JP2012148579A - 粒子状ポリマーの製造方法および粒子状ポリマーの造粒装置 - Google Patents

Abstract

【課題】均一な大きさのペレット等の粒子状のポリマーの製造方法を提供する。
【解決手段】溶融ポリマーを複数の孔を有するダイヘッド１１を通してストランドにし、切断して粒子状ポリマーを製造する際に、溶融ポリマーを水平方向からダイヘッド１１に供給し、ダイヘッド１１下部より押出し、ダイヘッド１１の出口温度の最高値と最低値との差を５℃の温度範囲内に制御する。溶融ポリマーは、例えば、芳香族ジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステルとのエステル交換反応により溶融重縮合して得られるポリカーボネート等が適用できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、粒子状ポリマーの製造方法等に関し、詳しくは、均一な大きさの粒子状のポリマーを製造することができる粒子状ポリマーの製造方法等に関する。

ポリカーボネート等の樹脂ポリマーは、その製造装置において重合反応等が行われ、押出機にて添加剤等が添加された後、ダイヘッドによりストランド状に押し出され、冷却後、カッター等によりペレット形状等の粒子状ポリマーに成形されて、製品となるのが通常である。

ここで、最終的な製品であるペレットの大きさが不均一であると、再びそのポリマーを可塑化し、所定の形状に成形加工する場合に、ペレットの長さや径の分布の均一性が流動性や可塑化時間に大きく影響する。つまり、ペレットの長さや径の分布が均一であるほどペレットの供給速度が安定し、可塑化時間を均一化できる。
そこで、ペレットの長さや径の分布はできるだけ均一であることが好ましく、精度としては、ペレットの形状が円柱形状であった場合は、ペレットの平均長さ±０．１ｍｍ以内であり、かつ真円換算平均直径±０．１ｍｍ以内であるものが８５％以上であることが求められている。

この問題を解決する方法として、例えば、溶融押出し温度等が重要であることが指摘されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−１１４４８６号公報

しかしながら、上記の溶融押出し温度を単に管理するだけではペレットの長さや径の分布は十分に均一にならず、上記の精度を達成できないという問題があった。

本発明は、従来の技術が有する上記の問題点に鑑みてなされたものである。
即ち、本発明の目的は、均一な大きさのペレット形状等の粒子状ポリマーを製造することができる粒子状ポリマーの製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、均一な大きさのペレット形状等の粒子状ポリマーを製造することができる造粒装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討を行った結果、溶融ポリマーを複数の孔を通してストランドにする際に、出口温度を所定の温度範囲内に制御することにより均一な大きさの粒子状ポリマーが製造できることを見出し、かかる知見に基づき本発明を完成した。

かくして本発明によれば、溶融ポリマーを複数の孔を有するダイヘッドを通してストランドを得、ストランドを切断して粒子状のポリマーを製造する粒子状ポリマーの製造方法であって、溶融ポリマーを水平方向からダイヘッドに供給し、ダイヘッド下部より押出し、溶融ポリマーのダイヘッドにおける出口温度の最高値と最低値との差を５℃以内に制御することを特徴とする粒子状ポリマーの製造方法が提供される。

ここで、ストランドの引き取り速度が、５０ｍ／ｍｉｎ〜２５０ｍ／ｍｉｎであることが更に好ましい。
また、溶融ポリマーは、芳香族ジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステルとのエステル交換反応により溶融重縮合して得られるポリカーボネートであることが好ましい。
さらにダイヘッドにおける出口温度が２５０℃〜３７０℃であることが好ましい。

更に本発明によれば、溶融ポリマーを複数の孔を有するダイヘッドを通して得られたストランドをカットする粒子状ポリマーの造粒装置であって、ダイヘッド周囲に設置され、ダイヘッドを加熱する加熱器と、ダイヘッドの出口部における溶融ポリマーの温度を測定する複数の温度測定器と、温度測定器により測定された溶融ポリマーの温度により加熱器を制御する制御部とを有し、溶融ポリマーは、水平方向からダイヘッドに供給され、ダイヘッド下部より押出され、制御部は、溶融ポリマーのダイヘッドにおける出口温度の最高値と最低値との差を５℃以内に制御することを特徴とする粒子状ポリマーの造粒装置が提供される。

本発明によれば、溶融ポリマーのストランドから均一な大きさの粒子状ポリマーを製造することができる。

本実施の形態が適用される造粒装置を構成するダイヘッドを説明する斜視図である。 ダイヘッドを図１のＡで示した方向から眺めた背面図である。 ダイヘッドプレートの構造を説明する図である。 本実施の形態が適用される造粒装置を説明する図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、発明の実施の形態）について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。また、使用する図面は本実施の形態を説明するためのものであり、実際の大きさを表すものではない。

ここでは、ポリマーの例として、ポリカーボネートを使用して、本実施の形態を説明するものとする。

ポリカーボネートは、耐衝撃性等の機械的特性に優れ、しかも耐熱性、透明性等にも優れたエンジニアリングプラスチックスであるので、近年ＯＡ部品、自動車部品、建築材料等に幅広く用いられている。

このポリカーボネートの製造方法としては、ビスフェノール化合物等の芳香族ジオールとホスゲンとを原料とした、いわゆる界面法と、芳香族ジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステルとを溶融状態でエステル交換し、副生するフェノール等の低分子量物を系外に取り除きながら芳香族ポリカーボネートを得る、いわゆる溶融法が知られている。

ここで、溶融法によりポリカーボネートを製造する場合は、芳香族ジヒドロキシ化合物として、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン（通常、「ビスフェノールＡ」と呼ばれる。）等が、また炭酸ジエステルとしてジフェニルカーボネート等が、またエステル交換触媒として、炭酸セシウムなどのアルカリ金属化合物等が使用され、これらを混合、溶融し、複数の反応器を用いて多段階方式で重縮合反応させる（重縮合工程）ことによって製造が行われる。

重縮合反応後は、押出機などの混練機で各種添加剤がそれぞれ供給され、次いでダイヘッドより排出されたストランド状のポリカーボネートは冷却水により冷却された後にカットされ、ペレット化される。
ポリマーのストランド化の条件としては、例えば、ダイ孔部から排出される溶融ポリマーの流量は、せん断速度で１００〜１０００ｓ^−１であり、樹脂温度は、溶融粘度が２００〜２０００Ｐａ・ｓの範囲になるように通常２５０〜３７０℃の範囲で設定される。そして、このとき本実施の形態が適用される造粒装置が使用される。
最後に脱水機にて水分除去した後に貯蔵容器である貯槽サイロに導入される。

次に、本実施の形態が適用される粒子状ポリマーの製造方法および造粒装置について詳述する。
図１は、本実施の形態が適用される造粒装置を構成するダイヘッドを説明する斜視図である。
また図２は、ダイヘッドを図１のＡで示した方向から眺めた背面図である。
図１は、溶融したポリマーが供給されるダイヘッド１１、溶融したポリマーをストランド状に押出すダイヘッドプレート１３、ダイヘッド１１から排出される溶融ポリマーの温度を測定する温度測定器である熱電対１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、ダイヘッド１１の周囲に配置されダイヘッド１１を加熱するプレート状の加熱器１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ、１８ａ、１８ｂから構成される。
なお、加熱器１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、図１に示す通り、ダイヘッド１１の前面に横並びで設置されており、また加熱器１６ａ，１６ｂは、図２に示す通りダイヘッド１１の突起部１２の側面にそれぞれ設置されている。また加熱器１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、図２に示す通りダイヘッド１１の背面に横並びで設置され、加熱器１８ａ、１８ｂは、図２に示す通りダイヘッドの両側面部に設置される。

溶融したポリマーは、ダイヘッド１１の突起部１２にＡで示した方向から供給され、ダイヘッドプレート１３から押出される。
図３は、ダイヘッドプレート１３の構造を説明する図である。
ダイヘッドプレート１３は溶融したポリマーを排出する孔１９が４０個開けられており、この孔１９を通してストランド状に加工され、引き取られる。

ここで、図１において示した３つの熱電対１４ａ，１４ｂ，１４ｃはダイヘッドプレート１３から排出される溶融ポリマーの異なる３点の出口温度を測定する。この場合、ダイヘッド１１の前面から見てダイヘッド１１のそれぞれ左部、中央部、右部の３点から排出される溶融ポリマーの温度を測定する。
３つの熱電対１４ａ，１４ｂ，１４ｃで測定された溶融ポリマーの温度のデータは図示しない制御部に送られ、制御部は、熱電対１４ａ，１４ｂ，１４ｃで測定された溶融ポリマーの温度の最高値と最低値の差が、５℃以内の範囲に収まるように、１０ヶ所の加熱器１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ、１８ａ、１８ｂを独立して制御する。
即ち、ダイヘッドを複数の区画に分割し、区画毎に独立して制御を行う。なお、測定された出口温度の最高値と最低値の差が、３℃以内の範囲に収まるようにすれば更に好ましい。また、ダイヘッド１１の両端部は放熱が大きいため、上記温度範囲内で他の部分より高めの温度で制御してもよい。
また、制御部を特に設けず、手動で温度制御をすることも可能である。

図１におけるダイヘッド１１から押出されたポリマーは、冷却されつつ引き取られ、カッターにより切断され、粒子状ポリマーとなる。
図４は、本実施の形態が適用される造粒装置を説明する図である。
図４において、ダイヘッド１１より押出されたストランドは、ストランド冷却装置２０に送られ、そこで冷却水により冷却される。
その後、カッター３０により切断されるが、その際の引き取り速度は、５０ｍ／ｍｉｎ〜２５０ｍ／ｍｉｎが好ましい。

このような構成のダイヘッド１１を有する造粒装置を用いることにより、均一な大きさの粒子状のポリマーを製造することが可能となる。即ち、溶融したポリマーの出口温度のばらつきが小さくなることにより、ダイヘッドプレート１３の孔１９から引き取られる各ストランドの引き取り速度のばらつきが小さくなる。その結果、粒子状ポリマーの形状が均一化する。

なお、溶融したポリマーは、上記の例では、ポリカーボネートを使用したが、上記のようなダイヘッドを用いてストランドを得、それを切断することにより粒子状のポリマーを製造する工程を有するものであれば特に限定されることはない。例えば、ポリエチレンテレフタレートやナイロンなどが挙げられる。
また、粒子状ポリマーは、上述の例ではペレットであり円柱形状であったが、形状について特に限定されることはなく、ストランド状のポリマーをカッターにより切断することにより実現できる形状であれば何でもよく、例えば、切断面が円形や楕円形状であるもの、四角形状であるものなどが挙げられる。
また、粒子状ポリマーの大きさは、特に限定されるものではないが、粒子状ポリマーが円柱形状のペレットであった場合は、長さが１０ｍｍ以下に加工されたものが好ましい。
押出機で押出すポリマーの溶融粘度については、特に制限はないが、２００〜２０００Ｐａ・Ｓであることが好ましい。

以下、本発明を実施例を用いてより詳細に説明するが、本発明は、その要旨を越えない限りこれらの実施例により限定されるものではない。

（実施例１）
ポリマーとしてポリカーボネートを使用し、熱電対の配置以外は、図１に示したようなダイヘッドを有する造粒装置を使用して、重合完了後のポリカーボネート（粘度平均分子量（Ｍｖ）＝２６０００）を、大きさが５００ｍｍ×１２０ｍｍで、孔径φ７ｍｍ、孔数４０個のダイヘッドプレートよりストランド状に押出しながら水冷されたストランド冷却シュート（ストランド冷却装置）に落下させた。このときの引き取り速度は１５０ｍ／ｍｉｎであった。
また、このときの出口部における溶融ポリマーの温度は、熱電対を均等な間隔でダイヘッド上部に横並びに５箇所設置して測定を行った。
出口温度の制御は、所定の中心温度を設定し、この範囲より低くなりすぎた場合は、その熱電対周辺の加熱器の加熱強度を強くし、また高くなりすぎた場合は、その熱電対周辺の加熱器の加熱強度を弱くすることにより行った。
その結果、測定された出口温度は、ダイヘッドの前面左端から順に３５０℃、３５２℃、３５３℃、３５２℃、３５０℃であり、全て５℃以内の範囲に収まっていた。
ストランド状に引き取ったポリマーを、カッターでペレット状にカットしたところ、得られたペレットは、平均長さ３．０ｍｍで、真円換算平均直径は２．９ｍｍであった。そして、大きさがいずれかの平均値から０．１ｍｍより乖離したペレットの比率は１０％であった。
なお大きさの測定に使用したペレットの個数は１０００個である。

（比較例１）
ポリマーとしてポリカーボネートを使用し、熱電対の配置以外は、図１に示したようなダイヘッドを有する造粒装置を使用して、重合完了後のポリカーボネート（粘度平均分子量（Ｍｖ）＝２６０００）を、大きさが５００ｍｍ×１２０ｍｍで、孔径φ７ｍｍ、孔数４０個のダイヘッドプレートよりストランド状に押出しながら水冷されたストランド冷却シュート（ストランド冷却装置）に落下させた。このときの引き取り速度は１５０ｍ／ｍｉｎであった。
また、このときの出口部における溶融ポリマーの温度は、熱電対を均等な間隔でダイヘッド上部に横並びに５箇所設置して測定を行った。
出口温度の制御は特に行わなかった。
その結果、測定された出口温度は、ダイヘッドの前面左端から順に３４５℃、３４９℃、３５２℃、３４８℃、３４４℃であり、５℃以内の範囲に収まっておらず、最低温度か
ら最高温度まで８℃の差があった。
ストランド状に引き取ったポリマーを、カッターでペレット状にカットしたところ、得られたペレットは、平均長さ３．１ｍｍで、真円換算平均直径は２．８５ｍｍであった。そして、大きさがいずれかの平均値から０．１ｍｍより乖離したペレットの比率は２０％であった。
なお大きさの測定に使用したペレットの個数は１０００個である。

１１…ダイヘッド、１２…ダイヘッド１１の突起部、１３…ダイヘッドプレート、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…熱電対、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１８ａ，１８ｂ…加熱器、１９…孔、２０…ストランド冷却装置、３０…カッター

Claims (5)

1. 溶融ポリマーを複数の孔を有するダイヘッドを通してストランドを得、当該ストランドを切断して粒子状のポリマーを製造する粒子状ポリマーの製造方法であって、
   前記溶融ポリマーを水平方向から前記ダイヘッドに供給し、当該ダイヘッド下部より押出し、
   前記溶融ポリマーの前記ダイヘッドにおける出口温度の最高値と最低値との差を５℃以内に制御することを特徴とする粒子状ポリマーの製造方法。
2. 前記ストランドの引き取り速度が、５０ｍ／ｍｉｎ〜２５０ｍ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項１に記載の粒子状ポリマーの製造方法。
3. 前記溶融ポリマーは、芳香族ジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステルとのエステル交換反応により溶融重縮合して得られるポリカーボネートであることを特徴とする請求項１または２に記載の粒子状ポリマーの製造方法。
4. 前記ダイヘッドにおける出口温度が２５０℃〜３７０℃であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の粒子状ポリマーの製造方法。
5. 溶融ポリマーを複数の孔を有するダイヘッドを通して得られたストランドをカットする粒子状ポリマーの造粒装置であって、
   前記ダイヘッド周囲に設置され、当該ダイヘッドを加熱する加熱器と、
   前記ダイヘッドの出口部における前記溶融ポリマーの温度を測定する複数の温度測定器と、
   前記温度測定器により測定された前記溶融ポリマーの温度により前記加熱器を制御する制御部とを有し、
   前記溶融ポリマーは、水平方向から前記ダイヘッドに供給され、当該ダイヘッド下部より押出され、
   前記制御部は、前記溶融ポリマーの前記ダイヘッドにおける出口温度の最高値と最低値との差を５℃以内に制御することを特徴とする粒子状ポリマーの造粒装置。

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