JP2016132768A - Polyamide 4 composition and manufacturing method therefor - Google Patents

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陽子 新井
敦美 山邊
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敦美 山邊
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太一 根本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polyamide 4 composition having both of mechanical strength and molding processability.SOLUTION: There are provided a polyamide 4 composition having polymethyl methacrylate conversion weight average molecular weight measured by a gel permeation chromatography of 300,000 or more, remained monomer amount of 5,000 mass.ppm or less and content of carbonate of 0.01 to 0.10 mass% and a manufacturing method of the polyamide 4 composition for ring opening polymerization of 2-pyrrolidone in the presence of carbonate.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、ポリアミド4組成物、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a polyamide 4 composition and a method for producing the same.

ポリアミド4は、木綿と同様の吸湿性を有すること等から、広範に使用されているポリアミド類(ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド11、ポリアミド12等)と同様に注目されている。しかし、ポリアミド4は、機械強度、成形加工性などの面で改善すべき点があり、それらの点を改良するために高分子量化するという観点から多くの研究がなされている。   Since polyamide 4 has the same hygroscopicity as cotton, it is attracting attention in the same manner as polyamides (polyamide 6, polyamide 66, polyamide 11, polyamide 12, etc.) that are widely used. However, polyamide 4 has points to be improved in terms of mechanical strength, moldability, and the like, and many studies have been made from the viewpoint of increasing the molecular weight in order to improve these points.

ポリアミド4は、1956年にWilliam O.Neyらにより、金属カリウムを塩基性触媒とし、アシル基を含む化合物を活性化剤として使用して、2−ピロリドンが活性化モノマー機構で開環重合することにより、初めて合成された(例えば、特許文献1参照)。その手法を基にして、1950年代から1990年代にかけて断続的に高分子量化、及び製造工程の簡素化を目的に、新規触媒系、重合方法などの技術開発が行われてきた(例えば、特許文献2〜5参照)。   Polyamide 4 was manufactured in 1956 by William O. Ney et al. Synthesized for the first time by ring-opening polymerization of 2-pyrrolidone by an activated monomer mechanism using metal potassium as a basic catalyst and a compound containing an acyl group as an activator (for example, patents). Reference 1). Based on this method, technical developments such as novel catalyst systems and polymerization methods have been carried out for the purpose of intermittently increasing the molecular weight and simplifying the production process from the 1950s to the 1990s (for example, patent documents). 2-5).

また、成形加工性を改善させるために塩を加える方法が開示されている(例えば、特許文献6参照)。この開示の技術では、塩の添加量が多いために、前記塩を加工直前に添加しなければいけないという問題があった。   Further, a method of adding a salt to improve moldability is disclosed (for example, see Patent Document 6). In the technique disclosed in this disclosure, since the amount of salt added is large, the salt has to be added immediately before processing.

更に、上記の技術では、機械強度と、成形加工性とを兼ね備えるポリアミド4組成物を得ることはできていなかった。   Furthermore, with the above technique, it has not been possible to obtain a polyamide 4 composition having both mechanical strength and moldability.

本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、機械強度と、成形加工性とを兼ね備えるポリアミド4組成物を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above-described problems and achieve the following objects. That is, an object of the present invention is to provide a polyamide 4 composition having both mechanical strength and moldability.

前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
本発明のポリアミド4組成物は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィーで測定したポリメチルメタクリレート換算重量平均分子量が30万以上であり、残モノマー量が5,000質量ppm以下であり、かつ炭酸塩の含有量が0.01質量%以上0.10質量%以下である。
Means for solving the problems are as follows. That is,
The polyamide 4 composition of the present invention has a polymethylmethacrylate conversion weight average molecular weight of 300,000 or more as measured by gel permeation chromatography, a residual monomer amount of 5,000 mass ppm or less, and a carbonate content. The amount is 0.01% by mass or more and 0.10% by mass or less.

本発明によると、従来における前記諸問題を解決することができ、機械強度と、成形加工性とを兼ね備えるポリアミド4組成物を提供することができる。   According to the present invention, the conventional problems can be solved, and a polyamide 4 composition having both mechanical strength and moldability can be provided.

図1は、温度と圧力に対する物質の状態を示す一般的な相図である。FIG. 1 is a general phase diagram showing the state of a substance with respect to temperature and pressure. 図2は、本実施形態において圧縮性流体の範囲を定義するための相図である。FIG. 2 is a phase diagram for defining the range of the compressible fluid in the present embodiment. 図3は、重合工程の一例を示す系統図である。FIG. 3 is a system diagram showing an example of a polymerization process. 図4は、バッチ式の重合工程の一例を示す系統図である。FIG. 4 is a system diagram showing an example of a batch polymerization process.

(ポリアミド4組成物)
本発明のポリアミド4組成物は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィーで測定したポリメチルメタクリレート換算重量平均分子量が30万以上である。
前記ポリアミド4組成物は、炭酸塩を含有する。前記炭酸塩の含有量は、0.01質量%以上0.10質量%以下である。
前記ポリアミド4組成物は、残モノマー量が、5,000質量ppm以下である。
(Polyamide 4 composition)
The polyamide 4 composition of the present invention has a polymethyl methacrylate-converted weight average molecular weight of 300,000 or more as measured by gel permeation chromatography.
The polyamide 4 composition contains a carbonate. The carbonate content is 0.01% by mass or more and 0.10% by mass or less.
The polyamide 4 composition has a residual monomer amount of 5,000 mass ppm or less.

前記重量平均分子量が、30万未満であると、機械的強度が不十分となる。
前記重量平均分子量は、50万以上が好ましく、100万以上がより好ましい。
When the weight average molecular weight is less than 300,000, the mechanical strength becomes insufficient.
The weight average molecular weight is preferably 500,000 or more, and more preferably 1,000,000 or more.

前記ポリアミド4組成物における炭酸塩の含有量が、0.01質量%未満であると、成形加工性が悪くなり、0.10質量%を超えると保存安定性が悪化する。ここで、保存安定性の悪化とは、保存されたポリアミド4組成物の成形加工を行うと、機械的強度が不十分になることを意味する。   When the content of the carbonate in the polyamide 4 composition is less than 0.01% by mass, the moldability deteriorates, and when it exceeds 0.10% by mass, the storage stability deteriorates. Here, the deterioration of storage stability means that the mechanical strength becomes insufficient when the stored polyamide 4 composition is molded.

前記炭酸塩には、前記ポリアミド4組成物の加工時の融点を下げる効果もあり、成形による分子量の低下を小さくして、強度の高いポリアミド4組成物の成形品を得ることができる。そのため、前記ポリアミド4組成物における前記炭酸塩の含有量は、成形性の観点から、前記ポリアミド4組成物に対して、0.01質量%以上0.10質量%以下であり、0.05質量%以上0.10質量%以下が好ましい   The carbonate also has an effect of lowering the melting point during processing of the polyamide 4 composition, and the molded article of the polyamide 4 composition having high strength can be obtained by reducing the decrease in molecular weight due to molding. Therefore, the content of the carbonate in the polyamide 4 composition is 0.01% by mass or more and 0.10% by mass or less and 0.05% by mass with respect to the polyamide 4 composition from the viewpoint of moldability. % Or more and 0.10% by mass or less is preferable.

前記ポリアミド4組成物の前記重量平均分子量は、例えば、以下のようにして測定できる。   The weight average molecular weight of the polyamide 4 composition can be measured, for example, as follows.

<ポリマーの分子量測定>
GPC(Gel Permeation Chromatography)により以下の条件で測定する。
・装置:GPC−8020(東ソー社製)
・カラム:GMHHR−M(東ソー社製)
・温度:40℃
・溶媒:HFIP(ヘキサフルオロイソプロパノール)
・流速:0.2mL/分
濃度0.05質量%のポリマーを1mL注入し、上記の条件で測定したポリマーの分子量分布から単分散ポリメチルメタクリレート標準試料により作成した分子量校正曲線を使用して、ポリマーの重量平均分子量Mwを算出する。
<Measurement of molecular weight of polymer>
Measurement is performed under the following conditions by GPC (Gel Permeation Chromatography).
-Equipment: GPC-8020 (manufactured by Tosoh Corporation)
Column: GMH HR- M (manufactured by Tosoh Corporation)
・ Temperature: 40 ℃
Solvent: HFIP (hexafluoroisopropanol)
Flow rate: 0.2 mL / min 1 mL of a polymer having a concentration of 0.05% by mass was injected, and using a molecular weight calibration curve prepared by a monodisperse polymethyl methacrylate standard sample from the molecular weight distribution of the polymer measured under the above conditions, The weight average molecular weight Mw of the polymer is calculated.

前記ポリアミド4組成物における前記炭酸塩の含有量は、例えば、ICP−AESにより測定できる。   The content of the carbonate in the polyamide 4 composition can be measured by, for example, ICP-AES.

前記炭酸塩としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、反応性及び成形加工の点から炭酸ナトリウム、炭酸カリウムが好ましく、炭酸カリウムがより好ましい。   There is no restriction | limiting in particular as said carbonate, Although it can select suitably according to the objective, Sodium carbonate and potassium carbonate are preferable from the point of reactivity and a shaping | molding process, and potassium carbonate is more preferable.

前記ポリアミド4組成物の残モノマー量は、5,000質量ppmであり、4,000質量ppm以下が好ましい。前記残モノマー量の下限値としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、1,000質量ppmなどが挙げられる。
前記残モノマー量が、5,000質量ppmを超えると、機械的強度が低下する。
前記残モノマー量は、前記ポリマーの分子量測定における、ポリマーとモノマーのピーク面積比率から求めることができる。
The amount of residual monomers of the polyamide 4 composition is 5,000 mass ppm, preferably 4,000 mass ppm or less. There is no restriction | limiting in particular as a lower limit of the amount of said residual monomers, According to the objective, it can select suitably, For example, 1,000 mass ppm etc. are mentioned.
When the residual monomer amount exceeds 5,000 mass ppm, the mechanical strength decreases.
The amount of the residual monomer can be determined from the peak area ratio of the polymer and the monomer in the molecular weight measurement of the polymer.

前記ポリアミド4組成物は、単独重合体であってもよいし、共重合体であってもよい。単独重合体としては、2−ピロリドンの単独重合体が挙げられ、共重合体としては、2−ピロリドンと、他のラクタムとの共重合体が挙げられる。前記他のラクタムとしては、例えば、2−アゼチジノン(β−プロピオラクタム)、ε−カプロラクタムなどが挙げられる。
前記ポリアミド4組成物の構成成分における構成モノマーとしての2−ピロリドンの量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、50質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましい。
The polyamide 4 composition may be a homopolymer or a copolymer. Examples of the homopolymer include a homopolymer of 2-pyrrolidone, and examples of the copolymer include a copolymer of 2-pyrrolidone and another lactam. Examples of the other lactam include 2-azetidinone (β-propiolactam) and ε-caprolactam.
The amount of 2-pyrrolidone as a constituent monomer in the constituent components of the polyamide 4 composition is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 50% by mass or more, and 90% by mass or more. More preferred.

前記ポリアミド4組成物の製造方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、以下の方法が好ましい。   There is no restriction | limiting in particular as a manufacturing method of the said polyamide 4 composition, Although it can select suitably according to the objective, The following methods are preferable.

(ポリアミド4組成物の製造方法)
本発明のポリアミド4組成物の製造方法においては、炭酸塩存在下で、2−ピロリドンを開環重合させる。
前記ポリアミド4組成物の製造方法は、本発明の前記ポリアミド4組成物を製造する方法である。
(Production method of polyamide 4 composition)
In the method for producing the polyamide 4 composition of the present invention, 2-pyrrolidone is subjected to ring-opening polymerization in the presence of a carbonate.
The method for producing the polyamide 4 composition is a method for producing the polyamide 4 composition of the present invention.

前記ポリアミド4組成物を製造する際に、前記炭酸塩が0.1質量%以上存在すると分子量が向上する。そのため、前記ポリアミド4組成物の製造方法において、前記炭酸塩の量は、分子量向上の観点から、モノマー(例えば、2−ピロリドン)に対して、0.01質量%以上0.10質量%以下が好ましく、0.05質量%以上0.10質量%以下がより好ましい。   When the polyamide 4 composition is produced, if the carbonate is present in an amount of 0.1% by mass or more, the molecular weight is improved. Therefore, in the method for producing the polyamide 4 composition, the amount of the carbonate is 0.01% by mass or more and 0.10% by mass or less with respect to the monomer (for example, 2-pyrrolidone) from the viewpoint of improving the molecular weight. Preferably, 0.05 mass% or more and 0.10 mass% or less are more preferable.

前記開環重合は、アシル化合物存在下で行われることが、反応性の点から、好ましい。
前記アシル化合物としては、例えば、カルボン酸ハロゲン化物、カルボン酸無水物、カルボン酸エステルなどが挙げられる。これらの中でも、カルボン酸ハロゲン化物、カルボン酸エステルが好ましい。
前記カルボン酸ハロゲン化物としては、例えば、カルボン酸塩化物、カルボン酸フッ化物、カルボン酸臭素化物などが挙げられる。これらの中でも、カルボン酸塩化物が好ましい。前記カルボン酸塩化物としては、例えば、塩化ベンゾイルなどが挙げられる。
また、前記アシル化合物としては、2−ピロリドンに由来する構造を含むカルボン酸系化合物が好ましい。そのようなアシル化合物としては、例えば、N−アシル−2−ピロリドンなどが挙げられる。前記N−アシル−2−ピロリドンとしては、例えば、1−アセチル−2−ピロリドンなどが挙げられる。
The ring-opening polymerization is preferably performed in the presence of an acyl compound from the viewpoint of reactivity.
Examples of the acyl compound include carboxylic acid halides, carboxylic acid anhydrides, and carboxylic acid esters. Of these, carboxylic acid halides and carboxylic acid esters are preferred.
Examples of the carboxylic acid halide include carboxylic acid chloride, carboxylic acid fluoride, carboxylic acid bromide, and the like. Among these, carboxylic acid chloride is preferable. Examples of the carboxylic acid chloride include benzoyl chloride.
Moreover, as said acyl compound, the carboxylic acid type compound containing the structure derived from 2-pyrrolidone is preferable. Examples of such acyl compounds include N-acyl-2-pyrrolidone. Examples of the N-acyl-2-pyrrolidone include 1-acetyl-2-pyrrolidone.

前記開環重合における前記アシル化合物の使用量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記2−ピロリドンに対して、0.001質量%以上10質量%以下が好ましく、0.01質量%以上1質量%以下がより好ましく、0.03質量以上0.08質量%以下が特に好ましい。   There is no restriction | limiting in particular as the usage-amount of the said acyl compound in the said ring-opening polymerization, Although it can select suitably according to the objective, 0.001 mass% or more and 10 mass% or less are with respect to the said 2-pyrrolidone. Preferably, 0.01 mass% or more and 1 mass% or less are more preferable, and 0.03 mass% or more and 0.08 mass% or less are especially preferable.

前記開環重合は、圧縮性流体存在下で行われることが、重合時間を短くできる点で好ましい。   The ring-opening polymerization is preferably performed in the presence of a compressive fluid because the polymerization time can be shortened.

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、圧縮性流体を、2−ピロリドン及びポリアミド4組成物の混合物に添加することによって、反応が均一に進行し、反応が速くなり、反応後のポリアミド4組成物の取り出しも容易となることを見出した。   As a result of intensive studies, the inventors have added a compressive fluid to the mixture of 2-pyrrolidone and polyamide 4 composition, so that the reaction proceeds uniformly, the reaction becomes faster, and the polyamide after the reaction 4 It has been found that the composition can be easily taken out.

前記開環重合に際しては、必要に応じて添加剤を添加してもよい。添加剤の例としては、界面活性剤、酸化防止剤、安定剤、防曇剤、紫外線吸収剤、顔料、着色剤、無機粒子、各種フィラー、熱安定剤、難燃剤、結晶核剤、帯電防止剤、表面ぬれ改善剤、焼却補助剤、滑剤、天然物、離型剤、可塑剤、その他類似のものがあげられる。必要に応じて重合反応後に重合停止剤(安息香酸、塩酸、燐酸、メタリン酸、酢酸、乳酸等)を用いることもできる。上記添加剤の配合量は、添加する目的や添加剤の種類によって異なるが、好ましくは、ポリマー100質量部に対して0質量部以上5質量部以下である。   In the ring-opening polymerization, an additive may be added as necessary. Examples of additives include surfactants, antioxidants, stabilizers, antifogging agents, UV absorbers, pigments, colorants, inorganic particles, various fillers, thermal stabilizers, flame retardants, crystal nucleating agents, antistatic agents Agents, surface wetting improvers, incineration aids, lubricants, natural products, mold release agents, plasticizers, and the like. If necessary, a polymerization terminator (benzoic acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, metaphosphoric acid, acetic acid, lactic acid, etc.) can be used after the polymerization reaction. Although the compounding quantity of the said additive changes with purposes and the kind of additive to add, Preferably it is 0 to 5 mass parts with respect to 100 mass parts of polymers.

前記安定剤としては、エポキシ化大豆油、カルボジイミド等などが用いられる。
前記酸化防止剤としては、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、ブチルヒドロキシアニソールなどが用いられる。
前記防曇剤としては、グリセリン脂肪酸エステル、クエン酸モノステアリルなどが用いられる。
前記フィラーとしては、紫外線吸収剤、熱安定剤、難燃剤、内部離型剤、結晶核剤としての効果を持つクレイ、タルク、シリカなどが用いられる。
前記顔料としては、酸化チタン、カーボンブラック、群青等などが用いられる。
As the stabilizer, epoxidized soybean oil, carbodiimide and the like are used.
Examples of the antioxidant include 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol and butylhydroxyanisole.
Examples of the antifogging agent include glycerin fatty acid ester and monostearyl citrate.
As the filler, an ultraviolet absorber, a heat stabilizer, a flame retardant, an internal mold release agent, clay having an effect as a crystal nucleating agent, talc, silica, or the like is used.
As the pigment, titanium oxide, carbon black, ultramarine blue and the like are used.

また、2−ピロリドン以外の開環重合性モノマー(例えば、他のラクタム)を添加して、共重合体を生成してもよい。   Further, a ring-opening polymerizable monomer other than 2-pyrrolidone (for example, other lactam) may be added to form a copolymer.

<圧縮性流体>
次に、図1及び図2を用いて本実施形態の製造方法で用いられる圧縮性流体について説明する。図1は、温度と圧力に対する物質の状態を示す相図である。図2は、本実施形態において圧縮性流体の範囲を定義するための相図である。本実施形態における「圧縮性流体」とは、図1で表される相図の中で、図2に示す(1)、(2)、(3)の何れかの領域に存在するときの流体を意味する。
<Compressive fluid>
Next, the compressive fluid used in the manufacturing method of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a phase diagram showing the state of a substance with respect to temperature and pressure. FIG. 2 is a phase diagram for defining the range of the compressible fluid in the present embodiment. The “compressible fluid” in the present embodiment is a fluid in the phase diagram represented in FIG. 1 when it exists in any one of the areas (1), (2), and (3) shown in FIG. Means.

このような領域においては、物質はその密度が非常に高い状態となり、常温常圧時とは異なる挙動を示すことが知られている。なお、流体が(1)の領域に存在する場合には超臨界流体となる。超臨界流体とは、気体と液体とが共存できる限界(臨界点)を超えた温度・圧力領域において非凝縮性高密度流体として存在し、圧縮しても凝縮しない流体のことである。また、流体が(2)の領域に存在する場合には液体となるが、本実施形態においては、常温(25℃)、常圧(1気圧)において気体状態である物質を圧縮して得られた液化ガスを表す。また、流体が(3)の領域に存在する場合には気体状態であるが、本実施形態においては、圧力が臨界圧力(Pc)の1/2(1/2Pc)以上の高圧ガスを表す。   In such a region, it is known that the substance has a very high density and behaves differently from that at normal temperature and pressure. Note that when the fluid exists in the region (1), it becomes a supercritical fluid. A supercritical fluid is a fluid that exists as a non-condensable high-density fluid in a temperature and pressure region that exceeds the limit (critical point) at which gas and liquid can coexist, and does not condense even when compressed. In addition, the liquid is formed when the fluid is present in the region (2). In the present embodiment, the fluid is obtained by compressing a substance in a gaseous state at normal temperature (25 ° C.) and normal pressure (1 atm). Represents liquefied gas. Further, when the fluid is present in the region (3), it is in a gaseous state, but in the present embodiment, it represents a high-pressure gas whose pressure is 1/2 (1/2 Pc) or more of the critical pressure (Pc).

圧縮性流体として用いることができる物質としては、特に限定されないが、二酸化炭素、エーテル又は炭化水素を含有する圧縮性流体あるいは窒素が挙げられる。二酸化炭素は、反応性の点で好ましい。これらの圧縮性流体は、一種を単独で使用しても、二種以上を併用してもよい。   The substance that can be used as the compressive fluid is not particularly limited, and examples thereof include a compressive fluid containing nitrogen dioxide, ether, or hydrocarbon, or nitrogen. Carbon dioxide is preferred in terms of reactivity. These compressive fluids may be used alone or in combination of two or more.

<重合反応装置>
続いて、図3及び図4を用いて、本実施形態においてポリアミド4組成物の製造に用いられる重合反応装置について説明する。まず、図3を用いて重合反応装置100について説明する。図3は、重合工程の一例を示す系統図である。従来の製造方法により2−ピロリドンをアニオン重合する場合、反応中にポリマー生成物が固化するため、連続的にポリマーを製造することができなかった。本実施形態の製造方法によると、例えば、重合反応装置100を用いることにより、連続的にポリマーを製造することができる。
<Polymerization reactor>
Then, the polymerization reaction apparatus used for manufacture of the polyamide 4 composition in this embodiment is demonstrated using FIG.3 and FIG.4. First, the polymerization reaction apparatus 100 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a system diagram showing an example of a polymerization process. When 2-pyrrolidone is anionically polymerized by a conventional production method, the polymer product is solidified during the reaction, and thus the polymer cannot be produced continuously. According to the manufacturing method of this embodiment, for example, by using the polymerization reaction apparatus 100, a polymer can be continuously manufactured.

重合反応装置100は、2−ピロリドンなどの原材料及び圧縮性流体を供給する供給ユニット100aと、供給ユニット100aによって供給された2−ピロリドンを重合させる連続重合装置の一例としての重合反応装置本体100bとを有する。供給ユニット100aは、タンク(1,3,5,7,11)と、計量フィーダー(2,4)と、計量ポンプ(6,8,12)と、を有する。重合反応装置本体100bは、重合反応装置本体100bの一端部に設けられた混合装置9と、送液ポンプ10と、反応容器13と、計量ポンプ14と、重合反応装置本体100bの他端部に設けられた押出口金15と、を有する。なお、本実施形態において、圧縮性流体と原材料あるいはポリマーを混合して、原材料等を溶解または溶融させる装置を「混合装置」と呼ぶこととする。本実施形態において、「溶融」とは、原材料あるいは生成したポリマーが圧縮性流体と接触することで、膨潤しつつ可塑化、液状化した状態を意味する。また、「溶解」とは、原材料が圧縮性流体中に溶けることを意味する。   The polymerization reaction apparatus 100 includes a supply unit 100a for supplying a raw material such as 2-pyrrolidone and a compressive fluid, and a polymerization reaction apparatus main body 100b as an example of a continuous polymerization apparatus for polymerizing 2-pyrrolidone supplied by the supply unit 100a. Have The supply unit 100a has a tank (1, 3, 5, 7, 11), a measuring feeder (2, 4), and a measuring pump (6, 8, 12). The polymerization reaction device main body 100b is connected to the mixing device 9, the liquid feed pump 10, the reaction vessel 13, the metering pump 14, and the other end of the polymerization reaction device main body 100b provided at one end of the polymerization reaction device main body 100b. And an extrusion die 15 provided. In the present embodiment, an apparatus for mixing a compressive fluid and raw materials or polymers to dissolve or melt the raw materials is referred to as a “mixing apparatus”. In the present embodiment, “melting” means a state in which a raw material or a produced polymer comes into contact with a compressive fluid and is plasticized or liquefied while swelling. Further, “dissolving” means that the raw material is dissolved in the compressive fluid.

供給ユニット100aのタンク1は、2−ピロリドンを貯蔵する。タンク3は例えば、アシル化合物、炭酸塩及び添加剤のうち固体(粉末又は粒状)のものを貯蔵する。タンク5は、例えば、アシル化合物、炭酸塩及び添加剤のうち液体のものを貯蔵する。タンク7は、圧縮性流体を貯蔵する。なお、タンク7は、混合装置9に供給される過程で、あるいは、混合装置9内で加熱または加圧されて圧縮性流体となる気体(ガス)、または、固体を貯蔵しても良い。この場合、タンク7に貯蔵される気体または固体は、加熱または加圧されることにより、混合装置9内で図2の相図における(1)、(2)、または(3)の状態となる。   The tank 1 of the supply unit 100a stores 2-pyrrolidone. The tank 3 stores, for example, a solid (powder or granular) among acyl compounds, carbonates, and additives. The tank 5 stores, for example, a liquid one of acyl compounds, carbonates, and additives. The tank 7 stores a compressible fluid. The tank 7 may store a gas (gas) or a solid that becomes a compressible fluid in the course of being supplied to the mixing device 9 or heated or pressurized in the mixing device 9. In this case, the gas or solid stored in the tank 7 is heated or pressurized to be in the state (1), (2), or (3) in the phase diagram of FIG. .

計量フィーダー2は、タンク1に貯蔵された2−ピロリドンを計量して混合装置9に連続的に供給する。計量フィーダー4は、タンク3に貯蔵された固体を計量して混合装置9に連続的に供給する。計量ポンプ6は、タンク5に貯蔵された液体を計量して混合装置9に連続的に供給する。計量ポンプ8は、タンク7に貯蔵された圧縮性流体を一定の圧力及び流量で混合装置9に連続的に供給する。なお、本実施形態において連続的に供給するとは、バッチ毎に供給する方法に対する概念であって、開環重合させたポリマーが連続的に得られるよう供給することを意味する。即ち、開環重合させたポリマーが連続的に得られる限り、各材料は、断続的、或いは、間欠的に供給されても良い。また、アシル化合物、炭酸塩及び添加剤がいずれも固体の場合には、重合反応装置100は、タンク5及び計量ポンプ6を有していなくても良い。同様に、アシル化合物、炭酸塩及び添加剤がいずれも液体の場合には、重合反応装置100は、タンク3及び計量フィーダー4を有していなくても良い。   The measuring feeder 2 measures 2-pyrrolidone stored in the tank 1 and continuously supplies it to the mixing device 9. The weighing feeder 4 measures the solid stored in the tank 3 and continuously supplies it to the mixing device 9. The metering pump 6 measures the liquid stored in the tank 5 and continuously supplies it to the mixing device 9. The metering pump 8 continuously supplies the compressive fluid stored in the tank 7 to the mixing device 9 at a constant pressure and flow rate. In addition, in this embodiment, supplying continuously is a concept with respect to the method of supplying for every batch, and means supplying so that the polymer which carried out ring-opening polymerization may be obtained continuously. That is, each material may be supplied intermittently or intermittently as long as the ring-opened polymer is continuously obtained. Further, when the acyl compound, the carbonate, and the additive are all solid, the polymerization reaction apparatus 100 may not include the tank 5 and the metering pump 6. Similarly, when the acyl compound, the carbonate, and the additive are all liquid, the polymerization reaction apparatus 100 may not include the tank 3 and the metering feeder 4.

本実施形態において、重合反応装置本体100bの各装置は、原材料、圧縮性流体、あるいは生成したポリマーを輸送する耐圧性の配管30によって、図3に示されたように接続されている。また、重合反応装置の混合装置9、送液ポンプ10、及び反応容器13の各装置は、上記の原材料等を通過させる管状の部材を有している。   In this embodiment, each apparatus of the polymerization reaction apparatus main body 100b is connected as shown in FIG. 3 by a pressure-resistant piping 30 that transports raw materials, a compressive fluid, or a generated polymer. Moreover, each apparatus of the mixing apparatus 9 of the polymerization reaction apparatus, the liquid feed pump 10, and the reaction vessel 13 has a tubular member that allows the raw materials and the like to pass therethrough.

重合反応装置本体100bの混合装置9は、各タンク(1,3,5)から供給された2−ピロリドン、炭酸塩、添加剤などの原材料と、タンク7から供給された圧縮性流体とを連続的に接触させ、原材料を溶解させるための耐圧性の容器を有した装置である。混合装置9では、原材料と圧縮性流体と接触することにより、原材料が溶融または溶解する。2−ピロリドンを溶解した場合には流体相、溶融した場合には溶融相が形成されるが、均一に反応を進めるために、溶融相または流体相のいずれか一層が形成されていることが好ましい。また、圧縮性流体に対して原材料の比率が高い状態で反応を進行させるために、2−ピロリドンを溶融させることが好ましい。なお、本実施形態では、原材料及び圧縮性流体を連続的に供給することにより、混合装置9において、2−ピロリドンなどの原材料と圧縮性流体とを一定の濃度の比率で連続的に接触させることができる。これにより、原材料を効率的に溶解又は溶融させることができる。   The mixing device 9 of the polymerization reaction device main body 100b continuously feeds raw materials such as 2-pyrrolidone, carbonate, and additive supplied from each tank (1, 3, 5) and a compressive fluid supplied from the tank 7. It is an apparatus having a pressure resistant container for bringing the raw material into contact with each other. In the mixing device 9, the raw material is melted or dissolved by contacting the raw material and the compressive fluid. When 2-pyrrolidone is dissolved, a fluid phase is formed. When melted, a molten phase is formed. In order to proceed the reaction uniformly, it is preferable that either a molten phase or a fluid phase is formed. . Moreover, it is preferable to melt 2-pyrrolidone in order to advance the reaction in a state where the ratio of raw materials to the compressive fluid is high. In this embodiment, by continuously supplying the raw material and the compressive fluid, the raw material such as 2-pyrrolidone and the compressive fluid are continuously brought into contact at a constant concentration ratio in the mixing device 9. Can do. Thereby, the raw material can be efficiently dissolved or melted.

混合装置9の容器の形は、タンク型でも筒型でもよいが、一端から原材料を供給し、他端から混合物を取り出す筒型が好ましい。混合装置9の容器には、計量ポンプ8によってタンク7から供給された圧縮性流体を導入する導入口9aと、計量フィーダー2によってタンク1から供給された2−ピロリドンを導入する導入口9bと、計量フィーダー4によってタンク3から供給された粉末を導入する導入口9cと、計量ポンプ6によってタンク5から供給された液体を導入する導入口9dとが設けられている。本実施形態において各導入口(9a,9b,9c,9d)は、混合装置9の容器と、各原材料または圧縮性流体を輸送する各配管とを接続する継手によって構成される。この継手としては、特に制限されず、レデューサー、カップリング、Y、T、アウトレットなどの公知のものが用いられる。また、混合装置9は、供給された各原材料及び圧縮性流体を加熱するためのヒータ9eを有している。更に、混合装置9は、原材料、圧縮性流体などを攪拌する攪拌装置を有していても良い。混合装置9が攪拌装置を有する場合、攪拌装置としては、一軸のスクリュウ、互いに噛み合う二軸のスクリュウ、互いに噛み合う又は重なり合う多数の攪拌素子をもつ二軸の混合機、互いに噛み合うらせん形の攪拌素子を有するニーダー、スタティックミキサーなどが好ましく用いられる。特に、互いに噛み合う二軸又は多軸攪拌装置は、攪拌装置や容器への反応物の付着が少なく、セルフクリーニング作用があるので好ましい。   The shape of the container of the mixing device 9 may be a tank type or a cylindrical shape, but a cylindrical shape in which raw materials are supplied from one end and the mixture is taken out from the other end is preferable. In the container of the mixing device 9, an inlet 9 a for introducing the compressive fluid supplied from the tank 7 by the metering pump 8, an inlet 9 b for introducing 2-pyrrolidone supplied from the tank 1 by the metering feeder 2, An inlet 9c for introducing the powder supplied from the tank 3 by the metering feeder 4 and an inlet 9d for introducing the liquid supplied from the tank 5 by the metering pump 6 are provided. In this embodiment, each introduction port (9a, 9b, 9c, 9d) is comprised by the coupling which connects the container of the mixing apparatus 9, and each piping which conveys each raw material or compressive fluid. This joint is not particularly limited, and known joints such as reducers, couplings, Y, T, and outlets are used. The mixing device 9 has a heater 9e for heating each supplied raw material and compressive fluid. Furthermore, the mixing device 9 may have a stirring device that stirs the raw materials, the compressive fluid, and the like. When the mixing device 9 has a stirrer, the stirrer includes a uniaxial screw, a biaxial screw meshing with each other, a biaxial mixer having a large number of meshing elements meshing with each other or overlapping each other, and a helical stirring element meshing with each other. A kneader having a static mixer, a static mixer or the like is preferably used. In particular, a biaxial or multiaxial agitation device that meshes with each other is preferable because there is little adhesion of reactants to the agitation device or the container and there is a self-cleaning action.

混合装置9が攪拌装置を有していない場合、混合装置9としては、耐圧配管が好適に用いられる。この場合、耐圧配管をらせん状としたり折り曲げたりして配置することで、重合反応装置100の設置スペースを削減したり、レイアウトの自由度を向上させたりすることができる。なお、混合装置9が攪拌装置を有していない場合、混合装置9内での各材料を確実に混合するため、混合装置9に供給される2−ピロリドンは予め液化されていることが好ましい。   In the case where the mixing device 9 does not have a stirring device, a pressure-resistant pipe is preferably used as the mixing device 9. In this case, it is possible to reduce the installation space of the polymerization reaction apparatus 100 or improve the layout flexibility by arranging the pressure-resistant piping in a spiral shape or by bending it. In addition, when the mixing apparatus 9 does not have a stirring apparatus, in order to mix each material in the mixing apparatus 9 reliably, it is preferable that 2-pyrrolidone supplied to the mixing apparatus 9 is liquefied beforehand.

送液ポンプ10は、混合装置9で溶解又は溶融させた各原材料を反応容器13に送液する。タンク11は、アシル化合物を貯蔵する。計量ポンプ12は、タンク11に貯蔵されたアシル化合物を計量して反応容器13に供給する。   The liquid feed pump 10 sends each raw material dissolved or melted by the mixing device 9 to the reaction vessel 13. The tank 11 stores an acyl compound. The metering pump 12 measures the acyl compound stored in the tank 11 and supplies it to the reaction vessel 13.

反応容器13は、送液ポンプ10によって送液された溶解又は溶融させた各原材料と、計量ポンプ12によって供給されたアシル化合物とを混合して、2−ピロリドンを連続的に開環重合させるための耐圧性の容器である。反応容器13の形状としては、タンク型でも筒型でもよいが、デッドスペースが少ない筒型が好ましい。反応容器13には、混合装置9によって混合された各材料を容器内に導入するための導入口13aと、計量ポンプ12によってタンク11から供給されたアシル化合物を容器内に導入する導入口13bとが設けられている。本実施形態において各導入口(13a,13b)は、反応容器13と、各原材料を輸送する各配管とを接続する継手によって構成される。この継手としては、特に制限されず、レデューサー、カップリング、Y、T、アウトレットなどの公知のものが用いられる。なお、反応容器13には、蒸発物を除去するための気体出口が設けられていても良い。また、反応容器13は、送液された原材料を加熱するためのヒータ13cを有している。更に、反応容器13は、原材料、圧縮性流体などを攪拌する攪拌装置を有していても良い。反応容器13が攪拌装置を有する場合、原材料と生成されたポリマーの密度差によって、ポリマーが沈降することを抑制できるので、重合反応をより均一かつ定量的に進められる。反応容器13の攪拌装置としては、互いに噛み合うスクリュウや、2フライト(長円形)や3フライト(三角形様)などの攪拌素子、円板又は多葉形(クローバー形など)の攪拌翼をもつ二軸又は多軸のものがセルフクリーニングの観点から好ましい。あらかじめ触媒を含む原材料が充分に混合されている場合には、案内装置により流れの分割と複合(合流)を多段的に行う静止混合器も攪拌装置に応用出来る。静止型混合器としては、特公昭47−15526、同47−15527、同47−15528、同47−15533などで開示されたもの(多層化混合器)、及び特開昭47−33166に開示されたもの(ケニックス型)、及びそれらに類似する可動部のない混合装置が挙げられ、これらの記載内容を参照によりここに含めるものとする。   The reaction vessel 13 mixes each dissolved or melted raw material fed by the feed pump 10 and the acyl compound supplied by the metering pump 12 to continuously ring-open polymerization 2-pyrrolidone. This is a pressure-resistant container. The shape of the reaction vessel 13 may be a tank type or a cylindrical type, but a cylindrical type with little dead space is preferable. The reaction vessel 13 has an introduction port 13a for introducing each material mixed by the mixing device 9 into the vessel, and an introduction port 13b for introducing the acyl compound supplied from the tank 11 by the metering pump 12 into the vessel. Is provided. In this embodiment, each inlet (13a, 13b) is comprised by the coupling which connects the reaction container 13 and each piping which conveys each raw material. This joint is not particularly limited, and known joints such as reducers, couplings, Y, T, and outlets are used. Note that the reaction vessel 13 may be provided with a gas outlet for removing evaporated substances. The reaction vessel 13 has a heater 13c for heating the fed raw material. Furthermore, the reaction vessel 13 may have a stirring device that stirs the raw materials, the compressive fluid, and the like. When the reaction vessel 13 has a stirrer, the polymer can be prevented from settling due to the difference in density between the raw material and the produced polymer, so that the polymerization reaction can proceed more uniformly and quantitatively. As a stirring device for the reaction vessel 13, a twin shaft having a screw which meshes with each other, a stirring element such as a 2-flight (oval) or a 3-flight (triangular shape), a disc or a multi-leaf type (clover-shaped) stirring blade. Or the thing of a multi-axis is preferable from a viewpoint of self-cleaning. When the raw materials containing the catalyst are sufficiently mixed in advance, a static mixer that performs multi-stage splitting and combining (merging) of the flow by a guide device can also be applied to the stirring device. As static mixers, those disclosed in JP-B-47-15526, 47-15527, 47-15528, 47-15533, etc. (multilayer mixer), and disclosed in JP-A-47-33166. And the like (Kenix type) and similar mixing devices without moving parts, the contents of which are hereby incorporated by reference.

反応容器13が攪拌装置を有していない場合、反応容器13としては、耐圧配管が好適に用いられる。この場合、耐圧配管をらせん状としたり折り曲げたりして配置することで、重合反応装置100の設置スペースを削減したり、レイアウトの自由度を向上させたりすることができる。   When the reaction vessel 13 does not have a stirrer, pressure-resistant piping is preferably used as the reaction vessel 13. In this case, it is possible to reduce the installation space of the polymerization reaction apparatus 100 or improve the layout flexibility by arranging the pressure-resistant piping in a spiral shape or by bending it.

図3では、反応容器13が1個の例を示したが、2個以上の反応容器13を用いることもできる。複数の反応容器13を用いる場合、反応容器13毎の反応(重合)条件、すなわち温度、触媒濃度、圧力、平均滞留時間、攪拌速度などは、同一でもよいが、重合の進行にあわせて、それぞれ最適の条件を選ぶことが好ましい。なお、反応時間の増加や装置の煩雑化を招くため、あまり多くの容器を多段的に結合することは得策でなく、段数は1以上4以下、特に1以上3以下が好ましい。   Although FIG. 3 shows an example in which one reaction vessel 13 is provided, two or more reaction vessels 13 may be used. When a plurality of reaction vessels 13 are used, the reaction (polymerization) conditions for each reaction vessel 13, that is, temperature, catalyst concentration, pressure, average residence time, stirring speed, etc. may be the same. It is preferable to select the optimum conditions. In order to increase the reaction time and complicate the apparatus, it is not a good idea to combine too many containers in multiple stages, and the number of stages is preferably 1 or more and 4 or less, particularly preferably 1 or more and 3 or less.

一般的には、反応容器を1個だけで重合した場合、得られるポリマーの重合度や残存モノマー量が不安定で変動し易く、工業生産に適しないとされている。これは、溶融粘度数ポイズから数10ポイズ程度の原材料と、溶融粘度数1,000ポイズ程度の重合されたポリマーとが同一容器内に混在するための不安定さに起因するものと思われる。これに対し、本実施形態では、原材料と生成したポリマーとが圧縮性流体に溶解又は溶融することによって系内の粘度差を小さくすることが可能となるため、従来の重合反応装置より段数を減らすことが可能となる。   In general, when polymerization is performed with only one reaction vessel, the degree of polymerization of the polymer obtained and the amount of residual monomer are unstable and easily fluctuate, and are not suitable for industrial production. This seems to be due to the instability due to the mixing of the raw material having a melt viscosity of several poise to several tens of poise and the polymerized polymer having a melt viscosity of about 1,000 poise in the same container. On the other hand, in this embodiment, since the raw material and the produced polymer are dissolved or melted in the compressive fluid, it becomes possible to reduce the viscosity difference in the system, so the number of stages is reduced compared to the conventional polymerization reaction apparatus. It becomes possible.

計量ポンプ14は、反応容器13内のポリマー生成物Pを、ポリマー排出口の一例としての押出口金15から、反応容器13の外に送り出す。なお、反応容器13の内外の圧力差を利用することにより、計量ポンプ14を用いずにポリマー生成物Pを反応容器13内から送り出すこともできる。この場合、反応容器13内の圧力やポリマー生成物Pの送り出し量を調整するために、計量ポンプ14に変えて圧調整バルブを用いることもできる。
また、各原材料が効率的に溶融するように、反応容器13で各原材料及び圧縮性流体に熱や攪拌を加えるタイミングを調整しても良い。この場合、各原材料と圧縮性流体とを接触させた後、熱や攪拌を加えても、各原材料と圧縮性流体とを接触させながら熱や攪拌を加えても良い。また、あらかじめ2−ピロリドンに融点以上の熱を加えて溶融させてから、2−ピロリドンと圧縮性流体とを接触させても良い。
The metering pump 14 sends the polymer product P in the reaction vessel 13 out of the reaction vessel 13 from an extrusion die 15 as an example of a polymer discharge port. In addition, the polymer product P can be sent out from the reaction vessel 13 without using the metering pump 14 by utilizing the pressure difference between the inside and outside of the reaction vessel 13. In this case, in order to adjust the pressure in the reaction vessel 13 and the delivery amount of the polymer product P, a pressure adjusting valve can be used instead of the metering pump 14.
Moreover, you may adjust the timing which adds heat and stirring to each raw material and a compressive fluid with the reaction container 13 so that each raw material may fuse | melt efficiently. In this case, after bringing each raw material and the compressive fluid into contact with each other, heat or stirring may be applied, or heat or stirring may be applied while bringing each raw material into contact with the compressive fluid. Alternatively, 2-pyrrolidone and the compressive fluid may be brought into contact after 2-pyrrolidone is melted by applying heat equal to or higher than the melting point.

続いて、図4を用いてバッチ式の工程で用いられる重合反応装置200について説明する。図4は、バッチ式の重合工程の一例を示す系統図である。図4の系統図において、重合反応装置200は、タンク21と、計量ポンプ22と、添加ポット25と、反応容器27と、バルブ(23,24,26,28,29)とを有している。上記の各装置は耐圧性の配管30によって図4に示したように接続されている。また、配管30には、継手(30a,30b)が設けられている。   Next, a polymerization reaction apparatus 200 used in a batch process will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a system diagram showing an example of a batch polymerization process. In the system diagram of FIG. 4, the polymerization reaction device 200 includes a tank 21, a metering pump 22, an addition pot 25, a reaction vessel 27, and valves (23, 24, 26, 28, 29). . Each of the above devices is connected as shown in FIG. Further, the pipe 30 is provided with joints (30a, 30b).

タンク21は、圧縮性流体を貯蔵する。なお、タンク21は、反応容器27に供給される供給経路あるいは反応容器27内で加熱、加圧されて圧縮性流体となる気体(ガス)または固体を貯蔵しても良い。この場合、タンク21に貯蔵される気体または固体は、加熱または加圧されることにより、反応容器27内で図2の相図における(1)、(2)、または(3)の状態となる。   The tank 21 stores a compressible fluid. The tank 21 may store a gas (gas) or a solid that becomes a compressible fluid by being heated and pressurized in a supply path supplied to the reaction container 27 or in the reaction container 27. In this case, the gas or solid stored in the tank 21 is heated or pressurized to be in the state (1), (2), or (3) in the phase diagram of FIG. .

計量ポンプ22は、タンク21に貯蔵された圧縮性流体を、一定の圧力及び流量で反応容器27に供給する。添加ポット25は、反応容器27内の原材料に添加される炭酸塩を貯蔵する。バルブ(23,24,26,29)は、それぞれを開閉させることにより、タンク21に貯蔵された圧縮性流体を、添加ポット25を経由して反応容器27に供給する経路と、添加ポット25を経由せずに反応容器27に供給する経路などとを切り換える。   The metering pump 22 supplies the compressive fluid stored in the tank 21 to the reaction vessel 27 at a constant pressure and flow rate. The addition pot 25 stores carbonate added to the raw material in the reaction vessel 27. The valves (23, 24, 26, 29) open and close each of them, thereby supplying the compressive fluid stored in the tank 21 to the reaction vessel 27 via the addition pot 25 and the addition pot 25. The route for supplying the reaction vessel 27 without going through is switched.

反応容器27には、重合を開始する前に予め2−ピロリドン、及びアシル化合物を収容する。反応容器27は、予め収容された2−ピロリドン、及びアシル化合物と、タンク21から供給された圧縮性流体と、添加ポット25から供給された触媒とを接触させて、2−ピロリドンを開環重合させるための耐圧性の容器である。なお、反応容器27には、蒸発物を除去するための気体出口が設けられていても良い。また、反応容器27は、原材料及び圧縮性流体を加熱するためのヒータを有している。更に、反応容器27は、原材料、及び圧縮性流体を攪拌する攪拌装置を有している。原材料と生成したポリマーとの密度差が生じたときに、攪拌装置の攪拌を加えることで生成したポリマーの沈降を抑制できるので、重合反応をより均一かつ定量的に進められる。バルブ28は、重合反応終了後に開放されることにより反応容器27内のポリマー生成物Pを排出する。   The reaction vessel 27 contains 2-pyrrolidone and an acyl compound in advance before starting the polymerization. In the reaction vessel 27, 2-pyrrolidone and acyl compound stored in advance, the compressive fluid supplied from the tank 21, and the catalyst supplied from the addition pot 25 are brought into contact with each other to cause ring-opening polymerization of 2-pyrrolidone. This is a pressure-resistant container. The reaction vessel 27 may be provided with a gas outlet for removing the evaporated material. The reaction vessel 27 has a heater for heating the raw materials and the compressive fluid. Furthermore, the reaction vessel 27 has a stirring device for stirring the raw materials and the compressive fluid. When the density difference between the raw material and the generated polymer occurs, the settling of the generated polymer can be suppressed by adding the stirring of the stirring device, so that the polymerization reaction can proceed more uniformly and quantitatively. The valve 28 is opened after completion of the polymerization reaction to discharge the polymer product P in the reaction vessel 27.

<<ポリマー製造方法>>
続いて、上記の原材料、圧縮性流体、及び、重合反応装置100を用いたポリマーの製造方法について説明する。本実施形態のポリマーの製造方法によると、2−ピロリドンと、圧縮性流体とを接触させて2−ピロリドンを溶融または溶解せしめた後に、塩基性有機金属触媒及び共触媒の存在下、前記2−ピロリドンを開環重合させる。
<< Polymer production method >>
Subsequently, the raw material, the compressive fluid, and a polymer production method using the polymerization reaction apparatus 100 will be described. According to the polymer production method of this embodiment, 2-pyrrolidone and a compressive fluid are brought into contact with each other to melt or dissolve 2-pyrrolidone, and then in the presence of the basic organometallic catalyst and the cocatalyst, Ring-opening polymerization of pyrrolidone.

まず、各計量フィーダー(2,4)及び計量ポンプ6、計量ポンプ8を作動させ、各タンク(1,3,5,7)内の2−ピロリドン、圧縮性流体、炭酸塩及び必要に応じて任意成分であるアシル化合物、と添加剤を連続的に混合装置9に給する。各装置から供給された原材料及び圧縮性流体等は、各導入口(9a,9b,9c,9d)から、混合装置9の管内に原材料及び圧縮性流体が連続的に導入される。なお、固体(粉末又は粒状)の原材料は、液体の原材料と比較して計量精度が低い場合がある。この場合、固体の原材料を前もって溶融させて液体の状態にしてタンク5に貯蔵しておき、計量ポンプ6によって混合装置9の管内に導入させてもよい。各計量フィーダー(2,4)及び計量ポンプ6、計量ポンプ8を作動させる順序は、特に限定されないが、初期の原材料が圧縮流体に接触せずに反応容器13に送られると、温度低下によって固化する恐れがあるため、先に計量ポンプ8を作動させることが好ましい。   First, each metering feeder (2, 4), metering pump 6, metering pump 8 is activated, 2-pyrrolidone in each tank (1, 3, 5, 7), compressible fluid, carbonate and as needed The acyl compound, which is an optional component, and the additive are continuously fed to the mixing device 9. The raw material and the compressive fluid supplied from each device are continuously introduced into the pipe of the mixing device 9 from each inlet (9a, 9b, 9c, 9d). In addition, solid (powder or granular) raw materials may have lower measurement accuracy than liquid raw materials. In this case, the solid raw material may be melted in advance and stored in the tank 5 in a liquid state and introduced into the pipe of the mixing device 9 by the metering pump 6. The order in which each metering feeder (2, 4), metering pump 6 and metering pump 8 are operated is not particularly limited, but when the initial raw material is sent to the reaction vessel 13 without contacting the compressed fluid, it solidifies due to a decrease in temperature. Therefore, it is preferable to operate the metering pump 8 first.

計量フィーダー(2,4)及び計量ポンプ6による各原材料の各供給速度は、2−ピロリドン、アシル化合物、炭酸塩、添加剤の所定の量比に基づいて、一定の比率となるように調整される。計量フィーダー(2,4)及び計量ポンプ6によって単位時間当たりに供給される各原材料の質量の合計(原材料の供給速度、(g/min))は、所望のポリマー物性や反応時間等に基づいて調整される。同様に、計量ポンプ8によって単位時間当たりに供給される圧縮性流体の質量(圧縮性流体の供給速度、(g/min))は、所望のポリマー物性や反応時間等に基づいて調整される。圧縮性流体の供給速度と原材料の供給速度との比(原材料の供給速度/圧縮性流体の供給速度、フィード比という)は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1以上が好ましく、3以上がより好ましく、5以上が更に好ましく、10以上が特に好ましい。また、フィード比の上限値については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1,000以下が好ましく、100以下がより好ましく、50以下が特に好ましい。   Each feed rate of each raw material by the metering feeders (2, 4) and the metering pump 6 is adjusted to be a constant ratio based on a predetermined amount ratio of 2-pyrrolidone, acyl compound, carbonate, and additive. The The total mass (feed rate of raw material, (g / min)) of each raw material supplied per unit time by the measuring feeder (2, 4) and the measuring pump 6 is based on the desired polymer physical properties, reaction time, etc. Adjusted. Similarly, the mass of the compressive fluid supplied per unit time by the metering pump 8 (supply rate of compressive fluid, (g / min)) is adjusted based on desired polymer properties, reaction time, and the like. The ratio between the supply speed of the compressive fluid and the supply speed of the raw material (the supply speed of the raw material / the supply speed of the compressive fluid, the feed ratio) is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. 1 or more is preferable, 3 or more is more preferable, 5 or more is further preferable, and 10 or more is particularly preferable. Moreover, there is no restriction | limiting in particular about the upper limit of feed ratio, Although it can select suitably according to the objective, 1,000 or less are preferable, 100 or less are more preferable, and 50 or less are especially preferable.

このフィード比を1以上とすることにより、各原材料及び圧縮性流体が反応容器13に送液されたときに、原材料及び生成したポリマー生成物の濃度(いわゆる固形分濃度)が高い状態で反応が進行する。このときの重合系内の固形分濃度は、従来の製造方法で圧倒的な量の圧縮性流体に対して少量の2−ピロリドンを溶解させて重合したときの重合系の固形分濃度とは大きく異なる。本実施形態の製造方法は、固形分濃度が高い重合系でも重合反応が効率的かつ安定して進行することに特徴がある。なお、本実施形態において、フィード比を1未満としてもよく、この場合であっても、得られるポリマー生成物の品質に問題はないが、経済的な効率は劣ることになる。また、フィード比が1,000を超えると、圧縮性流体が2−ピロリドンを溶融させる能力が不十分となる恐れがあり、目的とする反応が均一に進まない場合がある。   By setting the feed ratio to 1 or more, when each raw material and the compressive fluid are sent to the reaction vessel 13, the reaction is performed in a state where the concentration of the raw material and the generated polymer product (so-called solid content concentration) is high. proceed. The solid content concentration in the polymerization system at this time is larger than the solid content concentration of the polymerization system when a small amount of 2-pyrrolidone is dissolved in the overwhelming amount of compressive fluid in the conventional production method for polymerization. Different. The production method of this embodiment is characterized in that the polymerization reaction proceeds efficiently and stably even in a polymerization system having a high solid content concentration. In this embodiment, the feed ratio may be less than 1. Even in this case, there is no problem in the quality of the polymer product to be obtained, but the economical efficiency is inferior. On the other hand, if the feed ratio exceeds 1,000, the compressive fluid may have insufficient ability to melt 2-pyrrolidone, and the intended reaction may not proceed uniformly.

各原材料及び圧縮性流体は、混合装置9の管内に連続的に導入されるので、それぞれが連続的に接触する。これにより、混合装置9内で、2−ピロリドン、アシル化合物、炭酸塩、添加物などの各原材料が混合されて、2−ピロリドン溶融または溶解する。混合装置9が攪拌装置を有する場合には、各原材料及び圧縮性流体を攪拌してもよい。導入された圧縮性流体が気体に変わることを避けるため、反応容器13の管内の温度及び圧力は、好ましくは上記圧縮性流体の三重点以上の温度及び圧力に制御される。なお、この圧力は、例えば、ポンプの流量や配管径、配管の長さ、配管の形状などにより制御される。また、この制御は、混合装置9のヒータ9eの出力或いは圧縮性流体の供給速度を調整することにより行われる。   Each raw material and compressive fluid are continuously introduced into the tube of the mixing device 9 so that they are in continuous contact with each other. Thereby, in the mixing apparatus 9, raw materials, such as 2-pyrrolidone, an acyl compound, carbonate, an additive, are mixed, and 2-pyrrolidone melts or melt | dissolves. When the mixing device 9 has a stirring device, the raw materials and the compressive fluid may be stirred. In order to prevent the introduced compressive fluid from turning into a gas, the temperature and pressure in the tube of the reaction vessel 13 are preferably controlled to a temperature and pressure above the triple point of the compressive fluid. This pressure is controlled by, for example, the pump flow rate, pipe diameter, pipe length, pipe shape, and the like. This control is performed by adjusting the output of the heater 9e of the mixing device 9 or the supply speed of the compressive fluid.

本実施形態において、2−ピロリドンを溶融または溶解させるときの温度は、2−ピロリドンの常圧での融点以下の温度であってもよい。これは、圧縮性流体の存在下、混合装置9内が高圧となり、2−ピロリドンの融点が常圧での融点よりも低下することによると考えられる。このため、2−ピロリドンに対する圧縮性流体の量が少ない場合であっても、混合装置9内で2−ピロリドンは溶融または溶解する。   In this embodiment, the temperature at which 2-pyrrolidone is melted or dissolved may be a temperature equal to or lower than the melting point of 2-pyrrolidone at normal pressure. This is considered to be due to the high pressure in the mixing device 9 in the presence of the compressive fluid, and the melting point of 2-pyrrolidone being lower than the melting point at normal pressure. For this reason, even if the amount of compressive fluid relative to 2-pyrrolidone is small, 2-pyrrolidone melts or dissolves in the mixing device 9.

各原材料が効率的に混合するように、混合装置9で各原材料及び圧縮性流体に熱や攪拌を加えるタイミングを調整してもよい。この場合、各原材料と圧縮性流体とを接触させた後、熱や攪拌を加えても、各原材料と圧縮性流体とを接触させながら、熱や攪拌を加えてもよい。また、より確実に混合させるため、例えば、あらかじめ2−ピロリドンに融点以上の熱をかけてから、2−ピロリドンと圧縮性流体とを接触させてもよい。上記の各態様は、例えば、混合装置9が二軸の混合装置である場合には、スクリュウの配列、各導入口(9a,9b,9c,9d)の配置、ヒータ9eの温度を適宜設定することにより実現される。   You may adjust the timing which applies heat and stirring to each raw material and a compressive fluid with the mixing apparatus 9 so that each raw material may mix efficiently. In this case, after bringing each raw material and the compressive fluid into contact, heat or stirring may be applied, or heat or stirring may be applied while bringing each raw material into contact with the compressive fluid. Moreover, in order to mix more reliably, for example, 2-pyrrolidone and the compressive fluid may be brought into contact after 2-pyrrolidone is heated in advance to a melting point or higher. In each of the above embodiments, for example, when the mixing device 9 is a biaxial mixing device, the screw arrangement, the arrangement of the inlets (9a, 9b, 9c, 9d), and the temperature of the heater 9e are appropriately set. Is realized.

なお、本実施形態では、2−ピロリドンとは別に、添加物を混合装置9に供給しているが、2−ピロリドンと共に、添加物を供給してもよい。また、重合反応後に添加物を供給してもよい。この場合、反応容器13から、得られたポリマー生成物を取り出した後に添加物を混錬しながら添加することもできる。   In this embodiment, an additive is supplied to the mixing device 9 separately from 2-pyrrolidone, but the additive may be supplied together with 2-pyrrolidone. Moreover, you may supply an additive after a polymerization reaction. In this case, after taking out the obtained polymer product from the reaction vessel 13, the additive can be added while kneading.

混合装置9で混合させた各原材料は送液ポンプ10によって送液され、導入口13aから反応容器13に供給される。   The raw materials mixed by the mixing device 9 are fed by the feed pump 10 and supplied to the reaction vessel 13 from the inlet 13a.

各原材料は、必要に応じて反応容器13の攪拌装置によって充分に攪拌され、或いは送液される間、ヒータ13cにより所定温度(重合反応温度)に加熱される。これにより、反応容器13内で、2−ピロリドンは開環重合する(重合工程)。2−ピロリドンを開環重合させる際の温度(重合反応温度)は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、40℃以上200℃以下であることが好ましく、50℃以上150℃であることがより好ましい。重合反応温度が40℃未満であると反応速度が低下する場合がある。一方、重合反応温度が200℃を超えると副反応が生じる場合がある。ただし、圧縮性流体、2−ピロリドン及びアシル化合物の組み合わせなどによっては、上記範囲以外の温度で2−ピロリドンを開環重合させても良い。なお、重合反応温度は、例えば、重合反応装置に設けられたヒータ或いは外部からの加熱等により制御される。   Each raw material is heated to a predetermined temperature (polymerization reaction temperature) by the heater 13c while being sufficiently stirred or fed by the stirring device of the reaction vessel 13 as necessary. Thereby, 2-pyrrolidone undergoes ring-opening polymerization in the reaction vessel 13 (polymerization step). The temperature at the time of ring-opening polymerization of 2-pyrrolidone (polymerization reaction temperature) is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 40 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, preferably 50 ° C. or higher. More preferably, the temperature is 150 ° C. If the polymerization reaction temperature is lower than 40 ° C., the reaction rate may decrease. On the other hand, if the polymerization reaction temperature exceeds 200 ° C., side reactions may occur. However, depending on the combination of the compressive fluid, 2-pyrrolidone and acyl compound, 2-pyrrolidone may be subjected to ring-opening polymerization at a temperature other than the above range. The polymerization reaction temperature is controlled by, for example, a heater provided in the polymerization reaction apparatus or external heating.

反応容器13内で開環重合反応を終えたポリマー生成物Pは、計量ポンプ14によって反応容器13の外へ送り出される。計量ポンプ14がポリマー生成物Pを送り出す速度は、圧縮性流体で満たされた重合系内の圧力を一定にして、運転させ均一なポリマー生成物を得るために、一定とすることが好ましい。そのため、計量ポンプ14の背圧が一定となるように、反応容器13の内部の送液機構及び送液ポンプ10の送液量は制御される。同様に、送液ポンプ10の背圧が一定となるように、混合装置9内部の送液機構及び計量フィーダー(2,4)、及び計量ポンプ(6,8)の供給速度は制御される。制御方式は、ON−OFF型つまり間欠フィード型でもよいが、ポンプ等の回転速度を徐々に増減する連続又はステップ方式の方がより好ましいことが多い。いずれにせよこのような制御によって、均一なポリマー生成物を安定に得ることができる。   The polymer product P that has finished the ring-opening polymerization reaction in the reaction vessel 13 is sent out of the reaction vessel 13 by the metering pump 14. The rate at which the metering pump 14 delivers the polymer product P is preferably constant in order to operate at a constant pressure in the polymerization system filled with compressible fluid to obtain a uniform polymer product. Therefore, the liquid feeding mechanism inside the reaction vessel 13 and the liquid feeding amount of the liquid feeding pump 10 are controlled so that the back pressure of the metering pump 14 is constant. Similarly, the feeding speed of the liquid feeding mechanism, the measuring feeders (2, 4), and the measuring pumps (6, 8) in the mixing device 9 are controlled so that the back pressure of the liquid feeding pump 10 is constant. The control method may be an ON-OFF type, that is, an intermittent feed type, but a continuous or step method in which the rotational speed of a pump or the like is gradually increased or decreased is often more preferable. In any case, a uniform polymer product can be stably obtained by such control.

本実施形態により得られるポリマー生成物に残存する触媒は、必要に応じて除去される。除去方法としては、特に限定するものではないが、減圧留去や圧縮性流体を用いた抽出等が挙げられる。減圧留去する場合、減圧条件は触媒の沸点に基づいて設定される。例えば、減圧の際の温度は、35℃以上100℃以下であり、ポリマー生成物が解重合する温度より低い温度で触媒を除去することが可能である。このため、抽出操作においても溶媒として圧縮流体を用いることが好ましい。このような抽出操作としては、香料の抽出などの公知の技術が転用できる。   The catalyst remaining in the polymer product obtained by this embodiment is removed as necessary. The removing method is not particularly limited, and examples thereof include distillation under reduced pressure and extraction using a compressible fluid. In the case of distilling off under reduced pressure, the reduced pressure condition is set based on the boiling point of the catalyst. For example, the temperature during decompression is 35 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, and the catalyst can be removed at a temperature lower than the temperature at which the polymer product is depolymerized. For this reason, it is preferable to use a compressed fluid as a solvent also in extraction operation. As such an extraction operation, a known technique such as extraction of a fragrance can be diverted.

重合時の圧力、すなわち圧縮性流体の圧力は、タンク7から供給された圧縮性流体が液化ガス(図2の相図の(2))、または高圧ガス(図2の相図の(3))となる圧力でも良いが、超臨界流体(図2の相図の(1))となる圧力が好ましい。圧縮性流体を超臨界流体の状態とすることで、2−ピロリドンの溶融が促進され、均一かつ定量的に重合反応を進めることができる。なお、ジメチルエーテルを圧縮性流体として用いる場合、反応の効率化やポリマー転化率等を考慮すると、その圧力は、2.7MPa以上、好ましくは5MPa以上、より好ましくは臨界圧力の5.4PMa以上である。   The pressure at the time of polymerization, that is, the pressure of the compressive fluid is such that the compressive fluid supplied from the tank 7 is a liquefied gas ((2) in the phase diagram of FIG. 2) or a high-pressure gas ((3) in the phase diagram of FIG. 2). The pressure that becomes the supercritical fluid ((1) in the phase diagram of FIG. 2) is preferable. By making the compressible fluid into a supercritical fluid state, the melting of 2-pyrrolidone is promoted, and the polymerization reaction can proceed uniformly and quantitatively. When dimethyl ether is used as a compressible fluid, the pressure is 2.7 MPa or more, preferably 5 MPa or more, more preferably 5.4 PMa or more of the critical pressure, considering the efficiency of the reaction, the polymer conversion rate, and the like. .

本実施形態の製造方法において、2−ピロリドン等の開環重合によるポリアミド4組成物への、GPCから求めた転化率は、50%以上、好ましくは80%以上である。本実施形態においてポリアミド4組成物への転化率とは、原材料としてのモノマー(例えば、2−ピロリドン)や副生成物の環状オリゴマーに対する、ポリマーの生成に寄与したモノマー(例えば、2−ピロリドン)の量の割合を意味する。ポリアミド4組成物の生成に寄与したモノマーの量は、生成したポリアミド4組成物の量から、未反応のモノマー(例えば、2−ピロリドン)の量を差し引くことにより得られる。   In the production method of the present embodiment, the conversion rate obtained from GPC to the polyamide 4 composition by ring-opening polymerization such as 2-pyrrolidone is 50% or more, preferably 80% or more. In this embodiment, the conversion rate to the polyamide 4 composition refers to the monomer (for example, 2-pyrrolidone) that contributed to the generation of the polymer relative to the monomer (for example, 2-pyrrolidone) as a raw material and the cyclic oligomer of the by-product. Mean percentage of quantity. The amount of monomer that contributed to the production of the polyamide 4 composition is obtained by subtracting the amount of unreacted monomer (for example, 2-pyrrolidone) from the amount of the produced polyamide 4 composition.

本実施形態により得られるポリアミド4組成物の重量平均分子量は、30万以上である。   The weight average molecular weight of the polyamide 4 composition obtained by this embodiment is 300,000 or more.

未反応のモノマーは、二酸化炭素を含有する超臨界流体に接触させることによって除去することができる。
二酸化炭素を含有する超臨界流体に接触させることによって、炭酸塩はポリアミド4組成物中に残存したまま、未反応モノマーのみ除去することができる。
Unreacted monomer can be removed by contacting with a supercritical fluid containing carbon dioxide.
By contacting with a supercritical fluid containing carbon dioxide, only unreacted monomers can be removed while the carbonate remains in the polyamide 4 composition.

<モノマー及びオリゴマー量>
本実施形態の製造方法によると、圧縮性流体を用いることで、上述の通り、低い温度での重合反応が可能となるため、従来の溶融重合と比して、大幅に解重合反応を抑制できる。これにより、本実施形態の製造方法により得られたポリアミド4組成物に残存するモノマー量は、5,000質量ppm以下、好ましくは、4,000質量ppm以下となる。残モノマー量の測定方法としては、後述の実施例に記載の方法が挙げられる。
<Amount of monomer and oligomer>
According to the manufacturing method of the present embodiment, by using a compressive fluid, as described above, a polymerization reaction at a low temperature is possible, so that the depolymerization reaction can be significantly suppressed as compared with the conventional melt polymerization. . Thereby, the monomer amount remaining in the polyamide 4 composition obtained by the production method of the present embodiment is 5,000 mass ppm or less, preferably 4,000 mass ppm or less. Examples of the method for measuring the residual monomer amount include the methods described in the examples below.

<<ポリアミド4組成物の用途>>
本実施形態の製造方法により得られたポリアミド4組成物は、有機溶剤を使用しない製法で製造され、残存モノマー量も少ないことから、安全性、安定性に優れている。なお、有機溶剤とは、常温(25℃)、常圧で液体である有機化合物を示し、圧縮性流体とは異なる。本実施形態の製造方法により得られたポリアミド4組成物は、例えば、粒子、フィルム、シート、成型品、繊維等に成形して、例えば、日用品、工業用資材、農業用品、衛生資材、医薬品、化粧品、電子写真用トナー、包装材料、電気機器材料、家電筐体、自動車材料等の用途に幅広く用いられる。
<< Use of polyamide 4 composition >>
The polyamide 4 composition obtained by the production method of the present embodiment is produced by a production method that does not use an organic solvent and has a small amount of residual monomer, and thus is excellent in safety and stability. The organic solvent refers to an organic compound that is liquid at normal temperature (25 ° C.) and normal pressure, and is different from a compressive fluid. The polyamide 4 composition obtained by the production method of the present embodiment is formed into, for example, particles, films, sheets, molded products, fibers, etc., for example, daily necessities, industrial materials, agricultural products, sanitary materials, pharmaceuticals, Widely used in applications such as cosmetics, electrophotographic toner, packaging materials, electrical equipment materials, home appliance housings, automotive materials.

<<実施形態の効果>>
従来の溶融重合法で得られたポリアミド4組成物は、未反応モノマーを除去した後に成形加工性を高める炭酸塩を重合後に多量に入れる必要があった。本実施形態の重合法によると、圧縮性流体中で重合させることにより、少量の炭酸塩を含んだポリアミド4組成物を得ることができる。
また、低コスト、低環境負荷、省エネルギー、省資源の点で優れ、成形加工性、熱安定性に優れたポリマーの提供が可能となる。
2−ピロリドンの開環重合において、比較的低温(生成するポリマーの融点以下)、かつ、短時間で、連続的にポリマー(ポリアミド4組成物)を得ることができる。
有機溶媒を用いた重合法では、得られたポリアミド4組成物を固体で使用するためには溶媒を除去する工程が必要となる。本実施形態の重合方法では、圧縮性流体を用いるため廃液等も発生せず、乾燥したポリアミド4組成物が1段階の工程で得られることから、乾燥工程も簡略化又は省略できる。
<< Effects of Embodiment >>
In the polyamide 4 composition obtained by the conventional melt polymerization method, it was necessary to add a large amount of carbonate after polymerization to improve molding processability after removing unreacted monomers. According to the polymerization method of this embodiment, a polyamide 4 composition containing a small amount of carbonate can be obtained by polymerization in a compressive fluid.
In addition, it is possible to provide a polymer that is excellent in terms of low cost, low environmental load, energy saving, and resource saving and excellent in molding processability and thermal stability.
In the ring-opening polymerization of 2-pyrrolidone, a polymer (polyamide 4 composition) can be obtained continuously at a relatively low temperature (below the melting point of the produced polymer) and in a short time.
In the polymerization method using an organic solvent, in order to use the obtained polyamide 4 composition as a solid, a step of removing the solvent is required. In the polymerization method of this embodiment, since a compressive fluid is used, no waste liquid or the like is generated, and the dried polyamide 4 composition is obtained in a single step, so that the drying step can be simplified or omitted.

以下、実施例及び比較例を示して本実施形態をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で得られたポリマーは以下のようにして評価した。結果を表1−1及び表1−2に示した。   Hereinafter, the present embodiment will be described more specifically with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples. In addition, the polymer obtained by the Example and the comparative example was evaluated as follows. The results are shown in Table 1-1 and Table 1-2.

<ポリマーの分子量測定>
GPC(Gel Permeation Chromatography)により以下の条件で測定した。
・装置:GPC−8020(東ソー社製)
・カラム:GMHHR−M(東ソー社製)
・温度:40℃
・溶媒:HFIP(ヘキサフルオロイソプロパノール)
・流速:0.2mL/分
濃度0.05質量%のポリマーを1mL注入し、上記の条件で測定したポリマーの分子量分布から単分散ポリメチルメタクリレート標準試料により作成した分子量校正曲線を使用して、ポリマーの重量平均分子量Mwを算出する。
<Measurement of molecular weight of polymer>
The measurement was carried out under the following conditions by GPC (Gel Permeation Chromatography).
-Equipment: GPC-8020 (manufactured by Tosoh Corporation)
Column: GMH HR- M (manufactured by Tosoh Corporation)
・ Temperature: 40 ℃
Solvent: HFIP (hexafluoroisopropanol)
Flow rate: 0.2 mL / min 1 mL of a polymer having a concentration of 0.05% by mass was injected, and using a molecular weight calibration curve prepared by a monodisperse polymethyl methacrylate standard sample from the molecular weight distribution of the polymer measured under the above conditions, The weight average molecular weight Mw of the polymer is calculated.

<残モノマー量の測定>
ポリマーの分子量測定時に得られた、ポリマーとモノマーのピーク面積比率から求めた。
<Measurement of residual monomer amount>
It calculated | required from the peak area ratio of a polymer and a monomer obtained at the time of the molecular weight measurement of a polymer.

<ポリマーの成形>
得られたポリマー組成物を温度22℃湿度65%で1ヶ月保管後にホットプレス(温度220℃、圧力30MPa、成形保持時間1分)によりフィルム(100μm)を成形した。
<Polymer molding>
The obtained polymer composition was stored at a temperature of 22 ° C. and a humidity of 65% for 1 month, and then a film (100 μm) was formed by hot pressing (temperature 220 ° C., pressure 30 MPa, molding holding time 1 minute).

<引張り強度>
引張強度は、JIS K 7127に従い測定した。測定サンプルは、成形した上記フィルムを用いた。
<Tensile strength>
The tensile strength was measured according to JIS K 7127. As the measurement sample, the molded film was used.

(実施例1)
フラスコに以下の材料を投入し、50℃にして48時間反応させて、ポリアミド4組成物を得た。
2−ピロリドン:20g
炭酸カリウム:0.02g
1−アセチル−2−ピロリドン:0.01g
材料は、いずれも純正化学社製のものを使用した。
Example 1
The following materials were charged into a flask and reacted at 50 ° C. for 48 hours to obtain a polyamide 4 composition.
2-pyrrolidone: 20g
Potassium carbonate: 0.02g
1-acetyl-2-pyrrolidone: 0.01 g
The materials used were those manufactured by Junsei Chemical.

(実施例2)
図4の重合反応装置200を用いて重合を行った。重合反応装置200の構成を示す。
タンク21 :二酸化炭素(CO)ガスボンベ
添加ポット25:1/4インチのSUS316の配管をバルブ(24、29)に挟んで添加ポットとして使用した。予め触媒として炭酸カリウムを充填した。
反応容器27 :100mLのSUS316製の耐圧容器に予め開環重合性モノマーとしての2−ピロリドンと、1−アセチル−2−ピロリドンとを混合〔2−ピロリドン:1−アセチル−2−ピロリドン=20:0.01(質量比)〕したものを充填した。
(Example 2)
Polymerization was performed using the polymerization reaction apparatus 200 of FIG. The structure of the polymerization reaction apparatus 200 is shown.
Tank 21: Carbon dioxide (CO 2 ) gas cylinder Addition pot 25: A 1/4 inch SUS316 pipe was sandwiched between valves (24, 29) and used as an addition pot. In advance, potassium carbonate was charged as a catalyst.
Reaction vessel 27: 2-pyrrolidone as a ring-opening polymerizable monomer and 1-acetyl-2-pyrrolidone are mixed in advance in a 100 mL SUS316 pressure vessel [2-pyrrolidone: 1-acetyl-2-pyrrolidone = 20: 0.01 (mass ratio)].

計量ポンプ22を作動させ、バルブ(23,26)を開放することにより、タンク21に貯蔵されたCOを、添加ポット25を経由せずに反応容器27に供給した。反応容器27内温度を30℃とし、その時の圧力が8MPaになるまでCOを充填し、2−ピロリドンを溶融させた。反応容器27の容器内を50℃となった時点で、バルブ(24,29)を開き、添加ポット25内の炭酸カリウムを、反応容器27内に、2−ピロリドンに対して、0.1質量%となるように、供給した。その後、昇温及び昇圧の操作を行い、50℃、10MPaに到達してから120分間、反応容器27内で2−ピロリドンの重合反応を行った。反応終了後、バルブ28を開放し、反応容器27内のポリマー生成物(ポリアミド4組成物)を取り出した。 By operating the metering pump 22 and opening the valves (23, 26), the CO 2 stored in the tank 21 was supplied to the reaction vessel 27 without going through the addition pot 25. The internal temperature of the reaction vessel 27 was set to 30 ° C., and CO 2 was charged until the pressure at that time reached 8 MPa to melt 2-pyrrolidone. When the inside of the reaction vessel 27 reaches 50 ° C., the valves (24, 29) are opened, and potassium carbonate in the addition pot 25 is 0.1 mass relative to 2-pyrrolidone in the reaction vessel 27. % Was supplied. Thereafter, the temperature was increased and the pressure was increased, and 2-pyrrolidone was polymerized in the reaction vessel 27 for 120 minutes after reaching 50 ° C. and 10 MPa. After completion of the reaction, the valve 28 was opened, and the polymer product (polyamide 4 composition) in the reaction vessel 27 was taken out.

(実施例3)
実施例2において、反応容器内における炭酸カリウムの量を2−ピロリドンに対して0.01質量%に変え、かつ重合時間を4時間に変更した以外は、実施例2と同様にして、ポリアミド4組成物を作製した。
Example 3
In Example 2, the amount of potassium carbonate in the reaction vessel was changed to 0.01% by mass with respect to 2-pyrrolidone, and the polymerization time was changed to 4 hours. A composition was prepared.

(実施例4)
実施例2において、反応容器内における炭酸カリウムの量を2−ピロリドンに対して0.05質量%に変え、かつ重合時間を3時間に変更した以外は、実施例2と同様にして、ポリアミド4組成物を作製した。
Example 4
In Example 2, polyamide 4 was changed in the same manner as in Example 2 except that the amount of potassium carbonate in the reaction vessel was changed to 0.05% by mass with respect to 2-pyrrolidone and the polymerization time was changed to 3 hours. A composition was prepared.

(実施例5)
実施例4において、反応容器内における炭酸カリウムを炭酸ナトリウムに変えた以外は、実施例4と同様にして、ポリアミド4組成物を作製した。
(Example 5)
In Example 4, a polyamide 4 composition was prepared in the same manner as in Example 4 except that potassium carbonate in the reaction vessel was changed to sodium carbonate.

(実施例6)
実施例4において、2−ピロリドンを2−ピロリドンと2−アゼチジノンの混合物(混合質量比=1:1)に変えた以外は、実施例4と同様にして、ポリアミド4組成物を作製した。
(Example 6)
A polyamide 4 composition was prepared in the same manner as in Example 4 except that 2-pyrrolidone was changed to a mixture of 2-pyrrolidone and 2-azetidinone (mixing mass ratio = 1: 1) in Example 4.

(比較例1)
実施例1において、炭酸カリウムの量を0.04gに変えた以外は、実施例1と同様にして、ポリアミド4組成物を作製した。
(Comparative Example 1)
In Example 1, a polyamide 4 composition was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of potassium carbonate was changed to 0.04 g.

(比較例2)
実施例2において、反応容器内における炭酸カリウムの量を2−ピロリドンに対して0.005質量%に変え、かつ重合時間を4時間に変更した以外は、実施例2と同様にして、ポリアミド4組成物を作製した。
(Comparative Example 2)
In Example 2, the amount of potassium carbonate in the reaction vessel was changed to 0.005% by mass with respect to 2-pyrrolidone, and the polymerization time was changed to 4 hours. A composition was prepared.

(比較例3)
実施例2において、反応容器内における炭酸カリウムの量を2−ピロリドンに対して0.05質量%に変え、かつ重合時間を1時間に変更した以外は、実施例2と同様にして、ポリアミド4組成物を作製した。
(Comparative Example 3)
In Example 2, polyamide 4 was changed in the same manner as in Example 2 except that the amount of potassium carbonate in the reaction vessel was changed to 0.05% by mass with respect to 2-pyrrolidone and the polymerization time was changed to 1 hour. A composition was prepared.

(比較例4)
実施例2において、反応容器内における炭酸カリウムの量を2−ピロリドンに対して0.005質量%に変え、かつ重合時間を12時間に変更した以外は、実施例2と同様にして、ポリアミド4組成物を作製した。
(Comparative Example 4)
In Example 2, the amount of potassium carbonate in the reaction vessel was changed to 0.005% by mass with respect to 2-pyrrolidone, and the polymerization time was changed to 12 hours. A composition was prepared.

(比較例5)
実施例2において、反応容器内における炭酸カリウムの量を2−ピロリドンに対して0.05質量%に変え、かつ重合時間を2時間に変更した以外は、実施例2と同様にして、ポリアミド4組成物を作製した。
(Comparative Example 5)
In Example 2, the amount of potassium carbonate in the reaction vessel was changed to 0.05% by mass with respect to 2-pyrrolidone, and the polymerization time was changed to 2 hours. A composition was prepared.

なお、比較例2、及び4のポリアミド4組成物は220℃で溶融しなかったため、フィルム成形はホットプレスの温度を250℃にして行った。   Since the polyamide 4 compositions of Comparative Examples 2 and 4 did not melt at 220 ° C., the film was formed at a hot press temperature of 250 ° C.

表1−1及び表1−2中の炭酸塩量は、得られた樹脂(ポリアミド4組成物)における炭酸塩の含有量(質量%)である。 The amount of carbonate in Table 1-1 and Table 1-2 is the content (% by mass) of carbonate in the obtained resin (polyamide 4 composition).

本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
<1> ゲルパーミエイションクロマトグラフィーで測定したポリメチルメタクリレート換算重量平均分子量が30万以上であり、残モノマー量が5,000質量ppm以下であり、かつ炭酸塩の含有量が0.01質量%以上0.10質量%以下であることを特徴とするポリアミド4組成物である。
<2> 前記炭酸塩が、炭酸カリウムである前記<1>に記載のポリアミド4組成物である。
<3> ゲルパーミエイションクロマトグラフィーで測定したポリメチルメタクリレート換算重量平均分子量が50万以上である前記<1>から<2>のいずれかに記載のポリアミド4組成物である。
<4> 前記<1>から<3>のいずれかに記載のポリアミド4組成物を製造するポリアミド4組成物の製造方法であって、
炭酸塩存在下で、2−ピロリドンを開環重合させることを特徴とするポリアミド4組成物の製造方法である。
<5> 前記炭酸塩が、炭酸カリウムである前記<4>に記載のポリアミド4組成物の製造方法である。
<6> 前記開環重合が、アシル化合物存在下で行われる前記<4>から<5>のいずれかに記載のポリアミド4組成物の製造方法である。
<7> 前記開環重合が、圧縮性流体中で行われる前記<4>から<6>のいずれかに記載のポリアミド4組成物の製造方法である。
<8> 前記圧縮性流体が、二酸化炭素である前記<7>に記載のポリアミド4組成物の製造方法である。
Aspects of the present invention are as follows, for example.
<1> The polymethylmethacrylate conversion weight average molecular weight measured by gel permeation chromatography is 300,000 or more, the residual monomer amount is 5,000 mass ppm or less, and the carbonate content is 0.01 mass. % To 0.10% by mass of the polyamide 4 composition.
<2> The polyamide 4 composition according to <1>, wherein the carbonate is potassium carbonate.
<3> The polyamide 4 composition according to any one of <1> to <2>, wherein the polymethylmethacrylate conversion weight average molecular weight measured by gel permeation chromatography is 500,000 or more.
<4> A method for producing a polyamide 4 composition for producing the polyamide 4 composition according to any one of <1> to <3>,
It is a method for producing a polyamide 4 composition characterized by ring-opening polymerization of 2-pyrrolidone in the presence of a carbonate.
<5> The method for producing a polyamide 4 composition according to <4>, wherein the carbonate is potassium carbonate.
<6> The method for producing a polyamide 4 composition according to any one of <4> to <5>, wherein the ring-opening polymerization is performed in the presence of an acyl compound.
<7> The method for producing a polyamide 4 composition according to any one of <4> to <6>, wherein the ring-opening polymerization is performed in a compressive fluid.
<8> The method for producing a polyamide 4 composition according to <7>, wherein the compressive fluid is carbon dioxide.

1,3,5,7,11, タンク
2,4, 計量フィーダー
6,8,12,14, 計量ポンプ
9, 混合装置
9a 導入口
9b 導入口
10 送液ポンプ
13 反応容器
13a 導入口
13b 導入口
15 押出口金
21 タンク
22 計量ポンプ
23 バルブ
24 バルブ
25 添加ポット
26 バルブ
27 圧力容器
28 バルブ
30 配管
100 重合反応装置
200 重合反応装置
P ポリマー生成物
1, 3, 5, 7, 11, Tank 2, 4, Metering feeder 6, 8, 12, 14, Metering pump 9, Mixing device 9a Inlet 9b Inlet 10 Feed pump 13 Reaction vessel 13a Inlet 13b Inlet 15 Extrusion cap 21 Tank 22 Metering pump 23 Valve 24 Valve 25 Addition pot 26 Valve 27 Pressure vessel 28 Valve 30 Pipe 100 Polymerization reactor 200 Polymerization reactor P Polymer product

米国特許2739959号明細書US Pat. No. 2,739,959 特公昭36−10843号公報Japanese Patent Publication No. 36-10843 特公昭47−26678号公報Japanese Patent Publication No. 47-26678 特開平5−59167号公報JP-A-5-59167 特開2002−265596号公報JP 2002-265596 A 国際公開第2012/157576号パンフレットInternational Publication No. 2012/157576 Pamphlet

Claims (8)

ゲルパーミエイションクロマトグラフィーで測定したポリメチルメタクリレート換算重量平均分子量が30万以上であり、残モノマー量が5,000質量ppm以下であり、かつ炭酸塩の含有量が0.01質量%以上0.10質量%以下であることを特徴とするポリアミド4組成物。   The polymethylmethacrylate conversion weight average molecular weight measured by gel permeation chromatography is 300,000 or more, the residual monomer amount is 5,000 mass ppm or less, and the carbonate content is 0.01 mass% or more and 0. Polyamide 4 composition characterized by being 10% by mass or less. 前記炭酸塩が、炭酸カリウムである請求項1に記載のポリアミド4組成物。   The polyamide 4 composition according to claim 1, wherein the carbonate is potassium carbonate. ゲルパーミエイションクロマトグラフィーで測定したポリメチルメタクリレート換算重量平均分子量が50万以上である請求項1から2のいずれかに記載のポリアミド4組成物。   The polyamide 4 composition according to any one of claims 1 to 2, wherein the polymethylmethacrylate conversion weight average molecular weight measured by gel permeation chromatography is 500,000 or more. 請求項1から3のいずれかに記載のポリアミド4組成物を製造するポリアミド4組成物の製造方法であって、
炭酸塩存在下で、2−ピロリドンを開環重合させることを特徴とするポリアミド4組成物の製造方法。
A method for producing a polyamide 4 composition for producing the polyamide 4 composition according to any one of claims 1 to 3,
A process for producing a polyamide 4 composition comprising ring-opening polymerization of 2-pyrrolidone in the presence of a carbonate.
前記炭酸塩が、炭酸カリウムである請求項4に記載のポリアミド4組成物の製造方法。   The method for producing a polyamide 4 composition according to claim 4, wherein the carbonate is potassium carbonate. 前記開環重合が、アシル化合物存在下で行われる請求項4から5のいずれかに記載のポリアミド4組成物の製造方法。   The method for producing a polyamide 4 composition according to any one of claims 4 to 5, wherein the ring-opening polymerization is performed in the presence of an acyl compound. 前記開環重合が、圧縮性流体中で行われる請求項4から6のいずれかに記載のポリアミド4組成物の製造方法。   The method for producing a polyamide 4 composition according to any one of claims 4 to 6, wherein the ring-opening polymerization is performed in a compressive fluid. 前記圧縮性流体が、二酸化炭素である請求項7に記載のポリアミド4組成物の製造方法。   The method for producing a polyamide 4 composition according to claim 7, wherein the compressive fluid is carbon dioxide.
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