaction tank, and the measurement method is based on the amount of gamma rays that permeate through the reaction liquid. The ultrasonic wave or electromagnetic wave is emitted from the upper part of the horizontal reaction tank. Then, by measuring the reflected wave, a cylindrical condenser is installed at the top of the horizontal reaction tank, and this is inserted into the reaction liquid, and the change in the dielectric constant with the height of the reaction liquid inside the cylinder There is a method to measure by measuring.

最終段の縦型反応槽における反応条件についても、当業者であれば適宜決定することができるが、反応槽内の平均反応温度は、通常180〜220℃、好ましくは190〜210℃、滞留時間は、通常1〜7時間、好ましくは3〜5時間である。最終段の縦型反応槽の排出口から、重量平均分子量が、通常10万〜50万、好ましくは15〜30万の重合物が得られるように反応条件を設定することが好ましい。   The reaction conditions in the final vertical reaction tank can also be appropriately determined by those skilled in the art, but the average reaction temperature in the reaction tank is usually 180 to 220 ° C., preferably 190 to 210 ° C., residence time. Is usually 1 to 7 hours, preferably 3 to 5 hours. It is preferable to set the reaction conditions so that a polymer having a weight average molecular weight of usually 100,000 to 500,000, preferably 150 to 300,000 can be obtained from the outlet of the vertical reaction tank in the final stage.

本実施の形態のポリマー製造装置においては、重合のための反応装置の後段に脱揮装置を設置して、反応装置から排出される最終重合物から未反応の原料を除去する。脱揮装置では、溶融状態を維持しつつ負圧環境を作ることにより、未反応の原料もしくは溶媒、例えばポリ乳酸からラクチドを除去することができる。   In the polymer production apparatus of the present embodiment, a devolatilizer is installed after the reactor for polymerization, and unreacted raw materials are removed from the final polymer discharged from the reactor. In the devolatilization apparatus, lactide can be removed from unreacted raw materials or solvents such as polylactic acid by creating a negative pressure environment while maintaining a molten state.

脱揮装置としては、攪拌装置の回転運動の仮想回転中心が地面に対して実質的に水平になるように設置され、仮想回転中心に回転軸部材を有しない構造となっている。以下、本実施の形態の脱揮装置をシャフトレス横型攪拌器と称する。   The devolatilizer is installed so that the virtual rotation center of the rotational motion of the stirring device is substantially horizontal with respect to the ground, and has a structure that does not have a rotating shaft member at the virtual rotation center. Hereinafter, the devolatilization apparatus of the present embodiment is referred to as a shaftless horizontal stirrer.

ここで、地面に対して実質的に水平とは、攪拌装置の仮想回転中心が厳密に水平であることを意図するものではなく、地面、すなわち、地平線と回転中心とのなす角度が、通常−5°〜5°、好ましくは−1°〜1°、より好ましくは0°であることを意味する。   Here, “substantially horizontal with respect to the ground” does not mean that the virtual rotation center of the stirring device is strictly horizontal, but the angle between the ground, that is, the horizon and the rotation center is usually − It means 5 ° to 5 °, preferably −1 ° to 1 °, more preferably 0 °.

シャフトレス横型攪拌器は、横型容器内に攪拌装置が収納されて構成され、この横型容器は、攪拌装置の回転運動の仮想回転中心が地面に対して実質的に水平になるように設置できる形状であればタンク型でも筒型でもよく特に制限されないが、好ましくは地面と実質的に水平な回転中心を有する円筒状または円筒の組み合わせ状に形成される。また、横型容器には、攪拌装置の回転軸線方向の一端に最終重合物となる溶融原料を含む反応液(被処理物質)を供給するための供給口、他端に脱揮された被処理物質を取り出すための排出口がそれぞれ設けられている。したがって、供給された反応液は、供給口から排出口の方向に、実質的に水平方向に移っていくことになる。   A shaftless horizontal stirrer is configured with a stirrer housed in a horizontal container, and this horizontal container can be installed so that the virtual rotation center of the rotational motion of the stirrer is substantially horizontal with respect to the ground. As long as it is a tank type or a cylindrical type, it is not particularly limited, but it is preferably formed in a cylindrical shape or a combination of cylinders having a rotation center substantially horizontal to the ground. In addition, the horizontal container has a supply port for supplying a reaction liquid (processed material) containing a molten raw material to be a final polymer at one end in the rotation axis direction of the stirring device, and a process target devolatilized at the other end. Each is provided with a discharge port for taking out. Accordingly, the supplied reaction solution moves substantially in the horizontal direction from the supply port to the discharge port.

供給口は、横型容器内の反応液液面よりも常に下側に位置するように設置されている。これにより、被反応物質を供給する際に反応液の流れに乱れを生じさせず、押し出し流れを実現できるため、被処理物質の滞留時間の増加に伴う熱分解が抑制され、着色を抑えることができる。なお、排出口においても供給口と同様、攪拌装置の回転中心よりも下側に位置するように設置されていることが好ましい。   The supply port is installed so as to be always positioned below the reaction liquid level in the horizontal container. As a result, the flow of the reaction liquid is not disturbed when the reactant is supplied, and an extrusion flow can be realized. Therefore, thermal decomposition accompanying an increase in the residence time of the substance to be treated is suppressed, and coloring can be suppressed. it can. Note that, similarly to the supply port, the discharge port is preferably installed so as to be positioned below the rotation center of the stirring device.

シャフトレス横型攪拌器に設置される攪拌装置は、複数の棒状の矩形枠を槽の長さ方向に連結して槽周方向に回転する攪拌翼を有する攪拌体であって、仮想回転中心に攪拌軸を持たない、1軸又は互いに噛み合う2軸以上の混合機により構成することができる。   A stirrer installed in a shaftless horizontal stirrer is a stirrer having a stirring blade that rotates in the circumferential direction of a tank by connecting a plurality of rod-shaped rectangular frames in the length direction of the tank, and stirs around a virtual rotation center. It can be constituted by a mixer having one shaft or two or more shafts meshing with each other without a shaft.

攪拌装置は、矩形枠が仮想回転中心の周りを所定の周速度で回転移動することにより、連結部材への被反応物質の付着を抑制することができる。これにより、被反応物質の熱分解を抑制し、着色が少なく、分子量の高い、高品質のポリマーを製造することができる。なお、攪拌装置の実施例としては、例えば、日立製作所製格子翼重合器、特開2004―10791号公報に記載される攪拌装置を用いることができる。   The stirrer can suppress the attachment of the reactant to the connecting member by rotating the rectangular frame around the virtual rotation center at a predetermined peripheral speed. As a result, it is possible to produce a high-quality polymer that suppresses thermal decomposition of the reactants, has little coloring, and has a high molecular weight. As examples of the stirring device, for example, a lattice blade polymerizer manufactured by Hitachi, Ltd., and a stirring device described in JP-A No. 2004-10791 can be used.

また、シャフトレス横型攪拌器は、横型容器に容器内の気体を脱気するための脱気口が設けられている。この脱揮口には、脱揮される揮発物質の回収装置を介して真空ポンプの吸入口が接続されており、シャフトレス横型攪拌器槽内を負圧に保つようになっている。例えば、ポリ乳酸から脱揮されたラクチドは回収容器内で回収される。回収容器は、周知の冷却手段で冷却することにより、揮発物質を液状または固体状で回収することができる。回収容器は任意の種類のもの単段、または複数段を直列または並列に組み合わせたものを用いることができる。このようにして回収されたラクチドは、例えば、ポリ乳酸の製造原料として再利用することができるため、ポリ乳酸の生産効率を向上させることができる。真空ポンプには油回転式、油拡散式、ルーツ式、エジェクター式等様々あり、どれでも、またはそれらの複数段の直列、並列の組み合わせであってもかまわない。その後、排ガスは真空ポンプを経て系外に放出される。   Moreover, the shaftless horizontal stirrer is provided with a degassing port for degassing the gas in the horizontal container. The devolatilization port is connected to a suction port of a vacuum pump through a recovery device for the volatile material to be devolatilized, and the inside of the shaftless horizontal stirrer tank is kept at a negative pressure. For example, lactide devolatilized from polylactic acid is recovered in a recovery container. The recovery container can recover the volatile material in a liquid or solid state by cooling with a well-known cooling means. As the collection container, any kind of single stage or a combination of a plurality of stages in series or in parallel can be used. The lactide recovered in this way can be reused, for example, as a raw material for producing polylactic acid, so that the production efficiency of polylactic acid can be improved. There are various types of vacuum pumps such as an oil rotary type, an oil diffusion type, a roots type, and an ejector type, and any of them may be a combination of a plurality of stages in series or in parallel. Thereafter, the exhaust gas is discharged out of the system through a vacuum pump.

シャフトレス横型攪拌器を経てラクチドが脱揮されたポリ乳酸は、水冷及びチップカッターなどによりペレット化処理が施されるが、これらの処理は省略することができる。   Polylactic acid from which lactide has been devolatilized through a shaftless horizontal stirrer is subjected to pelletization by water cooling, a chip cutter, or the like, but these treatments can be omitted.

本実施の形態において、ポリマーを製造する反応装置に使用される原料溶融装置、触媒供給装置、各種反応槽を含む反応装置、及び脱揮装置などには、それぞれ、窒素ガスを供給して内部をパージするための窒素ガス供給配管及び排気管が設置されているが、合成プロセスの運転は基本的にプロセス内の全装置が窒素パージされた後に開始されることが好ましい。これにより、酸素の存在による反応液の焼け焦げを防ぐことができる。また、原料溶融装置、触媒供給装置、原料供給装置、各種反応槽などについては、溶融原料の揮発を低減するため、大気圧程度の圧力で運転するのが好ましい。   In the present embodiment, a raw material melting apparatus, a catalyst supply apparatus, a reaction apparatus including various reaction tanks, a devolatilization apparatus, and the like used in a reaction apparatus for producing a polymer are respectively supplied with nitrogen gas. Although a nitrogen gas supply pipe and an exhaust pipe for purging are installed, it is preferable that the operation of the synthesis process is basically started after all apparatuses in the process are purged with nitrogen. Thereby, scorching of the reaction liquid due to the presence of oxygen can be prevented. In addition, the raw material melting apparatus, the catalyst supply apparatus, the raw material supply apparatus, and various reaction vessels are preferably operated at a pressure of about atmospheric pressure in order to reduce volatilization of the molten raw material.

以下、本発明の実施例について図面を参照してさらに詳細に説明するが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, examples of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings, but the scope of the present invention is not limited thereto.

図1は、本発明を適用してなるポリ乳酸の製造プロセスを説明する全体図である。図2は、本発明を適用してなるポリ乳酸の脱揮装置の断面図である。   FIG. 1 is an overall view illustrating a process for producing polylactic acid to which the present invention is applied. FIG. 2 is a cross-sectional view of a polylactic acid devolatilizing apparatus to which the present invention is applied.

本実施例の製造プロセスは、ポリ乳酸を重合して製造する反応工程と、この反応工程により重合されたポリ乳酸を脱揮処理する脱揮工程とを備えて構成される。反応工程では、ラクチド供給装置1、ラクチド溶融装置2、触媒供給装置3、重合開始剤供給装置4、ラクチド供給装置5、横型反応槽6、縦型反応槽7を含む構成によりポリ乳酸の重合を行う。反応槽は、横型反応槽6、縦型反応槽7の2つの反応槽が直列的に接続されている。脱揮工程では、脱揮装置8、回収容器37を含む構成により、脱揮装置8で除去された未反応のラクチドを回収容器37に回収する。送液ポンプ9〜15については、輸送する液の粘度が低く、重力を利用して送液できる場合などについては、一部省略することができる。また、バルブ16〜22についても必要に応じて省略することができる。   The production process of the present embodiment is configured to include a reaction step of polymerizing and producing polylactic acid and a devolatilization step of devolatilizing the polylactic acid polymerized by this reaction step. In the reaction step, polylactic acid is polymerized by a configuration including a lactide supply device 1, a lactide melting device 2, a catalyst supply device 3, a polymerization initiator supply device 4, a lactide supply device 5, a horizontal reaction tank 6, and a vertical reaction tank 7. Do. In the reaction tank, two reaction tanks, a horizontal reaction tank 6 and a vertical reaction tank 7, are connected in series. In the devolatilization step, the unreacted lactide removed by the devolatilizer 8 is recovered in the recovery container 37 by the configuration including the devolatilizer 8 and the recovery container 37. About the liquid feeding pumps 9-15, the case where the viscosity of the liquid to transport is low and can send liquid using gravity, etc. can be partially omitted. Further, the valves 16 to 22 can be omitted if necessary.

ラクチド供給装置1は、固体又は粉体状のラクチドをラクチド溶融装置2に供給する。ラクチド供給装置1の輸送方式として、例えばスクリューフィーダーによる輸送、超音波振動による輸送、ガス流による輸送等の方式がある。ラクチド溶融装置2では送られてきたラクチドを加熱して溶融する。その際の温度は、ラクチドの融点以上で、望ましくは熱による劣化が起こらないよう160℃以下の範囲とする。原料ラクチドが固体または粉体状ではなく液体で供給される場合には、ラクチド供給装置1は送液ポンプとなり、ラクチド溶融装置2はバッファータンクとして機能する。   The lactide supply device 1 supplies solid or powdery lactide to the lactide melting device 2. As a transportation method of the lactide supply apparatus 1, there are methods such as transportation using a screw feeder, transportation using ultrasonic vibration, transportation using a gas flow, and the like. In the lactide melting device 2, the sent lactide is heated and melted. The temperature at that time is not less than the melting point of lactide, and preferably not more than 160 ° C. so as not to cause deterioration due to heat. When the raw material lactide is supplied as a liquid instead of solid or powder, the lactide supply device 1 serves as a liquid feed pump, and the lactide melting device 2 functions as a buffer tank.

ラクチド溶融装置2で生成された溶融ラクチドはバルブ16を開いた後、送液ポンプ9により排出され、バルブ17,18を開き、ポンプ10,11を用いることにより、触媒供給装置3から触媒、重合開始剤供給装置4から重合開始剤が、それぞれ溶融ラクチドに供給された後、この溶融ラクチドは、ラクチド供給装置5に供給される。なお、送液ポンプ9により排出される溶融ラクチドの流量、触媒供給装置3から供給される触媒量の溶融ラクチド流量に対する割合、及び重合開始剤供給装置4から供給される重合開始剤の溶融ラクチド流量に対する割合は、必要に応じて適宜設定することができる。   The melted lactide generated in the lactide melting device 2 is opened by the valve 16 and then discharged by the liquid feeding pump 9. The valves 17 and 18 are opened and the pumps 10 and 11 are used to perform catalyst and polymerization from the catalyst supply device 3. After the polymerization initiator is supplied to the molten lactide from the initiator supply device 4, the molten lactide is supplied to the lactide supply device 5. The flow rate of molten lactide discharged from the liquid feed pump 9, the ratio of the amount of catalyst supplied from the catalyst supply device 3 to the flow rate of molten lactide, and the molten lactide flow rate of the polymerization initiator supplied from the polymerization initiator supply device 4 The ratio to can be appropriately set as necessary.

ラクチド供給装置5では、溶融ラクチドの温度をラクチドの融点以上で、望ましくは160℃以下の範囲に保持する。ラクチド供給装置5は本質的にバッファータンクであり、必要なければ省いても構わない。ラクチド供給装置5の溶融ラクチドはバルブ19を開き、送液ポンプ12により横型反応槽6に連続供給される。なお、ラクチド供給装置5を省略する場合は送液ポンプ12も省略される。送液ポンプ9,12,13の前後の送液配管は、温度低下に伴うラクチドの凝固、閉塞を回避するため、全て、加熱、保温などによりラクチドの融点以上で、望ましくは160℃以下の範囲に保持される。ラクチド溶融装置2、ラクチド供給装置5、送液ポンプ9,12,13の前後の配管内には熱電対が挿入されており、各位置における溶融原料の温度を測定する。   In the lactide supply device 5, the temperature of the molten lactide is maintained in the range of the melting point of lactide or higher and desirably 160 ° C. or lower. The lactide supply device 5 is essentially a buffer tank and may be omitted if not necessary. The molten lactide in the lactide supply device 5 opens the valve 19 and is continuously supplied to the horizontal reaction tank 6 by the liquid feed pump 12. When the lactide supply device 5 is omitted, the liquid feed pump 12 is also omitted. The liquid supply pipes before and after the liquid supply pumps 9, 12, 13 are all in the range above the melting point of lactide, preferably below 160 ° C., by heating, keeping warm, etc. in order to avoid coagulation and blockage of lactide due to temperature drop. Retained. Thermocouples are inserted in the pipes before and after the lactide melting device 2, the lactide supply device 5, and the liquid feed pumps 9, 12, and 13, and the temperature of the molten raw material at each position is measured.

横型反応槽6内では、溶融ラクチドが供給口と排出口の間のヘッド差により流れ、反応槽外周部の熱媒のジャケットにより加熱されて重合反応が進行する。   In the horizontal reaction tank 6, molten lactide flows due to the head difference between the supply port and the discharge port, and is heated by the jacket of the heat medium on the outer periphery of the reaction tank to proceed the polymerization reaction.

横型反応槽6の排出口から排出された反応液は、ポンプ13により縦型反応槽7の上部に設置された供給口に輸送され、重力により縦型反応槽7の下部の排出口を目指して流れ、重合反応が進行する。これにより、重合度の低い重合物が重合度の高い重合物に混入するのを防止することができる。縦型反応槽7において反応液は、反応槽外周部の熱媒のジャケットによって加熱、又は熱媒温度が重合物よりも低い場合は除熱される。   The reaction liquid discharged from the discharge port of the horizontal reaction tank 6 is transported by a pump 13 to a supply port installed at the upper part of the vertical reaction tank 7, aiming at the lower discharge port of the vertical reaction tank 7 by gravity. The polymerization reaction proceeds. Thereby, it can prevent that the polymer with a low polymerization degree mixes in the polymer with a high polymerization degree. In the vertical reaction tank 7, the reaction solution is heated by a heat medium jacket on the outer periphery of the reaction tank, or is removed when the heat medium temperature is lower than that of the polymer.

縦型反応槽7では横型反応槽6と比べて伝熱面積が大きく取れるため、加熱、除熱の効率が大きい。このため、最終段に縦型反応槽7を用いることで、反応熱に伴う温度上昇で重合物が劣化する影響を低減することができる。縦型反応槽7では、高粘度重合物の攪拌に適している攪拌翼が設置された回転軸を2本持った攪拌装置を用いる。縦型反応槽7の内部の反応液はバルブ21を開いた状態で、重力及び送液ポンプ14により連続排出され、脱揮装置8に輸送される。送液ポンプ14としては、反応液の粘度に応じて抜き出し用のスクリュー、ギアポンプなどを選定できる。送液ポンプ14前後の輸送配管は内部の反応液の凝固に伴う閉塞を回避するため、加熱、保温が必要である。その際の温度としては、重合物が熱分解しないよう、200℃以下であることが望ましい。   Since the vertical reaction tank 7 has a larger heat transfer area than the horizontal reaction tank 6, the efficiency of heating and heat removal is high. For this reason, by using the vertical reaction tank 7 in the final stage, it is possible to reduce the influence of deterioration of the polymer due to the temperature rise accompanying the reaction heat. In the vertical reaction tank 7, a stirrer having two rotating shafts provided with stirring blades suitable for stirring high viscosity polymer is used. The reaction liquid inside the vertical reaction tank 7 is continuously discharged by gravity and the liquid feed pump 14 with the valve 21 opened, and is transported to the devolatilizer 8. As the liquid feed pump 14, a screw for extraction or a gear pump can be selected according to the viscosity of the reaction liquid. The transport piping before and after the liquid feed pump 14 needs to be heated and kept warm in order to avoid clogging due to the solidification of the internal reaction liquid. The temperature at that time is preferably 200 ° C. or lower so that the polymer is not thermally decomposed.

送液ポンプ14による排出の際、同ポンプと縦型反応槽7との間で、添加剤が添加剤タンク50から供給ポンプ51により供給される。ここで添加剤は触媒失活剤、酸化防止剤等、適切なもの及びその組み合わせを適量とする。添加された添加剤は送液ポンプ14のせん断力により重合物と混和される。なお、専用の混合機がある場合は添加剤の供給点は送液ポンプ14の後でも構わない。   At the time of discharge by the liquid feed pump 14, the additive is supplied from the additive tank 50 by the supply pump 51 between the pump and the vertical reaction tank 7. Here, the additive is an appropriate amount such as a catalyst deactivator, an antioxidant, or a combination thereof. The added additive is mixed with the polymer by the shearing force of the liquid feeding pump 14. If there is a dedicated mixer, the supply point of the additive may be after the liquid feed pump 14.

このようにして、反応工程において重合された重合物、つまりポリ乳酸は、脱揮工程の脱揮装置8に供給される。脱揮装置8では、ポリ乳酸の溶融状態を維持しつつ負圧環境を作り、未反応のラクチドを除去し、精製されたポリ乳酸を排出するようになっている。   In this way, the polymerized polymer in the reaction process, that is, polylactic acid is supplied to the devolatilization apparatus 8 in the devolatilization process. The devolatilizer 8 creates a negative pressure environment while maintaining the molten state of polylactic acid, removes unreacted lactide, and discharges purified polylactic acid.

図2に示すように、本実施例の脱揮装置8は、横型容器41、混合機45、真空ポンプ36、回収容器37を備えて構成される。中空円筒状に形成された横型容器41の一端側の下方には未精製のポリ乳酸を供給するための供給口42が設けられており、他端側の下方には精製されたポリ乳酸を排出するための排出口43が設けられている。横型容器41の他端側の上方には容器内の気体を抜き出すための脱気口44が設けられている。脱気口44には配管が接続されており、この配管には脱気用バルブ35が配設されている。脱気用バルブ35の後流側の配管には、回収容器37が接続され、この回収容器37には真空ポンプ36が接続されている。真空ポンプ36により吸い込まれた横型容器41内の気体は、真空ポンプ36の吸込側に設けられた回収容器37に回収されるようになっている。   As shown in FIG. 2, the devolatilization apparatus 8 of this embodiment includes a horizontal container 41, a mixer 45, a vacuum pump 36, and a recovery container 37. A supply port 42 for supplying unpurified polylactic acid is provided below one end side of the horizontal container 41 formed in a hollow cylindrical shape, and purified polylactic acid is discharged below the other end side. A discharge port 43 is provided. A deaeration port 44 for extracting gas from the container is provided above the other end of the horizontal container 41. A pipe is connected to the deaeration port 44, and a deaeration valve 35 is provided in the pipe. A recovery container 37 is connected to the downstream side piping of the deaeration valve 35, and a vacuum pump 36 is connected to the recovery container 37. The gas in the horizontal container 41 sucked by the vacuum pump 36 is recovered in a recovery container 37 provided on the suction side of the vacuum pump 36.

また、横型容器41は、反応液を加熱して所定温度に保つため、例えば、容器41の外周部に熱媒のジャケットを設置し、容器の壁面を通じて伝熱により反応液を加熱するようになっている。   Further, in order to heat the reaction liquid and maintain the predetermined temperature in the horizontal container 41, for example, a jacket of a heat medium is installed on the outer periphery of the container 41, and the reaction liquid is heated by heat transfer through the wall surface of the container. ing.

横型容器41の内部には、混合機45が収納されている。混合機45は、横型容器41の軸方向に間隔を開けて平行に配置される複数の攪拌棒46と、隣り合う攪拌棒46の端部同士を互いに連結させる連結棒47とを備え、これら攪拌棒46と連結棒47を交互に直角に連結させて形成される。また、混合機45の両端の攪拌棒46には、混合機45の仮想回転中心と一致する位置に回転軸48が連結されており、この回転軸48は横型容器41の軸受に支持され、駆動モータ49の駆動軸と連結されている。   A mixer 45 is accommodated in the horizontal container 41. The mixer 45 includes a plurality of stirring bars 46 arranged in parallel in the axial direction of the horizontal container 41 and a connecting bar 47 that connects the ends of adjacent stirring bars 46 to each other. It is formed by connecting rods 46 and connecting rods 47 alternately at right angles. A rotating shaft 48 is connected to the stirring rods 46 at both ends of the mixer 45 at a position coinciding with the virtual rotation center of the mixer 45. The rotating shaft 48 is supported by a bearing of the horizontal container 41 and driven. The drive shaft of the motor 49 is connected.

このように、本実施例の混合機45では、連結棒47が攪拌棒46の仮想回転中心から離して配置されるため、混合機45が回転するときは、連結棒47が仮想回転中心の周りを所定の周速度で公転移動することになる。これにより、ポリ乳酸などの重合物が連結棒47へ付着することを抑制できるため、重合物の熱分解を抑制し、着色が少なく、分子量の高い、高品質のポリ乳酸を製造することができる。   As described above, in the mixer 45 of the present embodiment, the connecting rod 47 is disposed away from the virtual rotation center of the stirring rod 46. Therefore, when the mixer 45 rotates, the connecting rod 47 is around the virtual rotation center. Is revolved at a predetermined peripheral speed. Thereby, since it can suppress that polymer, such as polylactic acid, adheres to the connecting rod 47, thermal decomposition of the polymer is suppressed, and high-quality polylactic acid with little coloring and high molecular weight can be produced. .

また、供給口42は、反応液の液面38よりも下側に位置しているため、反応液が供給されたときに、横型容器41内の反応液の流れに乱れを生じさせず、押し出し流れを実現し、逆流を防ぐことができる。これにより、重合物の滞留時間の増加を抑制できるため、重合物の熱分解を抑制し、着色が少なく、分子量の高い、高品質のポリ乳酸を製造することができる。   Further, since the supply port 42 is positioned below the liquid level 38 of the reaction solution, the supply port 42 is pushed out without causing any disturbance in the flow of the reaction solution in the horizontal container 41 when the reaction solution is supplied. Realizes flow and prevents backflow. Thereby, since the increase in the residence time of the polymer can be suppressed, the thermal decomposition of the polymer can be suppressed, and high-quality polylactic acid with little coloring and high molecular weight can be produced.

一方、脱揮装置8の運転中は、駆動モータ49により混合機45が動作してポリ乳酸を溶融状態で攪拌するとともに、脱気用バルブ35が開放し、真空ポンプ36が動作することにより、横型容器41内は負圧環境となり、ポリ乳酸に含まれる未反応のラクチドは脱揮される。ポリ乳酸から脱揮された未反応のラクチドは、脱気口44を経て、回収容器37に送られる。回収容器37は、周知の冷却手段により容器の冷却を行うことにより、例えば、冷却固化されたラクチドを粉状で回収することができる。また、冷却手段に代えて、例えば、回収容器37を溶媒槽とすることにより、揮発物質を沈澱させて回収することもできる。このようにして回収されたラクチドは、例えば、所定の輸送手段(空気搬送など)により製造工程に送られ、原料ラクチドとして再利用される。ラクチドが除去された後の排ガスは真空ポンプ36を通して系外放出される。   On the other hand, during operation of the devolatilizer 8, the mixer 45 is operated by the drive motor 49 to stir polylactic acid in a molten state, the degassing valve 35 is opened, and the vacuum pump 36 is operated. The inside of the horizontal container 41 becomes a negative pressure environment, and unreacted lactide contained in polylactic acid is devolatilized. Unreacted lactide devolatilized from the polylactic acid is sent to the recovery container 37 through the deaeration port 44. The collection container 37 can collect the cooled and solidified lactide in powder form by cooling the container with a known cooling means. Further, in place of the cooling means, for example, by using the recovery container 37 as a solvent tank, the volatile substance can be precipitated and recovered. The lactide recovered in this way is sent to the production process by a predetermined transportation means (air conveyance or the like), for example, and reused as a raw material lactide. The exhaust gas after the lactide is removed is discharged out of the system through the vacuum pump 36.

脱揮装置8により精製されたポリ乳酸は、バルブ22を開いた状態で送液ポンプ15により連続排出される。送液ポンプ15としては、反応液の粘度に応じて抜き出し用のスクリュー、ギアポンプなどを選定できる。排出されたポリ乳酸は通常、水冷、チップカッターによるペレット化処理が施される。   The polylactic acid purified by the devolatilizer 8 is continuously discharged by the liquid feed pump 15 with the valve 22 opened. As the liquid feed pump 15, an extraction screw, a gear pump, or the like can be selected according to the viscosity of the reaction liquid. The discharged polylactic acid is usually subjected to water cooling and pelletizing with a chip cutter.

ラクチド供給装置1、ラクチド溶融装置2、触媒供給装置3、重合開始剤供給装置4、ラクチド供給装置5、横型反応槽6、縦型反応槽7、脱揮装置8には、それぞれ、窒素ガスで内部をパージするための窒素ガス供給配管、排気管が設置されている。これは酸素の存在による反応液の焼け焦げを防ぐためである。プロセスの運転は基本的に、プロセス内の全装置を窒素パージした後に開始されるのが望ましい。また、ラクチド供給装置1、ラクチド溶融装置2、触媒供給装置3、重合開始剤供給装置4、ラクチド供給装置5、横型反応槽6、縦型反応槽7は大気圧程度の圧力で運転する。これは溶融ラクチドの揮発を低減するためである。   The lactide supply device 1, lactide melting device 2, catalyst supply device 3, polymerization initiator supply device 4, lactide supply device 5, horizontal reaction vessel 6, vertical reaction vessel 7, and devolatilizer 8 are each supplied with nitrogen gas. A nitrogen gas supply pipe and an exhaust pipe for purging the inside are installed. This is to prevent scorching of the reaction solution due to the presence of oxygen. The operation of the process should basically be started after a nitrogen purge of all equipment in the process. The lactide supply device 1, the lactide melting device 2, the catalyst supply device 3, the polymerization initiator supply device 4, the lactide supply device 5, the horizontal reaction tank 6, and the vertical reaction tank 7 are operated at a pressure of about atmospheric pressure. This is to reduce the volatilization of the molten lactide.

以上述べたように、本実施例によれば、開環重合反応により生成されたポリ乳酸などのポリマー中に含まれる未反応のモノマーなどを取り除く際に、ポリマーの着色を抑制することができる。また、他の重合反応により生成されたポリマーとして、例えば、溶媒重合反応により生成されたポリマーについても、ポリマー中に含まれる溶媒などを取り除く際に、ポリマーの着色を抑制することができる。   As described above, according to the present example, the coloration of the polymer can be suppressed when removing unreacted monomers contained in the polymer such as polylactic acid produced by the ring-opening polymerization reaction. Moreover, as a polymer produced | generated by other polymerization reaction, when removing the solvent etc. which are contained in a polymer also produced | generated by the solvent polymerization reaction, for example, coloring of a polymer can be suppressed.

本発明を適用してなるポリ乳酸の製造プロセスを説明する全体図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a general view explaining the manufacturing process of the polylactic acid formed by applying this invention. 本発明を適用してなるポリ乳酸の脱揮装置の断面図である。It is sectional drawing of the devolatilization apparatus of the polylactic acid formed by applying this invention.

符号の説明Explanation of symbols

6 横型反応槽
7 縦型反応槽
8 脱揮装置
36 真空ポンプ
37 回収容器
41 横型容器
42 供給口
43 排出口
44 脱気口
45 混合機
46 攪拌棒
47 連結棒
6 horizontal reaction tank 7 vertical reaction tank 8 devolatilizer 36 vacuum pump 37 recovery container 41 horizontal container 42 supply port 43 discharge port 44 deaeration port 45 mixer 46 stirring rod 47 connecting rod

Claims (7)

ヒドロキシカルボン酸の環状二量体を開環重合反応させて得られたポリヒドロキシカルボン酸を溶融状態で攪拌するとともに、開環重合反応時よりも低い圧力下で未反応の環状二量体残存物を脱揮除去するポリマーの製造方法において、
前記開環重合反応は、地面に対して水平に配置される攪拌軸を有する攪拌体を収納する横型反応槽と、該横型反応槽の一端側に形成されて被反応物質を供給する供給口と、前記横型反応槽の他端側に形成されて前記被反応物質を排出する排出口と、前記横型反応槽内に設置される一つ以上の堰とを備えて構成される横型重合器を最初の段に配置し、地面に対して垂直に配置される攪拌軸を収納する縦型反応槽と、該縦型反応槽の上端側に形成されて被反応物質を供給する供給口と、前記縦型反応槽の下端側に形成されて前記被反応物質を排出する排出口とを備えて構成される縦型重合器を最後の段に配置してなる複数の直列された重合器を用いて連続的に行い、
前記脱揮除去は、前記開環重合反応させて得られた被処理物質を横型の槽の一端側の供給口から供給し、複数の棒状の矩形枠を槽の長手方向に連結して仮想回転中心に攪拌軸を持たない攪拌体を槽内で槽周方向に回転させ、前記被処理物質を他端側の排出口から排出するとともに、前記被処理物質の溶融液面よりも上方の脱揮口から脱揮ガスを排出することにより、連続的に行うことを特徴とするポリマーの製造方法。
A polyhydroxycarboxylic acid obtained by ring-opening polymerization reaction of a cyclic dimer of hydroxycarboxylic acid is stirred in a molten state, and an unreacted cyclic dimer residue under a pressure lower than that during the ring-opening polymerization reaction In the method for producing a polymer for removing devolatilization
The ring-opening polymerization reaction includes a horizontal reaction tank that contains a stirring body having a stirring shaft that is disposed horizontally with respect to the ground, and a supply port that is formed on one end side of the horizontal reaction tank and supplies a reactant. A horizontal polymerization vessel comprising a discharge port formed on the other end side of the horizontal reaction tank and discharging the reactant, and one or more weirs installed in the horizontal reaction tank. A vertical reaction tank that houses a stirring shaft that is arranged perpendicular to the ground, a supply port that is formed on the upper end side of the vertical reaction tank and that supplies a reactant, and the vertical reaction tank. A vertical polymerization vessel formed on the lower end side of the mold reaction vessel and having a discharge port for discharging the reactant to be reacted using a plurality of serial polymerization vessels arranged in the last stage Done
The devolatilization is performed by supplying the material to be treated obtained by the ring-opening polymerization reaction from a supply port on one end of a horizontal tank, and connecting a plurality of rod-shaped rectangular frames in the longitudinal direction of the tank to perform virtual rotation. A stirring body that does not have a stirring shaft in the center is rotated in the tank circumferential direction in the tank, and the material to be processed is discharged from the discharge port on the other end side, and devolatilization above the melt surface of the material to be processed A method for producing a polymer, which is continuously performed by discharging a devolatilizing gas from a mouth.
前記開環重合反応させてから前記脱揮除去する前の前記被処理物質に、開環重合反応の触媒を失活させる薬剤又は前記被処理物質の熱劣化を低減する薬剤の少なくとも一方を添加することを特徴とする請求項1のポリマーの製造方法。   At least one of an agent that deactivates the catalyst of the ring-opening polymerization reaction or an agent that reduces thermal degradation of the material to be treated is added to the material to be treated after the ring-opening polymerization reaction and before the devolatilization and removal. The method for producing a polymer according to claim 1. 前記脱揮口から排出された前記脱揮ガスを凝縮又は凝固させて回収し、この回収された物質を前記開環重合反応の工程又はそれよりも前の工程に戻して再利用することを特徴とする請求項1又は2に記載のポリマーの製造方法。   The devolatilization gas discharged from the devolatilization port is condensed or solidified and recovered, and the recovered material is returned to the ring-opening polymerization reaction step or the step before it and reused. The method for producing a polymer according to claim 1 or 2. ヒドロキシカルボン酸の環状二量体を開環重合反応させて得られたポリヒドロキシカルボン酸を溶融状態で攪拌するとともに、開環重合反応時よりも低い圧力下で未反応の環状二量体残存物を脱揮除去するポリマーの製造装置において、
前記開環重合反応を行う装置は、地面に対して水平に配置される攪拌軸を有する攪拌体が収納される横型反応槽と、該横型反応槽の一端側に形成されて被反応物質を供給する供給口と、前記横型反応槽の他端側に形成されて前記被反応物質を排出する排出口と、前記横型反応槽内に設置される一つ以上の堰とを備えて構成される横型重合器を最初の段に配置し、地面に対して垂直に配置される攪拌軸を収納する縦型反応槽と、該縦型反応槽の上端側に形成されて被反応物質を供給する供給口と、前記縦型反応槽の下端側に形成されて前記被反応物質を排出する排出口とを備えて構成される縦型重合器を最後の段に配置してなる複数の直列された重合器からなり、
前記脱揮除去を行う装置は、横型の攪拌槽と、該攪拌槽に収納されて槽周方向に回転可能に支持される攪拌体と、前記攪拌槽の一端側に形成されて前記開環重合反応させて得られた被処理物質を供給する供給口と、前記攪拌槽の他端側に形成されて前記被処理物質を排出する排出口と、前記攪拌槽の前記被処理物質の溶融液面よりも上方に形成されて脱揮ガスを排出する脱揮口と、該脱揮口に接続されて前記脱揮ガスを凝縮又は凝固させて回収する回収容器と、該回収容器に接続されて槽内を減圧する真空ポンプとを備え、
前記攪拌体は、複数の棒状の矩形枠を槽の長手方向に連結させて形成され、仮想回転中心に攪拌軸を持たないことを特徴とするポリマーの製造装置。
A polyhydroxycarboxylic acid obtained by ring-opening polymerization reaction of a cyclic dimer of hydroxycarboxylic acid is stirred in a molten state, and an unreacted cyclic dimer residue under a pressure lower than that during the ring-opening polymerization reaction In a polymer production apparatus for removing devolatilization,
The apparatus for performing the ring-opening polymerization reaction includes a horizontal reaction tank in which a stirring body having a stirring shaft disposed horizontally with respect to the ground is housed, and a reactant to be formed formed on one end side of the horizontal reaction tank. A horizontal type configured to include a supply port, a discharge port formed at the other end of the horizontal reaction tank to discharge the reactant, and one or more weirs installed in the horizontal reaction tank A vertical reaction vessel in which a polymerization vessel is arranged in the first stage and houses a stirring shaft arranged perpendicular to the ground, and a supply port that is formed on the upper end side of the vertical reaction vessel and supplies a substance to be reacted And a plurality of serial polymerizers arranged in the last stage, the vertical polymerizer formed on the lower end side of the vertical reaction tank and having a discharge port for discharging the reactants Consists of
The apparatus for performing devolatilization is a horizontal stirring tank, a stirring body housed in the stirring tank and rotatably supported in the circumferential direction of the tank, and formed on one end side of the stirring tank and the ring-opening polymerization A supply port for supplying the material to be treated obtained by the reaction, a discharge port for discharging the material to be treated formed on the other end side of the stirring tank, and a melt surface of the material to be treated in the stirring tank A devolatilization port for discharging devolatilized gas formed above, a recovery container connected to the devolatilization port to condense or solidify and recover the devolatilized gas, and a tank connected to the recovery container A vacuum pump for reducing the pressure inside,
The said stirring body is formed by connecting several rod-shaped rectangular frames to the longitudinal direction of a tank, and does not have a stirring axis in the virtual rotation center, The polymer manufacturing apparatus characterized by the above-mentioned.
前記攪拌槽に形成される前記供給口と前記排出口は、前記被処理物質の溶融液面よりも下方に配置されていることを特徴とする請求項4に記載のポリマーの製造装置。   The apparatus for producing a polymer according to claim 4, wherein the supply port and the discharge port formed in the agitation tank are disposed below the melt surface of the substance to be treated. 前記開環重合反応させてから前記脱揮除去する前の前記被処理物質に、開環重合反応の触媒を失活させる薬剤又は前記被処理物質の熱劣化を低減する薬剤の少なくとも一方を添加する手段を備えることを特徴とする請求項4又は5に記載のポリマーの製造装置。   At least one of an agent that deactivates the catalyst of the ring-opening polymerization reaction or an agent that reduces thermal degradation of the material to be treated is added to the material to be treated after the ring-opening polymerization reaction and before the devolatilization and removal. The apparatus for producing a polymer according to claim 4 or 5, further comprising means. 前記回収容器に回収された物質を複数の前記重合器による開環重合工程又はそれよりも前の工程に戻す手段を備えることを特徴とする請求項4乃至6のいずれかに記載のポリマーの製造装置。   The polymer production according to any one of claims 4 to 6, further comprising means for returning the substance collected in the collection container to a plurality of ring-opening polymerization steps by the polymerization vessel or a step prior thereto. apparatus.
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